高中物理选修3-4导学案：14.1电磁波的发现

1 电磁波的发现【学习目标】1了解发现电磁波的历史背景知道麦克斯韦对电磁学的伟大贡献；2了解麦克斯韦电磁场理论的主要内容；3知道电磁波的特点；4知道赫兹实验及其重要意义。

【重点难点】麦克斯韦电磁场理论的主要内容【学习内容】知识准备1、“神舟六号”和“神舟七号”上天后，人们是怎样知道它到达预定的地点呢？答：。

2、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。

现代社会的各个部门，几乎都离不开，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，或者现代化的代名词。

预习自测一、伟大的预言（1）变化的磁场产生电场：实验基础：在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里将会产生_____，麦克斯韦对现象的分析：回路中有感应电流产生，一定是变化的磁场产生了______，自由电荷在_____作用下发生了_____移动，麦克斯韦第一条假设，即使在变化的磁场周围没有______，同样要产生______，变化的磁场产生______是一个普遍规律。

（2）变化的电场产生磁场：麦克斯韦确信自然规律的统一性、和谐性，相信电场和磁场的______之美，他大胆的假设，既然变化的______能产生电场，变化的电场也会在空间产生______。

二、电磁波（1）麦克斯韦集电磁学研究成果之大成，不仅预言了________的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的______。

（2）电磁波的产生：如果空间某区域存在不均匀变化的电场，那么它就在空间引起不均匀变化的_______，这个不均匀变化的磁场又引起新的不均匀变化的_________，于是，________的电场和______的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成了______。

（3）根据麦克斯韦的电磁理论，电磁波中的_______与______方向互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。

（4）麦克斯韦指出了光的______本质，他预言电磁波的速度等于______。

14.1电磁波的发现教案物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成。

教学目标1.了解电磁波的历史背景，知道麦克斯韦对电磁学的伟大贡献；2.了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点，知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性；3.体会赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理实验对物理学发展的基础意义。

领会发现电磁波的过程中所蕴含的科学精神和科学研究方法。

教学重点与难点1.电磁场理论的内容2.电磁波的特点教学过程一、变化的磁场产生电场实验为证如右图,交流电产生了周期变化的磁场,上面的线圈中产生电流使灯泡发光讨论:①如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电流电场吗?（有电场,无电流）②线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗?（有）③若改成恒定的直流电,还有电场吗?（无）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,跟闭合电路是否存在无关,导体环只是用来显示电流的存在说明:在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的 (涡旋电场) 二、变化的电场产生磁场麦克斯韦假设:变化的电场就像导线中的电流一样,会在空间产生磁场,即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理解: (1) 电场均匀变化产生稳定磁场(2) 非均匀变化产生变化磁场麦克斯韦电磁场理论的理解:①恒定的电场不产生磁场②恒定的磁场不产生电场③均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场④均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场⑤振荡电场产生同频率的振荡磁场⑥振荡磁场产生同频率的振荡电场电场和磁场的变化关系电磁波1电磁场: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,……变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场2电磁波电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波电磁波的特点:(1) 电磁波是横波,电场强度E 和磁感应强度 B做正弦规律,二者相互垂直,均与波的传播方向垂直(2)电磁波可以在真空中传播,速度和光速相同. v=λf(3) 电磁波具有波的特性电磁波的实验证明赫兹的电火花实验赫兹观察到了电磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等现象.他还测量出电磁波和光有相同的速度.这样赫兹证明了麦克斯韦关于光的电磁理论赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波【作业】问题与练习：。

第十四章电磁波1电磁波的发现2电磁振荡一、麦克斯韦的电磁场理论及对电磁波的预言1．麦克斯韦电磁场理论英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象成果的基础上，建立了完整的电磁场理论．可定性表述为：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．2．麦克斯韦对电磁波的预言如果在空间某区域内有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成了电磁波．3．电磁波的特点(1)电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波．(2)电磁波在真空中传播的速度等于光速c，光的本质是电磁波．4．赫兹的实验(1)赫兹利用如图的实验装置，证实了电磁波的存在．(2)赫兹的其他实验成果：赫兹通过一系列的实验，观察到了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振现象，并通过测量证明，电磁波在真空中具有与光相同的速度，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论．北京时间2011年11月3日凌晨，“神舟”八号飞船与“天宫”一号目标飞行器实现刚性连接，形成组成体，中国载人航天首次空间交会对接试验获得成功．“神舟”八号与“天宫”一号交会对接的成功意味着我国成为继美国、俄罗斯后，第三个独立掌握航天交会对接技术的国家．因此，“天宫”一号与“神八”这次太空中的亲密接触，不仅奠定了中国载人航天技术在世界上的一席之地，也使中国未来空间站的组装和建造成为可能．“神八”与“天宫”一号的对接过程是在地面控制中心的科学家们的指挥下完成的，地面控制中心与“神舟”八号和“天宫”一号相距如此之远，他们是如何完成控制指令的传输的？提示：借助于电磁波．二、电磁振荡的产生1．振荡电流和振荡电路(1)振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流．(2)振荡电路：产生振荡电流的电路，最简单的振荡电路为LC振荡电路．2．电磁振荡的过程放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大，电容器极板上的电荷逐渐减少，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能，振荡电流逐渐增大，放电完毕，电流达到最大，电场能全部转化为磁场能．充电过程：电容器放电完毕后，由于线圈的自感作用，电流保持原来的方向逐渐减小，电容器将进行反向充电，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能，振荡电流逐渐减小，充电完毕，电流减小为零，磁场能全部转化为电场能．此后，这样充电和放电的过程反复进行下去．3．电磁振荡的实质在电磁振荡过程中，电容器极板上的电荷量，电路中的电流，与振荡电流相联系的电场和磁场都在周期性地变化，电场能和磁场能周期性地转化．打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量．在收音机附近，将电池盒的两根引线反复碰撞(如图)，你会听到收音机中发出“喀喀”的响声．为什么会产生这种现象呢？打开电扇，将它靠近收音机，看看又会怎样．提示：电磁波是由电磁振荡产生的，在收音机附近，将电池盒的两引线反复碰触，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，这样会形成电磁波，从而导致收音机中发出“喀喀”声，若将转动的电扇靠近收音机，因为电扇中电动机内通有交流电，发动机的运行同样会引起收音机发出“喀喀”声．三、电磁振荡的周期和频率1．电磁振荡的周期T：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间．2．电磁振荡的频率f：1 s内完成周期性变化的次数．3．LC电路的周期(频率)公式周期、频率公式：T＝2πLC，f＝1/(2πLC)，其中：周期T、频率f、自感系数L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)．某LC振荡电路，线圈的自感系数可从0.1 mH变到4 mH，电容器的电容可从4 pF变到90 pF.该电路振荡的最高频率是多少？最低频率是多少？答案：8.0×106 Hz 2.7×105 Hz解析：由f＝12πLC 知，当L1＝0.1 mH，C1＝4 pF时，频率最高，即f max＝12πL1C1＝12π0.1×10－3×4×10－12＝8.0×106 Hz当L2＝4 mH，C2＝90 pF时，频率最低，即f min＝12πL2C2＝12π4×10－3×90×10－12＝2.7×105 Hz.考点一麦克斯韦电磁场理论1．麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场产生电场如下图所示，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场的存在．【方法指导】变化的磁场产生的电场，称为感应电场，也叫涡旋场，跟前面学过的静电场一样，处于电场中的电荷受力的作用，且F＝qE.但它们也有显著的区别，表现为：(1)静电场的电场线是非闭合曲线，而感应电场的电场线是闭合曲线；(2)静电场中有电势的概念，而感应电场中无电势的概念；(3)在同一静电场中，电荷运动一周(曲线闭合)，电场力做功一定为零，而在感应电场中，电荷沿闭合曲线运动一周，电场力做功不一定为零；(4)静电场的“源”起于电荷，而感应电场的“源”起于变化的磁场．(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，不但导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化的电场周围也要产生磁场，如右图所示．2．对电磁场理论的理解变化的电场产生磁场变化的磁场产生电场恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场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麦克斯韦集电磁学研究成果之大成，不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁场理论．麦克斯韦电磁场理论的意义足以与牛顿力学体系相媲美，它是物理学发展中一个划时代的里程碑．【例1】关于电磁场理论，下列说法中正确的是()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【导思】 1.稳定的磁场能产生电场吗？2．稳定的电场能产生磁场吗？3．均匀变化的磁场产生什么样的电场？4．均匀变化的电场产生什么样的磁场？5．周期性变化的磁场产生什么样的电场？6．周期性变化的电场产生什么样的磁场？【解析】根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场．【答案】 D在理解麦克斯韦电磁场理论时，要注意静电场不产生磁场，稳定磁场也不产生电场.下列说法正确的是(D)A．稳定的电场产生稳定的磁场B．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场C．变化的电场产生的磁场一定是变化的D．振荡的电场周围空间产生的磁场也是振荡的解析：麦克斯韦电磁场理论的要点是：变化的磁场(电场)要在周围空间产生电场(磁场)，若磁场(电场)的变化是振荡的，产生的电场(磁场)也是振荡的，由此可判断出正确的为D项．考点二电磁场和电磁波1．电磁场：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个电场就会在它周围空间引起周期性变化的磁场；这个周期性变化的磁场又会在它周围空间引起新的变化的电场……变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场．2．电磁波变化的电场和变化的磁场总是交替产生的，并且由发生的区域向周围空间传播．电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波．3．电磁波的特点(1)电磁波是横波，在传播方向上的任一点，E和B都随时间做正弦变化，E与B相互垂直且均与传播方向垂直，如右图所示．(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中，电磁波的传播速度与光速相同，为3.0×108 m/s.电磁波和光一样，在介质中的传播速度都要小于在真空中的传播速度，其大小与介质有关．(3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象，与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射．(4)电磁波的波速、波长与频率的关系：v＝fλ或λ＝v f.4．赫兹发现了电磁波：1886年，赫兹用如图所示的实验证明了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了电磁波．他还通过实验观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象．通过实验证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度c.后人为纪念赫兹的实验为无线电技术的发展作出的突出贡献，把频率的单位定为赫兹.【例2】(多选)电磁波与声波比较，下列说法正确的是()A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C．由空气进入水中时，电磁波波长变短，声波波长变长D．电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定的，与频率无关【导思】要知道电磁波与机械波有哪些相同，哪些不同．【解析】电磁波传播不需要介质，而声波属于机械波，声波传播离不开介质，A正确；电磁波在空气中的速度接近光在真空中的速度，进入水中速度变小，而声波进入水中速度反而比空气中大，B正确；由v＝λf，电磁波或声波由一种介质进入另一种介质时，频率不变，可见波速v与波长λ成正比，C正确；电磁波的速度不仅与介质有关，还与频率有关，这点与声波不相同，D错误．【答案】ABC(多选)下列关于电磁波的叙述中，正确的是(ACD)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3.0×108 m/sC．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短D．电磁波也能产生干涉，衍射现象解析：电场、磁场相互激发并向外传播，形成电磁波，选项A正确．电磁波只有在真空中波速为3.0×108 m/s，在其他介质中均小于3.0×108 m/s，选项B错误．根据λ＝vf知，光从真空进入介质，频率不变，波速减小，所以波长λ减小，故选项C正确．电磁波具有波的一切性质，能产生干涉和衍射现象，故选项D正确．考点三电磁振荡的产生1．振荡电流的产生：(1)振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流；(2)振荡电路：能够产生振荡电流的电路；(3)LC振荡电路：由电感线圈L和电容器C组成的电路，LC振荡电路是一种最简单的振荡电路．2．电磁振荡：在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷量、极板上的电压、电路中的电流以及跟电荷有关的电场、与电流有关的磁场都发生周期性变化的现象叫电磁振荡．在电磁振荡过程中，电场能和磁场能同时发生周期性变化．3．振荡电路中的电流i、极板上的电荷量Q、电压、电场能和磁场能之间的对应关系．(1)图象说明如下图所示．(2)图表说明：在分析电磁振荡的过程中，首先要明确电容器和电感线圈在电路中的作用．电容器在电路中有充电和放电的作用，电感线圈在电路中有阻碍电流变化的作用，线圈中自感电动势的大小和电流的变化率成正比，方向总是阻碍电流的变化．【例3】(多选)如图所示，为LC振荡电路中电容器极板上电荷量q随时间变化的关系图线，则下列说法中正确的是()A．t1时刻电路中磁场能最小B．t1～t2时间内电路中电流值不断减小C．t2～t3时间内电容器充电D．t4时刻电路中电场能最小【导思】 1.由图可知哪些时间段充电？哪些时间段放电？2．充电过程电流如何变化？放电过程电流如何变化？【解析】t1时刻电荷量达到峰值，则电场能达到峰值，因此磁场能最小．t1～t2时间内电荷量减小，为放电过程，故电流增大．t2～t3时间内电荷量增大，电场能增加，所以磁场能减小，是充电过程．t3～t4过程是放电过程，到t4时刻放电完毕，所以t4时刻电场能最小．充电过程电荷量增加，电场能增大，磁场能减小，电流减小．【答案】ACD(多选)在LC振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向如右图所示，则下列说法正确的是(AC)A．若磁场正在加强，则电容器正在放电，电流方向为a→bB．若磁场正在减弱，则电场能正在减小，电容器下极板带负电荷C．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器下极板带负电荷D．若磁场正在加强，则电容器正在充电，电流方向为b→a解析：在电磁振荡的一个周期内，磁场加强的过程，必定是电容器放电过程，振荡电流增大而电场能减小，根据线圈磁感线方向，用安培定则可确定线圈上振荡电流的方向，从而得知回路中电流方向是a →b ，注意到这是放电电流，故电容器下极板带正电荷；磁场正在减弱的过程，必定是电容器充电过程，振荡电流减小而电场能增大，用安培定则判断此时电流方向仍是a →b ，但这是充电电流，故负电荷不断聚到下极板，上极板则出现等量正电荷，电容器两极板的电荷不断增加．由以上分析可知，本题正确选项应为A 、C. 考点四 电磁振荡的周期和频率振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失，也不受其他外界的影响，这时电磁振荡的周期和频率叫做振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率．1．LC 振荡电路的周期和频率：(1)公式：T ＝2πLC ，f ＝12πLC. (2)影响电磁振荡的周期和频率的因素．由电磁振荡的周期公式T ＝2πLC 知，要改变电磁振荡的周期和频率，必须改变线圈的自感系数L 或者电容器的电容C .影响线圈自感系数L 的是：线圈的匝数、有无铁芯及线圈横截面积和长度．匝数越多，自感系数L 越大，有铁芯的自感系数比无铁芯的大．影响电容器电容的是：两极板正对面积S 、两极板间介质的介电常数ε以及两极板间的距离d .由C ＝εS 4πkd(平行板电容器电容)，不难判断ε、S 、d 变化时，电容C 的变化． 一般来讲，由于电容器两极板间的正对面积的改变较为方便，只需将可变电容器的动片旋出或旋入，便可改变电容C 的大小，所以通常用改变电容器极板正对面积的方法改变LC 振荡电路的振荡周期和频率．2．对LC 振荡电路周期公式的理解(1)电感线圈L 和电容器C 在LC 振荡电路中既是能量的转换器，又决定着这种转换的快慢，L 或C 越大，能量转换时间也越长，故周期也越大；(2)回路中的电流i 、线圈中的磁感应强度B 、电容器极板间的电场强度E 的变化周期就是LC 振荡电路的振荡周期T ＝2πLC ，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期T ＝2πLC ，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们的变化周期是振荡周期的一半，即T ′＝T 2＝πLC .3．LC 振荡电路中各物理量的变化关系在LC 电路振荡过程中，电容器上的三个物理量q 、E 、E E 与线圈中的三个物理量i 、B 、E B 是同步异向变化的，即q 、E 、E E 同时减小时，i 、B 、E B 同时增大，且它们的变化是同步的，也即：q 、E 、E E ↑――→同步异向变化i 、B 、E B ↓.【例4】电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的，现发现电子钟每天要慢30 s，造成这一现象的原因可能是()A．电池用久了B．振荡电路中电容器的电感小了C．振荡电路中线圈的电感大了D．振荡电路中的电容器的电容小了【导思】本题关键是找到影响LC回路固有频率的各个因素，并理清它们之间的关系．【解析】电子钟变慢的原因是LC振荡电路的振荡周期变大了，而影响周期的因素是振荡电路中的L和C，这两个物理量有一个或两个变大都会造成振荡周期变大，故C项正确．【答案】 C要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是(A)A．增大电容器两极板的间距B．升高电容器的充电电压C．增加线圈的匝数D．在线圈中插入铁芯解析：振荡电路的频率由LC回路本身的特性决定，f＝12πLC.增大电容器两极板间距，电容减小，振荡频率升高，A正确；升高电容器的充电电压不能改变振荡电流的频率，B错；增加线圈匝数和插入铁芯，电感L都增大，频率降低，C、D错．重难疑点辨析判断LC回路处于放电过程还是充电过程的方法当电流流向带正电的极板时，电荷量增加，磁场能向电场能转化，电场能增加，电流减小，磁场能减少，处于充电过程；当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，电场能减少，电流增大，磁场能增加，处于放电过程．【典例】如图所示为LC振荡电路中振荡电流随时间变化的图象，由图可知，在OA段时间内________能转化为________能，在AB段时间内电容器处于________(选填“充电”或“放电”)过程，在时刻C，电容器带的电荷量________(选填“为零”或“最大”)．【解析】由图可知，振荡电流随时间呈正弦规律变化．在OA段时间内电流增大，电容器正在放电，电场能逐渐转化为磁场能．在AB段时间内电流减小，电容器正在充电．在时刻C电流最大，为电容器放电完毕瞬间，电荷量为零．【答案】电场磁场充电为零回路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期就是LC回路的振荡周期T＝2πLC，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期T＝2πLC，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们的变化周期是振荡周期的一半，即T′＝T 2＝πLC.1．下列关于电磁波的说法正确的是(B)A．电磁波必须依赖介质传播B．电磁波可以发生衍射现象C．电磁波不会发生偏振现象D．电磁波无法携带信息传播解析：电磁波具有波的共性，可以发生衍射现象，B项正确．电磁波是横波，能发生偏振现象，C项错误．另外，电磁波能携带信息传播，且传播不依赖介质，A、D项错误．2．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是(D)A．电磁波有横波，也有纵波B．电磁波不能在墙体内传播C．电磁波只能产生干涉和衍射现象，不能发生偏振D．电磁波中电场和磁场的方向处处相互垂直3．电磁波在传播时，不变的物理量是(B)A．振幅B．频率C．波速D．波长解析：离波源越远，振幅越小，电磁波在不同介质中的波速不一样，波长也不一样．频率是由发射电磁波的波源决定的，与介质无关．4．(多选)在LC回路产生电磁振荡的过程中，下列说法正确的是(BC)A．电容器放电完毕时，回路中磁场能最小B．回路中电流值最大时，磁场能最大C．电容器极板上电荷量最多时，电场能最大D．回路中电流值最小时，电场能最小解析：电容器放电完毕时，q＝0，i最大，磁场能最大，A错，B对；电流最小时，i＝0，电容器极板上电荷量q最多，极板间电场最强，电场能最大，C对，D错．5．磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如图所示，其中能产生电场的有B、C、D图所示的磁场，能产生持续电磁波的有B、D图所示的磁场．解析：A图中的磁场是恒定的，不能产生电场，更不能产生电磁波，B图中的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生电磁波；C图中的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能产生磁场，因此不能产生电磁波；D图中的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生持续的电磁波．莘莘学子，最重要的就是不要去看远方模糊的，而要做手边清楚的事。

【单元内容】第1节电磁波的发现第2节电磁振荡第3节电磁波的发射和接收第4节电磁波和信息化社会第5节电磁波谱【学习目标】 1．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展史上的意义；了解电磁波的产生；了解赫兹电火花实验，感受电磁波的存在；了解电磁波的周期、频率、波长和波速以及他们之间的关系。

2．初步了解LC电路的振荡过程及LC电路的振荡周期和频率与电感L和容C的关系。

3．了解无线电波的发射过程和调制的简单概念及无线电波的接收的基本原理。

4．了解电磁波谱的构成，知道各波段的电磁波的主要作用及应用。

【重点】麦克斯韦电磁场理论；LC电路的振荡过程；无线电波的发射过程和接收过程；电视、雷达、移动电话、因特网等原理及应用【难点】如何理解变化的磁（电）场产生电（磁）场；LC电路在放电时电流为什么不能立刻达到最大？调频、调幅的概念；调制和解调的关系；电视、雷达、移动电话的工作原理【自主预习】1、知识铺垫①法拉第电磁感应定律：②电容器、电感线圈的基本特性：③波长、波速和频率的关系：2、课文预习（仔细阅读课本，并填写）1．1886年，人类第一次主动地发射、接收．2．麦克斯韦电磁理论为：；，电磁波在真空的传播速度为，电磁波的传播不需．3．1866年，用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了．他还通过实验观察到了电磁波的和衍射等现象．通过实验证明了电磁波在真空中具有与光相同的.4．大小和方向都做性迅速变化的电流，叫做振荡电流，振荡电流属于．5．电磁振荡的周期公式T＝，频率公式f＝两者都决定于振荡电路本身．6．由周期和频率公式可知，适当地选择和，就可以使振荡电路的周期和频率符合我们的需要．7．要有效的发射电磁波，必须用电路，而且要有足够高的．8．调制有两种形式，一种叫用符号表示，另一种叫调频用表示．9．调谐电路的作用在于使接收电路的固有频率与收到的的频率相同，产生．10．电磁波可以通过进行有线传输，也可以实现传输．11．1927年，英国发明家在伦敦公开表演了向远处传递活动图像的技术，这个表演标志着的诞生．12．电磁波是一个很大的家族，波长大于1mm的电磁波是．13．红外线波长较大，一切物体都能发射，红外线具有显著的，所以在炉旁觉得比较温暖．可见光的波长范围在到之间．可用于杀菌消毒；和的穿透力较强．14．电磁波是一种，具有能量。

1 电磁波的发现课前自主学习1．1886年，人类第一次主动地发射、接收．2．麦克斯韦电磁理论为：；，电磁波在真空的传播速度为，电磁波的传播不需．3．1886年，用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了．他还通过实验观察到了电磁波的和衍射等现象．通过实验证明了电磁波在真空中具有与光相同的.课后训练1．根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法中正确的是()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3.0×108 m/s2．关于电磁波传播速度表达式v=λf,下列说法中正确的是()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3．关于LC振荡电路中的振荡电流,下列说法中正确的是()A.振荡电流最大时,电容器两极板间的电场强度最大B.振荡电流为零时,线圈中自感电动势为零C.振荡电流增大的过程中,线圈中的磁场能转化成电场能D.振荡电流减小的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能4．在LC振荡电路中,电容器上带的电荷量从最大值变化到零所需的最短时间是()A. B.C.πD.2π5．用麦克斯韦的电磁场理论判断,如图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图象是()[答案]课后训练1．[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．[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．[解析]:振荡电流最大时处于电容器放电结束瞬间,电场强度为零,A错误;振荡电流为零时,振荡电流改变方向,这时的电流变化最快,电流变化率最大,线圈中的自感电动势最大,B错误;振荡电流增大时,电场能转化为磁场能,C错误;振荡电流减小时,线圈中的磁场能转化为电场能,D正确。

高三物理选修3-4第十四章电磁波第1节电磁波的发现导学案【教学目标】1．了解发现电磁波的历史背景，知道麦克斯韦对电磁学的伟大贡献。

2．了解麦克斯韦电磁波理论的主要观点，知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。

3．体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理实验对物理学发展的基础意义。

4．领会发现电磁波的过程中所蕴含的科学精神和科学研究方法。

【教学重点】电磁场理论的主要观点及赫兹证明电磁波存在的实验【教学难点】赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法【自主学习】一、伟大的预言1．变化的磁场产生电场（1）在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流，如图所示。

这是法拉第发现的电磁感应现象。

（2）麦克斯韦进一步想到，既然产生了感应电流，一定是有了电场，它促使导体中的自由电荷做定向运动。

因此，麦克斯韦认为：这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场。

电路中的自由电荷就是在这个电场的作用下做定向运动，产生了感应电流。

即使在变化的磁场中没有闭合电路，同样要产生电场，如图所示。

变化的磁场产生电场，这是一个普遍规律。

（3）非均匀变化的磁场产生变化的电场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，稳定的磁场不产生电场。

2．变化的电场产生磁场（1）麦克斯韦大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，如图所示。

即变化的电场产生磁场。

（2）非均匀变化的电场产生变化的磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，稳定的电场不产生磁场。

3．电磁场（1）麦克斯韦认为在周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场，周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，变化的电场和变化的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。

（2）周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播。

在空间形成电磁波。

二、电磁波1．根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，如图所示。

14.1 电磁波的发现【教学目标】（一）知识与技能1．知道麦克斯韦电磁场理论的重要地位。

2．知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。

3．知道电磁波的特点。

4．知道赫兹实验及其重要意义。

（二）过程与方法通过对电磁波发现过程的了解，认识规律的普遍性与特殊性，培养学生的逻辑推理和类比推理能力。

（三）情感、态度与价值观培养学生崇尚科学、献身科学的精神。

【教学重点】变化的磁场产生电场。

【教学难点】变化的电场产生磁场。

【教学方法】演示推理和类比推理【教学用具】学生电源一台，电磁铁一块，多匝线圈、灯座、小灯泡各一个，导线若干，多媒体课件【教学过程】（一）引入新课（导入画面）师：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？生：无线电波。

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？这一章就要讨论这些问题。

今天我们就从电磁波的发现开始学习。

（二）进行新课1．伟大的预言（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（Jame s Clark Mexwell，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，1856~1865年，他先后在阿丁见大学和伦敦皇家学院任教。

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。

1 电磁波的发现【学习目标】1、理解麦克斯韦理论基本内容的要点2、知道什么是电磁场、电磁波3、知道电磁波的基本特点及波长与波速的关系4、了解赫兹实验以及它的重大意义【自主探究】阅读课本明确下面的问题：一、麦克斯韦经典电磁场理论的两个要点是（1）：__________________________________________,（2）：___________________________________________.下图操作观察到的现象是：磁铁上下移动时，电流计指针有示数变化；通断电源时灯泡发亮。

结合上面现象分析这一要点的正确性：思考：稳定的磁场产生电场吗？均匀变化的磁场产生什么样的电场？周期性变化的磁场又产生什么样的电场？上述实验中若没有导体环还有电场吗？按右图操作观察到的现象是：接通电源时，小磁针发生转动。

结合观察到的现象试分析这一要点的正确性：思考：稳定的电场能产生磁场？均匀变化的电场产生什么样的磁场？周期性变化的电场产生什么样的磁场？（3）阅读课本结合以上分析试回答什么是电磁场？二、电磁波请阅读课本明确下面问题1、什么是电磁波？2、电磁波的特点：a、电磁波是横波还是纵波？b、电磁波的传播需不需要介质？电磁波在传播过程中，传递的是什么？c、公式v=λf还适应于电磁波吗？麦克斯韦的电磁场理论指出电磁波是一种_____波，任何电磁波在真空中传播的速度是__________m/s。

3．电磁波的存在是谁预言的？是谁实验证明的？这位实验者是如何实验证明的？三、电磁波和机械波的比较（结合所学知识，完成下面表格）四、赫兹实验及其意义麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹通过实验捕捉到了电磁波。

充分的证实了电磁场理论的正确性，为无线电技术的发展开拓了道路。

阅读课本P79了解赫兹所做的捕捉电磁波实验的装置、过程和结论。

思考：列举生活中捕捉电磁波的例子，从而证明明电磁波的存在【当堂检测】1.根据麦克斯韦电磁场理论,变化的磁场可以产生电场,当产生的电场的电场线如图所示时,可能是()A.向上方向的磁场在增强B.向上方向的磁场在减弱C.向上方向的磁场先增强,然后反向减弱D.向上方向的磁场先减弱,然后反向增强2.如图所示,在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内,有一直径略小于环口径的带正电的小球,正以速度v0沿逆时针方向匀速转动。