选修3-4电磁波「选修34141电磁波的发现」
知识整理:
电磁学的发展:
麦克斯韦:(James Clerk Maxwell,1831-1879),英国物理学家,经典电磁理论的奠基人.
1831年6月13日出生于爱丁堡.1847年入爱丁堡大学听课,专攻数学.他很重视实验,涉猎电化学、光学、分子物理学以及机械工程等等.他说:“把数学分析和实验研究联合使用得到的物理科学知识,比之一个单纯的实验人
知识整理 课后问题答案!
知识整理:
电磁学的发展:
麦克斯韦:(James Clerk Maxwell,1831-1879),英国物理学家,经典电磁理论的奠基人.
1831年6月13日出生于爱丁堡.1847年入爱丁堡大学听课,专攻数学.他很重视实验,涉猎电化学、光学、分子物理学以及机械工程等等.他说:“把数学分析和实验研究联合使用得到的物理科学知识,比之一个单纯的实验人员或单纯的数学家所具有的知识更加坚实、有益而牢固.” 1850年考入剑桥大学,1854年以优异成绩毕业并获得了学位,留校工作.1856年起任苏格兰阿伯丁的马里沙耳学院的自然哲学讲座教授,直到1874年.经法拉第举荐,自1860年起任伦敦皇家学院的物理学和天文学教授.1871年起负责筹划卡文迪什实验室,随后被任命在剑桥大学创办卡文迪什实验室并担任第一任负责人.1879年11月5日麦克斯韦因病在剑桥逝世,终年仅48岁
麦克斯韦电磁场理论:
变化的磁场产生电场:均匀变化的磁场产生稳定的电场,非均匀变化的磁场产生变化的电场,稳定的磁场不产生电场.
变化的电场产生磁场:均匀变化的电场产生稳定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,稳定电场不产生磁场.
变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分离的统一的场,这就是电磁场.
电磁波的特点:
⑴电磁波是横波。E与B的方向彼此垂直,而且都跟波的传播方向垂直,因此电磁波是横波。
⑵电磁波的传播不需要靠别的物质作介质,在真空中也能传播。
⑶在真空中的波速为c=3.0×108m/s。
赫兹的电火花:
麦克斯韦英年早逝,没有见到科学实验对电磁场理论的证明。把天才的预言变成世人公认的真理,这是赫兹的功劳。
赫兹做了一系列实验,观察到电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等,并测量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度C。
P77:课后问题及参考答案
物理选修电磁波的发现知识点归纳
1.麦克斯韦经典电磁场理论的两大支柱:2.变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,变化的电场和磁场总是相互联系,形成一个不可分离的统一体,这就是__________________.
3.电磁波的产生:如果在空间某区域有周期性变化的电场,那么它就会在周围空间引起周期性变化的________;这个变化的磁场又引起新的变化的________于是,变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围空间传播出去,____________这样由近及远地传播,就形成了____________.
4.________________预言了电磁波的存在,________实验验证了电磁波的存在,电磁波在真空中的传播速度等于________.
5.电磁波的特点:电磁波中的电场强度与磁场强度相互,而且二者均与波的传播方向垂直。因此电磁波是 。
6.电磁波在传播时,不变的物理量是( )
A.振幅 B.频率 C.波速 D.波长
7.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变化的电场
C.电场和磁场相互关联,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
8.某电路中电场强度随时间变化的关系图象如图所示,能发射电磁波的是()
概念规律练
知识点一 麦克斯韦的电磁场理论
1.下列说法正确的是( )
A.电荷的周围一定有电场,也一定有磁场
B.均匀变化的电场在其周围空间一定产生磁场
C.任何变化的电场在其周围空间一定产生变化的磁场
D.正弦交变的电场在其周围空间一定产生同频率交变的磁场
图1
2.如图1所示,一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动,当磁感 应强度均匀增大时,此粒子的( )
A.动能不变 B.动能增加
C.动能减小 D.以上情况都可能
知识点二 电磁波
3.以下关于机械波与电磁波的说法中,正确的是( )
A.机械波与电磁波,本质上是一致的
B.机械波的波速只与介质有关,而电磁波在介质中的波速,不仅与介质有关,而且与 电磁波的频率有关
C.机械波可能是纵波,而电磁波必定是横波
D.它们都可发生干涉、衍射现象
4.关于电磁波的传播速度,以下说法正确的是( )
A.电磁波的频率越高,传播速度越大
B.电磁波的波长越长,传播速度越大
C.电磁波的能量越大,传播速度越大
D.所有的电磁波在真空中的传播速度都相等 方法技巧练
应用电磁场理论的解题技巧
图2
5.如图2所示是一水平放置的绝缘环形管,管内壁光滑,内有一直径略小于管内径的带 正电的小球,开始时小球静止.有一变化的磁场竖直向下穿过管所包围的面积,磁感应 强度大小随时间成正比增大,设小球的带电荷量不变,则( )
A.顺着磁场方向看,小球受顺时针方向的力,沿顺时针方向运动
B.顺着磁场方向看,小球受逆时针方向的力,沿逆时针方向运动
C.顺着磁场方向看,小球受顺时针方向的力,沿逆时针方向运动
D.小球不受洛伦兹力,不运动
图3
6.某空间出现了如图3所示的闭合的电场,电场线为一簇闭合曲线,这可能是( )
A.沿AB方向磁场在迅速减弱
B.沿AB方向磁场在迅速增强
C.沿BA方向磁场在迅速增强
D.沿BA方向磁场在迅速减弱
总结:麦克斯韦电磁场理论
1、变化的磁场产生电场:
2、变化的电场产生磁场:
3、分析:①恒定的电场周围无磁场,恒定的磁场周围无电场。
②均匀变化的电场周围产生恒定的磁场,均匀变化的磁场周围产生恒定的电场。 ③周期性变化的电场周围存在同周期的磁场,周期性变化的磁场在周围产生同周期的电场。
参考答案
课前预习练
1.变化的磁场产生电场;变化的电场产生磁场
2.电磁场 3.磁场 电场 电磁场 电磁波
4.麦克斯韦 赫兹 光速
5.B 6.AB [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正确.若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场,B对,C、D错.]
7.D [由麦克斯韦电磁场理论,当空间出现恒定的电场时(如A图),由于它不激发磁场,故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场(如B图、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会在较远处激发出电场,故也不会产生电磁波;只有周期性变化的电场(如D图),才会激发出周期性变化的磁场,它又激发出周期性变化的电场如此不断激发,便会形成电磁波,故D正确.]
课堂探究练
1.BD [静止的电荷周围有恒定的电场,不产生磁场,运动的电荷周围的电场是变化的,所以产生磁场,A错误;由麦克斯韦理论判断B、D正确,C错误]
点评 对麦克斯韦电磁场理论的理解:
(1)恒定的电场不产生磁场;恒定的磁场不产生电场(2)均匀变化的磁场在周围空间产生稳定的电场;均匀变化的电场在周围空间产生稳定的磁场(3)振荡电场产生同频率的振荡磁场;振荡磁场产生同频率的振荡电场.
2.B [当磁感应强度均匀增大时,根据麦克斯韦的电磁场理论,将激起一稳定的涡旋电场,带电粒子将受电场力的作用,该力对带电粒子做正功,由动能定理可知,粒子的动能将增大,故B选项正确.]
点评 均匀变化的磁场在周围空间产生稳定的电场.
3.BCD [机械波是机械振动在介质中的传播产生的,而电磁波是电磁振荡产生的,产生的本质不同,A错.不同频率的机械波在同一介质中传播速度是相同的,在不同介质中传播速度不同,不同频率的电磁波在同一介质中传播速度不同,B正确.机械波有横波和纵波之分,而电磁波只有横波这一种形式,C正确.机械波和电磁波虽然本质不同,但有相同的特征,都能发生干涉、衍射现象,D正确.综上所述,正确选项为B、C、D.]
点评 (1)机械波与电磁波本质不同,机械波是振动形式,电磁波是物质.
(2)电磁波必是横波,机械波有横波,也有纵波.
(3)机械波波速仅由介质决定,介质中的电磁波波速由介质和频率决定.
4.D [以光为例,光在真空中无论是哪种频率其传播速度都相等,D正确.当光进入介质时,传播速度发生变化,不同频率的光其传播速度不同,故电磁波在介质中的传播速度与介质和频率有关.A、B、C错误.]
点评 在同种介质中,波长越长,传播速度越大
5.B [因为绝缘环形管面内有均匀增大的磁场,在其周围会产生稳定的涡旋电场,对带电小球做功.由楞次定律判断电场方向为逆时针方向.在电场力作用下,带正电小球沿逆时针方向运动.B正确.]
6.AC [根据电磁感应,闭合电路中的磁通量变化时,使闭合电路中产生感应电流,该电流可用楞次定律判断.根据麦克斯韦电磁理论,闭合电路中产生感应电流,是因为闭合电路中受到了电场力的作用,而变化的磁场产生电场,与是否存在闭合电路没有关系,故空间磁场变化产生的电场方向,仍然可用楞次定律判断,四指环绕方向即为感应电场的方向,由此可知A、C正确.]
方法总结 楞次定律可以判断闭合线圈内由于磁通量变化产生感应电流的方向,也可判断无线圈情况下变化磁场周围产生的电场的方向.
电磁波是谁发现的
电磁波由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论,因为未经一系列的科学实验证明,始终处于预想阶段。是赫兹把天才的预想变成世人公认的真理,使假说变成了现实。促使赫兹去验证麦克斯韦预言的正确性是一次偶然的发现引起的。他在做一次放电实验时,发现在附近的线圈上迸发出小火花。赫兹马上联想到,这是电谐振的结果,就像声学实验中,相同的音又会产生共振一样。赫兹受到启发,由此开始了捕捉电磁波的系统实验。
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