13.4 电磁波的发现及应用-2024-2025学年高二物理精剖细解讲义（人教版2019必修第三册）

13.4 电磁波的发现及应用 ——精剖细解学习讲义 知识点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，如下图所示。 2、变化的电场周围会产生磁场 麦克斯韦相信自然规律的统一性和和谐性，相信电场与磁场的对称之美，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，如下图所示。 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。 1．2018年珠海航展，我国首台量子雷达亮相（如图），量子雷达发射经典态的电磁波，可以捕捉到普通雷达无法探测到的目标。下列说法正确的是（　　）    A．量子就是电子 B．频率越高的电磁波能量越小 C．电磁波在真空中的传播速度与其频率有关 D．空间某处电场或磁场发生正弦规律变化就会在其周围产生电磁波 2．关于电磁波，下列说法正确的有（　　） A．电磁波的传播需要介质 B．各种颜色的可见光都是电磁波 C．电磁波在真空中的传播速度大小不相等 D．频率越高的电磁波，在真空中传播速度越大 知识点2：电磁波 1、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，如下图所示。 2、特点 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。 只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波，恒定的电场和磁场无法形成电磁波。 电磁场是一种客观存在的物质。 电磁波可以在真空中传播，在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s。 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。 3、速度 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。 3．使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是：，则蓝牙通信的电磁波（　　） A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波短 C．在真空中的传播速度大小为 D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小 4．电磁波频率的单位是（　　） A．安培 B．赫兹 C．欧姆 D．伏特 知识点3：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、按波长由大到小（频率则为由小到大）的排列顺序 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，如下图所示。 3、特性 无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输。 红外线：用来加热理疗。 可见光：照亮自然界，也可用于通信。 紫外线：用于消毒。 X射线：用于诊断病情。 γ射线：可以摧毁病变的细胞。 5．下列电磁波中，波长最长的是　　 A．无线电波 B．红外线 C．紫外线 D．射线 6．下列过程中，没有直接利用电磁波的是(　 　 ) A．电冰箱冷冻食物 B．用手机通话 C．微波炉加热食物 D．用收音机收听广播 7．以下关于预防电磁辐射的做法，不正确的是（　　） A．移动电话应尽量避免长时间使用 B．注意人体与家用电器保持一定的距离 C．高压线、变电站、电台、电视台旁边兴建住宅区 D．不要把家用电器摆放得过于集中 8．使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意如图所示，以下说法正确的是（　　）    A．蓝牙通信的电磁波是可见光 B．在同种介质中，蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短 C．两束蓝牙通信的电磁波在任何情况下都不会发生干涉 D．蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度小于光速 9．以下与电磁波应用无关的是（　　） A．手机通信 B．微波炉加热食物 C．雷达侦查 D．听诊器诊察病情 多选题 10．下列说法中正确的是（　　） A．赫兹用实验证实了电磁波的存在 B．按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围会产生磁场 C．牛顿受到通电导线和磁体磁场相似性的启发，提出了分子电流假说 D．根据能量守恒定律，能量在转化和转移的过程中总量保持不变，故无须节约能源 11．第五代移动通信技术（简称5G）是目前普遍使用的蜂窝移动通信技术，5G的性能是高数据速率、减少延迟、大规模设备连接等。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是（　　） A．5G和4G使用的电磁波都是横波 B．5G使用的电磁波在真空中的传播速度比4G快 C．5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象 D．在真空中5G使用的电磁波波长比4G的长 12．下列说法中正确的是（　　） A．北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的 B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应 C．常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 D．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究 E．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征 13．电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用，下面说法中正确的是（　　） A．手机通话使用的无线电波，波长比可见光长 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．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波 D．夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射 14．电磁波与声波比较（    ） A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质 B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大 C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大 D．电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的，与频率无关 15．关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．激光具有高度的相干性、非常好的平行度和很高的亮度 B．从太阳、白炽灯等光源直接发出的光都是不同程度的偏振光 C．生活中常用微波炉来加热食物，食物增加的能量是微波给它的 D．电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，因而能在真空中传播 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 13.4 电磁波的发现及应用 ——精剖细解学习讲义 知识点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，如下图所示。 2、变化的电场周围会产生磁场 麦克斯韦相信自然规律的统一性和和谐性，相信电场与磁场的对称之美，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，如下图所示。 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。 1．2018年珠海航展，我国首台量子雷达亮相（如图），量子雷达发射经典态的电磁波，可以捕捉到普通雷达无法探测到的目标。下列说法正确的是（　　）    A．量子就是电子 B．频率越高的电磁波能量越小 C．电磁波在真空中的传播速度与其频率有关 D．空间某处电场或磁场发生正弦规律变化就会在其周围产生电磁波 【答案】D 【详解】A．量子不是电子，电子是实物粒子，故A错误； B．根据，频率越高的电磁波能量越大，故B错误； C．电磁波在真空中的传播速度与其频率无关，为光速，故C错误； D．根据麦克斯韦理论可知，空间某处电场或磁场发生正弦规律变化就会在其周围产生电磁波，故D正确。 故选D。 2．关于电磁波，下列说法正确的有（　　） A．电磁波的传播需要介质 B．各种颜色的可见光都是电磁波 C．电磁波在真空中的传播速度大小不相等 D．频率越高的电磁波，在真空中传播速度越大 【答案】B 【详解】A．电磁波的传播不需要介质，故A错误； B．光是一种电磁波，所有的可见光都是电磁波，故B正确； CD．电磁波在真空中的传播速度均为3×108m/s，故CD错误。 故选B。 知识点2：电磁波 1、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，如下图所示。 2、特点 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。 只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波，恒定的电场和磁场无法形成电磁波。 电磁场是一种客观存在的物质。 电磁波可以在真空中传播，在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s。 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。 3、速度 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。 3．使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是：，则蓝牙通信的电磁波（　　） A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波短 C．在真空中的传播速度大小为 D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小 【答案】B 【详解】A．由题意可得，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，故不可能是蓝光，故A错误； B．由图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，由 可知，频率越大，波长越短，故蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波短，故B正确； CD．在真空中电磁波的传播速度大小均为 故CD错误。 故选B。 4．电磁波频率的单位是（　　） A．安培 B．赫兹 C．欧姆 D．伏特 【答案】B 【详解】电磁波频率的单位是赫兹（Hz）。 故选B。 知识点3：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、按波长由大到小（频率则为由小到大）的排列顺序 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，如下图所示。 3、特性 无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输。 红外线：用来加热理疗。 可见光：照亮自然界，也可用于通信。 紫外线：用于消毒。 X射线：用于诊断病情。 γ射线：可以摧毁病变的细胞。 5．下列电磁波中，波长最长的是　　 A．无线电波 B．红外线 C．紫外线 D．射线 【答案】A 【详解】所有的电磁波在真空中传播速度都相等，等于c=3×108m/s，根据波长可判断，频率越低，波长越长，四个选项中无线电波频率最低，所有波长最长，答案A对． 6．下列过程中，没有直接利用电磁波的是(　 　 ) A．电冰箱冷冻食物 B．用手机通话 C．微波炉加热食物 D．用收音机收听广播 【答案】A 【详解】A．电冰箱冷冻食物没有用到电磁波，故A正确； B．用手机通话用的是无线电波，故B错误； C．微波炉加热食物用的是微波，故C错误； D．用收音机收听广播用的是无线电波，故D错误。 故选A。 7．以下关于预防电磁辐射的做法，不正确的是（　　） A．移动电话应尽量避免长时间使用 B．注意人体与家用电器保持一定的距离 C．高压线、变电站、电台、电视台旁边兴建住宅区 D．不要把家用电器摆放得过于集中 【答案】C 【详解】A．移动电话在使用时有电磁辐射，避免长时间使用可预防辐射，故A正确； B．家用电器在工作时具有一定的电磁辐射，人体与其保持一定的距离，可预防辐射，故B正确； C．高压线、变电站、电台、电视台旁边具有较强的电磁辐射，不适宜修建住宅区，故C错误； D．不要把家用电器摆放得过于集中，避免摆放处的电磁辐射太强，故D正确。 本题要求选择错误的，故选C。 8．使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意如图所示，以下说法正确的是（　　）    A．蓝牙通信的电磁波是可见光 B．在同种介质中，蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短 C．两束蓝牙通信的电磁波在任何情况下都不会发生干涉 D．蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度小于光速 【答案】B 【详解】A．蓝牙通信的电磁波是无线电波，不是可见光，故A错误； B．在同种介质中，蓝牙通信与手机通信的电磁波传播速度相等，但蓝牙通信的电磁波频率高于手机通信的电磁波频率，所以蓝牙通信的波长比手机通信的电磁波波长短，故B正确； C．两束蓝牙通信的电磁波若频率相同，相位差恒定，就会发生干涉，故C错误； D．蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度等于光速，故D错误。 故选B。 9．以下与电磁波应用无关的是（　　） A．手机通信 B．微波炉加热食物 C．雷达侦查 D．听诊器诊察病情 【答案】D 【详解】A．手机通信是通过电磁波来实现的，故A错误； B．微波炉加热食物是通过微波（电磁波）带动食物分子运动来实现加热的，故B错误； C．雷达侦查是通过发射电磁波后根据接收反射回来电磁波的情况来判断前方情况的，故C错误； D．医生通过听诊器听到人体内器官所发出的声音情况来判断是否发生病变的，这里没有涉及到电磁波，故D正确。 故选D。 多选题 10．下列说法中正确的是（　　） A．赫兹用实验证实了电磁波的存在 B．按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围会产生磁场 C．牛顿受到通电导线和磁体磁场相似性的启发，提出了分子电流假说 D．根据能量守恒定律，能量在转化和转移的过程中总量保持不变，故无须节约能源 【答案】AB 【详解】A．赫兹用实验证实了电磁波的存在，这是正确的，赫兹在1887年通过实验首次证实了电磁波的存在，为电磁学的发展做出了重要贡献，故A正确； B．按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围会产生磁场，这是正确的，麦克斯韦的电磁场理论指出，变化的电场会产生磁场，变化的磁场也会产生电场，这就是电磁场的基本原理，故B正确； C．牛顿受到通电导线和磁体磁场相似性的启发，提出了分子电流假说，这是错误的，分子电流假说是由安培提出的，而不是牛顿，安培认为，物质的磁性是由分子电流产生的，这种分子电流假说对于解释物质的磁性现象具有重要意义，故C错误； D．根据能量守恒定律，能量在转化和转移的过程中总量保持不变，故无须节约能源，这是错误的。虽然能量守恒定律告诉能量总量是不变的，但是能源的利用效率和可持续性仍然是需要关注的问题，需要节约能源，提高能源利用效率，以应对能源短缺和环境污染等问题，故D错误； 故选AB。 11．第五代移动通信技术（简称5G）是目前普遍使用的蜂窝移动通信技术，5G的性能是高数据速率、减少延迟、大规模设备连接等。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是（　　） A．5G和4G使用的电磁波都是横波 B．5G使用的电磁波在真空中的传播速度比4G快 C．5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象 D．在真空中5G使用的电磁波波长比4G的长 【答案】AC 【详解】A．4G和5G信号均为电磁波，电磁波传播过程中，电场强度和磁感应强度的方向始终与传播方向垂直，故电磁波为横波，故A正确； B．任何频率的电磁波在真空中传播的速度都一样，都等于光速，故B错误； C．干涉和衍射现象是波特有的现象，所以5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象，故C正确； D．由于5G的电磁波频率更高，根据公式 可得在真空中5G使用的电磁波波长比4G的短，故D错误。 故选AC。 12．下列说法中正确的是（　　） A．北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的 B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应 C．常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 D．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究 E．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征 【答案】ADE 【详解】A．北斗导航系统是利用电磁波工作的，A正确； B．食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高，内能增加，B错误； C．常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，C错误； D．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究，D正确； E．遥感技术中利用红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征，E正确。 故选ADE。 13．电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用，下面说法中正确的是（　　） A．手机通话使用的无线电波，波长比可见光长 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．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波 D．夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射 【答案】AD 【详解】A．手机通话使用的无线电波，其波长要大于可见光，A正确 B．遥控器采用的是红外线而不是紫外线，B错误； C．均匀变化的电（磁）场产生恒定的磁（电）场，恒定的磁（电）场在其周围空间不会产生电（磁）场，也就不会产生电磁波，C错误； D．夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射，D正确。 故选AD。 14．电磁波与声波比较（    ） A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质 B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大 C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大 D．电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的，与频率无关 【答案】ABC 【详解】A．电磁波的传播过程是：电场激发磁场，磁场激发电场，一环套一环的传播，因此不需要介质，而声波是机械波，它的传播是需要介质的，A正确； B．电磁波由空气进入水中，水对电磁波属于光密介质，因此电磁波的传播速度会变小；而水分子间的相互作用力比空气的大，因此声波的传播速度会变大，B正确； C．根据 电磁波速度变小，频率不变，波长变小，声波速度变大，频率不变，波长变大，C正确； D．电磁波在介质中的速度与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小，D错误。 故选ABC。 15．关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．激光具有高度的相干性、非常好的平行度和很高的亮度 B．从太阳、白炽灯等光源直接发出的光都是不同程度的偏振光 C．生活中常用微波炉来加热食物，食物增加的能量是微波给它的 D．电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，因而能在真空中传播 【答案】ACD 【详解】A. 激光具有高度的相干性、非常好的平行度和很高的亮度，A正确； B. 从太阳、白炽灯等光源直接发出的光都是自然光，不是偏振光，B错误； C. 生活中常用微波炉来加热食物，食物增加的能量是微波给它的，C正确； D. 电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，因而能在真空中传播，D正确。 故选ACD。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！9 学科网（北京）股份有限公司 $$