第15讲 电磁波的发现及应用 【暑假自学课】2023年新高二物理暑假精品课（人教版2019必修第三册）

第15讲 电磁波的发现及应用 1.理解麦克斯韦电磁场理论 2.掌握电磁波的特性，波长、波速、频率的关系。 一、麦克斯韦电磁场理论 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场周围会产生电场 麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是存在的，如图所示． (2)变化的电场周围会产生磁场 麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在其周围产生磁场． 2．对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的磁场不产生电场 恒定的电场不产生磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 二、电磁波 1．电磁波的形成 周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波． 2．电磁波的特点 (1)在传播方向上，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．如图 (2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s. (3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程． (4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波． (5)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质． 3．电磁波的波速 对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf. 三、电磁波谱 1．电磁波谱 (1)概念：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． (2)电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf. (3)电磁波在真空中的速度c＝3×108 m/s. (4)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线． (5)各种电磁波的特性 ①无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输． ②红外线：用来加热理疗等． ③可见光：照亮自然界，也可用于通信． ④紫外线：用于消毒． ⑤X射线：用于诊断病情． ⑥γ射线：可以摧毁病变的细胞． 2．电磁波的能量 (1)光是一种电磁波，光具有能量． (2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质． 【特别提醒】 1．电磁波谱 电磁波按波长由大到小排列顺序为无线电波、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．不同波长的电磁波的比较 名称 特性 无线 电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 主要 应用 通信、 广播 红外探 测器、 红外体 温计 引起 视觉 灭菌、 消毒、 防伪 医学透 视、安检 治疗疾 病、金 属探伤 真空中 的速度 c＝3×108 m/s 频率 小→大 考点一：麦克斯韦电磁场理论 【例1】关于电磁场理论的叙述正确的是（　　） A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路有关 B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场 C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场 D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 考点二：电磁波 【例2】2022年6月5日，中央电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱交会对接进行了直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站。下列关于电磁波和声波的说法正确的是（　　） A．电磁波是横波，声波是纵波 B．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在 D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度 考点三、电磁波谱及应用 【例3】电磁波谱家族有众多的成员。关于电磁波的应用，下列说法不正确的是（　　） A．电磁炉是利用电磁波来工作的 B．微波炉是利用电磁波的能量来快速煮熟食物的 C．雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的 D．夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的 1.(2021·福建高考真题）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日,中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10 909米的深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换,如图所示。下列说法正确的是 (　BD　) A.“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波 B.“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波 C.“探索一号”与“通信卫星”的实时通信可以通过机械波实现 D.“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程 2.(2021·浙江高考真题)大功率微波对人和其他生物有