13.4 电磁波的发现及应用（举一反三）【四大题型】-2024-2025学年高二物理举一反三系列（人教版2019必修第三册）

13.4 电磁波的发现及应用【四大题型】 【人教版2019】 【题型1 麦克斯韦电磁场理论的认识】 3 【题型2 电磁波】 4 【题型3 电磁波谱】 5 【题型4 电磁波的能量　电磁波通信】 6 知识点1：麦克斯韦电磁场理论 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场产生电场 ①在变化的磁场中放入一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场． ②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样会在空间产生电场． (2)变化的电场产生磁场 变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场． 2．电磁场：变化的电场和磁场互相联系，所形成的不可分割的统一体． 知识点2：电磁波 1．产生：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波． 2．特点 (1)电磁波可以在真空中传播． (2)电磁波的传播速度等于光速． (3)光在本质上是一种电磁波．即光是以波动形式传播的一种电磁振动． 知识点3：电磁波谱　 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．不同电磁波的特性和用途 种类 波长范围 特性 应用 无线电波 大于1 mm 波动能力强 通信、广播、射电望远镜 红外线 760～106 nm 热作用强 烘干、红外遥感、测温、夜视仪 可见光 400～760 nm 感光性强 照明、照相 紫外线 10～400 nm 化学作用、荧光作用 消毒、荧光效应、促使人体合成维生素D X射线 0.001～10 nm 较强的穿透能力 透视人体、检查金属零件的质量 γ射线 小于10－3 nm 穿透能力最强 医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷 知识点4：电磁波的能量　电磁波通信 1．电磁波的能量 (1)电磁波是物质存在的一种特殊形式 电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的，具有通常物质所具有的质量和能量等客观属性． (2)电磁波具有能量 从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播． 2．电磁波通信 (1)传播途径 电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以实现无线传播． 有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息，如台式电脑、电话等，具体的媒介有：光纤、电缆、电话线、网线等． 无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等． (2)传输特点 电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息． 【题型1 麦克斯韦电磁场理论的认识】 【例1】(2021·南宁一中月考)关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　) A．电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B．稳定的电场周围产生稳定的磁场，稳定的磁场周围产生稳定的电场 C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场 D．周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场 【答案】　D 【详解】　稳定的电场不能产生磁场，稳定的磁场不能产生电场，A、B错误；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，C错误；根据麦克斯韦电磁场理论，可知周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场，D正确． 【变式1-1】(多)在电磁学发展的过程中，许多科学家做出了贡献．下列说法正确的是(　　) A．奥斯特发现了电流的磁效应 B．法拉第发现了电磁感应现象 C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，楞次用实验证实了电磁波的存在 D．库仑发现了点电荷间的相互作用规律，密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值 【答案】　ABD 【详解】　奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，A、B正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，C错误；库仑发现了点电荷间的相互作用规律，密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值，D正确． 【变式1-2】(多)(2023·宁波期中)关于电磁场理论，下列说法正确的是(　　) A．电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B．变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场 C．变化的电场周围一定产生变化的磁场 D．电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s 【答案】　BD 【详解】　根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场，但变化的电场周围不一定产生变化的磁场，如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场，电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s.故选B、D. 【变式1-3】(多选)某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示，能产生磁场的电场是(　　) 【答案】　ABC 【详解】　根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场产生磁场，选项A、B、C正确． 【题型2 电磁波】 【例2】(多)关于电磁波，下列说法中正确的是(　　) A．只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波 B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在 C．电磁波和机械波都依赖于介质才能传播 D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的 【答案】　BD 【详解】　要想产生电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是周期性变化的，A错误；麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在，选项B正确；电磁波可以在真空中传播，选项C错误；电磁波具有能量，电磁波的传播过程，也就是能量的传播过程，D正确． 【变式2-1】电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为(　　) A．2.70 m B．270 m C．3.00 m D．3.33 m 【答案】　D 【详解】　根据c＝λf可得，λ＝ m≈3.33 m．故选D. 【变式2-2】(多)(2023·武汉期中)下列关于电磁波的叙述正确的是(　　) A．电磁波是电磁场由发生区域向远处传播形成的 B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s C．电磁波由真空进入介质中，波长将变短 D．电磁波的传播不需要介质 【答案】　ACD 【详解】　变化的电场、磁场相互激发并由近及远地向周围传播，形成电磁波，选项A正确．电磁波只有在真空中传播时速度才为3×108 m/s，在介质中传播时，速度均小于3×108 m/s，选项B错误．根据λ＝，可知电磁波从真空进入介质中，频率不变，波速变小，所以波长λ变短，选项C正确．电磁波的传播不需要介质，能在真空中传播，选项D正确． 【变式2-3】(多)(2022·常州期中)在抗击新冠肺炎疫情的战役中，为了发现高危人群中的疑似病人，通常利用红外线测量人体的温度．关于电磁波的应用，下列说法正确的是(　　) A．红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最短 B．银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线 C．微波可用于广播及其他信号的传播 D．X射线可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞 【答案】　CD 【详解】　红外线、X射线、γ射线中红外线的频率最小，波长最长，选项A错误；银行的验钞机发出的光是紫外线，家用电器的遥控器发出的光是红外线，选项B错误；微波不但能加热物体，而且能传播信息，故可以用于通信、广播及其他信号传输，故C正确；X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，γ射线有极强的穿透能力和很高的能量，可以摧毁病变的细胞，故D正确． 【题型3 电磁波谱】 【例3】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．红外线具有显著的热效应 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射线具有很强的穿透力 【答案】　(1)D　(2)C　(3)A 【详解】　(1)X光机是用来透视人体内的器官的，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，因此选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，因此选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，因此选A. 【变式3-1】(多)在电磁波谱中，下列说法正确的是(　　) A．各种电磁波有明显的频率和波长区域界限 B．γ射线的频率一定大于X射线的频率 C．X射线的波长有可能等于紫外线波长 D．可见光波长一定比无线电波的短 【答案】　CD 【详解】　X射线和γ射线、X射线和紫外线有一部分频率重叠，界限不明显，故A、B错误，C正确；可见光波长一定比无线电波波长短，故D正确． 【变式3-2】下列说法中正确的是(　　) A．变化的电场一定产生变化的磁场 B．电磁波按波长从长到短顺序排列依次是：γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波 C．X射线的穿透本领比γ射线更强 D．电磁波在真空中的传播速度等于光速 【答案】　D 【详解】　根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电场产生稳定的磁场，选项A错误；电磁波按波长从短到长顺序排列依次是：γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波，选项B错误；γ射线的穿透本领比X射线更强，选项C错误；电磁波在真空中的传播速度等于光速，选项D正确． 【变式3-3】下列说法正确的是(　　) A．根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场周围存在变化的磁场 B．红外线遥感技术是利用红外线的化学作用 C．在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线比红外线的热效应显著 D．工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力 【答案】　D 【详解】　根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场周围存在磁场，不一定是变化的磁场，选项A错误；红外线遥感技术是利用红外线的衍射作用和热效应，选项B错误；在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线具有杀菌消毒的化学作用，选项C错误；工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力，选项D正确． 【题型4 电磁波的能量　电磁波通信】 【例4】5G是“第五代移动通信技术”的简称，目前世界各国正大力发展5G网络，5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G及以下网络(通信频率在0.3～3.0 GHz的特高频段)拥有更大的带宽和更快的传输速率.5G网络的传输速率(指单位时间传输的数据量大小)可达20 Gbps.关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是(　　) A．在真空中的传播速度更快 B．在真空中的波长更长 C．在真空中的波长与4G网络使用的无线电波相同 D．频率更高，相同时间传递的信息量更大 【答案】　D 【详解】　无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，其速度与频率没有关系，A错误；由c＝λf，知频率变大，波长变短，B、C错误；无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越大，D正确． 【变式4-1】以下关于电磁波的说法不正确的是(　　) A．无线电通信利用的是电磁波 B．医院B超发出的超声波是电磁波 C．遥控器发出的红外线是电磁波 D．透视使用的X射线是电磁波 【答案】　B 【详解】　无线电通信用的是无线电波，它是电磁波；超声波是声波，不是电磁波；遥控器发出的红外线是电磁波；X射线也是电磁波．所以A、C、D正确，B错误． 【变式4-2】(多)下列能说明电磁波具有能量的是(　　) A．可见光射入人的眼睛，人看到物体 B．放在红外线区域的温度计升温很慢 C．电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流 D．γ射线的穿透能力强，可用于探测金属部件内部的缺陷 【答案】　ACD 【详解】　人眼看到物体，说明人眼感受到了可见光的能量，A项正确；红外线具有热效应，会使放在该区域的温度计升温很快，说明红外线具有能量，B错误；电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流，电流的能量来源于电磁波，C项正确；γ射线的穿透能力强，说明γ射线具有很高的能量，D项正确． 【变式4-3】电磁波在生活中有着广泛的应用．不同波长的电磁波具有不同的特性，因此也有不同的应用．下列器材与其所应用的电磁波对应关系不正确的是(　　) A．雷达——无线电波 B．手机——X射线 C．消毒柜——紫外线 D．遥控器——红外线 【答案】　B 【详解】　雷达是利用了无线电波中的微波来测距的，故A正确；手机采用的是无线电波，X射线对人体有很大的辐射，不能用于通信，故B错误；紫外线具有杀菌消毒作用，故C正确；红外线可以用于遥控器，故D正确． 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 13.4 电磁波的发现及应用【四大题型】 【人教版2019】 【题型1 麦克斯韦电磁场理论的认识】 3 【题型2 电磁波】 3 【题型3 电磁波谱】 4 【题型4 电磁波的能量　电磁波通信】 5 知识点1：麦克斯韦电磁场理论 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场产生电场 ①在变化的磁场中放入一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场． ②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样会在空间产生电场． (2)变化的电场产生磁场 变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场． 2．电磁场：变化的电场和磁场互相联系，所形成的不可分割的统一体． 知识点2：电磁波 1．产生：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波． 2．特点 (1)电磁波可以在真空中传播． (2)电磁波的传播速度等于光速． (3)光在本质上是一种电磁波．即光是以波动形式传播的一种电磁振动． 知识点3：电磁波谱　 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．不同电磁波的特性和用途 种类 波长范围 特性 应用 无线电波 大于1 mm 波动能力强 通信、广播、射电望远镜 红外线 760～106 nm 热作用强 烘干、红外遥感、测温、夜视仪 可见光 400～760 nm 感光性强 照明、照相 紫外线 10～400 nm 化学作用、荧光作用 消毒、荧光效应、促使人体合成维生素D X射线 0.001～10 nm 较强的穿透能力 透视人体、检查金属零件的质量 γ射线 小于10－3 nm 穿透能力最强 医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷 知识点4：电磁波的能量　电磁波通信 1．电磁波的能量 (1)电磁波是物质存在的一种特殊形式 电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的，具有通常物质所具有的质量和能量等客观属性． (2)电磁波具有能量 从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播． 2．电磁波通信 (1)传播途径 电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以实现无线传播． 有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息，如台式电脑、电话等，具体的媒介有：光纤、电缆、电话线、网线等． 无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等． (2)传输特点 电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息． 【题型1 麦克斯韦电磁场理论的认识】 【例1】(2021·南宁一中月考)关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　) A．电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B．稳定的电场周围产生稳定的磁场，稳定的磁场周围产生稳定的电场 C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场 D．周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场 【变式1-1】(多)在电磁学发展的过程中，许多科学家做出了贡献．下列说法正确的是(　　) A．奥斯特发现了电流的磁效应 B．法拉第发现了电磁感应现象 C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，楞次用实验证实了电磁波的存在 D．库仑发现了点电荷间的相互作用规律，密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值 【变式1-2】(多)(2023·宁波期中)关于电磁场理论，下列说法正确的是(　　) A．电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B．变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场 C．变化的电场周围一定产生变化的磁场 D．电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s 【变式1-3】(多选)某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示，能产生磁场的电场是(　　) 【题型2 电磁波】 【例2】(多)关于电磁波，下列说法中正确的是(　　) A．只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波 B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在 C．电磁波和机械波都依赖于介质才能传播 D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的 【变式2-1】电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为(　　) A．2.70 m B．270 m C．3.00 m D．3.33 m 【变式2-2】(多)(2023·武汉期中)下列关于电磁波的叙述正确的是(　　) A．电磁波是电磁场由发生区域向远处传播形成的 B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s C．电磁波由真空进入介质中，波长将变短 D．电磁波的传播不需要介质 【变式2-3】(多)(2022·常州期中)在抗击新冠肺炎疫情的战役中，为了发现高危人群中的疑似病人，通常利用红外线测量人体的温度．关于电磁波的应用，下列说法正确的是(　　) A．红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最短 B．银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线 C．微波可用于广播及其他信号的传播 D．X射线可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞 【题型3 电磁波谱】 【例3】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．红外线具有显著的热效应 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射线具有很强的穿透力 【变式3-1】(多)在电磁波谱中，下列说法正确的是(　　) A．各种电磁波有明显的频率和波长区域界限 B．γ射线的频率一定大于X射线的频率 C．X射线的波长有可能等于紫外线波长 D．可见光波长一定比无线电波的短 【变式3-2】下列说法中正确的是(　　) A．变化的电场一定产生变化的磁场 B．电磁波按波长从长到短顺序排列依次是：γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波 C．X射线的穿透本领比γ射线更强 D．电磁波在真空中的传播速度等于光速 【变式3-3】下列说法正确的是(　　) A．根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场周围存在变化的磁场 B．红外线遥感技术是利用红外线的化学作用 C．在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线比红外线的热效应显著 D．工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力 【题型4 电磁波的能量　电磁波通信】 【例4】5G是“第五代移动通信技术”的简称，目前世界各国正大力发展5G网络，5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G及以下网络(通信频率在0.3～3.0 GHz的特高频段)拥有更大的带宽和更快的传输速率.5G网络的传输速率(指单位时间传输的数据量大小)可达20 Gbps.关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是(　　) A．在真空中的传播速度更快 B．在真空中的波长更长 C．在真空中的波长与4G网络使用的无线电波相同 D．频率更高，相同时间传递的信息量更大 【变式4-1】以下关于电磁波的说法不正确的是(　　) A．无线电通信利用的是电磁波 B．医院B超发出的超声波是电磁波 C．遥控器发出的红外线是电磁波 D．透视使用的X射线是电磁波 【变式4-2】(多)下列能说明电磁波具有能量的是(　　) A．可见光射入人的眼睛，人看到物体 B．放在红外线区域的温度计升温很慢 C．电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流 D．γ射线的穿透能力强，可用于探测金属部件内部的缺陷 【变式4-3】电磁波在生活中有着广泛的应用．不同波长的电磁波具有不同的特性，因此也有不同的应用．下列器材与其所应用的电磁波对应关系不正确的是(　　) A．雷达——无线电波 B．手机——X射线 C．消毒柜——紫外线 D．遥控器——红外线 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$