第4章 2 电磁波 3 电磁波谱-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第二册同步导学案配套PPT课件（教科版）

2　电磁波 3　电磁波谱 第四章　电磁振荡与电磁波 [学习目标]　1.了解麦克斯韦电磁理论的主要观点,知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性(重点)。2.体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及方法,领会物理实验对物理学发展的基础意义。3.认识电磁波谱,了解电磁波各波段的特点及主要用途(重点)。 课时作业 巩固提升 要点1　麦克斯韦电磁理论的两个基本假设 要点2　电磁波 要点3　电磁波谱 内容索引 要点1　麦克斯韦电磁理论的两个基本假设 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设 (1)变化的磁场能够在周围空间产生　　　　。  (2)变化的电场能够在周围空间产生　　　　。  电场 磁场 2.电磁场 变化的电场和变化的磁场交替产生,形成不可分割的统一体,称为　　　　。  电磁场 [思考与讨论] 电子感应加速器是用来获得高速电子的装置,其基本原理如图所示,上、下为电磁铁的两个磁极,磁极之间有一个环形真空室,电磁铁线圈中通入变化的电流,真空室中的带电粒子就会被加速,其速率会越来越大。请思考:带电粒子受到什么力的作用而被加速?如果线圈中通以恒定电流会使粒子加速吗?这个现象告诉我们什么道理? 提示:带电粒子受到静电力作用做加速运动。 线圈中通入恒定电流时,带电粒子不会被加速。 变化的磁场能产生电场。 对麦克斯韦电磁场理论的理解 (1)变化的磁场产生电场 ①均匀变化的磁场产生恒定的电场。 ②非均匀变化的磁场产生变化的电场。 ③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。 归纳 关键能力 合作探究 (2)变化的电场产生磁场 ①均匀变化的电场产生恒定的磁场。 ②非均匀变化的电场产生变化的磁场。 ③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。 [典例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 D 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,非均匀变化的电场产生变化的磁场,周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场,故D正确。 [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(　　) D 图A中电场不随时间变化,不会产生磁场;图B和图C中电场都随时间均匀变化,只能在周围产生恒定的磁场,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,而这个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,故D正确。 二 要点2　电磁波 14 1.电磁波的产生:由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场由近及远传播。这种变化的电磁场在空间中的传播形成了　　　　,如图所示。  梳理 必备知识 自主学习 电磁波 2.电磁波的特点 (1)电磁波是电磁场的传播,传播过程　　　　介质,在真空中的波速等于光速c,c=3×108 m/s。  (2)电磁波是　　　　,电场和磁场方向都与传播方向　　　　。  (3)电磁波在传播过程中　　　　不变,始终与振荡电路的频率相同。  不需要 横波　 垂直 频率 (4)电磁波具有波的共性,能产生　　　　、　　　　、反射、折射和偏振等现象,电磁波也是传播能量的一种形式。  (5)电磁波的波速、波长、频率之间的关系:λ=vT=。 (6)　　　　通过实验证明了电磁波的存在。  干涉　 衍射 赫兹 3.麦克斯韦理论在物理学发展史上的意义 不仅预言了　　　　的存在,而且揭示了电、磁、光现象在本质上的　　　　,建立了完整的电磁场理论。  电磁波　 统一性 [思考与讨论] 如图所示是赫兹证明电磁波存在的实 验装置,当接在高压感应圈上的两金属 球间有电火花时,检波器上两小球间也 会产生电火花,这是为什么?这个实验证 实了什么问题? 提示:当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场,这种变化的电磁场传播到检波器时,在检波器中激发出感应电动势,使检波器上两小球间也产生电火花。这个实验证实了电磁波的存在。 1.对电磁波的理解 (1)电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播。在真空中,不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。 (2)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越小。 归纳 关键能力 合作探究 2.电磁波与机械波的比较   机械波 电磁波 研究对象 力学现象 电磁现象 周期性 位移随时间和空间做周期性变化 电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化 传播情况 传播需要介质,波速与介质有关,与频率无关 传播无需介质,在真空中波速等于光速c,在介质中传播时,波速与介质和频率都有关   机械波 电磁波 产生机理 由质点(波源)的振动产生 由电磁振荡激发 是横波 还是纵波 可能是横波,也可能是纵波 横波 干涉和 衍射 可以发生干涉和衍射 [典例2]　(多选)以下关于机械波与电磁波的说法,正确的是(　　 ) A.机械波与电磁波本质上是一致的 B.机械波的波速只与介质有关,而电磁波在介质中的波速,不仅与介质有关,还与电磁波的频率有关 C.机械波可能是纵波,而电磁波必定是横波 D.它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象 BCD 机械波由振动产生,电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生;机械波传播需要介质,波速由介质决定;电磁波的传播不需要介质,波速由介质和本身频率共同决定;机械波有横波,也有纵波,而电磁波一定是横波,机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象。综上所述,B、C、D正确。 [针对训练]　2.(多选)下列关于电磁波的说法中,正确的是(　　) A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播 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传播时,波长将变短 D.只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场,就能产生电磁波 AC 电磁场以电磁波的形式向远处传播。电磁波只有在真空中的传播速度才为3.0×108 m/s,在其他介质中的传播速度小于3.0×108 m/s。从一种介质进入另一种介质,频率不变,但速度、波长会变化。由真空进入介质传播时,波长将变短。只有周期性变化的电场和磁场才能产生电磁波,故A、C正确。 3.(多选)电磁波与声波比较,下列说法正确的是( ) 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,电磁波波长变短,声波波长变长 D.由空气进入水中时,电磁波波长变长,声波波长变短 ABC 电磁波传播不需要介质,而声波属于机械波,声波传播离不开介质,A正确;电磁波在空气中的速度接近光在真空中的速度,进入水中速度变小,而声波进入水中速度反而比空气中大,B正确;由v=λf,电磁波或声波由一种介质进入另一种介质时,频率不变,可见波速v与波长λ成正比,C正确,D错误。 三 要点3　电磁波谱 29 1.把电磁波按　　　　(或　　　　)排列起来,就形成了电磁波谱。  2.按波长由大到小的顺序,它们分别是无线电波、　　　　、可见光、 　　　　、　　　　和　　　　　,如图所示。电磁波的频率越高,它的波长就越短。  梳理 必备知识 自主学习 波长　 红外线　 紫外线　 X射线　 γ射线 频率 3.电磁波的应用 (1)无线电波:波长大于　　　　(频率小于300 GHz)的电磁波是无线电波,主要用于　　　　和　　　　。  (2)红外线:一切物体都在不停地发射红外线,温度高的物体的红外辐射比温度低的物体的红外辐射　　,主要应用于　　　　、遥控、遥感、红外摄影等。  (3)紫外线:具有较高的能量,因此可以利用紫外线　　 　　;某些物质在紫外线的照射下会发出荧光,根据这一点可以利用紫外灯鉴别钞票的 　　　　。  1 mm　 通信 广播 强 加热 灭菌消毒 真伪 (4)X射线:穿透能力较　　,在医学上常用　　光照片辅助进行疾病诊断。  (5)γ射线:是从　　　　内发出来的电磁波,能量高,穿透能力很　　。医学上常用　　　来杀死癌细胞。  强 X 原子核 强 γ射线 [思考与讨论] 如图所示的四种常见用电器和仪器都利用了电磁波,你知道它们分别选用了哪种电磁波吗?   提示:甲图中的手机选用的无线电波;乙图中的测温仪选用的是红外线;丙图中的消毒柜选用紫外线;丁图中的“CT”机选用X射线。 1.电磁波的共性 (1)它们在本质上都是电磁波,它们的行为服从相同的规律,各波段之间的区别并没有绝对的意义。 (2)都遵守公式v=λf,它们在真空中的传播速度都是c=3.0×108 m/s。 (3)它们的传播都不需要介质。 (4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。 归纳 关键能力 合作探究 2.各种电磁波的特点及应用 电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 频率(Hz) 由左向右,频率由小到大 真空中波长 由左向右,波长由长到短 特性 波动 性强 热作用强 感光 性强 化学作用,荧 光效应 穿透 力强 穿透力 最强 用途 通信、 广播、 导航 加热、 遥测、遥感、 红外摄像、 红外制导 照明、 照相等 日光灯、 杀菌消 毒、预防 佝偻病等 检查、 探测、 透视、 治疗 探测、 治疗 [典例3]　关于电磁波的特性和应用,下列说法正确的是(　　) A. 红外线和X射线都有很高的穿透本领,常用于医学上透视人体 B.过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康 C.电磁波中频率最大的为γ射线,最容易发生衍射现象 D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光 D X射线有很高的穿透本领,常用于医学上透视人体,A错误;过强的紫外线照射对人的皮肤有害,B错误;电磁波中频率最大的为γ射线,其波长最短,最不容易发生衍射现象,C错误;紫外线和X射线都可以使感光底片感光,D正确。 [针对训练]　4.按频率由小到大,电磁波的排列顺序是(　　) A.无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线 B.无线电波、可见光、红外线、紫外线、X射线、γ射线 C.γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波 D.红外线、无线电波、可见光、紫外线、γ射线、X射线 A 波长越长,频率越小,按照频率由小到大的顺序,电磁波的排列顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,故A正确,B、C、D错误。 5.关于生活中遇到的各种电磁波,下列说法正确的是(　　) A.医院里“CT”机使用的电磁波是γ射线,它具有较强的穿透能力 B.紫外线常用于卫星通信、电视等信号的传输,它还可用于消毒 C.“浴霸”的取暖灯泡能发出较强的红外线,它具有显著的热效应 D.X射线可以摧毁病变的细胞,常用于治疗各种癌症 C 医院里“CT”机使用的电磁波是X射线,利用X射线透视人体,来检查人体的内部器官,故A错误;微波常用于卫星通信、电视等信号的传输,紫外线用于消毒,故B错误;“浴霸”的取暖灯泡能发出较强的红外线,利用红外线的热效应进行取暖,故C正确;γ射线可以摧毁病变的细胞,常用于治疗各种癌症,故D错误。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.下列说法中正确的是(　　) A.任何变化的磁场都能在周围空间产生变化的电场,振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场 B.任何电场都能在周围空间产生磁场,振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 C.任何变化的电场都能在周围空间产生磁场,振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 D.电场和磁场总是相互联系着,形成一个不可分割的统一体,即电磁场 C 根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场(磁场)产生磁场(电场),如果电场(磁场)的变化是均匀的,产生的磁场(电场)是恒定的;如果电场(磁场)的变化是不均匀的,产生的磁场(电场)是变化的;振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场);周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着,形成一个不可分割的统一体,即电磁场。故C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2.下列关于电磁波的说法正确的是(　　) A.做简谐运动的电荷可以在周围的空间产生电磁波 B.电磁波不具有能量 C.麦克斯韦第一次通过实验验证了电磁波的存在 D.只要有电场和磁场,就能产生电磁波 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 根据麦克斯韦的电磁理论可知,做简谐运动的电荷会在空间产生变化的电磁场,变化的电磁场在空间传播,形成电磁波,故A正确;电磁波能够传播能量,说明电磁波具有能量,故B错误;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,故C错误;恒定电场和恒定磁场不能产生电磁波,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3.在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)三个波段的频率高低关系是(　　) A.红外线的频率最高,可见光的频率最低 B.伦琴射线的频率最高,红外线的频率最低 C.可见光的频率最高,红外线的频率最低 D.伦琴射线的频率最高,可见光的频率最低 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)按照频率从高到低的排列顺序是:伦琴射线(X射线)、可见光、红外线,故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4.(2024·四川绵阳高二期末)下列关于电磁波的说法,正确的是(　　) A.电磁波在任何介质中传播速度均为真空中的光速 B.“中国天眼”FAST接收脉冲星信号是电磁波中的无线电波 C.麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场,空间将产生电磁波 D.5G信号4G信号都是电磁波,但是5G信号比4G信号在真空中传播得更快 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 真空中的电磁波的速度为光速,而在其他介质中电磁波的速度不再是光速,A错误;“中国天眼”FAST接收脉冲星信号是电磁波中的无线电波,B正确;根据麦克斯韦电磁场理论可知,均匀变化的电场能激发恒定的磁场,恒定的磁场无法再形成电场,故无法在空间中产生电磁波,C错误;5G信号4G信号都是电磁波,5G信号4G信号在真空中传播都是光速,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5.间谍卫星上装有某种遥感照相机,可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车,即使车辆离开,也瞒不过它,这种遥感照相机敏感的电磁波属于(　　) A.可见光波段　　　　　　 B.红外波段 C.紫外波段 D.X射线波段 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 所有的物体都能发出红外线,热的物体的红外线辐射比冷的物体的强,间谍卫星上装的遥感照相机,实际上是红外线探测器,它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外线辐射,这是红外线摄影的基础,故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6.(多选)红外测温门使用了一种传感器,当它感应到有人走近时会自动对人测温,如果体温低于37.3 ℃门会自动打开。下列说法中正确的是(　　) A.当人体温低于37.3 ℃时不会向外辐射红外线 B.人的体温越高,测温门测量时接收到的红外辐射越强 C.该测温门感应到的人体辐射的红外线比可见光的波长短 D.该测温门感应到的人体辐射的红外线比X射线的频率低 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 BD 当人体温低于37.3 ℃时也会向外辐射红外线,故A错误;温度越高,红外辐射越强,人的体温越高,测温门测量时接收到的红外辐射越强,故B正确;红外线的波长比可见光的长,频率比X射线的频率低,故C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 7.使用蓝牙耳机接听手机来电,信号传输示意图如图所示。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340 m/s D.在真空中的传播速度比手机通信的电磁波传播速度小 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 蓝牙通信用的电磁波不在可见光频率范围内,不是蓝光,故A错误;蓝牙通信的电磁波频率比手机通信的电磁波频率高,波长短,故B正确;蓝牙通信和手机通信使用的都是电磁波,在真空中传播速度相同,均为3×108 m/s,故C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [B组　综合强化练] 8.(多选)应用麦克斯韦电磁理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场,下图是表示变化的场产生的另外的场)正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 BC A图中的上图磁场是恒定的,由麦克斯韦电磁理论可知,其周围空间不会产生电场,故A错误;B图中的上图是均匀变化的电场,应该产生恒定的磁场,下图的磁场是恒定的,故B正确;C图中的上图是周期性变化的磁场,它能产生同频率周期性变化的电场,当磁感应强度的变化率最大时,感应电场最强,故C正确;D图的上图是周期性变化的电场,在其周围空间产生周期性变化的磁场,当电场强度的变化率最大时,感应磁场应最强,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 9.(多选)如图所示,有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管,半径为R;有一带正电的粒子静止在管内,整个装置处于竖直向上的磁场中。要使带电粒子由静止开始沿管做圆周运动,所加磁场可能是(　　) A.匀强磁场 B.均匀增加的磁场 C.均匀减少的磁场 D.由于洛伦兹力不做功,不管加什么磁 场都不能使带电粒子运动 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 BC 恒定的磁场对静止的电荷不产生力的作用,但当磁场变化时可产生电场,电场对带电粒子施加电场力,带电粒子在电场力作用下沿管做圆周运动,B、C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.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。地球大气中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能大量地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。水汽和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况如图所示,由图可知,在该波段红外遥感卫星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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 由题图可知,8~13 μm波段的红外线,水汽和CO2的吸收均较少,故A、B、C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [C组　培优选做练] 11.过量的电磁辐射对人体健康有害。按照有关规定,工作场所受到的电磁辐射强度(单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量)不得超过某一临界值W。若某无线电通信装置的电磁辐射功率为P(离辐射源距离为R的球面上接收到的功率始终为P),则符合规定的安全区域到该通信装置的距离至少为(　　) A. B. C. D. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 根据题中信息,W=,E表示能量,S表示面积,t表示时间,由功率P=可得W===,所以R= ,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 12.雷达测距防撞控制系统是利用脉冲电磁波来测定目标的位置和速度的设备,某机场引导雷达发现一架飞机正向雷达正上方匀速飞来,已知该雷达显示屏上相邻刻度线之间的时间间隔为1.0×10-4 s,某时刻雷达显示屏上显示的波形如图甲所示,A脉冲为发射波,B脉冲为目标反射波,经t0=170 s后雷达向正上方发射和被反射的波形如图乙所示,则该飞机速度大小约为多少?   答案:306 m/s 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 由题图所示信息知,比较远时,脉冲波显示的距离x== m= 6×104 m 当飞机到达雷达正上方后,距离 x'== m=3×104 m 由于开始时飞机在斜上方,后来飞机到达正上方,所以飞机的速度v= m/s≈306 m/s。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 $$