高中物理【电磁波的发现及应用 能量量子化】教学资源
- 格式：doc
- 大小：992.50 KB
- 文档页数：11
高中物理【电磁波的发现及应用 能量量子化】教学资源
一 电磁场
1．电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成不可分割的统一的电磁场。
2．麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场产生了电场。
(2)变化的电场产生了磁场。
二 电磁波及其应用
1．电磁波：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，空间就存在电磁波。
2．电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本质，他预言电磁波的速度等于光速。
3．电磁波的实验证实：赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论。
4．电磁波谱
(1)电磁波的波长、频率、波速的关系：c＝λf。
(2)在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108 m/s。
(3)按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来就是电磁波谱。
(4)电磁波谱的排列：按波长由长到短依次为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
5．电磁波的能量及电磁波通信
(1)电磁波是一种物质，而且具有能量。
(2)移动电话、互联网也是利用电磁波来传输信息的。
(3)电磁波的传输：既可以通过有线传播，也可实现无线传播。
三 能量量子化
1．热辐射
(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。
(2)特点：当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。
2．黑体
(1)定义：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。
(2)特点：
①黑体不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波。
②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。 3．能量子
(1)普朗克的假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。
(2)能量子：这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
(3)能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s。
(4)光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为 hν。这些能量子被叫作光子。
4．能级
(1)能级：微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。
(2)能级特点：
①原子处于能量最低的状态，是最稳定的。
②原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。
③原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。
对麦克斯韦电磁场理论的理解
电子感应加速器就是用来获得高速电子的装置，其基本原理如图所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电磁体线圈中通入变化的电流，真空室中的带电粒子就会被加速，其速率会越来越大。请思考：带电粒子受到什么力的作用而被加速？如果线圈中通以恒定电流会使粒子加速吗？这个现象告诉我们什么道理？
提示：电荷受到静电力作用做加速运动。线圈中通入恒定电流时，粒子不会被加速。这个现象告诉我们变化的磁场能产生电场。
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
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
2.对电磁场的理解
(1)电磁场的产生：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，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场一环套一环，如图所示。
(2)电磁场并非简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可分割的统一整体。在电磁场示意图中，电场和磁场在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播。
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，在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，在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 [解析] 根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场。
[答案] D
[名师点评]
理解麦克斯韦电磁场理论的三点注意
(1)恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。
(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。
(3)周期性变化的磁场在周围空间产生同频率周期性变化的电场，同样，周期性变化的电场在周围空间产生同频率周期性变化的磁场。
1.(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论可知，以下叙述正确的是( )
A．教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场
B．工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场
C．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场
D．电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直
解析：教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器用的是振荡电流，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场(磁场)不会产生磁场(电场)，故选项C错误；电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确。
答案：ABD
2．(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断，下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像(每个选项中的上图表示变化的场，下图表示变化的场产生的另外的场)，正确的是( )
解析：A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A图中的下图是错误的；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生恒定的磁场，下图的磁场是恒定的，所以B图正确；C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差π2，C图是正确的；D图的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差π，故不正确。所以只有B、C两图正确。
答案：BC
电磁波的特性及应用
(1)如图所示，中国航天员在“天宫一号”为中小学生授课。思考一下，该航天员授课的视频是怎样传到地面上的？
提示：通过电磁波来传递的。
(2)红外体温计不用与人体接触便可以迅速测量体温，如图所示。你知道它的工作原理吗？
提示：体温越高，辐射红外线越强。
1．电磁波谱是把电磁波按波长由大到小的顺序排列起来的图表。顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。它们共同构成了范围广阔的电磁波谱。
2．电磁波谱中各种波段的特征用途
电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
特性 波动性强 热作用强 感光性强 化学作用、荧光效应 穿透力大 穿透力最强
用途 通信广播、导航 加热、遥测遥感、红外摄像、红外制导 照明、照相等 杀菌消毒、治疗皮肤病等 检查、探测、透视、治疗 探测、治疗
3.各种电磁波的共性
(1)它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵守公式c＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s。
(3)它们的传播都不需要介质。
(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
4．电磁波的传输：电磁波可以通过电缆进行有线传输，也可实现无线传输。电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大。
下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象。请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。
(1)X光机：________；
(2)紫外线灯：________；
(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用________。
A．光的全反射
B．紫外线具有很强的荧光作用
C．紫外线具有杀菌消毒作用
D．X射线的很强的贯穿力
E．红外线具有显著的热作用 [解析] (1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线，故选D。
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，故选C。
(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，故选E。
[答案] (1)D (2)C (3)E
3.红外线、紫外线、无线电波、可见光、γ射线、X射线按波长由大到小的排列顺序是( )
A．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线
B．红外线、可见光、紫外线、无线电波、γ射线、X射线
C．γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波
D．紫外线、红外线、γ射线、X射线、无线电波、可见光
解析：在电磁波谱中以无线电波波长最大，γ射线波长最小，所以正确的顺序为A。
答案：A
4．关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( )
A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
解析：电磁波和声波都能传递信息，比如人们之间的语言交流，A选项错误；太阳光中的可见光属于电磁波，而“B超”中的超声波属于机械波，它们的传播速度不同，选项C错误；遥控器发出的红外线波长比X射线波长大得多，D选项错误。正确选项为B。
答案：B
黑体辐射及能量量子化
(1)如图所示，一个闭合的空腔，在空腔表面开一个小孔，小孔就可以模拟一个黑体，观察从外面射来的电磁波的传播情况。思考：什么是黑体？
