第1节 电磁波的海洋（培优教学课件）物理新教材人教版九年级全一册

该初中物理课件聚焦电磁波的产生、传播特性及应用，通过“导线时断时续接触电池使收音机发声”的实验导入，引导学生从生活现象出发，逐步探究电磁波的产生条件、传播规律及大家族成员，搭建起从具体到抽象的学习支架。 其亮点在于以实验驱动科学探究，如真空罩手机通信实验验证电磁波传播特性，类比水波建构波长、频率模型培养科学思维，结合天问一号、“天眼”等科技成就渗透科学态度与责任。学生能在动手与分析中深化物理观念，教师可借助结构化实验案例与分层练习提升教学实效。

九年级全一册•人教版 第1节 电磁波的海洋 第二十一章 电磁波及其应用 2020年7月23日，长征五号遥四运载火箭搭载着中国火星探测器天问一号从海南文昌航天发射场升空。经过半个多小时的飞行，探测器成功与火箭分离，并进入地火转移轨道，开启了奔向火星的旅程。在数亿千米的漫长旅途中，天问一号探测器多次调整姿态和改变轨道，还要向遥远的地球发回照片。科学家通过电磁波控制探测器的航行，探测器也是通过电磁波与遥远的地面联络、传递信号的。 下面，我们就来研究这神奇的电磁波吧！ 打开收音机的开关，调至没有电台的位置，将音量开大。取一节旧干电池和一根导线，拿到收音机附近。先将导线的一端与电池的负极相连，再将导线的另一端与正极摩擦，使它们时断时续地接触，可以听到收音机发出“咔咔”声。 收音机为什么会发出这种声音呢？ 导入新课 收音机发出 “咔咔”声 学习目标 物理观念 了解电磁波的产生和传播，知道电磁波的波长、频率和电磁波在真空中的传播速度。初步了解不同频率范围的电磁波及其应用。能利用电磁波的相关知识解释生活中的有关现象。 科学思维 在学习电磁波的过程中，体会类比推理的科学方法。 科学探究 经历电磁波的产生和传播的演示实验过程，培养实验观察与分析解释的能力。 科学态度 与责任 通过对电磁波的应用及我国在天文观测领域的成就的了解，体会物理学对人类生活和社会发展的意义。 教学重点 了解电磁波的产生与传播、不同频率范围电磁波的应用。 教学难点 了解电磁波的波长、频率和波速。 重点难点 1. 电磁波的产生 2. 电磁波的传播 3. 电磁波大家族 4. 课堂总结 5. 练习与应用 6. 提升训练 学习内容 一、电磁波的产生 第1节 电磁波的海洋 一、电磁波的产生 尽管你对电磁波（electromagnetic wave）这个名词已经十分熟悉，但是，你知道电磁波是怎样产生的吗？先了解水波、声波的产生。 1. 水波、声波的产生 木棍在水面上振动会产生水波；说话时声带的振动在空气中形成声波。他们都是都是由于物体发生振动产生的。 水面振动 水波 空气振动 声波 一、电磁波的产生 2. 实验探究：电磁波是怎样产生的 （1）如图所示，打开收音机的开关，旋至没有电台的位置，将音量调大，取一节干电池和一根导线，拿到收音机附近； （2）先将导线的一端与电池的负极相连，再将导线的另一端与正极相连，从收音机中能听到一次“喀喀”声后，之后就没有“喀喀”的声音了； 注意：这个实验对电池有损害，最好用旧电池来做。 （3）将导线的一端与电池的其中一极反复摩擦，使它们时断时续地接触，能从收音机中不断听到“喀喀”声。 一、电磁波的产生 （4）实验分析 ①用导线连接电池正、负极。刚接通时电流从无到有，听到“喀喀”声，说明变化的电流产生电磁波。 接通后电流稳定不再变化，没有声音，说明稳定的电流不产生电磁波。 ②导线的一端摩擦电池的一极，导线中电流不断变化，听到连续不断的“喀喀”声，说明变化的电流产生电磁波。 （5）探究结论 当电路中有迅速变化的电流时，其周围就会产生电磁波. 一、电磁波的产生 3. 电磁波的产生 （1）电磁波：与水波、声波的形成相似，变化的电流会在空间激起（产生） 电磁波。 （2）电磁波传递信息和能量：广播电台、电视台以及移动电话靠复杂的电子线路来产生迅速变化的电流，发出电磁波。虽然电磁波看不见、摸不到，但它确实可以传递信息和能量。 电流的迅速变化 电磁波 一、电磁波的产生 演示实验——《时断时续的电流能够产生电磁波》 一、电磁波的产生 【例题1】如图所示，打开收音机的开关，旋至没有电台的位置，将音量开大，取一节干电池和一根导线，先将导线的一端与电池的负极相连，再将导线的另一端与电池的正极快速摩擦，使它们时断时续地接触，会听到收音机中传出“喀喀”声。关于这个实验，下列说法错误的是（　　） A．这个实验对电池有损害，最好用旧电池来做 B．迅速变化的电流能够产生电磁波 C．收音机可以接收到电磁波信号 D．电磁波只能在空气中传播 D 【解析】A．用导线将电源正负极相连，会将电池短路，容易损坏电池，最好用旧电池来做，故A正确，不符合题意；B．导线和电池时断时续地接触，会产生变化的电流，变化的电流能够激起电磁波，故B正确，不符合题意；C．收音机中传出“喀喀”声，说明收音机接收到电磁波信号，C正确，不符题意；D． 电磁波可在真空中传播，故D错误，符合题意。故选D。 二、电磁波的传播 第1节 电磁波的海洋 二、电磁波的传播 以水波为例，了解描述波的物理量：波长、频率、波速。 当把一个小球仍入水中时，会发现小球上下振动，形成水波，并且向四周传播。 1. 波长、频率、波速 二、电磁波的传播 （1）波长 在一列水波的传播中，凸起的最高处叫作波峰；凹下的最低处叫作波谷。 邻近两个波峰（或波谷）的距离叫作波长，用 λ 表示。 单位：米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。 二、电磁波的传播 （2）频率 在某确定位置，1 s内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少。用字母 f 表示。　 单位：赫兹（Hz） 其他单位：千赫（kHz）、 兆赫（MHz） 这是某一列波在2秒内传播的波长个数为6个，则该波的频率 f =6/2S=3Hz 二、电磁波的传播 （3）波速 水波不停地向远处传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速。 波速=波长×频率 v= λf 单位：米/秒（m/s） 如图所示，如果该波的波长为0.1m，频率f =100Hz 则波速v= λf = 0.1m×100Hz =10m/s 二、电磁波的传播 2. 描述电磁波的物理量 跟水波类似，电磁波也有自己的频率、波长和波速。 （1）电磁波的波速 真空中电磁波的波速为c，其数值大约为30万千米每秒。c是物理学中一个十分重要的常数，目前公认的数值是 想一想：电磁波的传播速度是不是看起来很熟悉？你由此产生了什么联想？ 电磁波的传播速度与光在真空中的传播速速相同. c =2.99792458×108 m/s=3.0×108 m/s 二、电磁波的传播 （2）电磁波的频率 电磁波频率的单位也是赫兹。因为通常电磁波的频率都很高，所以常用的单位还有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。 收音机的无线电扫描频率 二、电磁波的传播 3. 探究电磁波的传播 【想一想】声波的传播需要介质，电磁波的传播是否需要介质呢？ 【演示实验】如图所示，将一部手机置于一密封玻璃罩内，用另一部手机呼叫它，可以听到玻璃罩内的手机发出的铃声，同时看见手机屏幕闪烁。然后，用抽气机逐渐向外抽气会发现铃声越来越小，但玻璃罩内的手机屏幕仍然闪烁。同时呼叫它的手机也仍然是连通状态。 【实验结论】 电磁波的传播不需要介质，电磁波能够在真空中传播. 真空罩中的手机 二、电磁波的传播 在太空中的宇航员可以用无线电波与地面站进行联系。 美国“新视野号”探测器 通过真空可以传回照片 大量的事实可以证明真空可以传播电磁波 二、电磁波的传播 演示实验——《真空可以传播电磁波》 【例题2】下列关于电磁波的说法正确的是（ ） A．电磁波在空气中的传播速度是340m/s B．5G网络的电磁波与4G网络的电磁波在空气中的传播速度相同 C．电磁波只能传递声音信号，不能传递图像信号 D．在真空中，电磁波的频率越高，波长越长 B 【解析】A．电磁波在空气中的传播速度是3×108m/s ，故A错误； B．电磁波的传播速度由介质决定，同一介质中不同频率的电磁波（如5G和4G）传播速度相同，故B正确； C．电磁波既能传递声音信号，也能传递图像信号，故C错误； D．电磁波在真空中的波速一定，所以电磁波的波长和频率成反比关系。在真空中，电磁波的频率越高，波长越短，故D错误。故选B。 二、电磁波的传播 三、电磁波大家族 第1节 电磁波的海洋 三、电磁波大家族 电磁波家族：电磁波有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、 γ射线等。各种光和射线都是波长不同的电磁波。 1. 电磁波大家族 三、电磁波大家族 2. 电磁波的应用 三、电磁波大家族 （1）无线电波 ①定义：通常用于广播、电视和移动通信的是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分电磁波，叫作无线电波。 ②特点：无线电波的波长从几毫米到几千米，通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段，包括长波、中波、短波、微波等。 ③电磁波在通信领域的应用极为广泛。无线电广播、电视信号传输，手机通信，以及卫星通信，都依赖于电磁波来实现。特别是微波和无线电波，它们被广泛应用于移动通信和卫星通信，让我们能够随时随地保持联系。 此外，Wi-Fi和蓝牙技术也利用微波进行短距离无线通信，为我们的生活带来了极大的便利。 三、电磁波大家族 （2） X射线、γ射线 在医疗领域，电磁波的应用同样不可或缺。X射线成像技术被广泛用于骨折诊断和肿瘤检测，它利用X射线的穿透性来拍摄人体内部结构的影像。 核磁共振成像（MRI）则利用电磁波中的射频波与强磁场相互作用，产生高分辨率的身体内部图像，主要用于软组织成像。此外，红外线治疗也利用电磁波来促进血液循环和新陈代谢，常用于物理治疗和康复治疗。 X射线 核磁共振 三、电磁波大家族 雷达技术利用无线电波和微波探测目标物体的位置、速度和形状，广泛应用于气象预报、航空航海、交通管理和军事领域。 光学仪器如显微镜、望远镜和激光器等，则利用可见光和其他电磁波进行精密观测和测量。 此外，电磁波还用于工业产品的非破坏性检测，能够检测出产品内部的缺陷和质量问题。 （3）电磁波在工业与科研领域的一些应用 电磁波用于工业产品 的非破坏性检测 三、电磁波大家族 （4）微波炉 电磁波在日常生活中有一些重要应用。例如，微波炉利用微波加热食物，快速便捷；遥控器利用红外线控制电视、空调等家电设备；太阳能电池则利用可见光和紫外线将光能转化为电能，提供清洁能源。 ①微波： 波长在无线电波中较短的电磁波，叫作微波。 ②微波炉原理 食物的分子在微波的作用下剧烈振动，使得内能增加，温度升高。由于电磁波可以深入食物内部，所以用微波炉烧饭时食物的内部和外部几乎同时变熟，省时、省电。 三、电磁波大家族 （5）电磁波观测天体 宇宙中存在的电磁波覆盖了整个电磁波段。我们除了可以在可见光波段用光学望远镜观测天体，还可以在无线电波段观测天体。在“天眼之父”南仁东的带领下，我国建成了世界上最大的500m口径球面射电望远镜。仰望星空，我们正在探索着宇宙的奥秘。 三、电磁波大家族 【例题3】各色光在真空中的波长如图所示，植物中叶绿素a会吸收波长在430nm~662nm之间的光。真空中，波长650nm的光（　　） A．是紫光 B．不是电磁波 C．波长比蓝光的长 D．比波长500nm的光传播速度大 C 【解析】A．由图可知波长650nm的光是红光，故A不符合题意； B．红光也属于电磁波，故B不符合题意； C．该光的波长是650nm，蓝光的波长是430-450nm，故该光的波长比蓝光的波长长，故C符合题意； D．该光和波长为500nm的光都是电磁波，在真空中的传播速度一样，故D不符合题意。故选C。 四、课堂总结 第1节 电磁波的海洋 四、课堂总结 电磁波的海洋 电磁波 的产生 ①产生：变化的电流在空间激起（产生）电磁波. ②电磁波可以用来传递信息和能量. ①电磁波的波长：邻近的两个波峰（或波谷）的距离. ②电磁波的频率：是电磁波在1s内振动的次数。 单位：赫兹（Hz）。常用单位还有kHz、MHz. ③传播速度：电磁波在真空中可以传播。速度为 c =3×108m/s，与光在真空中的传播速度相同. ①电磁波家族：无线电波、红外线、可见光、 紫外线、X射线、 γ射线等。 ②电磁波应用：无线电波通信；X射线、γ射线应用在医疗领域；微波；红外线、紫外线的应用；观测天体等. 电磁波 的传播 电磁波 大家族 五、练习与应用 第1节 电磁波的海洋 【解析】这些家用电器中，微波炉、手机以及空调和电视机的遥控器会发出电磁波。微波炉工作时，食物不跟加热装置直接接触就可以被加热，就是因为微波（电磁波的一种）的能量被食物中的水分子吸收；另外，微波炉门上有金属屏蔽网，可以用来减少微波的泄漏；手机既是无线电发射台，又是接收台，手机与固定电话不同之处在于它通过发射和接收电磁波来传递信息；空调和电视机的遥控器可以在一定范围内进行远距离控制，这是通过发射红外线完成的。电冰箱、洗衣机并不利用电磁波与外界联系，也不利用电磁波工作，收音机可以接受电磁波，不会发出电磁波。 五、练习与应用 1. 家中使用的电器很多都会用到电磁波，如微波炉、电视机等。你还知道哪些用电器也会用到电磁波？有什么事实支持你的看法？ 【解析】从刻度盘上看到能接收电磁波的最高频率为108MHz= 1.08×108 Hz，所以广播电台发射图中最高频率的电磁波是1.08×108 Hz，因为一个周期电流方向改变2次，线路中的电流方向每秒钟变化 1.08×108 ×2 =2.16×108次。 五、练习与应用 2. 观察图所示的收音机刻度板。当广播电台发射图中最高频率的电磁波时，线路中的电流方向每秒变化多少次？ 五、练习与应用 3. 我国祝融号火星车安全到达火星表面并进行了巡视探测。祝融号通过什么传递火星的相关信息？如果祝融号发出信号时，信号恰好能直接发送到地球，且火星到地球的距离是3.2亿千米，那么信号由火星传到地球大概需要多长时间？ 【解析】祝融号通过电磁波传递 火星的相关信息； 信号由火星传到地球需要的时间 t=s/v=3.2亿千米/（3×108m/s） = 3.2×1011m/（3×108m/s） =1.1×103s 五、练习与应用 4. 用红外线测距仪对准某一目标，发出一束红外线。这束红外线经目标反射后回到仪器时又被探测到。仪器测得红外线往返的时间为2.8×10-4 ms，这时目标与仪器之间的距离是多少？电磁波速度取3×105km/s。 【解析】仪器测得红外线往返时间为 𝑡=2.8×10−4ms=2.8×10−7s 目标与仪器之间的距离 =42m 答：目标与仪器之间的距离为42m。 五、练习与应用 5. 电磁波有广泛的应用，如用于医疗诊断的X射线、烘烤食物的红外线、消毒的紫外线，以及收音机接收的短波和舞台效果中的红光、蓝光等。电磁波的频率越高波长越短，请你按照波长由长到短的顺序，对以上电磁波进行排序。 【解析】短波、红外线、红光、蓝光、紫外线、X射线。 六、课堂练习 第1节 电磁波的海洋 【解析】电磁波可以在真空中传播，所以画面从空间站传回地球，利用的是电磁波。故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 六、课堂练习 1．2024年4月28日，神舟十七号、神舟十八号航天员乘组在中国空间站举行了交接仪式。如图所示画面从空间站传回地球，利用的是（　　） A．电磁波 B．光导纤维 C．超声波 D．次声波 A 六、课堂练习 2．我国于2018年和2024年先后发射了鹊桥号和鹊桥二号中继星，架起了地球与月球背面通信的“天桥”。相比于鹊桥号，鹊桥二号距月球更近（如图），采用了反射率更高的镀金钼丝天线。下列说法不正确的是（　　） A A．鹊桥号利用声波进行信号传输 B．鹊桥二号利用电磁波进行信号传输 C．镀金钼丝天线反射的信号传播速度为3×108m/s D．信息从月球背面传到鹊桥二号比到鹊桥号用时更短 【解析】AB．降落在月球背面的嫦娥六号要时刻与地球保持通信，需要鹊桥二号中继卫星进行信号转发。该通信利用电磁波传递信息，超声波和次声波不能在真空中传播，故A错误，符合题意，B正确，不符合题意。 C．电磁波在真空中传播的速度3×108m/s，故C正确，不符合题意； D．根据题意知道，相比于鹊桥号，鹊桥二号距月球更近，所以，信息从月球背面传到鹊桥二号比到鹊桥号用时更短，故D正确，不符合题意。 故选A。 六、课堂练习 六、课堂练习 3．紫外线按波长大小可分为多个子波段如图，其中EVU段可用于制造芯片，则 （ ） A．不是电磁波 B．波长大于紫光 C．波长可能为110nm D．传播速度比无线电波大 C 【解析】AD．紫外线和无线电波都是电磁波，EUV段属于紫外线，所以EUV是电磁波，传播速度与无线电波相同，故AD不符合题意； BC．由图可知，EUV的波长在10∼124nm，则EUV波长可能为110nm，紫光的波长在400∼430nm，所以EUV波长小于紫光，故B不符合题意，C符合题意。 故选C。 六、课堂练习 4．如图所示，探究电磁波的产生和传播特性。 （1）如图甲，在验证电磁波的存在的实验中，实验成功的关键是要用导线_______________（直接/时断时续）接触电池两端，才能听到收音机发出的“咔咔”声； （2）如图乙将手机放在真空罩中，用抽气机抽去罩中的空气，打电话呼叫罩内的手机，发现手机能收到呼叫信号，说明______________； 金属容器能屏蔽电磁波 时断时续 电磁波能在真空中能传播 （3）如图丙，将手机放到金属盆中，扣上金属网罩，打电话呼叫盆中的手机，不能收到呼叫信号；再将手机放在纸盒中，打电话呼叫，手机能收到呼叫信号，说明______________。 【解析】（1）实验中，先将导线的一端与电池的负极相连，再将导线的另一端与正极接触，使它们时断时续地接触，电路中有时断时续的电流出现，迅速变化的电流产生了电磁波，产生的电磁波被收音机接收到，听到“咔咔”的声音，说明电磁波的存在。 （2）用抽气机抽去罩中的空气，打电话呼叫罩内的手机，手机也能收到呼叫信号，因为电磁波能在真空中能传播。 （3）因为电磁波遇到金属会被反射。将手机放在金属容器中，打电话呼叫容器中的手机，这时手机不能收到呼叫信号；而在纸盒内的手机能收到呼叫信号，说明金属容器能屏蔽电磁波。 六、课堂练习 【解析】收音机屏板上的MHz和kHz，是频率的单位，所以向右调指针时所接收的电磁波的频率变大。由公式v= λf 知道，电磁波的波速一定，电磁波的波长和频率互成反比例关系。所以，频率变大，波长变小，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 六、课堂练习 5．如图是一台收音机的屏板，当向右调指针（图中黑块）时，所接收的电磁波（　　） A．频率变大 B．波速变大 C．波长变长 D．波长不变 A 6. 天问一号于2021年5月在火星着地，火星车次表层探测雷达使用电磁波可以探测火星土壤的地下分层和厚度。包含两个通道，低频通道（15×106Hz~95×106Hz）可以穿透10-100米的深度；高频通道（0.45×109Hz~2.15×109Hz）可以穿透3-10米的深度，图是电磁波家族，下列选项正确的是（　　） A．低频通道的电磁波在真空中传播速度是340m/s B．低频通道的电磁波波长比高频通道电磁波波长长 C．低频通道的电磁波在真空中的波速比高频通道电磁波慢 D．高频通道电磁波是X射线 B 六、课堂练习 【解析】AC．电磁波的传播速度与频率无关，它在真空中的传播速度为3×108m/s，故AC错误； B．电磁波的频率越低，则波长越长，故低频通道的电磁波波长比高频通道电磁波波长长，故B正确； D．高频通道电磁波的频率明显高于X射线，高频通道电磁波不是X射线，故D错误。 故选B。 六、课堂练习 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $