第13章 4.电磁波的发现及应用-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修 第三册（人教版）

4.电磁波的发现及应用 1.知道麦克斯韦电磁理论的主要内容。 2.了解什么是电磁波谱，了解不同波长电磁波的特性以及应用。 3.掌握波长、频率和波速的关系，知道电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c=3×108 m/s。 4.知道电磁波具有能量，电磁波可以传递信息。 　　 自古以来，人类一直在用自己的智慧解决远距离通信的问题。大约3 000年前，在我国的周代就出现了利用火和烟传递信息的设施——烽火台。然而，直到100多年前，信息主要还是依靠人或动物的移动来传递，即使使用车、船，传递信息的速度仍然很慢。19世纪末，麦克斯韦学习了库仑、安培、奥斯特、法拉第、亨利的研究成果，结合自己的创造性工作，最终建立了经典电磁场理论，使信息的传递插上了飞翔的翅膀。 根据你的了解，现在传递信息最快的方式是什么呢?它应用在哪些方面? 知|识|梳|理 一、电磁场　电磁波 1.麦克斯韦电磁场理论。 变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。 2.电磁波的产生：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 3.麦克斯韦提出了光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波的速度等于光速。 4.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。 二、电磁波谱 1.电磁波的波速、波长、频率的关系：c=λf，电磁波在真空中的速度c=3×108 m/s。 2.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成谱。 (2)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。 (3)不同电磁波的特点及应用。 特点 用途 无线电波 波动性强 通讯、广播、导航 红外线 热作用强 加热、遥测、遥感、 红外线制导 可见光 感光性强 照明、照相等 紫外线 化学作用、荧光效应 杀菌消毒、治疗皮肤病等 X射线 穿透力强 检查、探测、透视、治疗 γ射线 穿透力最强 探测、治疗 三、电磁波的能量　电磁波通信 1.电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 2.电磁波可以传递信息，既可以有线传播，也可以无线传播。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)在电场周围，一定存在着和它联系着的磁场。(×) (2)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场。(×) (3)电磁波不能在真空中传播。(×) (4)红外线有显著的热效应，紫外线有显著的化学作用。(√) (5)X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变。(√) (6)γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高。(√) 2.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射线有很强的贯穿力 E.红外线具有显著的热效应 F.红外线波长较长，易发生衍射 解析　(1)X光机是用来透视人体内部器官的，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 　探究一 电磁场　电磁波 对麦克斯韦电磁场理论的理解。 (1)变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。 (2)均匀变化的磁场产生恒定的电场，均匀变化的电场产生恒定的磁场。 (3)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。 【例1】　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，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恒定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场，D项正确。 答案　D 【针对训练1】　某电路中电场随时间变化的图像如下列各图所示，能发射电磁波的电场是(　　) 解析　图A中电场不随时间变化，不会产生磁场；图B和图C中电场都随时间做均匀的变化，只能在周围产生恒定的磁场，也不会产生和发射电磁波；图D中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而这磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场，能发射电磁波，D项正确。 答案　D 探究二 电磁波谱 【例2】　(多选)下列有关电磁波的说法中正确的是(　　) A.电磁波谱中最难发生明显衍射的是无线电波 B.电磁波谱中最难发生明显衍射的是γ射线 C.频率大于可见光的电磁波表现为沿直线传播 D.以上说法都不正确 解析　波长越长，越容易发生明显衍射现象，在电磁波中，无线电波波长最长，γ射线的波长最短，故A项错误，B项正确；波长越短，频率越大的电磁波，其衍射现象不明显，传播的直线性越好，故C项正确。 答案　BC 电磁波谱中，从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，其行为服从共同的规律，但因波长或频率不同又表现出不同的特点，要熟记各部分的波长，频率范围及其关系，知道同一电磁波的波长与频率成反比。 【针对训练2】　(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　) A.红外线的波长比红色光波长长，它的热作用很强 B.X射线就是伦琴射线 C.阴极射线是一种频率极高的电磁波 D.紫外线的波长比伦琴射线的长，它的显著作用是化学作用 解析　在电磁波谱中，红外线的波长比可见光的波长长，红外线的热作用很强，A项正确；X射线就是伦琴射线，B项正确；阴极射线是电子流，它与电磁波有着本质的区别，C项错误；紫外线的波长比X射线的波长长，它的显著作用是化学作用，D项正确。 答案　ABD 1.关于电磁场理论，下列描述正确的是(　　) A.电磁场不是一种物质 B.静止的电荷能够在周围空间产生稳定的磁场 C.稳定的磁场能够在周围空间产生稳定的电场 D.变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波 解析　变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波，电磁场是一种客观存在的物质，故A项错误，D项正确；静止的电荷周围不能激发磁场，故B项错误；稳定的磁场不能产生电场，C项错误。 答案　D 2.(多选)以下关于电磁波的说法中正确的是(　　) A.只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波 B.电磁波传播需要介质 C.赫兹用实验证实了电磁波的存在 D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随有能量向外传递的 解析　如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是稳定的，就不能再产生新的电场(或磁场)，也就不能产生电磁波；电磁波不同于机械波，它的传播不需要介质；赫兹用实验证实了电磁波的存在；电磁波具有能量，它的传播是伴随有能量传递的，故C、D两项正确。 答案　CD 3.有关电磁波和声波，下列说法错误的是(　　) A.电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质 B.由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大 C.电磁波是横波，声波也是横波 D.由空气进入水中传播时，电磁波的波长变短，声波的波长变长 解析　电磁波本身就是一种物质，它的传播不需要介质，而声波的传播需要介质，故A项正确；电磁波由空气进入水中时，传播速度变小，但声波在水中的传播速度比其在空气中大，故B项正确；电磁波的传播方向与E、B的方向都垂直，是横波，而声波是纵波，故C项错误；电磁波由空气进入水中传播时，波速变小，波长变短，而声波由空气进入水中传播时，波速变大，波长变长，故D项正确。 答案　C 4.如图所示是空间磁感应强度B随时间t的变化图像，在它周围空间产生的电场中的某一点场强E应(　　) A.逐渐增强 B.逐渐减弱 C.不变 D.无法确定 解析　由题图可知，磁场均匀增强，根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场产生恒定的电场，故场强E不变，C项正确。 答案　C 　　雷达是利用无线电波来判定物体位置的无线电设备，它是利用电磁波遇到障碍物要反射的特点来工作的。通过电磁波的发射、反射和接收，可以测定障碍物的方位和距离。 雷达利用的电磁波在微波波段，因为微波的波长越短，衍射现象越不明显，传播的直线性越好，方向性越好，反射性越强。它每隔大约0.1 ms向某一方向发射一次时间约为1 μs的不连续的微波(即脉冲)，微波遇到障碍物反射回来，这样可在显示器的荧光屏上呈现发射和接收到的两个尖形波，通过计算可得到障碍物到雷达站的距离，再根据发射微波的方向和仰角，便可判定障碍物的位置了。 雷达既可用于探测飞机、舰艇、导弹等军事目标，又可用来为飞机、船只导航，在天文学上用来研究天体，在气象上用来探测暴风、雷雨、云层等。 【快乐体验】　一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为1 μs，两次发射的时间间隔为100 μs，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图所示，已知图中刻度ab=bc，则障碍物与雷达之间的距离是多大? 解析　图中a和c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的，b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的，由ab=bc，可知无线电波发射到返回所用时间为50 μs。 设雷达离障碍物的距离为s，无线电波来回时间为t，波速为c，由2s=ct，得s== m=7.5×103 m。 答案　7.5×103 m 学科网（北京）股份有限公司 $$