04 4．电磁波的发现及应用-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

4．电磁波的发现及应用 【素养目标】　1.了解麦克斯韦的电磁场理论。2.知道电磁波是如何形成的。3.知道电磁波在真空中的传播速度及波长、频率和波速的关系。4.知道电磁波谱的组成及各波段的特点、应用。 知识点一　电磁场 (阅读教材P119，完成下列填空) 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。 [问题探究]　(1)变化的电场产生磁场，变化的电场是否一定产生变化的磁场？ (2)变化的磁场产生电场，恒定的磁场是否产生恒定的电场？ 提示：(1)不一定　(2)恒定的磁场不产生电场 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，变化的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 答案：D 解析：根据麦克斯韦电磁场理论可知，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，D正确。 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 周期性变化的磁场在周围空间产生同频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场在周围空间产生同频率的周期性变化的磁场 　　 针对练1.(多选)下列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，与是否有闭合电路无关 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 答案：AB 解析：变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路，电场仍然存在，A正确；周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，B正确；变化的电场和变化的磁场相互关联，形成电磁场，C错误；只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，D错误。 针对练2.如图是穿过某一固定面的磁通量的变化图像，在它周围空间产生的电场中的某一点场强E应是(　　 ) A．逐渐增强 B．逐渐减弱 C．不变 D．无法确定 答案：C 解析：由题图可知磁通量Φ随时间t均匀变化，而Φ＝BS，所以磁场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知产生的电场为恒定电场，故C正确。 学生用书第139页 知识点二　电磁波 (阅读教材P119－P120，完成下列填空) 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。 3．验证：1886年，赫兹通过实验捕捉到了电磁波。 [问题探究]　电磁波能否在真空中传播？电磁波是横波还是纵波？ 提示：能在真空中传播　电磁波是横波 (多选)关于电磁场和电磁波的说法正确的是(　　) A．电场和磁场总是相互联系的，它们统称为电磁场 B．电磁场由发生的区域向远处传播形成电磁波 C．电磁波传播速度总是3×108 m/s D．电磁波是一种物质，可以在真空中传播 答案：BD 解析：变化的电场和变化的磁场是相互联系的不可分割的统一整体，统称为电磁场，选项A错误；电磁场由发生的区域向远处传播形成电磁波，选项B正确；电磁波在真空中的传播速度总是3×108 m/s，在其他介质中的传播速度小于3×108 m/s，选项C错误；电磁波是一种以波的形式存在的物质，可以不需要介质，在真空中传播，选项D正确。 1．电磁波的形成示意图 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。如图所示。 　　 (2)电磁波可以在真空中传播。电磁波在真空中的传播速度等于光速c，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。 针对练1.(多选)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 解析：只有周期性变化的电场或磁场，才能产生电磁波，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，B正确；电磁波可以在真空中传播，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。 针对练2.某电路中电场随时间变化的图像如下列选项所示，能发射电磁波的电场是(　　 ) 答案：D 解析：A中电场不随时间变化，不会产生磁场；B和C中电场都随时间均匀变化，只能在周围产生稳定的磁场，不会发射电磁波；D中电场随时间做周期性的变化，能在周围空间产生周期性变化的磁场，周期性变化的电场和磁场相互激发，从而交织成一个不可分割的统一的电磁场，发射电磁波，故D正确。 学生用书第140页 知识点三　电磁波谱　电磁波的能量　电磁波通信 [情境导学]　在我们身边到处都有电磁波的影子，它的应用更是比比皆是。下面列出的设备中工作时所发出的波，哪些属于电磁波？ (1)微波炉加热食物时发出的波。 (2)电视发射塔发出的波。 (3)互联网光缆中传播的波。 (4)电视机遥控器发出的波。 提示：以上都是电磁波。 (阅读教材P121－P123，完成下列填空) 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)各种电磁波的应用 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——传播着的电磁场，光具有能量。 (2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 3．电磁波通信 电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息通信网络，这些信息都是通过电磁波来传递的。电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。 关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是(　　) A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息 B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同 D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中X射线波长相同 答案：B 解析：电磁波可以传递信息，声波也能传递信息，A错误；手机用电磁波传递信息，人用声波说话，B正确；太阳光中的可见光传播速度远大于医院“B超”中的超声波传播速度，C错误；遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中X射线波长，D错误。 1．不同波长的电磁波的特征及应用 种类 特征 主要应用 无线电波 波动性强 无线电技术 红外线 热效应强 红外遥感、加热理疗 可见光 引起视觉 照明、摄影 紫外线 化学效应强，荧光效应强，能杀菌 医用消毒 X射线 贯穿性强 检查、探测、医用透视 γ射线 贯穿本领更强 工业探伤、摧毁病变的细胞 2.电磁波谱中各部分没有严格的分界线。无线电波的微波部分和红外线的一部分重叠，紫外线和X射线的一部分重叠，γ射线和X射线的一部分重叠。 3．电磁波在真空中传播的速度大于在介质中传播的速度，并满足v＝λf。　　 学生用书第141页 针对练1.(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　) A．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 B．γ射线是波长最短的电磁波 C．紫外线的频率比紫光低 D．在电磁波谱中，穿透能力最强的是X射线 答案：AB 解析：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，选项A正确；γ射线是波长最短的电磁波，选项B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，紫外线的频率比紫光高，选项C错误；在电磁波谱中γ射线的穿透能力最强，选项D错误。 针对练2.(2024·湖南长沙市长郡中学期末)下列关于电磁波的说法正确的是(　　) A．X射线穿透力较强，可用来进行人体透视 B．紫外线能在磁场中偏转，有很强的荧光效应，可用于防伪 C．麦克斯韦建立了电磁场理论并证实了电磁波的存在 D．红外体温计是依据体温计发射红外线来测量体温的 答案：A 解析：X射线穿透力较强，可用来进行人体透视，故A正确；紫外线有很强的荧光效应，可用于防伪，但不带电，不能在磁场中偏转，故B错误；麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故C错误；红外体温计是依据人体发射红外线来测量体温的，不是体温计发射红外线，故D错误。 1．磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如图所示，其中能产生电场的磁场和能产生持续电磁波的磁场分别为(　　 ) A．②③④、③④ B．①③④、③④ C．②③④、②④ D．①③④、②④ 答案：C 解析：变化的磁场产生电场，故②③④都可以产生电场；周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，从而产生电磁波，故只有②④可以产生电磁波，故C正确。 2．(2024·江苏宿迁市高二上学期期末)“中国天眼”通过接收来自宇宙深处的电磁波探索宇宙。关于电磁波，下列说法正确的是(　　) A．电磁波是横波 B．电磁波不能在水中传播 C．电磁波看不见，不具有能量 D．不同电磁波在真空中的传播速度不同 答案：A 解析：电磁波是横波，故A正确；电磁波可以在任何介质或真空中传播，故B错误；电磁波看不见，但具有能量，故C错误；不同电磁波在真空中的传播速度相同，故D错误。 3．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 解析：根据c＝λf可得λ＝＝ m≈3.33 m，D正确。 4．(2024·江西上饶市高二上学期期末)2023年10月26日11时14分，长征二号F遥十七运载火箭托举着神舟十七号载人飞船，在酒泉卫星发射中心点火升空，送汤洪波、唐胜杰、江新林3名航天员奔赴“天宫”。如图所示，神十六、神十七两个乘组“太空会师”，航天员能与地面工作人员保持实时联络，直播画面通过电磁波传送到地面。下列关于电磁波说法正确的是(　　) A．电磁波传播过程中，电场和磁场是独立存在的，没有关联 B．电磁波可以在真空中传播 C．不能用实验验证电磁波的存在 D．太空中航天员讲话时画面与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度 答案：B 解析：电磁波传播过程中，电场和磁场是相互关联的，选项A错误；电磁波可以在真空中传播，选项B正确；可以用实验验证电磁波的存在，选项C错误；太空中航天员讲话时画面与声音都是通过电磁波传播到地面的，所以画面和声音同步，不能说明电磁波与声波具有相同的传播速度，选项D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$