人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE14.2-4.3電磁場(chǎng)與電磁波電磁波的發(fā)射和接收教學(xué)目標(biāo)1.了解麥克斯韋電磁波理論的主要觀點(diǎn),知道電磁波的概念及通過(guò)電磁波體會(huì)電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。2.體驗(yàn)赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)方法,領(lǐng)會(huì)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)意義。3.知道什么樣的電磁振蕩電路有利于向外發(fā)射電磁波．4.了解無(wú)線電波的發(fā)射過(guò)程和調(diào)制的簡(jiǎn)單概念,了解調(diào)諧、檢波及無(wú)線電波接收的基本原理．教學(xué)重點(diǎn)1.電磁場(chǎng)理論的主要觀點(diǎn)及赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)2.電磁波有效發(fā)射的條件，調(diào)制的含義及調(diào)制方式。3.無(wú)線電波接收原理。教學(xué)難點(diǎn)1.赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)方法2.無(wú)線電波調(diào)制的含義及調(diào)幅和調(diào)頻的區(qū)別。3.“電諧振”概念。教學(xué)過(guò)程新課引入問(wèn)題：電磁振蕩電路中的能量有一部分要以電磁波的形式輻射到周圍空間中去，那么，這些電磁波是怎樣產(chǎn)生的？新課學(xué)習(xí)探究一、電磁場(chǎng)麥克斯韋假設(shè)的兩大觀點(diǎn)：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)這是一個(gè)普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)。變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)電場(chǎng)就像運(yùn)動(dòng)的電荷，也會(huì)在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。 變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng) 變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)電磁場(chǎng)理論的理解——變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)〖思考〗如圖，交流電產(chǎn)生了周期變化的磁場(chǎng)，上面的線圈中產(chǎn)生電流使燈泡發(fā)光老師引出：1、如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈中還有電流電場(chǎng)嗎?（有電場(chǎng)，無(wú)電流）2、線圈不存在時(shí)，線圈所處的空間還有電場(chǎng)嗎?（有電場(chǎng)，無(wú)電流）3、若改成恒定的直流電，還有電場(chǎng)嗎?（無(wú)）麥克斯韋認(rèn)為在變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)，導(dǎo)體環(huán)只是用來(lái)顯示電流的存在。〖說(shuō)明〗:1、在變化的磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合的(渦旋電場(chǎng))。2、變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)”，這實(shí)際上是個(gè)假設(shè)。這個(gè)假設(shè)基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，是很自然的。電磁場(chǎng)理論的理解——變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)理解:(1)電場(chǎng)均勻變化產(chǎn)生穩(wěn)定磁場(chǎng)(2)非均勻變化產(chǎn)生變化磁場(chǎng)說(shuō)明：1、根據(jù)麥克斯韋理論，在給電容器充電的時(shí)候，不僅導(dǎo)體中的電流要產(chǎn)生磁場(chǎng)，而且在電容器兩極板間變化著的電場(chǎng)周圍也要產(chǎn)生磁場(chǎng)。2、“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)”，這是另一個(gè)假設(shè)。這個(gè)假設(shè)沒(méi)有直接的實(shí)驗(yàn)做基礎(chǔ)，它出于對(duì)自然規(guī)律的洞察力，是很大膽的，但卻更具有創(chuàng)造性。電磁場(chǎng)與電磁波的概念根據(jù)麥克斯韋的上述兩個(gè)觀點(diǎn)可以得出，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場(chǎng)，就會(huì)在周圍引起變化的磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)又會(huì)在較遠(yuǎn)的空間引起新的變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這樣變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成了電磁波。3、對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解:探究二、電磁波4、電磁波的形成過(guò)程麥克斯韋預(yù)言光也是電磁波麥克斯韋從理論上預(yù)見(jiàn)，電磁波在真空中的傳播速度等于光速c，由此，麥克斯韋預(yù)言了光是電磁波！他說(shuō)：“我們有充分的理由斷定，光本身是……按電磁波規(guī)律傳播的一種電磁振動(dòng)。”。5、電磁波的特點(diǎn)：１、電磁波是橫波，在電磁波中，每處的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感強(qiáng)度的方向總是相互垂直，且與電磁波的傳播方向垂直．２、電磁波的傳播不需要介質(zhì)，波速V取決于傳播介質(zhì)，任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都等于真空中的光速，電磁波的頻率在傳播過(guò)程中不會(huì)發(fā)生變化。隨著介質(zhì)的不同波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化。C＝3.0×108m/s6、電磁波與機(jī)械波的區(qū)別7、赫茲的電火花實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過(guò)時(shí)，導(dǎo)線環(huán)兩個(gè)小球間也跳過(guò)了火花。實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)與感應(yīng)圈相連的兩個(gè)金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí)，周圍空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場(chǎng)。這種變化的電磁場(chǎng)以電磁波的形式在空間傳播。當(dāng)電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí)，它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得導(dǎo)線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花，說(shuō)明這個(gè)導(dǎo)線環(huán)接收到了電磁波。檢波器微弱的電火花閃爍著麥克斯韋理論的光輝，赫茲向全世界宣告：電磁波發(fā)現(xiàn)了。赫茲的成就1）、在以后的一系列實(shí)驗(yàn)中，赫茲觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象。他還測(cè)得電磁波在真空中的速度等于光速c，證明了電磁波與光的統(tǒng)一性。這樣，赫茲證實(shí)了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。赫茲的實(shí)驗(yàn)為無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展開(kāi)拓了道路，后人為了紀(jì)念他，把頻率的單位定為赫茲。2）、物質(zhì)存在兩種形式，一種是由原子和分子構(gòu)成的實(shí)物，另一種則是以電磁場(chǎng)為代表的場(chǎng)。探究三、無(wú)線電波的發(fā)射和接收1．若要有效向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有的特點(diǎn)（1）要有足夠高的頻率：發(fā)射電磁波的功率與振蕩頻率的四次方成正比．如果是低頻信號(hào)，要用高頻信號(hào)運(yùn)載才能更有效地發(fā)射出去．（2）采用開(kāi)放電路，使振蕩電路的電磁場(chǎng)必須盡可能地分散到大的空間．天線和地線也可組成開(kāi)放電路．在電磁波發(fā)射技術(shù)中，使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫做調(diào)制．調(diào)制的裝置如圖所示．2．電磁波的發(fā)射與調(diào)制（1）調(diào)幅：使高頻振蕩的振幅隨信號(hào)而改變叫調(diào)幅．調(diào)幅作用如圖所示．甲：聲音信號(hào)的波形．乙：高頻等幅振蕩電流的波形．丙：經(jīng)過(guò)調(diào)幅的高頻振蕩電流的波形．（2）調(diào)頻：使高頻振蕩的頻率隨信號(hào)而改變叫調(diào)頻．調(diào)頻的作用如圖所示．甲：聲音信號(hào)的波形．乙：高頻等幅振蕩信號(hào)的波形．丙：經(jīng)過(guò)調(diào)頻的高頻振蕩電流的波形．（3）電磁波的發(fā)射方框圖．3．無(wú)線電波的接收（1）接收原理電磁波在傳播時(shí)遇到導(dǎo)體會(huì)使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以導(dǎo)體可用來(lái)接收電磁波，這個(gè)導(dǎo)體就是接收天線。（2）接收裝置用天線和地線組成的接收電器來(lái)接收電磁波，如圖所示：（3）電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫電諧振．（4）調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程叫調(diào)諧．能夠調(diào)諧的接收電路叫調(diào)諧電路．調(diào)諧的方法一般是改變電路的或．（5）檢波：從接收到高頻振蕩中“檢”出所攜帶的波，叫檢波．檢波是調(diào)諧的逆過(guò)程，也叫解調(diào)．檢波電路如圖．檢波作用，如圖．甲：檢波前的高頻調(diào)幅電流，乙：檢波后的單向脈動(dòng)電流，丙：流過(guò)耳機(jī)的音頻電流．毫米的電磁波叫無(wú)線電波．無(wú)線電波可以分成若干波段．波段波長(zhǎng)頻率傳播方式主要用途長(zhǎng)波米千赫地波超遠(yuǎn)程無(wú)線電通訊和導(dǎo)航中波米千赫地波和天波無(wú)線電廣播和電報(bào)通訊中短波米千赫短波米兆赫天波微波米波米兆赫近似直線傳播無(wú)線電廣播、電視、導(dǎo)航分米波分米兆赫直線傳播電視、雷達(dá)、導(dǎo)航厘米波厘米兆赫毫米波毫米兆赫例題.如圖所示為某人收音機(jī)的接收電路，其電感為，為了接收波長(zhǎng)為的電磁波，其電容器應(yīng)調(diào)到________．〖思路點(diǎn)撥〗當(dāng)接收電路中的振蕩電路的固有頻率與波長(zhǎng)為的電磁波的頻率相同時(shí)，即達(dá)到電諧振。〖答案〗〖解析〗該電磁波的頻率為．那么該電路的固有頻率也應(yīng)調(diào)到，由電磁振蕩的頻率公式得：，代入數(shù)據(jù)得：．4.電視廣播的發(fā)射和接收電視廣播的發(fā)射和接收過(guò)程地面無(wú)線電傳輸高頻電視信號(hào)的傳播方式：有線網(wǎng)絡(luò)傳輸衛(wèi)星傳輸不同的傳播方式使用不同頻率范圍的電磁波，采取不同的調(diào)制方式。隨堂練習(xí)1、（多選）關(guān)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，以下說(shuō)法正確的是（）A在赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，麥克斯韋提出了完整的電磁場(chǎng)理論B變化的磁場(chǎng)在周圍的空間一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C恒定的電場(chǎng)可以在周圍的空間產(chǎn)生磁場(chǎng)D麥克斯韋第一個(gè)預(yù)言了電磁波的存在，赫茲第一個(gè)用試驗(yàn)證明了電磁波的存在〖答案〗：BD〖解析〗：麥克斯韋提出了電磁波理論，后被赫茲證明，故A錯(cuò)D對(duì)，變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。恒定的電場(chǎng)周圍不產(chǎn)生磁場(chǎng)。故B對(duì)C錯(cuò)。2、（單選）如圖所示的四種電場(chǎng)中，哪一種能產(chǎn)生電磁波()〖答案〗D〖解析〗由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場(chǎng)時(shí)(如A圖)，由于它不激發(fā)磁場(chǎng)，故無(wú)電磁波產(chǎn)生;當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場(chǎng)時(shí)(如B、C圖)，會(huì)激發(fā)出磁場(chǎng)，但磁場(chǎng)恒定，不會(huì)激發(fā)出電場(chǎng)，故也不會(huì)產(chǎn)生電磁波;只有振蕩的電場(chǎng)(即周期性變化的電場(chǎng))(如D圖)，才會(huì)激發(fā)出振蕩的磁場(chǎng)，振蕩的磁場(chǎng)又激發(fā)出振蕩的電場(chǎng)……如此周而復(fù)始，便會(huì)形成電磁波。3、(多選)關(guān)于電磁波與聲波，下列說(shuō)法正確的是()A.電磁波是由電磁場(chǎng)發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播，聲波是聲源的振動(dòng)向遠(yuǎn)處傳播B.電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播有時(shí)也不需要介質(zhì)C.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，電磁波的傳播速度變小，聲波的傳播速度變大D.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，電磁波的波長(zhǎng)不變，聲波的波長(zhǎng)變小〖答案〗AC〖解析〗由電磁波和聲波的概念可知A正確;因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑ィ暡▽儆跈C(jī)械波，它的傳播需要介質(zhì)，在真空中不能傳播，故B錯(cuò)誤;電磁波在空氣中的傳播速度大于在水中的傳播速度，在真空中的傳播速度最大;聲波在氣體、液體、固體中的傳播速度依次增大，故C正確;無(wú)論是電磁波還是聲波，從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率都不變，所以由波長(zhǎng)λ=及它們?cè)诓煌橘|(zhì)中的傳播速度可知，由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波的波長(zhǎng)變短，聲波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，故D錯(cuò)誤。4、（單選）關(guān)于電磁波的特點(diǎn)，下列說(shuō)法中不正確的是()A.電磁波中電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相垂直，電磁波沿二者垂直的方向傳播B.電磁波是橫波C.電磁波傳播不需要介質(zhì)D.電磁波不具有干涉和衍射現(xiàn)象〖答案〗D〖解析〗電磁波具有波所特有的各種屬性，即電磁波具有干涉、衍射、反射等現(xiàn)象。5.有波長(zhǎng)分別為的無(wú)線電波同時(shí)傳向收音機(jī)的接收天線，當(dāng)把收音機(jī)的調(diào)諧電路的頻率調(diào)到時(shí)．（1）哪種波長(zhǎng)的無(wú)線電波在收音機(jī)中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)？（2）如果想接收到波長(zhǎng)為的無(wú)線電波，應(yīng)該把調(diào)諧電路中可變電容器的動(dòng)片旋進(jìn)一些還是旋出一些？〖答案〗見(jiàn)〖解析〗〖解析〗（1）根據(jù)公式，得．．．所以波長(zhǎng)為的無(wú)線電波在收音機(jī)中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)．（2）要接收波長(zhǎng)為的無(wú)線電波，應(yīng)增大調(diào)諧電路的固有頻率，因此，應(yīng)把調(diào)諧電路中可變電容器的動(dòng)片旋出一些．6.圖中為某火箭發(fā)射場(chǎng)，為山區(qū)，為城市．發(fā)射場(chǎng)正在進(jìn)行某型號(hào)火箭的發(fā)射試驗(yàn)．為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射的實(shí)況，在發(fā)射場(chǎng)建立了發(fā)射臺(tái)用于發(fā)射廣播與電視信號(hào)．已知傳輸無(wú)線電廣播所用的電磁波波長(zhǎng)為，而傳輸電視信號(hào)所用的電磁波波長(zhǎng)為，為了不讓山區(qū)擋住信號(hào)的傳播，使城市居民能收聽(tīng)和收看火箭發(fā)射的實(shí)況，必須通過(guò)建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)________（填“無(wú)線電廣