第13章 第4节 电磁波的发现及应用 -【创新教程】2025-2026学年高中物理必修第三册五维课堂同步课件PPT（人教版2019）

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(2)电磁波可以在　真空　中传播． (3)光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波的速度等于　光速　. 2．赫兹的贡献：赫兹证实了　电磁波　的存在，证实了麦克斯韦的电磁场理论． 三、电磁波谱 1．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝　λf　. 2．电磁波在真空中的速度：c＝　3×108 m/s　. 3．电磁波谱的概念：按电磁波的　波长　或　频率　大小的顺序把它们排列起来，形成电磁波谱． 4．电磁波谱组成 5．各种电磁波的应用 (1)无线电波中的长波、中波、短波用于广播及其他信号的传播． (2)微波用于卫星通信、电视等信号传输． (3)红外线用来加热理疗． (4)可见光让我们看见这个世界，也可用于通信． (5)紫外线可以消毒． (6)X射线用于诊断病情． (7)γ射线可以摧毁病变的细胞． 四、电磁波的能量 1．电磁波具有能量，电磁波是　物质　存在的一种形式． 2．微波炉加热食物应用了一种电磁波——微波，食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，　内能　增加，温度升高． 3．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有　能量　. 五、电磁波通信 1．　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．　　 2．以互联网为基础的信息服务都是通过　电磁波　来传递的． [基础自测] 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)变化的电场可以产生磁场．( √ ) (2)电磁波的传播不需要介质．( √ ) (3)赫兹用实验证实了电磁波的存在．( √ ) (4)紫外线可以用来灭菌消毒．( √ ) 2．(多选)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．变化的电场和变化的磁场相互关联，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 解析：ABC　[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对；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B、C对，D错．] 3．电磁波在真空中传播的速度c是3.00×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个台发射的电磁波的波长λ为(　　) A．2.70 m　　　　　 B．270 m C．333 m D．3.33 m 解析：D　[根据λ＝eq \f(c,f)得，λ＝eq \f(3.00×108,90.0×106) m≈3.33 m，D正确．] 对麦克斯韦电磁场理论的理解 [探究归纳] 1．对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场 2.电磁场的产生：如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就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变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场． [例1]　下列有关电磁场理论的说法正确的是(　　) A．任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场 B．任何电场都要在周围空间产生磁场 C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场 D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，即电磁场 解析：C　[根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，故A错；同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，故B错；电场和磁场并不总是相互联系着的，例如，静止电荷周围只有静电场，静止磁体周围只有稳定的磁场．只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，故D错．] [跟进训练] 1．关于电磁场的理论，下列说法正确的是(　　) A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的 B．变化的磁场周围产生的电场一定是变化的 C．均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的 D．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的 解析：D　[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，但不一定变化，故A、B错误；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；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故D正确．] 对电磁波的理解 [探究导入] 如图所示，图甲和图乙中变化的磁场，能形成电磁波的是哪个？ 甲　　　　　乙　　 提示：图乙． [探究归纳] 1．电磁波的特点 (1)电磁场中储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程． (2)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波． (3)电磁波可以在真空中传播，因为电磁波本身就是一种物质——场物质，所以传播时不再需要其他介质． (4)任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度，即c＝3.0×108 m/s，电磁波传播虽然不需要介质，但在其他介质中的速度都比在真空中的小． 2．波长、频率与波速之间的关系 波速＝波长×频率，即c＝λf. (1)频率由波源决定，与介质无关，波长、波速的大小与介质有关．所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中速度小． (2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同． (3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：v＝c. [例2]　波长为0.6 μm的红光，从10 m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？它的频率是多少？ [解析]　由速度公式v＝eq \f(x,t)可求得时间，可根据电磁波波长、频率和波速关系式c＝λf可得频率，其中t＝eq \f(x,c)＝eq \f(10,3×108) s≈3.33×10－8 s 由c＝λf得f＝eq \f(c,λ)＝eq \f(3×108,6×10－7) Hz＝5×1014 Hz. [答案]　3.33×10－8 s　5×1014 Hz [跟进训练] 2．关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是(　　) A．变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场，两者互相联系，统称为电磁场 B．电磁场从发生区域由近及远地传播形成电磁波 C．电磁波是一种物质，可在真空中传播．所以，平时说真空没有实物粒子，但不等于什么都没有，还有“场”这种特殊物质 D．电磁波可在真空中传播，也可在介质中传播 解析：A　[根据麦克斯韦电磁场理论，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生的是稳定的磁场，故A错误，经分析其他选项正确．] 对电磁波谱的理解 [探究导入] 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：均属于电磁波． [探究归纳] 1．电磁波谱是把电磁波按波长由大到小的顺序排列起来的图表．顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．它们共同构成了范围广阔的电磁波谱． 2．电磁波谱中各种波段的特征用途比较(如下表) 电磁 波谱 无线 电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 特性 波动 性强 热作 用强 感光 性强 化学作用 荧光效应 穿透 力大 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 杀菌消毒、治疗皮肤病等 检查、探测、透视、治疗 探测、 治疗 [例3]　(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 解析：ACD　[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．] [跟进训练] 3．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”中的X射线波长相同 解析：B　[声波、电磁波都能传递能量和信息，A错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波又涉及声波，B正确；可见光属于电磁波，“B超”中的超声波是声波，波速不同，C错误；红外线波长较X射线波长长，D错误．] [知识点一]　对麦克斯韦电磁理论的理解 1．关于电磁场理论，以下说法正确的是(　　) A．在电场周围一定会产生磁场 B．任何变化的电场周围空间一定会产生变化的磁场 C．均匀变化的电场会产生变化的磁场 D．周期性变化的电场会产生周期性变化的磁场 解析：D　[变化的电场周围一定产生磁场，但若电场不发生变化，则不能在周围空间产生磁场，选项A错误；均匀变化的电场只能在周围空间产生稳定的磁场，只有不均匀变化的电场才能在周围空间产生变化的磁场，选项B、C错误；周期性变化的电场(或磁场)在周围空间产生周期性变化的磁场(或电场)，选项D正确．] 2．如图所示是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 解析：C　[由图可知磁通量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C正确．] [知识点二]　对电磁波谱的理解及应用 3．(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是(　　) A．波长不同的电磁波在本质上完全相同 B．电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象 C．电磁波谱的频带很宽 D．电磁波的波长很短，所以电磁波的频带很窄 解析：AC　[电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的，只是波长或频率不同而已．其中波长最长的波跟波长最短的波之间的频率相差1020倍，电磁波谱的频带很宽．] 4．电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是(　　) A．无线电波、红外线、紫外线、γ射线 B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线 C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波 D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线 解析：A　[题中所述电磁波的频率由低到高的排列顺序依次是无线电波、红外线、紫外线和γ射线，这也是波长由长到短的排列顺序，故选项A正确．] 5．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．电磁波频率最大的是γ射线，最容易用它来观察衍射现象 D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光 解析：D　[X射线有很强的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，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是γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，C错误．] $$