1、141 电磁波的发现教学目标：1、理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱：变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场。了解变化的电场和磁场相互联系形成同一的电磁场。2、 了解电磁场在空间传播形成电磁波。3、 了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验在物理学发展中的贡献。体会两位科学家研究物理问题的思想方法。4、 重点：理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱5、 难点：了解电磁场在空间传播形成电磁波。教学过程：一、伟大的预言说明：法拉第发现电磁感应现象那年，麦克斯韦在苏格兰爱丁堡附近诞生，从小就表现出了惊人的数学和物理天赋，他从小热爱科学，喜欢思考，1854 年从剑桥大学毕业后，精心研读了法拉第的著作，法拉第关于“场
2、”和“ 力线” 的思想深深吸引了麦克斯韦，但麦克斯韦也发现了法拉第定性描述的弱点，那就是不能定量的描述电场和磁场的关系。因此，这位初出茅庐的科学家决定用他的数学才能来弥补。1860 年初秋，麦克斯韦特意去拜访法拉第，两人虽然在年龄上相差四十岁，在性情、爱好、特长方面也迥然各异，可是对物质世界的看法却产生了共鸣。法拉第鼓励麦克斯韦：“你不应停留在数学解释我的观点”，而应该突破它。说明：麦克斯韦学习了库仑、安培、奥斯特、法拉第、亨利的研究成果，结合了自己的创造性工作，最终建立了经典电磁场理论。说明：法拉第电磁感应定律告诉我们：闭合线圈中的磁通量发生变化就能产生感应电流，我们知道电荷的定向移动形成电
3、流，为什么会产生感应电流呢？一定是有了感应电场，因此，麦克斯韦认为，这个法拉第电磁感应的实质是变化的磁场产生电场，电路中的电荷就在这个电场的作用下做定向移动，产生了感应电流。即使变化的磁场周围没有闭合电路，同样要产生电场。变化的磁场产生电场，这是一个普遍规律说明：自然规律存在着对称性与和谐性，例如有作用力就有反作用力。既然变化的磁场能够产生电场，那么变化的电场能否产生磁场呢？麦克斯韦大胆地假设，变化的电场能够产生磁场。问：什么现象能够说明变化的电场能够产生磁场？（例如通电螺线管中的电流发生变化，那么螺线管内部的磁场要发生变化）说明：根据这两个基本论点，麦克斯韦推断：如果在空间在空间某区域中有不
4、均匀变化的电场，那么这个变化的电场能够引起变化的磁场，这个变化的磁场又引起新的变化的电场.这样变化的电场引起变化的磁场，变化的磁场又引起变化的电场，变化的电场和磁场交替产生，由近及远传播就形成了电磁波。二、电磁波问：在机械波的横波中，质点的振动方向和波的传播方向之间有何关系？（两者垂直）说明：根据麦克斯韦的理论，电磁波中的电场强度和磁感应强度互相垂直，而且两者均与电磁波的传播方向垂直，电磁波是横波。问：电磁波以多大的速度传播呢？（以光速 C 传播）问：在机械波中是位移随时间做周期性变化，在电磁波中是什么随时间做周期性变化呢？（电场强度 E 和磁感应强度 B）三、赫兹的电火花说明：德国科学家赫兹
5、证明了麦克斯韦关于电磁场的理论课堂练习：1在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是( )C 由电磁场理论，结合图象，则有：A 中磁场不变，则不会产生电场，故 A 错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故 B 错误；C 中磁场随着时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故 C 正确；D 中磁场随着时间非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故 D 错误2某闭合电路的电流或电压随时间变化的规律如图 411 所示，能发射电磁波的是( )图 411C 非均匀变化的电场产生变化的磁场，非均匀变化的磁场再产生变化的电场，从而形成电磁场，电磁场由近及远地传播，形成电磁波，故要求电流或电
6、压是变化的，但不能是均匀变化的，C 项正确 3(多选)根据麦克斯韦电磁理论，如下说法正确的是( )A变化的电场一定产生磁场B均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场C稳定的电场一定产生稳定的磁场D振荡交变的电场一定产生同频率的振荡交变磁场AD 根据麦克斯韦的电磁场理论，可知只有变化的电场和磁场才产生磁场和电场，选项 A 正确，选项 C 错误；均匀变化的电场产生的磁场是恒定的，振荡交变的电场一定产生同频率的振荡交变磁场，所以选项 B 错误，选项 D 正确4.有关电磁场理论的下列说法中，正确的是( )A任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场B任何电场都要在周围空间产生磁场C任何变化的电场要在周围空间产
7、生磁场D电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，即电磁场思路点拨：根据麦克斯韦电磁理论的内容理解判断【解析】 根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，故A 错同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，故 B 错电场和磁场并不总是相互联系着的，例如，静止电荷周围只有静电场，静止磁体周围只有稳定的磁场只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，故 D 错【答案】 C5手机 A 的号码为 12345670002，手机 B 的号码为 12345670008，手机 A 拨打手机 B时，手机 B 发出响声并且显示屏上显示 A 的手机号码 12345
8、670002，若将手机 A 置于一透明真空罩中，用手机 B 拨打 A，则发现手机 A( )A发出响声，并显示 B 的号码 12345670008B不发出响声，但显示 B 的号码 12345670008C不发出响声，但显示 A 的号码 12345670002D既不发出响声，也不显示号码【解析】 电磁波可以在真空中传播，而声波传播则需要介质当手机 B 拨打手机 A时( A 置于一透明真空罩中)， A 能显示 B 的号码，不能发出响声，即选项 B 正确本题容易出现的问题是不能区分电磁波和机械波【答案】 B6关于电磁波，下列说法正确的是( )A光不是电磁波 B电磁波需要有介质才能传播C只要有电场和磁场
9、，就可以产生电磁波D真空中，电磁波的传播速度与光速相同【答案】 D7.(多选)关于电磁场理论的叙述正确的是( )A.变化的磁场周围一定存在着电场,与是否有闭合电路无关B.周期性变化的磁场产生同频率的变化电场C.变化的电场和变化的磁场相互关联,形成一个统一的场,即电磁场D.电场周围一定存在磁场,磁场周围一定存在电场解析:变化的磁场周围产生电场,当电场中有闭合回路时,回路中有电流。若无闭合回路电场仍然存在,A 项正确。若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场,B 项正确,C、D 两项错误。答案:AB8关于电磁场，下列说法中不正确的是( )A在一个磁铁旁放一带电体，则两者周围空间就形成了电磁场B电磁
10、场既不同于静电场，也不同于静磁场C电磁场中的电场和磁场是不可分割的一个统一体 D电磁场中的电场的变化频率和磁场的变化频率是相同的A 电磁场是变化的电场和变化的磁场形成的不可分割的统一场，而不是静电场和静磁场简单的复合所以选项 A 错板书设计一、伟大的预言1、变化的磁场产生电场变化的电场产生磁场2、变化的电场和磁场交替产生，由近及远传播形成电磁波二、电磁波1、电磁波是横波，E 和 B 互相垂直，而且两者均与电磁波的传播方向垂直2、电磁波以光速 C 传播）3、电磁波中电场强度 E 和磁感应强度 B 随时间做周期性变化三、赫兹的电火花赫兹证明了麦克斯韦关于电磁场的理论作业：1(多选)下列关于电磁波的
11、叙述中，正确的是( )A电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B电磁波在任何介质中的传播速度均为 cC电磁波在真空中传播时，传播速度为 cD光是一种电磁波ACD 电磁波由电磁场发生区域向远处传播，电磁波在真空中的传播速度为 c，故选项A、C、D 正确2如图 414 所示的四种磁场变化情况，能产生如图 413 中电场的是( )图 413图 414B 由麦克斯韦的电磁场理论知均匀变化的磁场产生恒定的电场，故选 B.3(多选 )如图 415 所示，有一水平放置 、内壁光滑、 绝缘的真空圆形管，半径为 R，有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处于竖直向上的磁场中要使带电粒子能沿管做圆周运动，所加的磁场可
12、能是( )图 415A匀强磁场B均匀增加的磁场C均匀减少的磁场D由于洛伦兹力不做功，不管加什么样的磁场都不能使带电粒子绕着管运动BC 磁场对静止的电荷不产生力的作用，但当磁场变化时可产生电场，电场对带电粒子产生电场力作用，带电粒子在电场力作用下可以产生加速度4关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是( )A. 在电场的周围，一定存在着由它激发的磁场B. 变化的磁场在周围空间一定能形成电磁波C. 赫兹通过实验证实了电磁波的存在D. 无线电波的波长小于可见光的波长C 只有变化的电场才会产生磁场，恒定的电场不能产生磁场，A 错误；均匀变化的磁场产生恒定的电场，但是恒定的电场不会产生磁场，B 错误；赫兹通
13、过实验证实了电磁波的存在，C 正确；依照波长的长短的不同，电磁波谱可大致分为：无线电波，微波，红外线，可见光，紫外线，伦琴射线， 射线(伽马射线) ，故无线电波的波长大于可见光的波长，D 错误5如图 416 所示，赫兹实验所用的感应圈是一种利用电磁感应产生数十千伏高电压的实验装置，当火花在感应圈的两个金属球间跳动时，旁边导线环的两个小球间也跳过火花，请你解释这个现象图 416解析 当火花在感应圈的两个金属球间跳动时，必定产生一个快速变化的电磁场这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的两个小球间也产生了火花在赫兹实
14、验中，感应圈成了电磁波发射器，导线环成了电磁波的检测器答案 见解析6如图 417 所示是著名物理学家费曼设计的一个实验，在一块绝缘板中部安装一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球将整个装置悬挂起来接通电源瞬间，整个圆盘将转动一下，你知道这是为什么吗？图 417解析 接通电源瞬间，线圈中产生变化的电流，从而产生变化的磁场，根据麦克斯韦电磁场理论，该变化的磁场在空间产生电场，带负电的小球在电场中因受电场力而带动圆盘转动一下答案 见解析7关于电磁场理论，下列说法正确的是( )A在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场C均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场D 根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场周围才能产生磁场，所以 A 错，而非均匀变化的电场产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，所以 B、C错
