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配套课件（人教版2019）

4．电磁波的发现及应用 　　　　 第十三章 电磁感应与电磁波初步 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。 素养目标 知识点一　电磁场 1 知识点二　电磁波 2 知识点三　电磁波谱　电磁波的能量　电磁波通信 3 课时测评 5 随堂达标演练 4 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 知识点一　电磁场 返回 自主学习 (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________。这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了____。 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_____。 (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_____，即_____的电场产生磁场。 2．电磁场：变化的_____和_____互相联系，所形成的不可分割的统一体。 教材梳理 感应电流 电场 电场 磁场 变化 电场 磁场 合作探究 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 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。 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 √ 例1 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 探究归纳 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 √ √ 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 √ 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。 返回 知识点二　电磁波 返回 自主学习 (阅读教材P119－P120，完成下列填空) 1．产生：_______变化的电场和________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_____在真空中传播。 (2)电磁波的传播速度等于______。 (3)光在本质上是一种电磁波。即光是以______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。 教材梳理 周期性 周期性 可以 光速 波动 合作探究 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 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。 (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 √ √ 例2 1．电磁波的形成示意图 探究归纳 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。 　　 探究归纳 (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。 探究归纳 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 √ √ 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 √ 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。 返回 知识点三　电磁波谱　电磁波的能量　电磁波通信 返回 自主学习 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______或______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＝_____。 (3)电磁波在真空中的速度c＝____________。 (4)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：_________、红外线、_______、_______、X射线、γ射线。 教材梳理 波长 频率 λf 3×108 m/s 无线电波 可见光 紫外线 (5)各种电磁波的应用 ①无线电波：用于______、卫星通信、______等的信号传输。 ②红外线：用来__________等。 ③可见光：照亮自然界，也可用于______。 ④紫外线：用于______。 ⑤X射线：用于诊断病情。 ⑥γ射线：可以摧毁____________。 广播 电视 加热理疗 通信 消毒 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______，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________来传递的。电磁波携带的信息，既可以______传播，也可以______传播。 能量 电磁波 有线 无线 合作探究 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 例3 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 探究归纳 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。　　 探究归纳 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 √ √ 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 √ 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。 返回 随堂达标演练 返回 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 √ 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。 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。 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 √ 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 √ 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 √ 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。 返回 课 时 测 评 返回 1．(多选)按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是 A．恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场 B．变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场 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．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 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 麦克斯韦电磁场理论的核心内容是：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。对此理论全面正确理解为：恒定的电场周围不产生磁场；变化的电场可以产生变化的磁场，也可产生稳定的磁场；均匀变化的电场产生稳定的磁场；周期性变化的电场产生同频率周期性变化的磁场。变化的磁场产生电场的规律与上面相似。由此可知，选项B、D正确，A、C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 2．根据麦克斯韦电磁场理论判断，在如图所示的4组电场产生的磁场(或磁场产生的电场)随时间t变化的规律中，错误的是 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 稳定的电场不能产生磁场，故A正确；均匀变化的磁场产生稳定的电场，故B正确；周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，产生电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比，故C错误，D正确。本题选错误的，故选C。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 3．(多选)下列关于电磁波的叙述中，正确的是 A．电磁波是以波动的形式由发生区域向远处传播的电磁场 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传播时，波长将变短 D．电磁波由真空进入介质中传播时，频率将变大 电场、磁场相互激发并以波动的形式向外传播，形成电磁波，选项A正确；电磁波只有在真空中时波速才为3×108 m/s，在其他介质中波速均小于3×108 m/s，选项B错误；电磁波从真空进入介质中，频率不变，波速减小，根据λ＝ 可知波长λ变短，选项C正确，D错误。 √ √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 4．(多选)在电磁波中，波长按从长到短排列的是 A．无线电波、可见光、红外线 B．无线电波、可见光、γ射线 C．红光、黄光、绿光 D．紫外线、X射线、γ射线 电磁波谱按波长由长到短排列顺序依次是无线电波→红外线→可见光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)→紫外线→X射线→γ射线，由此可知选项B、C、D正确。 √ √ √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 5．许多光学现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，正确的是 A．紫外验钞机是利用紫外线的化学作用 B．紫光灯消毒主要是利用紫光的穿透力强的特点 C．工业上的金属探伤利用的是X射线具有极强的穿透能力 D．红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 紫外验钞机是利用紫外线照射印刷在钞票上的荧光文字，发出可见光，使这些文字能被肉眼看到，利用了紫外线的荧光效应，A错误；紫光灯消毒主要是利用其发出的紫外线具有较强的辐射能力来达到灭菌的目的，B错误；工业上的金属探伤利用的是γ射线具有极强的穿透能力，C错误；一切物体都在不停地辐射红外线，红外遥感技术就是利用这个原理，D正确。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 6．关于电磁波的传播速度，下列说法正确的是 A．电磁波的频率越高，传播速度越大 B．电磁波的波长越长，传播速度越大 C．电磁波的能量越大，传播速度越大 D．所有电磁波在真空中的传播速度都相等 电磁波的传播速度由频率和介质共同决定，故A、B、C错误；所有电磁波在真空中的传播速度都等于光速，D正确。 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 7．在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线(X射线)三个波段的频率大小关系是 A．红外线的频率最大，可见光的频率最小 B．伦琴射线的频率最大，红外线的频率最小 C．可见光的频率最大，红外线的频率最小 D．伦琴射线的频率最大，可见光的频率最小 在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线(X射线)按照频率从大到小的排列顺序是：伦琴射线(X射线)、可见光、红外线，B正确。 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 8．(2024·广东部分名校高二上学期期末)电磁波为信息的传递插上了“翅膀”。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。关于电磁波，下列说法正确的是 A．电磁波的传播需要介质 B．雷达是用γ射线来测定物体位置的设备 C．电磁波的波速c、波长λ、频率f的关系为c＝λf D．遥控器发出的红外线和医院“CT”中的X射线的波长相同 电磁波的传播不需要介质，A错误；雷达是用微波来测定物体位置的设备，B错误；电磁波的波速c、波长λ、频率f的关系为c＝λf，C正确；遥控器发出的红外线和医院“CT”中的X射线的波长不同，D错误。 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 9．(多选)关于电磁波的应用，下列说法正确的是 A．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒 B．工业上利用γ射线检查金属部件内有无砂眼或裂缝 C．刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高 D．卫星用红外遥感技术拍摄云图照片，因为红外线穿透能力较强 医院里用紫外线杀菌消毒，故A错误；γ射线具有很强的穿透性，则工业上利用γ射线检查金属内部有无砂眼或裂缝，故B正确；刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，衍射条纹间距小，分辨率高，故C正确；卫星用红外遥感技术拍摄云图照片是利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点，红外线穿透能力并不强，故D错误。 √ √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 10．(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内。下列关于雷达和电磁波的说法正确的是 A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间 B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的 C．测出从发射电磁波到接收到反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离 D．雷达使用无线电波的微波波段 √ √ √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 由公式c＝λf可得， ＝1.5 m，A正确；电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的，B错误；由雷达的工作原理可知，C正确；雷达使用无线电波的微波波段，D正确。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 11．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。如图为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况。由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为 A．2.5～3.5 μm B．4～4.5 μm C．5～7 μm D．8～13 μm √ 由题图可知8～13 μm波段的电磁波，水和二氧化碳都几乎不吸收，故选项D正确。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 12．(8分)频率为5×1014Hz的红光，从10 m外的交通信号灯直接传到你的眼睛，大约需要多长时间？在这个距离中有多少个波长？(均保留2位有效数字) 答案：3.3×10-8 s　1.7×107个 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 从交通信号灯传到眼睛需要的时间是 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 13．(8分)波长为50～100 m的无线电波可通过电离层的反射向远处传播，这些无线电波的频率范围是多大？若传到相隔1 500 km的远处至少需要多长时间？ 答案：3×106～6×106 Hz　5×10-3 s 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 返回 由c＝λf可得 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 谢 谢 观 看 ！ 第十三章 电磁感应与电磁波初步 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 根据c＝λf可得λ＝＝ m≈3.33 m，D正确。 λmin＝＝ m＝0.3 m，λmax＝＝ m t＝＝ s≈3.3×10-8 s， 由c＝λf可得该红光的波长 λ＝＝ m＝6×10-7m， 在这个距离中的波长个数为 n＝＝(个)≈1.7×107(个)。 f1＝＝Hz＝6×106 Hz， f2＝＝ Hz＝3×106 Hz 所以频率范围为3×106～6×106 Hz 由x＝ct可得t＝＝ s＝5×10-3 s。 $$