《13.4电磁波的发现及应用》教案、导学案、同步练习

1/18《13.4电磁波的发现及应用》教案【教学目标】1．了解电磁波的产生与传播。2．知道光是一种电磁波，以及电磁波在真空中的传播速度。3．知道波长与频率、波速的关系。4．认识电磁波谱。5．了解电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。【教学重难点】电磁波的产生与传播，理解磁场与电场之间的关联。【教学过程】一、新课导入教师：古人都渴望顺风耳千里眼，而现今故事已经成为现实，人与人之间的交流也是越来越便捷。（展示图片）大家看到的画面是“神舟六号”发射场面。“神舟六号”上天后，人们是怎样知道它到达预定的地点呢？学生回答：无线电波。教师：无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波。现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词。那么，电磁波是什么？它是怎样产生的？它有什么性质？怎样利用它传递信号？今天我们就来认识一下电磁波。二、新课教学（一）麦克斯韦电磁场理论教师首先向学生介绍麦克斯韦的生平简介，激发学生的好奇心和求知欲。麦克斯韦（JamesClarkMaxwell，1831~1879）是英国的理论物理学家、数学家。1831年6月13日生于英国爱丁堡。他的父亲是一个科学家，他从小就受到科学的熏陶，15岁时向英国皇家学会递交数学论文，发表在《爱丁堡皇家学会学报》上，第一次显露出他出众的才华。1847年，考入爱丁堡大学学习数学和物理学。1850年转入剑桥大学，1854年毕业后留校工作。1871年，麦克斯韦任剑桥物理实验室主任，1874年，他主持建立的卡文迪许实验室竣工，任该实验室首任主任。1879年11月5日，麦克斯韦在剑桥逝世。麦克斯韦在电磁场理论方面的工作深受法拉第的影响。他信服法拉第的思想，决心为法拉第的场的概念提供数学方法的基础。尤其是他在伦敦皇家学院任教期间，有机会拜访了法拉第以后，更加强了他的这种信念。年轻的麦克斯韦以他卓越的数学才能和严密的逻辑推理，对法拉第的直观形象的电磁场理论加以高度概括，并总结了当时电磁学的研究成果，建立了电磁场方程，确立了电磁场理论。教师：我们现在粗略地介绍一下麦克斯韦的电磁场理论。1．变化的磁场产生电场演示实验装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。提问：小灯泡为什么能发光？学生回答：由于交变电流产生的磁场在不断变化，所以穿过线圈的磁通量不断变化，在线圈中产生感应电动势，形成感应电流，小灯泡发光。提问：电路（线圈）中的电荷为什么能够定向移动呢？学生回答：受电场力。教师总结：上述实验表明，变化的磁场在线圈里形成电场。提问：若线圈断开，线圈中有电流、电场吗？学生回答：有电场，无电流。提问：若线圈被拿走，它原来所处的空间有电场吗？学生对此问题可能难以回答，但这时提出变化的磁场能在其空间产生电场已是水到渠成的时候。教师：由上面的电磁感应现象，我们可以很自然的提出一个假设：变化的磁场产生电场。麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关（如图甲、乙所示）。2．变化的电场产生磁场教师：麦克斯韦根据电现象与磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的现象，提出了另一个大胆的假设：变化的电场也能产生磁场。演示课件中的动画加深对麦克斯韦的电磁场理论的理解。教师：总结上述两个结论，麦克斯韦认为，变化的电场和磁场是互相联系的，形成一个统一的电磁场。麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并且由发生的区域向周围空间传播。于是一个伟大的预言诞生了――空间可能存在电磁波。（二）电磁波教师：讲解电磁波的产生电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，所以不需要介质，可以在真空中传播。1．电磁波形成示意图：教师：机械波有横波和纵波之分，且能够传递能量；能发生反射、折射、干涉和衍射；靠介质传播，波速v=λf。2．类比机械波的特点，我们可以得出电磁波的特点：（1）电磁波中的电场和磁场互相垂直，并且都与波的传播方向垂直，即电磁波是横波。光是一种电磁波。在前面学习的光的偏振现象已经证明了这一点。如图所示。（2）电磁波可以在真空中传播，向周围空间传播电磁能，在传播过程中，电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射。（3）三个特征量的关系：v=λf。在真空中v=3.0×108m/s。教师与学生一起比较电磁波与机械波。3．电磁波与机械波比较（1）传播条件：机械波传播需要介质，而电磁波不需要介质。（2）传播规律：都遵循“V=λf=λ/T”这个关系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。（3）传播本质：机械波传播的是机械能，电磁波传播的是电磁能。（三）电磁波谱教师：我们知道机械波有很多种，频率各有不同。电磁波的频率分为也非常广。无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波。按照电磁波的波长或者频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。教师展示电磁波谱图教师：由于电磁波具有不同的波长（频率），因此具有不同的特性，利用这些特性，电磁波在生产生活中有着广泛的应用。①无线电波中的中长短波：广播及其他信号传输；②无线电中的微波：卫星通信、电视等；③红外线：加热理疗；④可见光：看清世界认识世界；⑤紫外线：消毒；⑥X射线：诊断病情；⑦γ射线：摧毁病变细胞。（四）电磁波的能量教师：我们看不见电磁波，但是电磁波无处不在，生活中常常用微波炉来加热食物，说明电磁波具有能量，而且我们可以用仪器探测到电磁波的存在，说明电磁波是一种真实存在的物质。（五）电磁波通信教师：刚才讲到无线电波能够用于通信。那么电磁波是怎么完成通信的呢？1．无线电广播（1）调制器把音频信号加载到高频电磁波上。（2）调谐器选出特定频率的信号。（3）扬声器把音频信号转换成声音。2．电视（1）摄影机把图像变成电信号。（2）发射机把电信号加载到频率很高的电磁波上。（3）发射天线将高频信号发射到空中。（4）电视机的接收天线把高频信号接收下来。（5）电视机把图像信号取出并放大。（6）显像管将图像信号还原为图像。3．移动电话移动电话既是无线电发射台又是无线电接收台，既可以发射电磁波，又可以接收电磁波。三、新堂练习1．下列关于电磁波的说法中正确的是()A．只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波B．电磁波传播需要介质C．停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的2．电磁场理论预言了什么()A．预言了变化的磁场能够在周围空间产生电场B．预言了变化的电场能够在周围空间产生磁场C．预言了电磁波的存在，电磁波在真空中的传播速度为光速D．预言了电能够产生磁，磁能够产生电3．对于声波和电磁波的比较，下面说法中正确的是()A．它们都能发生反射现象B．声音是由物体振动产生的，电磁波是由变化的电磁场产生的C．光是一种电磁波，B超利用的是声波D.它们都能在真空中传播4．下列关于电磁波的说法中正确的是（）A．电磁波传播时需要介质B．电磁波是沿某一特定方向在空间传播的C．宇航员在月球上面对面交谈时是靠移动无线电话来实现的D．水波、声波是自然现象，而电磁波是人工制造出的现象5．关于电磁波的产生原因，以下说法中正确的是（）A．只要电路中有电流通过，电路的周围就有电磁波产生B．电磁波就是水波C．电磁波只能在通电导体内传播D．只要有变化的电流，周围空间就存在电磁波6．关于电磁波的波长，下面叙述中正确的是（）A．频率越高的电磁波，波长越短B．电磁波的波长都是3×108mmC．频率越低的电磁波，波长越短D．电磁波的波长与频率有关《13.4电磁波的发现及应用》导学案【学习目标】1．了解电磁波的产生与传播。2．知道光是一种电磁波，以及电磁波在真空中的传播速度。3．知道波长与频率、波速的关系。4．认识电磁波谱。5．了解电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。【学习重难点】电磁波的产生与传播，理解磁场与电场之间的关联。【学习过程】一、新课学习（一）麦克斯韦电磁场理论1．变化的磁场产生电场（1）变化的磁场能够在周围空间产生________，变化的电场能够在周围空间产生________。（2）均匀变化的磁场产生_________的电场，均匀变化的电场产生_________的磁场。（3）振荡的（即周期性变化的）磁场产生同频率的___________，振荡的电场产生同频率的___________。2．变化的电场产生磁场变化电场在周围空间产生___________，变化磁场在周围空间产生_________________，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，这就是___________。（二）电磁波1．定义：交替产生的___________和___________向周围空间的传播形成电磁波。2．特点：（1）电磁波是___________波；（2）在电磁波中，每处的电场强度和磁感应强度的方向总是相互___________，且与电磁波的传播方向___________；（3）电磁波_________在真空中传播，向周围空间传播能量。电磁波在真空中的传播速度c=___________。（4）三个特征量的关系________________。（5）电磁波能发生_______，_______，_______和_______。3．电磁波与机械波比较（1）传播条件：机械波传播_________介质，而电磁波_________介质。（2）传播规律：都遵循“__________________”这个关系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。（3）传播本质：机械波传播的是机械能，电磁波传播的是电磁能。（三）电磁波谱麦克斯韦所预言的电磁波，被____________通过实验证实之后，无线电技术得到了迅速发展。电磁波谱按照波长由小到大的顺序排列，电磁波可划分为____________、____________、____________、____________、____________和____________。电磁波的波长用λ表示，频率用f表示，它们之间的关系是____________。由于电磁波具有不同的____________________，因此具有不同的特性，利用这些特性，电磁波在生产生活中有着广泛的应用。①无线电波中的中长短波：____________________；②无线电中的微波：____________________；③红外线：____________________；④可见光：____________________；⑤紫外线：____________________；⑥X射线：____________________；⑦γ射线：____________________。二、新堂练习1．下列关于电磁波的说法中正确的是()A．只要电场和磁场发生变化,就能产生电磁波B．电磁波传播需要介质C．停止发射电磁波,发射出去的电磁波仍能独立存在D．电磁波具有能量,电磁波的传播是伴随着能量向外传递的2．电磁场理论预言了什么()A．预言了变化的磁场能够在周围空间产生电场B．预言了变化的电场能够在周围空间产生磁场C．预言了电磁波的存在，电磁波在真空中的传播速度为光速D．预言了电能够产生磁，磁能够产生电3．对于声波和电磁波的比较，下面说法中正确的是()A．它们都能发生反射现象B．声音是由物体振动产生的，电磁波是由变化的电磁场产生的C．光是一种电磁波，B超利用的是声波D．它们都能在真空中传播4．下列关于电磁波的说法中正确的是（）A．电磁波传播时需要介质B．电磁波是沿某一特定方向在空间传播的C．宇航员在月球上面对面交谈时是靠移动无线电话来实现的D．水波、声波是自然现象，而电磁波是人工制造出的现象5．关于电磁波的产生原因，以下说法中正确的是（）A．只要电路中有电流通过，电路的周围就有电磁波产生B．电磁波就是水波C．电磁波只能在通电导体内传播D．只要有变化的电流，周围空间就存在电磁波6．关于电磁波的波长，下面叙述中正确的是（）A．频率越高的电磁波，波长越短B．电磁波的波长都是3×108mmC．频率越低的电磁波，波长越短D．电磁波的波长与频率有关7．移动电话已深入千家万户，移动电话的通讯是利用了（）A．无线电波B．红外线C．X射线D．可见光8．电视机的开启和关闭可以通过遥控器实现。遥控器用来控制电视机的是（）A．红光B．红外线C．紫光D．紫外线9．下列情况中，应用了红外线传感器的是（）A．商场里的自动玻璃门B．夜间自动打开的路灯C．夜间有声音时就亮的楼梯灯D．自动恒温冰箱10．在路灯电路中装有一种传感器，它控制路灯在夜间自动开启，天亮自动关闭。该传感器是（）A．湿度传感器B．光传感器C．温度传感器D．气体传感器11．使用遥控器对空调机进行设置的过程，实际上是空调机中的传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是（）A．条形码识别器B．只要拍拍手电灯就亮的控制装置C．电子台秤中的压力传感装置D．电热水器中控制加热和保温的温控器12．北京广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光（可见光）、人体透视用的X光，都是电磁波。它们的频率分别为f1、f2、f3、f4。则()A．f1＞f2＞f3＞f4B．f1＜f2＜f3＞f4C．f1＜f2＜f3＜f4D．f1＞f2＞f3＜f413．下列能说明电磁波具有能量的依据是()A．可见光射入人的眼睛，人看到物体B．放在红外线区域的温度计升温很快C．收音机调到某个台时，调谐电路发生电谐振D．γ射线具有很强的贯穿能力14．关于电磁波的传播，下列说法正确的是（）A．真空中传播速度都等于光速B．波长较长的波绕过障碍物的能力强C．波长较长的波贯穿障碍物的能力强D．波长较短的波能量大，穿透能力强15．许多光学现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，错误的是()A．紫外验钞机是利用紫外线的化学作用B．X光透视利用的是光的衍射现象C．工业上的金属探伤利用的是γ射线具有较强穿透能力D．红外遥感技术利用一切物体都不停地辐射红外线的现象16．下列说法正确的是（）A．只有物体温度较高时，才能向外辐射红外线B．紫外线的主要作用是化学作用C．可见光比红外线容易发生衍射现象D．X射线也能在磁场中偏转17．一种电磁波入射到半径为1m的孔上，可发生明显的衍射现象。这种波属于电磁波谱的区域是()A．γ射线B．可见光C．无线电波D．紫外线《13.4电磁波的发现及应用》同步练习基础巩固1.(多选)根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是()A.电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场B.变化的电场周围一定产生磁场,变化的磁场周围一定产生电场C.变化的电场周围一定产生变化的磁场D.电磁波在真空中的传播速度为3.0×108m/s解析根据麦克斯韦的电磁场理论,只有变化的电场周围产生磁场,变化的磁场周围产生电场,但变化的电场周围不一定产生变化的磁场,如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场。根据以上分析,选项B、D正确。答案BD2.关于电磁波传播速度表达式v=λf,下列说法正确的是()A.波长越长,传播速度越快B.频率越高,传播速度越快C.发射能量越大,传播速度越快D.电磁波的传播速度与传播介质有关解析在真空中传播时,各类电磁波的传播速度相同。在介质中传播时,传播速度与介质有关。答案D3.下列说法正确的是()A.在变化的电场周围一定产生变化的磁场B.紫外线有显著的热效应C.一切物体都在不停地发射红外线D.X射线的穿透本领比γ射线更强解析在均匀变化的电场周围一定产生稳定的磁场,故A错误;红外线有显著的热效应,故B错误;物体都能产生热辐射,热辐射的电磁波包括红外线,故C正确;X射线的穿透本领比γ射线弱,故D错误。答案C4.验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光,电视机、空调的遥控器发出的光能控制电视机、空调的工作状态。对于它们发出的光,以下判断正确的是()A.它们发出的都是红外线B.它们发出的都是紫外线C.验钞机发出的是红外线,遥控器发出的是紫外线D.验钞机发出的是紫外线,遥控器发出的是红外线解析紫外线有较强的荧光作用,能使荧光物质发出荧光,故验钞机发出的是紫外线;红外线能很方便地遥控家用电器,故D正确。答案D5.(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是()A.X射线对生命物质有较强的作用,过量的X射线辐射会引起生物体的病变B.γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高C.紫外线比紫光波长长,可以用来消毒D.在电磁波谱中红外线穿透力最强,可以摧毁病变的细胞解析X射线对生命物质有较强的作用,过量的X射线辐射会引起生物体的病变,故选项A正确;γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高,故选项B正确;在电磁波谱中从无线电波到γ射线,波长逐渐减小,频率逐渐增大,紫外线比紫光波长短,C错误;γ射线穿透力最强,可以摧毁病变的细胞,D错误。答案AB能力提升1.某广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光,都是电磁波,它们的频率分别为f1,f2,f3,f4,则()A.f1>f2>f3>f4 B.f1<f2<f3<f4C.f1<f3<f2<f4 D