逍遥学能 2013-06-02 20:52
电磁波的发现
学习目标
1.了解麦克斯韦个人成长历程，法拉第对麦克斯韦成长的影响，激励青少年热爱科学，奋发向上，为科学献身.
2、理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱：变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场。了解变化的电场和磁场相互联系形成统一的电磁场及相关推理思维过程。
3、了解电磁场在空间传播形成电磁波。知道机械波与电磁波的异同，认识光是以波动形式传播的一种电磁振动.
4、了解赫兹捕捉电磁波的过程，及电磁波的产生在物理学发展史上的伟大意义.
自主学习
【问题1】请根据书本提供的相关素材和自己外了解的相关知识，向同学介绍电磁波理论的发现背景（包含麦 克斯韦的生平、麦克斯韦和法拉第的关系及其它相关人员在电磁波方面所做的贡献。
【问题2】麦克斯韦通过伟大的预言和系统知识的总结得到电场和磁场的密切联系，电场和磁场相关系的基本论点是： ； 。根据书本的提示，麦克斯韦是通过什么思维方式得到该关系的？麦克思维在两个基本论点的基础上得到的预言是： 。
【问题3】比较电磁波和机械波的相同点和不同点。
【问题4】赫兹通过实验证明了电磁波理论，总结了电磁波的那些特点，请将 你总结的写在下面空白处。
【问题5】自己动手实验：实验器材：一节电池、一根导线、一把锉刀和一个收音机
实验操作：把锉刀裸露刀柄接触电池的负极，导线的一端接在正极上，把导线的另一端在锉刀锉面上滑动，打开收音机，听有没有“嗑嗑”的声音。试讨论你所观察到的现象的成因。
合作探究
【问题1】装置如图4.1－1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，思考小灯泡为什么能发光？并阐述麦克斯韦根据法拉第发现的电磁感应现象推理变化的磁场产生电场的思维过程？
【问题2】麦克斯韦从理论上预言 了电磁波存在，在其两个基本论点的基础上他做了什么推断？
【问题3】关于电磁场和电磁波的理解，有一些同学展开了争论，你支持谁的看法，说出你的理由。
同学甲：电磁波的传播不需要介质，声波的传 播需要介质。说明两种波是完全不同的，声波传播中的现象，电磁波一定没有。
同学乙：电磁波是一种物质。
同学丙：麦克斯韦的预言电磁波的存在是自己异想天开得到的，没有任何科学依据。
同学丁：光是以波动的形式传播的一种电磁振动。
【问题4】赫兹通过实验验证麦克斯韦电磁场理论时，所用实验装置如图4.1－2所示，在这个实验中，导线两个小球之间能够产生电火花的理论基础是什么？可能与你所学知识中相似？
【问题5】赫兹设计实验检测到电磁波的存在，在科技日益发达的今天，你可以借助于生活中的什么装置验证电磁波的存在？
堂检测
A
1．建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是 （ ）
A．法拉第 B．奥斯特 C．赫兹 D．麦克斯韦
2．1888年，用实验证实电磁波的存在，使人们认识到物质存在的另一种形式，这位物理学家是（ ）
A．赫兹 B．奥斯特 C．麦克斯韦 D．法拉第
3．关于电磁场和电磁波的说法中正确的是 （ ）
A．电场和磁场总是相互联系的，它们被统称为电磁场
B．电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波
C．电磁波的传播速度是3×108m/s
D．电磁波是一种物质，可以在真空中传播
4．某电场中电场强度随时间变化的图像如图4.1－3所示，能产生磁场的电场是（ ）
B
5． 下列关于机械波与电磁波的说法正确的是（ ）
A．声波是机械波，耳朵能够听到声波，是因为耳朵和声之间有空气.
B．水波的传播需要水，没有水就没有水波.
C．电磁波传播需要空气，没有空气，即使产生了电磁波也传不出.
D．电磁波的传播速度等于光速，不受其它因素影响
6． 在下述各种情况中,可以产生电磁波的是( ).
A． 空间有电场和磁场，它们重叠在一起就是电磁波
B．只要磁场发生变化在其周围空间就一定有电磁波
C． 一匝线圈，里面通有变化的电流，在这个线圈周围一定会产生电磁波
D． 如图4.1-4，a、b、c、d为4根相同的铜管，G为感应圈，c、d间接有一氖灯，当G工作时，氖灯发光，这表示感应圈G产生了电磁波.
我的收获
自主学习
【问题1】略
【问题2】变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。变化的电场和磁场交替 产生，由近及远传播就形成了电磁波
【问题3】. 机械波与电磁波的异同：
①. 它们都是波，均具有波的一切特性.，能够产生反射、折射、衍射和干涉现象，
②. 机械波传播需要介质，没有介质就没有机械波，机械波只是传播机械振动形式，质点并不随波迁移；电磁波可以在真空中传播，这是因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，而电场和磁场本身就是一种形式的物质.
③. 机械波的传播速度由介质决定，电磁波的传播速度等于光速.
2. 光是以波动形 式传播的一种电磁振动.
【问题4】电磁波具有反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，证明了电磁波与光具有相同的性质.
【问题5】解析：会听到收音机里发出“喀喀”的声音. 这是因为导线与钢锉摩擦，会产生变化的电流，其在周围产生变化的磁场，变化的磁场又产生变化的电场，如此反 复，则会产生电磁波，故收音机会发出“喀喀”的声.
合作探究
【问题1】解析：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。麦克斯韦从场的观点进一步想到，产生感应电流时 ，一定是有了促使导体中自由电荷做定向运动的电场. 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. 如果在这个空间有一个闭合电路，那么电路中的自由电荷就在这个电场作用下做定向运动，形成电流；即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场，故磁场变化时一定产生电场.
【问题2】解析：变化的磁场产生电场，那么变化的电场是否会产生磁场呢？麦克斯韦根据自然界规 律的统一与和谐，相信电场与磁场具有对称之美. 认 为变化的电场在空间也会产生磁场.根据这两个基本论点，麦克斯韦进一步推断：如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场；如果变化的电场属于均匀变化，则激发稳定的磁场后不再激发，若这个变化的磁场为非均匀变化的，则又会引起新的变化电场和磁场……于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播. 麦克斯韦指出，这种电场和磁场的传播是一种波动过程. 由此得出空间存在电磁波.
【问题3】通过比较电磁波和机械波的异同，可得知乙和丁的看法是对的。
【问题4】当电火花在感应圈两个金属球间跳动时，必定建立了一 个迅速变化的电磁场，按麦克斯韦的理论，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙间也产生了火花。
【问题5】收音机、手机等等
堂检测 1、D 2、A 3、BCD 4、ABC 5、ABD 6、D