第11.4节 电磁场与电磁波-2025-2026学年高二物理同步导学案（沪科版2020必修第三册）

第十一章 电磁场与电磁波初步 11.4 电磁场与电磁波 课程标准 1. 了解麦克斯韦电磁场理论的内容，了解电磁场的相互激发是产生电磁波的根源。 2. 了解电磁波的主要应用。 物理素养 物理观念：了解电场和磁场可以相互转换、相互激发的物理概念。 科学思维：理解电磁场中的均匀变化和不均匀变化。 科学探究：查阅文献，了解最新的电磁波的应用。 科学态度与责任：通过电磁波应用的学习，体会物理学发展对社会生产的巨大推动作用。 一、电磁场及电磁波 【观察思考】生活中到处都是电磁波的应用：微波炉，紫外线消毒柜，CT扫描 1．麦克斯韦的电磁场理论。麦克斯韦认为： (1)变化的磁场产生电场 ①稳定的磁场周围不产生电场。 ②均匀变化的磁场产生恒定电场；不均匀变化的磁场产生变化的电场。 ③磁场随时间变化快，产生的电场强。 (2)变化的电场产生磁场 ①稳定的电场周围不产生磁场。 ②均匀变化的电场产生恒定磁场；不均匀变化的电场产生变化的磁场。 ③电场随时间变化快，产生的磁场强。 2．电磁场 如果在空间某区域有周期性变化的电场，那么这个变化的电场在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场…变化的电场和磁场相互联系，形成了不可分割的统一体，这就是电磁场。 不均匀变化的磁场和电场相互耦连，形成不可分离的统一的电磁场。 3．电磁波 (1)电磁波的产生 变化的电场与变化的磁场相互激发，由近及远地向周围空间传播，就形成了电磁波。 麦克斯韦在理论上预言了电磁波的存在，电磁波的速度等于光速。 赫兹通过实验证实了电磁波的存在，这意味着电磁场是真正的物质存在。 (2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 (3)电磁波的波速、波长与频率的关系：c＝λf，λ＝ 同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变。 在介质中的速度都比真空中的速度小。 不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大。 4．电磁波和声波的主要异同 (1)相同点： ①都具有波动的基本特性：干涉、衍射 ②波速=波长×频率 ③从一种介质进入另一种介质，频率不变 (2)不同点： ①电磁波传播不需要介质，可以在真空中传播，也可以在介质中传播；声波传播需要介质。 ②光波在介质中传播速度与频率有关；声波在介质中传播速度与频率无关。 【思考判断】 (1)在电场周围，一定存在着和它联系着的磁场。（ ） (2)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场。（ ） (3)恒定电流周围产生磁场，磁场又产生电场。（ ） (4)麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。（ ） 例1. 在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的电场的是（ ） 例2. 无线电波的中波波长范围为200～3 000 m。求该波段的频率范围。 二、电磁波谱及应用 1．电磁波谱 电磁波的频率范围很广，包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，把这些电磁波按波长或频率顺序排列起来，就构成了电磁波谱。如图（1）按波长，图（2）按频率。 图（1） 图（2） 不同电磁波具有不同的特性和应用。例如，无线电波中的长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，微波可以用于卫星通信、电视等的信号传输。红外线可以用来加热理疗，可见光让我们看见这个世界，紫外线可以消毒，X射线片可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞。 2．不同电磁波的比较 电磁波名称 波长、频率 特点 应用 无线电波 许多自然过程也辐射无线电波 广播和通讯，天体卫星研究 红外线 所有物体都会发射红外线，温度越高越强 红外线测温、摄影、遥感 可见光 复色光 红(波长长、频率低)-> 紫(波长短、频率高) 天空蓝色：短波散射， 傍晚阳光红色：短波吸收 紫外线 能量较高 灭菌消毒 促进人体对钙的吸收 利用荧光效应防伪 X射线 穿透本领强 过量会引起病变 检查人体内部器官 零件内部缺陷 γ射线 能量很高 破坏生命物质 治疗疾病 探测金属部件内部缺陷 【思考判断】 (1)可见光是整个电磁波谱中极狭窄的一段，其中红光波长最长。（ ） (2)红外线属于可见光。（ ） (3)紫外线有明显的热效应。（ ） 例3. 以下关于电磁波的说法不正确的是（ ） A.无线通信是用电磁波进行传播的 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 题型01 对电磁波的理解 例4.（多选）电磁波与声波比较，下列叙述中正确的是（ ） 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，与频率无关 例5. 某闭合电路的电流或电压随时间变化的规律如图所示，能发射电磁波的是(　　) A　 　　　B　　 　　C　　 　　D 题型02 电磁波的应用 例6. （多选）关于电磁波谱，下列说法正确的是（ ） A．电视遥控器利用的是红外线 B．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒 C．利用紫外线的荧光效应可设计防伪措施 D．γ射线波长比X射线波长短 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，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，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 2． 如图所示是某一固定面积的磁通量的变化图线，它在周围空间某一点激发的电场的场强E应是（ ） A.逐渐增强 　　　B.逐渐减弱 C.不变 D.无法确定 3．（多选）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 B.声波不能传递信息 C.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 D.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度不相同 4． 关于电磁波，下列说法中正确的是（ ） 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3×108 m/s C.电磁波由真空进入某种介质传播时，波长将变长 D.电磁波只能在真空中传播 5．（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（ ） A.只要有电场和磁场，就能产生电磁波 B.电磁波在真空和介质中传播速度不相同 C.均匀变化的磁场能够在空间形成电磁波 D.赫兹证实了电磁波的存在 6．（多选）下列说法中正确的是（ ） A.夏天太阳光把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最弱的 B.医院里用X射线进行人体透视，是因为它是各种电磁波中穿透本领最大的 C.科学家关注南极臭氧层空洞是因为它将使气候恶化 D.在热学中所说的热辐射就是指红外线辐射 7．电磁波由真空中进入介质中时，其波速变为原来的一半，则波长将变为原来的多少倍？ 8． 在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热带地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果有两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话。(已知地球的质量为6.0×1024 kg，地球半径为6.4×106 m，引力常量为6.67×10－11 N·m2·kg－2) 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十一章 电磁场与电磁波初步 11.4 电磁场与电磁波 课程标准 1. 了解麦克斯韦电磁场理论的内容，了解电磁场的相互激发是产生电磁波的根源。 2. 了解电磁波的主要应用。 物理素养 物理观念：了解电场和磁场可以相互转换、相互激发的物理概念。 科学思维：理解电磁场中的均匀变化和不均匀变化。 科学探究：查阅文献，了解最新的电磁波的应用。 科学态度与责任：通过电磁波应用的学习，体会物理学发展对社会生产的巨大推动作用。 一、电磁场及电磁波 【观察思考】生活中到处都是电磁波的应用：微波炉，紫外线消毒柜，CT扫描 1．麦克斯韦的电磁场理论。麦克斯韦认为： (1)变化的磁场产生电场 ①稳定的磁场周围不产生电场。 ②均匀变化的磁场产生恒定电场；不均匀变化的磁场产生变化的电场。 ③磁场随时间变化快，产生的电场强。 (2)变化的电场产生磁场 ①稳定的电场周围不产生磁场。 ②均匀变化的电场产生恒定磁场；不均匀变化的电场产生变化的磁场。 ③电场随时间变化快，产生的磁场强。 2．电磁场 如果在空间某区域有周期性变化的电场，那么这个变化的电场在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场…变化的电场和磁场相互联系，形成了不可分割的统一体，这就是电磁场。 不均匀变化的磁场和电场相互耦连，形成不可分离的统一的电磁场。 3．电磁波 (1)电磁波的产生 变化的电场与变化的磁场相互激发，由近及远地向周围空间传播，就形成了电磁波。 麦克斯韦在理论上预言了电磁波的存在，电磁波的速度等于光速。 赫兹通过实验证实了电磁波的存在，这意味着电磁场是真正的物质存在。 (2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 (3)电磁波的波速、波长与频率的关系：c＝λf，λ＝ 同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变。 在介质中的速度都比真空中的速度小。 不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大。 4．电磁波和声波的主要异同 (1)相同点： ①都具有波动的基本特性：干涉、衍射 ②波速=波长×频率 ③从一种介质进入另一种介质，频率不变 (2)不同点： ①电磁波传播不需要介质，可以在真空中传播，也可以在介质中传播；声波传播需要介质。 ②光波在介质中传播速度与频率有关；声波在介质中传播速度与频率无关。 【思考判断】 (1)在电场周围，一定存在着和它联系着的磁场。（ ） (2)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场。（ ） (3)恒定电流周围产生磁场，磁场又产生电场。（ ） (4)麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。（ ） 【答案】(1) × (2) × (3) × (4) × 例1. 在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的电场的是（ ） 【答案】 C 【解析】 A中磁场不变，则不会产生电场，故A错误； B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误； C中磁场随时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C正确； D中磁场随时间做非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误。 例2. 无线电波的中波波长范围为200～3 000 m。求该波段的频率范围。 【答案】 1.0×105～1.5×106 Hz 【解析】 根据频率公式f＝得f1＝＝ Hz＝1.5×106 Hz，f2＝＝ Hz＝1.0×105 Hz， 即该波段的频率范围为1.0×105～1.5×106 Hz。 二、电磁波谱及应用 1．电磁波谱 电磁波的频率范围很广，包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，把这些电磁波按波长或频率顺序排列起来，就构成了电磁波谱。如图（1）按波长，图（2）按频率。 图（1） 图（2） 不同电磁波具有不同的特性和应用。例如，无线电波中的长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，微波可以用于卫星通信、电视等的信号传输。红外线可以用来加热理疗，可见光让我们看见这个世界，紫外线可以消毒，X射线片可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞。 2．不同电磁波的比较 电磁波名称 波长、频率 特点 应用 无线电波 许多自然过程也辐射无线电波 广播和通讯，天体卫星研究 红外线 所有物体都会发射红外线，温度越高越强 红外线测温、摄影、遥感 可见光 复色光 红(波长长、频率低)-> 紫(波长短、频率高) 天空蓝色：短波散射， 傍晚阳光红色：短波吸收 紫外线 能量较高 灭菌消毒 促进人体对钙的吸收 利用荧光效应防伪 X射线 穿透本领强 过量会引起病变 检查人体内部器官 零件内部缺陷 γ射线 能量很高 破坏生命物质 治疗疾病 探测金属部件内部缺陷 【思考判断】 (1)可见光是整个电磁波谱中极狭窄的一段，其中红光波长最长。（ ） (2)红外线属于可见光。（ ） (3)紫外线有明显的热效应。（ ） 【答案】(1) √ (2) × (3) × 例3. 以下关于电磁波的说法不正确的是（ ） A.无线通信是用电磁波进行传播的 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 【解析】 无线通信用的是频率为数百千赫至数百兆赫的无线电波，它是电磁波；超声波是声波(机械波)，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。故A、C、D正确，B不正确。 题型01 对电磁波的理解 例4.（多选）电磁波与声波比较，下列叙述中正确的是（ ） 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，与频率无关 【答案】 ABC 【解析】 选项A、B均与事实相符，所以A、B正确；根据λ＝，电磁波波速变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，所以选项C正确；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，所以选项D错误。 例5. 某闭合电路的电流或电压随时间变化的规律如图所示，能发射电磁波的是(　　) A　 　　　B　　 　　C　　 　　D 【答案】C　 【解析】非均匀变化的电场产生变化的磁场，非均匀变化的磁场再产生变化的电场，从而形成电磁场，电磁场由近及远地传播，形成电磁波，故要求电流或电压是变化的，但不能是均匀变化的，C项正确。 题型02 电磁波的应用 例6. （多选）关于电磁波谱，下列说法正确的是（ ） A．电视遥控器利用的是红外线 B．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒 C．利用紫外线的荧光效应可设计防伪措施 D．γ射线波长比X射线波长短 【答案】ACD　 【解析】由于红外线波长较长，容易发生衍射，所以电视遥控器利用了红外线，A正确； 紫外线有显著的化学作用，可利用紫外线消毒，所以医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，B错误；在紫外线的照射下，许多物质会发出荧光，根据这个特点可以设计防伪措施，C正确； γ射线波长比X射线波长短，D正确。 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，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，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】 A、在电场的周围不一定存在着由该电场产生的磁场，磁场周围也不一定产生电场。原因是若变化的电场就一定产生磁场，若是稳定的电场则不会产生磁场的。故A错误； B、非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场产生稳定的磁场。所以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。故B错误； C、均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场。故C错误； D、周期性变化的电场一定产生同周期变化的磁场，故D正确。 2． 如图所示是某一固定面积的磁通量的变化图线，它在周围空间某一点激发的电场的场强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】 由题图知，磁通量均匀变化，而面积一定，故磁感应强度B均匀变化，故在其周围产生稳定的电场，故C正确。 3．（多选）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 B.声波不能传递信息 C.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 D.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度不相同 【答案】 ACD 【解析】 声波、电磁波都能传递能量和信息，A项正确，B项错误； 在手机通话过程中，既涉及电磁波又涉及声波，C项正确； 可见光属于电磁波，B超中的超声波是声波，波速不同，D项正确。 4． 关于电磁波，下列说法中正确的是（ ） 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3×108 m/s C.电磁波由真空进入某种介质传播时，波长将变长 D.电磁波只能在真空中传播 【答案】 A 【解析】 电磁波是交替变化的电磁场由发生区域向远处的传播，在真空中的传播速度是3×108 m/s。 在其他介质中的传播速度小于3×108 m/s。 电磁波在传播的过程中，频率f不变，由v＝λf可知传播速度变小时，波长变短，故B、C、D均错误。 5．（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（ ） A.只要有电场和磁场，就能产生电磁波 B.电磁波在真空和介质中传播速度不相同 C.均匀变化的磁场能够在空间形成电磁波 D.赫兹证实了电磁波的存在 【答案】 BD 【解析】 电场不变化不能产生磁场，磁场不变化也不能产生电场，A错误； 电磁波在真空中传播速度最大，在介质中较小，B正确； 均匀变化的磁场只能产生恒定电场，不能产生电磁波，C错误； 麦克斯韦预言电磁波存在，赫兹实验证实了电磁波的存在，D正确。 6．（多选）下列说法中正确的是（ ） A.夏天太阳光把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最弱的 B.医院里用X射线进行人体透视，是因为它是各种电磁波中穿透本领最大的 C.科学家关注南极臭氧层空洞是因为它将使气候恶化 D.在热学中所说的热辐射就是指红外线辐射 【答案】 CD 【解析】 热效应最强的是红外线，热辐射即红外线辐射，A错误，D正确； 穿透本领最强的是γ射线，B错误； 臭氧层可吸收、阻挡过强的紫外线，使地球上的动植物免受过强紫外线的伤害，另外臭氧层空洞可引起气候恶化，C正确。 7．电磁波由真空中进入介质中时，其波速变为原来的一半，则波长将变为原来的多少倍？ 【答案】 0.5倍 【解析】 电磁波由真空进入介质中时，周期不变。 由λ＝vT可知，＝＝ 即λ＝λ0＝0.5λ0。 8． 在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热带地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果有两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话。(已知地球的质量为6.0×1024 kg，地球半径为6.4×106 m，引力常量为6.67×10－11 N·m2·kg－2) 【答案】 电磁波传递信息需要时间　0.24 s 【解析】 主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的，设同步卫星高度为H，由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力， 即＝m(R＋H)，H＝－R＝3.6×107 m， 则一方讲话，另一方听到对方的讲话所需的最少时间是 t＝＝0.24 s。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$