4. 电磁波的发现及应用（举一反三讲义）物理人教版2019必修第三册

4. 电磁波的发现及应用 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：电磁场 2 知识点2：电磁波 6 知识点3：电磁波谱　电磁波的能量　电磁波通信 9 【方法技巧】 13 对麦克斯韦电磁场理论的理解 13 【巩固训练】 13 【学习目标】 1．知道麦克斯韦电磁场理论，理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点。 2．了解电磁波的形成，掌握波长、频率和波速的关系。 3．知道电磁波谱及排列顺序。 4．了解电磁波的特点，知道电磁波具有能。 重点： 1．知道麦克斯韦电磁场理论，理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点。 2．掌握波长、频率和波速的关系，知道电磁波谱和电磁波的应用。 难点： 理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点，并能分析有关问题。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：电磁场 1.麦克思维电磁场理论 （1）变化的磁场产生电场。（2）变化的电场产生磁场。 2.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。 3.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。 4.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。 5.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 周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 ★ 1、麦克斯韦认为线圈只不过是用来显示电场的存在的，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。 2、麦克斯韦电磁场理论的要点 （1）恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。 （2）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，同样，均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。 （3）周期性变化的磁场在周围空间产生同周期变化的电场，同样，周期性变化的电场在周围空间产生同周期变化的磁场。 【典例1】某电路中电场随时间变化的图像有如图所示几种情况，能激发电磁波的电场是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．电场不随时间变化，不会产生磁场，故A错误； BC．电场都随时间均匀变化，只能在周围产生稳定的磁场，也不会产生和发射电磁波，故BC错误； D．电场随时间作周期性的变化，能在周围空间产生周期性变化的磁场，而这变化磁场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，才能发射电磁波，故D正确。 故选D。 【变式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 【答案】ABC 【详解】A．只要变化的磁场周围就存在电场，与是否有闭合电路无关，故A正确； B．根据麦克斯韦电磁场理论，可知周期性变化的磁场，会产生同频率变化的电场，故B正确； C．变化的电场和变化的磁场相互联系着，形成一个统一体，即电磁场，故C正确； D．只有变化的电场才能形成磁场，若电场是恒定的，不会产生磁场，故D错误。 故选ABC。 【变式2】根据麦克斯韦电磁理论，如下说法正确的是（　　） A．变化的电场一定产生变化的磁场 B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场 C．稳定的电流不产生磁场 D．振荡的电场一定产生同频率的振荡磁场 【答案】D 【详解】AB．变化的电场一定产生磁场，但均匀变化的电场只能产生恒定的磁场，AB错误； C．稳定的电流可以产生稳定的磁场，C错误； D．周期性变化的电场一定产生同频率的交变磁场，这样才能产生电磁波，D正确。 故选D。 【变式3】如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，下列判断正确的是（　　） A．甲图能产生电场，不能产生电磁波 B．乙图能产生电场，不能产生电磁波 C．丙图能产生电场，不能产生电磁波 D．丁图能产生电场，也能产生电磁波 【答案】BD 【详解】根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，故乙、丙、丁都可以产生电场；均匀变化的磁场产生恒定的电场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，从而产生电磁波，故丙、丁可以产生电磁波。 故选BD。 知识点2：电磁波 1.电磁波的产生：如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。 （1）麦克斯韦从理论上预见，电磁波在真空中的传播速度等于光速，由此麦克斯韦语言了光是一种电磁波。 （2）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。 ★ 1、变化的电场和磁场由进及远地向周围传播，形成了电磁波。 2、电磁振荡产生电磁波时，即使电磁振荡停止了，已经发出的电磁波是不会消失的。会继续传播下去。 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。 （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，恒定的电场和磁场无法形成电磁波。 （3）电磁场是一种客观存在的物质。 （4）电磁波可以在真空中传播，在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s。 （5）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。 （6）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。 ★ 1、电磁波在空间的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度c。 2、电磁波的电场强度E与磁感应强度B相互垂直。 3、电磁波是一种横波。 【典例2】关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（    ） A．变化的磁场产生电场 B．各种频率的电磁波在真空中以不同的速度传播 C．电磁波依赖于介质才能传播 D．光不是电磁波 【答案】A 【详解】A．变化的磁场产生磁场，故A正确； B．各种频率的电磁波在真空中的速度相同，大小为，故B错误； C．电磁波可以在真空中传播，电磁波的传播不需要介质。故C错误； D．光是一种电磁波，故D错误。 故选A。 【典例3】（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．电磁波在真空中传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度方向均垂直 C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 【答案】AB 【详解】A．电磁波在真空中的传播速度即为光速，与电磁波的频率无关，故A正确； B．电磁波在真空中传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度方向均垂直，即电磁波是横波，故B正确； C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，且电磁波能通过电缆、光缆传输，故C错误； D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波不会消失，会继续传播，故D错误。 故选AB。 【变式1】关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 B．电磁波可以传递信息，也可以传播能量 C．遥控器发出的红外线的频率比医院CT中的X射线的频率大 D．各种频率的电磁波在真空中传播的速度不同 【答案】B 【详解】A．电磁波可以在真空中传播，故A错误； B．电磁波可以传递信息，也可以传播能量，故B正确； C．根据电磁波谱可知，遥控器发出的红外线的频率比医院CT中的X射线的频率小，故C错误； D．各种频率的电磁波在真空中传播的速度都等于真空中的光速c，故D错误。 故选B。 【变式2】（多选）下列说法中正确的是（   ） A．机械波和电磁波都能在真空中传播 B．铁路，民航等安检口使用红外线对行李内物品进行检测 C．根据狭义相对论的原理知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的 D．两列波叠加时产生干涉现象，其振动加强区域与减弱区域是稳定不变的 【答案】CD 【详解】机械波的传播需要介质，A错；红外线热效应显著，而穿透本领较弱，不能用来安检，铁路、民航等安检口使用x射线线对行李内物品进行检测．故B错误．根据相对论的基本原理得知：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．故C正确．两列波发生干涉时，振动加强区域与减弱区域是相互间隔，是稳定不变的．故D正确． 【变式3】（多选）随着科技的发展， 越来越多的手机用户选择使用蓝牙耳机， 手机与基站及耳机的通信如图所示。 若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波， 则以下说法正确的是（　　） A．甲、乙波的频率都比可见光的频率小 B．真空中， 甲波的传播速度比乙波的快 C．甲、乙波都是横波， 都能在真空中传播 D．甲波与乙波有可能发生干涉现象 【答案】AC 【详解】A．甲、乙波的波长比可见光大，根据 ，波长越大频率越小，所以甲、乙波的频率都比可见光的频率小，A正确； B．真空中， 甲波的传播速度等于乙波的传播速度，都等于3.0×108m/s，B错误； C．甲、乙波都是电磁波，电磁波都是横波， 都能在真空中传播，C正确； D．甲波与乙波的频率不相同，不能发生干涉现象，D错误。 故选AC。 电磁知识点3：电磁波谱　电磁波的能量　电磁波通信 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）各种电磁波的特性 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。 电磁波谱分析及电磁波的应用 电磁波谱 频率/Hz 真空中波长/m 特性 应用 递变规律 无线 电波 ＜3×1011 ＞10-3 波动性强， 易发生衍射 无线电 技术 红外线 1011～1015 10-3～10-7 热效应 红外遥感 可见光 1015 10-7 引起视觉 照明、摄影 紫外线 1015～1017 10-7～10-9 化学效应、荧光效应、灭菌消毒 医用消毒、防伪 X射线 1016～1019 10-8～10-11 贯穿本领强 检查、医用透视 γ射线 ＞1019 ＜10-11 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 2.电磁波的能量 (1)光是一种电磁波，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 (1)传播途径 电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以实现无线传播。 有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息，如台式电脑、电话等，具体的媒介有：光纤、电缆、电话线、网线等。 无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等。 (2)传输特点 电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息。 【典例4】以下关于预防电磁辐射的做法，不正确的是（　　） A．移动电话应尽量避免长时间使用 B．注意人体与家用电器保持一定的距离 C．高压线、变电站、电台、电视台旁边兴建住宅区 D．不要把家用电器摆放得过于集中 【答案】C 【详解】A．移动电话在使用时有电磁辐射，避免长时间使用可预防辐射，故A正确； B．家用电器在工作时具有一定的电磁辐射，人体与其保持一定的距离，可预防辐射，故B正确； C．高压线、变电站、电台、电视台旁边具有较强的电磁辐射，不适宜修建住宅区，故C错误； D．不要把家用电器摆放得过于集中，避免摆放处的电磁辐射太强，故D正确。 本题要求选择错误的，故选C。 【典例5】（多选）关于电磁波谱，下列说法正确的是（　　） A．在烤箱中能看见一种淡红色的光线，这是电热丝发出的红外线 B．无线电波的波长小于γ射线的波长 C．适量紫外线照射人体能促使人体合成维生素D D．医学上常用X光照片辅助进行疾病诊断 【答案】CD 【详解】A．在烤箱中能看见一种淡红色的光线，是电热丝发出的红光，不是红外线，红外线是看不到的，A错误； B．无线电波的波长大于γ射线的波长，B错误； C．紫外线能促进体内维生素D的合成，C正确； D．X射线穿透能力较强，医学上常用X光照片辅助进行疾病诊断，D正确。 故选CD。 【变式1】电磁波包含了X射线、红外线、紫外线、无线电波等，按频率由低到高的排列顺序是（　　） A．无线电波、红外线、紫外线、X射线 B．红外线、无线电波、X射线、紫外线 C．X 射线、红外线、紫外线、无线电波 D．紫外线、无线电波、X射线、红外线 【答案】A 【详解】电磁波按波长从长到短为：无线电波，微波，红外线，可见光，紫外线，伦琴射线（X射线），γ射线（伽马射线），波长越长频率越小，所以按频率从低到高排列是无线电波，微波，红外线，可见光，紫外线，伦琴射线（X射线），γ射线（伽马射线）。 故选A。 【变式2】（多选）下列说法中正确的是（　　） A．北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的 B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应 C．常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 D．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征 【答案】AD 【详解】A．北斗导航系统是利用电磁波工作的，A正确； B．微波炉能快速加热食物是因为食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高，内能增加，不是利用红外线具有显著的热效应，B错误； C．常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，C错误； D．遥感技术中利用红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征，D正确。 【变式3】在抗击新冠肺炎疫情的战役中，为了发现高危人群中的疑似病人，通常利用红外线测量人体的温度。关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　） A．红外线、X射线、射线中红外线的波长最短 B．银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线 C．微波主要用于广播及其他信号的传播 D．X射线片可以用于诊断病情，射线可以摧毁病变的细胞 【答案】CD 【详解】A．红外线、X射线、射线中红外线的频率最小，波长最长，选项A错误； B．银行的验钞机发出的光是紫外线，家用电器的遥控器发出的是红外线，选项B错误； C．微波不但能加热物体，而且能传播信息，故可以用于通信、广播及其他信号传输，故C正确； D．X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，γ射线，有极强的穿透能力和很高的能量，可以摧毁病变的细胞，故D正确。 【方法技巧】 对麦克斯韦电磁场理论的理解 【巩固训练】 1.关于电磁波理论，下列说法正确的是（　　） A．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 B．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 C．做非匀变速运动的电荷可以产生电磁波 D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 【答案】C 【详解】AB. 根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场，故AB均错误； C．做非匀变速运动的电荷可以在周围空间产生变化的电磁场，形成电磁波，C正确； D．赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，D错误； 故选C。 2．电磁波无所不在，近至我们的身体、周围的生物、居住的地球，远至宇宙空间，它的应用改变了人类的生活方式，使人类社会进入了一个新的时代，下列关于电磁波的说法正确的是（    ） A．麦克斯韦用实验证明了电磁波的存在 B．电磁波不可以在真空中传播 C．电磁波可以传递信息和能量 D．雷达工作时使用的是紫外线 【答案】C 【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证明了电磁波的存在，故A错误； B．电磁波可以在真空中传播，故B错误； C．电磁波可以传递信息和能量，故C正确； D．雷达工作时使用的是微波，故D错误。 故选C。 3．关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（    ） A．变化的磁场产生电场 B．各种频率的电磁波在真空中以不同的速度传播 C．电磁波依赖于介质才能传播 D．光不是电磁波 【答案】A 【详解】A．变化的磁场产生磁场，故A正确； B．各种频率的电磁波在真空中的速度相同，大小为，故B错误； C．电磁波可以在真空中传播，电磁波的传播不需要介质。故C错误； D．光是一种电磁波，故D错误。 故选A。 4．有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置。下列说法正确的是（　　） A．X射线的波长比红外线的波长更长 B．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 C．医院里经常利用红外线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗 D．变化的磁场会产生电场，均匀变化的磁场会产生均匀变化的电场 【答案】B 【详解】A．由电磁波谱可知，红外线的波长比X射线的波长，A错误； B．电磁波在真空中传播时的速度为光速，与电磁波的频率无关，B正确； C．医院里经常利用射线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗，C错误； D．麦克斯韦认为周期性变化的电场在周围能够引起周期性变化的磁场，而均匀变化的电场只能激发恒定的磁场，D错误。 故选B。 5．500米口径球面射电望远镜（简称FAST）又被称为“中国天眼”，是中国科学院国家天文台的一座射电望远镜，若其工作频率范围是，那么它观测到的电磁波最长波长（　　） A．约0.1米 B．约4米 C．约40米 D．约1000米 【答案】B 【详解】频率最小的电磁波的波长最长，则最长波长为故选B。 6．“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传播速度不同 【答案】A 【详解】A．电磁波是横波，故A正确； B．电磁波可以在任何介质或真空中传播，故B错误； C．电磁波看不见，但具有能量。故C错误； D．不同电磁波在真空中传播速度相同，故D错误； 故选A。 7．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 【答案】C 【详解】A．电磁波的传播不需要介质，A错误； B．雷达是用微波来测定物体位置的设备，B错误； C．电磁波的波速c、波长λ、频率f的关系为c=λf，C正确； D．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； 故选C。 8．如图所示的四种变化电场，能发射电磁波的是（　　） A．B．C．D． 【答案】D 【详解】图A是稳定的电场，不能产生磁场；图B与图C是均匀变化的电场，产生恒定的磁场，也不能形成电磁波；图D是周期性变化的电场，会产生同频率周期性变化的磁场，能形成电磁场，向外发射电磁波，选项D正确，ABC错误。 故选D。 9．下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波无法在真空中传播 B．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦的电磁理论 C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D．电磁波可以携带信息，但是不具有能量 【答案】B 【详解】A．电磁波传播不需要介质，所以可以在真空中传播，故A错误； B．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦的电磁理论，故B正确； C．周期性变化的电场和磁场，才能产生电磁波，故C错误； D．电磁波可以携带信息，同时具有能量，故D错误。 故选B。 10．某广播电台发射“中波”段某套节目的讯号，家用微波炉中的微波，VCD机中的激光（可见光），人体透视用的X光，都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3、f4，则（　　） A．f1＞f2＞f3＞f4 B．f1＜f2＜f3＜f4 C．f1＜f3＜f2＜f4 D．f1＞f3＞f2＞f4 【答案】B 【详解】由电磁波谱排列知 广播电台发射“中波”段某套节目的讯号频率最低，其次是家用微波炉中的微波，频率较高的是VCD机中的激光（可见光），频率最高的是人体透视用的X光，即f1＜f2＜f3＜f4故选B。 11．（多选）下列关于电磁波的说法，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 【答案】AC 【详解】A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播，A正确； BC．电磁波在真空中的传播速度为光速3.0×108 m/s，由可知从一种介质进入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变化，电磁波仍具有波的特征，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，波长变短，B错误，C正确； D．只有交变的电场和磁场才能产生电磁波，D错误； 故选AC。 12．（多选）各种电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了。关于电磁波的应用，下列说法中正确的有（　　） A．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线 B．银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是X射线 C．手机通话使用的无线电波 D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是紫外线 【答案】AC 【详解】A．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线，故A正确； B．银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是紫外线，不是X射线，故B错误； C．手机通话使用的无线电波，故C正确； D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是X射线，不是紫外线，故D错误。故选AC。 13．（多选）下列有关电磁波的特性和应用的说法正确的是（　　） 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，可以摧毁病变的细胞 D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光 【答案】CD 【详解】A．X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线不能用于透视人体，选项A错误； B．过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误； C．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞，选项C正确； D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光，选项D正确。 故选CD。 14．（多选）2022冬奥会开幕进入倒计时，北京也将成为第一个举办过夏季奥林匹克运动会和冬季奥林匹克运动会以及亚洲运动会三项国际赛事的城市，奥运直播当然就成为人们关注的焦点！北京冬奥会山地转播中心位于北京2022年冬奥会张家口赛区的核心区，包括转播中心本体建筑和电视演播室两大部分。山地转播中心面积约1.2万平米，内设四个转播技术分隔区；电视演播室建筑面积约8000平方米，分上、中、下三层，设有10个电视演播间。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波在真空中的传播速度是 B．电磁波不能传播能量 C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波 D．麦克斯韦预言了电磁波的存在 【答案】ACD 【详解】A．电磁波在真空中的传播速度是，选项A正确； B．电磁波能传播能量，选项B错误； C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波，选项C正确； D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，选项D正确。 15．各种电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了。关于电磁波的应用，下列说法中正确的有（　　） A．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线 B．银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是X射线 C．手机通话使用的无线电波 D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是紫外线 【答案】AC 【详解】A．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线，故A正确； B．银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是紫外线，不是X射线，故B错误； C．手机通话使用的无线电波，故C正确； D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是X射线，不是紫外线，故D错误。 故选AC。 16．回答以下关于微波炉的问题。 （1）微波是频率为的无线电波，微波炉的工作频率多选用915MHz或2450MHz，从同样使用微波的其他设备角度考虑，为什么微波炉要选用这样的频率？ （2）微波炉门上一般都安装有安全联锁开关，它能确保炉门打开时，微波炉不能工作，炉门关上时，微波炉才能工作，并且微波炉的玻璃门也要安装网状金属片，请分析这样设计的原因。 （3）为什么不能将金属器皿或镶有金银花边的碗碟放进微波炉中使用？ （4）为什么不能将盒装的牛奶放进微波炉加热？ 【答案】（1）使用微波是因为微波能周围的物体发热，雷达和其它通信系统使用的是微波这种无线电波，微波炉使用915MHz或2450MHz这两种频率的微波主要是为了不干扰雷达和其它通信系统。 （2）电磁波具有能量，对人体有伤害，微波炉门上要安装“安全联锁开关”，它能确保炉门打开时，微波炉不能工作，炉门关上时，微波炉才能工作，并且微波炉的玻璃门也要安装网状金属片，目的防止电磁波从炉门处泄漏，对人体或其它物体造成伤害。 （3）微波炉是利用电磁波来加热食物的。微波炉中不能使用金属容器，因为微波能在金属中产生大量的热量，会损坏微波炉和器皿。 （4）对于盒装牛奶，盒子的内壁有铝箔，由于金属能屏蔽电磁波，所以电磁波无法达到盒内的牛奶中。 【详解】（1）使用微波是因为微波能周围的物体发热，雷达和其它通信系统使用的是微波这种无线电波，微波炉使用915MHz或2450MHz这两种频率的微波主要是为了不干扰雷达和其它通信系统。 （2）电磁波具有能量，对人体有伤害，微波炉门上要安装“安全联锁开关”，它能确保炉门打开时，微波炉不能工作，炉门关上时，微波炉才能工作，并且微波炉的玻璃门也要安装网状金属片，目的防止电磁波从炉门处泄漏，对人体或其它物体造成伤害。 （3）微波炉是利用电磁波来加热食物的。微波炉中不能使用金属容器，因为微波能在金属中产生大量的热量，会损坏微波炉和器皿。 （4）对于盒装牛奶，盒子的内壁有铝箔，由于金属能屏蔽电磁波，所以电磁波无法达到盒内的牛奶中。 【链接高考】 一．（2024·天津·模拟预测）太赫兹通信作为实现6G（第六代通信技术）愿景的关键技术，已得到全球通信业认可，2023年4月，我国成功完成了太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，实现重大技术突破，为6G通信技术的发展提供了重要保障和支撑，该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，关于该实验信号与5G信号下列说法正确的是（　　） A．该实验信号和5G信号都属于电磁波，且都可能是纵波 B．该实验信号和5G信号都一定具有偏振现象 C．该实验信号相比5G信号光子能量更小 D．该实验信号相比5G信号在真空中的传播速度更小 【答案】B 【详解】AB．该实验信号和5G信号都是电磁波。由于电磁波是横波，都具有偏振现象，故A错误，B正确； C．该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，根据 可知，该实验信号相比5G信号光子能量更大，故C错误； D．所有电磁波在真空的传播速度都为光速，故D错误。 故选B。 二．（2024·辽宁朝阳·二模）如图所示，铯133原子基态有两个超精细能级，国际计量大会将铯133原子基态超精细能级间跃迁对应辐射电磁波的9192631770个周期所持续的时间定为1秒。已知可见光波长范围为400nm~700nm，光速为，则（　　） A．秒在国际单位制中是个导出单位 B．该跃迁辐射出的电磁波波长在可见光波长范围内 C．该跃迁辐射出的电磁波频率比可见光的频率低 D．该跃迁辐射出的电磁波在真空中传播比光速小 【答案】C 【详解】A．秒在国际单位中是基本单位，故A错误； BC．铯133原子基态超精细能级间跃迁对应辐射电磁波的频率约为，根据 可得其波长约为 = 波长大于可见光波长，频率低于可见光的频率，故B错误，C正确； D．电磁波在真空中传播速度等于光速，故D错误。 故选C。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 4. 电磁波的发现及应用 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：电磁场 2 知识点2：电磁波 6 知识点3：电磁波谱　电磁波的能量　电磁波通信 9 【方法技巧】 13 对麦克斯韦电磁场理论的理解 13 【巩固训练】 13 【学习目标】 1．知道麦克斯韦电磁场理论，理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点。 2．了解电磁波的形成，掌握波长、频率和波速的关系。 3．知道电磁波谱及排列顺序。 4．了解电磁波的特点，知道电磁波具有能。 重点： 1．知道麦克斯韦电磁场理论，理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点。 2．掌握波长、频率和波速的关系，知道电磁波谱和电磁波的应用。 难点： 理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点，并能分析有关问题。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：电磁场 1.麦克思维电磁场理论 （1）变化的磁场产生电场。（2）变化的电场产生磁场。 2.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。 3.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。 4.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。 5.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 周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 ★ 1、麦克斯韦认为线圈只不过是用来显示电场的存在的，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。 2、麦克斯韦电磁场理论的要点 （1）恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。 （2）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，同样，均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。 （3）周期性变化的磁场在周围空间产生同周期变化的电场，同样，周期性变化的电场在周围空间产生同周期变化的磁场。 【典例1】某电路中电场随时间变化的图像有如图所示几种情况，能激发电磁波的电场是（　　） A． B． C． D． 【变式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 【变式2】根据麦克斯韦电磁理论，如下说法正确的是（　　） A．变化的电场一定产生变化的磁场 B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场 C．稳定的电流不产生磁场 D．振荡的电场一定产生同频率的振荡磁场 【变式3】如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，下列判断正确的是（　　） A．甲图能产生电场，不能产生电磁波 B．乙图能产生电场，不能产生电磁波 C．丙图能产生电场，不能产生电磁波 D．丁图能产生电场，也能产生电磁波 知识点2：电磁波 1.电磁波的产生：如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。 （1）麦克斯韦从理论上预见，电磁波在真空中的传播速度等于光速，由此麦克斯韦语言了光是一种电磁波。 （2）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。 ★ 1、变化的电场和磁场由进及远地向周围传播，形成了电磁波。 2、电磁振荡产生电磁波时，即使电磁振荡停止了，已经发出的电磁波是不会消失的。会继续传播下去。 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。 （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，恒定的电场和磁场无法形成电磁波。 （3）电磁场是一种客观存在的物质。 （4）电磁波可以在真空中传播，在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s。 （5）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。 （6）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。 ★ 1、电磁波在空间的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度c。 2、电磁波的电场强度E与磁感应强度B相互垂直。 3、电磁波是一种横波。 【典例2】关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（    ） A．变化的磁场产生电场 B．各种频率的电磁波在真空中以不同的速度传播 C．电磁波依赖于介质才能传播 D．光不是电磁波 【典例3】（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．电磁波在真空中传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度方向均垂直 C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 【变式1】关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 B．电磁波可以传递信息，也可以传播能量 C．遥控器发出的红外线的频率比医院CT中的X射线的频率大 D．各种频率的电磁波在真空中传播的速度不同 【变式2】（多选）下列说法中正确的是（   ） A．机械波和电磁波都能在真空中传播 B．铁路，民航等安检口使用红外线对行李内物品进行检测 C．根据狭义相对论的原理知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的 D．两列波叠加时产生干涉现象，其振动加强区域与减弱区域是稳定不变的 【变式3】（多选）随着科技的发展， 越来越多的手机用户选择使用蓝牙耳机， 手机与基站及耳机的通信如图所示。 若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波， 则以下说法正确的是（　　） A．甲、乙波的频率都比可见光的频率小 B．真空中， 甲波的传播速度比乙波的快 C．甲、乙波都是横波， 都能在真空中传播 D．甲波与乙波有可能发生干涉现象 电磁知识点3：电磁波谱　电磁波的能量　电磁波通信 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）各种电磁波的特性 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。 电磁波谱分析及电磁波的应用 电磁波谱 频率/Hz 真空中波长/m 特性 应用 递变规律 无线 电波 ＜3×1011 ＞10-3 波动性强， 易发生衍射 无线电 技术 红外线 1011～1015 10-3～10-7 热效应 红外遥感 可见光 1015 10-7 引起视觉 照明、摄影 紫外线 1015～1017 10-7～10-9 化学效应、荧光效应、灭菌消毒 医用消毒、防伪 X射线 1016～1019 10-8～10-11 贯穿本领强 检查、医用透视 γ射线 ＞1019 ＜10-11 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 2.电磁波的能量 (1)光是一种电磁波，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 (1)传播途径 电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以实现无线传播。 有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息，如台式电脑、电话等，具体的媒介有：光纤、电缆、电话线、网线等。 无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等。 (2)传输特点 电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息。 【典例4】以下关于预防电磁辐射的做法，不正确的是（　　） A．移动电话应尽量避免长时间使用 B．注意人体与家用电器保持一定的距离 C．高压线、变电站、电台、电视台旁边兴建住宅区 D．不要把家用电器摆放得过于集中 【典例5】（多选）关于电磁波谱，下列说法正确的是（　　） A．在烤箱中能看见一种淡红色的光线，这是电热丝发出的红外线 B．无线电波的波长小于γ射线的波长 C．适量紫外线照射人体能促使人体合成维生素D D．医学上常用X光照片辅助进行疾病诊断 【变式1】电磁波包含了X射线、红外线、紫外线、无线电波等，按频率由低到高的排列顺序是（　　） A．无线电波、红外线、紫外线、X射线 B．红外线、无线电波、X射线、紫外线 C．X 射线、红外线、紫外线、无线电波 D．紫外线、无线电波、X射线、红外线 【变式2】（多选）下列说法中正确的是（　　） A．北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的 B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应 C．常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 D．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征 【变式3】在抗击新冠肺炎疫情的战役中，为了发现高危人群中的疑似病人，通常利用红外线测量人体的温度。关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　） A．红外线、X射线、射线中红外线的波长最短 B．银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线 C．微波主要用于广播及其他信号的传播 D．X射线片可以用于诊断病情，射线可以摧毁病变的细胞 【方法技巧】 对麦克斯韦电磁场理论的理解 【巩固训练】 1.关于电磁波理论，下列说法正确的是（　　） A．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 B．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 C．做非匀变速运动的电荷可以产生电磁波 D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 2．电磁波无所不在，近至我们的身体、周围的生物、居住的地球，远至宇宙空间，它的应用改变了人类的生活方式，使人类社会进入了一个新的时代，下列关于电磁波的说法正确的是（    ） A．麦克斯韦用实验证明了电磁波的存在 B．电磁波不可以在真空中传播 C．电磁波可以传递信息和能量 D．雷达工作时使用的是紫外线 3．关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（    ） A．变化的磁场产生电场 B．各种频率的电磁波在真空中以不同的速度传播 C．电磁波依赖于介质才能传播 D．光不是电磁波 【答案】A 4．有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置。下列说法正确的是（　　） A．X射线的波长比红外线的波长更长 B．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 C．医院里经常利用红外线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗 D．变化的磁场会产生电场，均匀变化的磁场会产生均匀变化的电场 5．500米口径球面射电望远镜（简称FAST）又被称为“中国天眼”，是中国科学院国家天文台的一座射电望远镜，若其工作频率范围是，那么它观测到的电磁波最长波长（　　） A．约0.1米 B．约4米 C．约40米 D．约1000米 6．“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传播速度不同 7．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 8．如图所示的四种变化电场，能发射电磁波的是（　　） A．B．C．D． 9．下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波无法在真空中传播 B．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦的电磁理论 C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D．电磁波可以携带信息，但是不具有能量 10．某广播电台发射“中波”段某套节目的讯号，家用微波炉中的微波，VCD机中的激光（可见光），人体透视用的X光，都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3、f4，则（　　） A．f1＞f2＞f3＞f4 B．f1＜f2＜f3＜f4 C．f1＜f3＜f2＜f4 D．f1＞f3＞f2＞f4 11．（多选）下列关于电磁波的说法，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 12．（多选）各种电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了。关于电磁波的应用，下列说法中正确的有（　　） A．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线 B．银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是X射线 C．手机通话使用的无线电波 D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是紫外线 13．（多选）下列有关电磁波的特性和应用的说法正确的是（　　） 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，可以摧毁病变的细胞 D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光 14．（多选）2022冬奥会开幕进入倒计时，北京也将成为第一个举办过夏季奥林匹克运动会和冬季奥林匹克运动会以及亚洲运动会三项国际赛事的城市，奥运直播当然就成为人们关注的焦点！北京冬奥会山地转播中心位于北京2022年冬奥会张家口赛区的核心区，包括转播中心本体建筑和电视演播室两大部分。山地转播中心面积约1.2万平米，内设四个转播技术分隔区；电视演播室建筑面积约8000平方米，分上、中、下三层，设有10个电视演播间。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波在真空中的传播速度是 B．电磁波不能传播能量 C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波 D．麦克斯韦预言了电磁波的存在 15．各种电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了。关于电磁波的应用，下列说法中正确的有（　　） A．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线 B．银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是X射线 C．手机通话使用的无线电波 D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是紫外线 16．回答以下关于微波炉的问题。 （1）微波是频率为的无线电波，微波炉的工作频率多选用915MHz或2450MHz，从同样使用微波的其他设备角度考虑，为什么微波炉要选用这样的频率？ （2）微波炉门上一般都安装有安全联锁开关，它能确保炉门打开时，微波炉不能工作，炉门关上时，微波炉才能工作，并且微波炉的玻璃门也要安装网状金属片，请分析这样设计的原因。 （3）为什么不能将金属器皿或镶有金银花边的碗碟放进微波炉中使用？ （4）为什么不能将盒装的牛奶放进微波炉加热？ 【链接高考】 一．（2024·天津·模拟预测）太赫兹通信作为实现6G（第六代通信技术）愿景的关键技术，已得到全球通信业认可，2023年4月，我国成功完成了太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，实现重大技术突破，为6G通信技术的发展提供了重要保障和支撑，该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，关于该实验信号与5G信号下列说法正确的是（　　） A．该实验信号和5G信号都属于电磁波，且都可能是纵波 B．该实验信号和5G信号都一定具有偏振现象 C．该实验信号相比5G信号光子能量更小 D．该实验信号相比5G信号在真空中的传播速度更小 二．（2024·辽宁朝阳·二模）如图所示，铯133原子基态有两个超精细能级，国际计量大会将铯133原子基态超精细能级间跃迁对应辐射电磁波的9192631770个周期所持续的时间定为1秒。已知可见光波长范围为400nm~700nm，光速为，则（　　） A．秒在国际单位制中是个导出单位 B．该跃迁辐射出的电磁波波长在可见光波长范围内 C．该跃迁辐射出的电磁波频率比可见光的频率低 D．该跃迁辐射出的电磁波在真空中传播比光速小 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $