2019-2020学年新教材高中物理 第5章 初识电磁场与电磁波 第3节 初识电磁波及其应用 第4节

第5章初识电磁场与电磁波第3节初识电磁波及其应用第4节初识光量子与量子世界【学习素养·明目标】物理观念：1.知道电磁波的概念及电磁波的产生原理.2.了解电磁波的应用和电磁污染及防护.3.知道光是一种电磁波，知道光的能量是不连续的.4.初步了解微观世界的量子化特征．科学思维：具有与光的量子化有关的能量观念．科学态度与责任：1.能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响，能理性讨论电磁污染及其防护问题.2.通过对场的认识，能体会人类对自然界的认识是不断发展的．自主探新知预习一、电磁波及其应用1．电磁波的产生________________周围会产生周期性变化的电场，周期性变化的电场周围也会产生．变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场，这种在空间交替变化的电磁场传播出去就形成了．周期性变化的磁场周期性变化的磁场电磁波2．__________提出了电磁场理论，通过实验证实了电磁波的存在．3．电磁波的应用电磁污染及防护(1)1901年，成功地进行了跨越大西洋的无线电通信，实现了人类历史上第一次远距离无线电通信.1906年，美国物理学家费森登(R.Fessenden,1866—1932)进行了人类历史上第一次无线电广播．麦克斯韦赫兹马可尼(2)手机通话是靠一种特殊的系统来实现的．(3)电磁污染又称或射频辐射污染．随着无线电技术、微波技术的迅速发展和普及，地面电磁辐射的和大幅度增加，电磁污染已成为一种威胁人类健康的无形污染．无线通信电磁波污染密度功率二、光量子与量子世界德国物理学家最早提出量子假说，量子假说认为，物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的倍．E＝nε(n＝1,2,3，…)辐射是由一份份的能量组成的，就像物质是由一个个原子组成的一样．一份能量就是一个，的能量ε与频率ν成正比．ε＝式中，h＝6.626176×10－34J·s.这是普朗克引进的一个物理普适常量，称为.普朗克整数能量子能量子hν普朗克常量1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在．()(2)变化的磁场可以产生电场，但变化的电场不能产生磁场．()(3)雷达是通过接收障碍物发出的电磁波来确定物体位置的．()(4)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍．()(5)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．()×××√√2．下列说法中正确的是()A．任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场B．任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场C[根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场．故选C.]3．普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元．在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是()A．人的个数B．物体所受的重力C．物体的动能D．物体的长度A[依据普朗克量子化观点，能量是不连续的，是一份一份地变化的，属于“不连续的，一份一份”的概念的是A选项，故A正确，B、C、D错误．]合作攻重难探究麦克斯韦电磁场理论1.变化的磁场产生电场如图所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路(导体环)是否存在无关．导体环的作用只是用来显示电流的存在．注意：在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的．2．变化的电场产生磁场根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场．(如图所示)．3．变化的磁场产生电场(1)均匀变化的磁场产生恒定的电场．(2)非均匀变化的磁场产生变化的电场．(3)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场．4．变化的电场产生磁场(1)均匀变化的电场产生恒定的磁场．(2)非均匀变化的电场产生变化的磁场．(3)周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场．【例1】关于电磁场理论的叙述，不正确的是()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．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D[]1．某电路中电场随时间变化的图像如下列各图所示，能发射电磁波的电场是()ABCDD[图A中电场不随时间变化，不会产生磁场；图B和图C中电场都随时间做均匀的变化，只能在周围产生恒定的磁场，也不会产生和发射电磁波；图D中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而这磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场，能发射电磁波．]2．(多选)下列关于电磁波的叙述中，正确的是()A．电磁波由电磁场发生区域向远处传播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。]光的量子化与量子世界1.物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态．2．在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化．3．能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是电磁波的频率．【例2】(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是()A．以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C．吸收的能量可以是连续的D．辐射和吸收的能量是量子化的ABD[带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍或一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，故选项A、B、D正确，C错误．]3．(多选)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是()A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C．能量子与电磁波的频率成正比D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的BC[由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A错误，B正确；最小能量值ε＝hν，C正确．]4．“神光Ⅱ”装置是高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400J、波长λ为0.35μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，(h为普朗克常量，c为真空中的光速，c＝λν)，则该紫外激光所含光子数为多少个？(结果保留两位有效数字)[解析]每个激光光子的能量为ε＝hcλ，该紫外激光中所含光子数为n＝Eε＝24006.63×10－34×3.0×1080.35×10－6个≈4.2×1021个．[答案]4.2×1021个当堂固双基达标1．(多选)下列说法正确的是()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．恒定电流能够在周围空间产生恒定的磁场C．恒定电场能够在周围空间产生恒定的磁场D．均匀变化的电场能够在周围空间产生恒定的磁场ABD[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；电场按其是否随时间变化分为恒定电场和变化的电场(如运动电荷形成的电场)，恒定电场不产生磁场，只有变化的电场周围空间才存在对应磁场，故C错误，D正确；恒定电流周围存在恒定磁场，B正确．]2．在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感应电场的是()C[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中磁场随时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随时间做非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误．]3．下列关于电磁波的说法，正确的是()A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波B．电场随时间变化时，一定产生电磁波C．做变速运动的电荷会产生电磁波D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在C[只有变化的电场和磁场，才能激发电磁波，而稳定的电场和磁场不能产生电磁波，A错误；均匀变化的电场，产生恒定的磁场，但是恒定的磁场不能产生电场，故不能产生电磁波，B错误；做变速运动的电荷会在空间产生变化的电磁场，形成电磁波，C正确；赫兹证实了电磁波的存在，D错误．]4．人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108m/s，已知c＝λν，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()A．2.3×10－18WB．3.8×10－19WC．7.0×10－10WD．1.2×10－18WA[因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．所以察觉到绿光所接收的最小功率P＝Et，式中E＝6ε，又ε＝hν＝hcλ，可解得P＝6×6.63×10－34×3×108530×10－9W≈2.3×10－18W．]