第三章 4．电磁波的发现及其应用-【名师导航】2025-2026学年高中物理必修第三册教师用书word（教科版）

本高中物理讲义聚焦电磁波的发现及其应用，系统梳理麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设，电磁波的产生原理与赫兹实验验证，电磁波谱的波长排列顺序及c=λf关系，构建从理论假说到实验验证再到应用的学习支架。 资料通过对比表格明晰电场与磁场的转化规律，设计“均匀变化电场能否产生电磁场”等探究问题培养科学思维，结合微波炉、手机通信等实例渗透科学态度与社会责任，课中辅助教师突破重难点，课后分层作业助力学生查漏补缺。

4．电磁波的发现及其应用 [学习目标]　1．知道麦克斯韦的电磁场理论，知道电磁波产生的原理，了解赫兹实验，知道c＝λf的关系，知道电磁波谱中波长由长到短的排列顺序。知道电磁波具有能量也能传递信息。2．会分析电磁波产生的过程，电场和磁场相互转化的规律，能利用电磁波谱解决相关问题。3．探究电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。4．感知科学家探索的艰辛和电磁技术对人类生产、生活的意义，培养学生学习科学的兴趣。 一、电磁场 1．两个基本假设 (1)变化的磁场能够在周围空间产生电场。 (2)变化的电场能够在周围空间产生磁场。 2．电磁场：如果在空间某区域有随时间不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间引起变化的电场……于是，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。 说明：电场可由两种方式产生：由电荷或由变化的磁场产生。 二、电磁波和电磁波谱 1．电磁波：由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。 2．麦克斯韦在1865年预见电磁波的存在，1888年，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在。 3．电磁波的波速 (1)在真空中传播的速度为c＝3.0×108 m/s。 (2)关系式：c＝λf。 4．电磁波谱：按波长或频率的顺序把所有电磁波排列起来，称之为电磁波谱。 5．电磁波谱组成 说明：一切往复运动的电荷，或者更普遍地说，做变速运动的电荷都会在空间产生电磁波。 三、电磁波的应用 1．电磁波的应用主要包括两个方面： (1)利用电磁波传递信息。 (2)利用电磁波的能量。 2．除了人类主动发射各种电磁波之外，还接收和研究自然界物体发射的各种电磁波，以探索未知世界。 说明：家庭用的微波炉就是利用了电磁波的能量。 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 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v是3.00×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个电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 D　[根据λ＝得，λ＝ m≈3.33 m，D正确。] 根据麦克斯韦的理论不均匀变化的电场能产生变化磁场，变化磁场再产生变化电场……形成电磁场。 试探究：均匀变化的电场能产生电磁场吗？ 提示：不能　均匀变化的电场能在周围空间产生恒定的磁场，而恒定的磁场不再产生电场。 考点1　对麦克斯韦电磁场理论的理解 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。 【典例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 思路点拨：(1)静电场周围不产生磁场。 (2)不均匀变化的电场与磁场，才能形成电磁场。 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，C正确。] [跟进训练] 1．有四种磁场，其磁感应强度B随时间t变化的图像如图所示。下列说法正确的是(　　) 　　　　 　　　　 A．这四种磁场都能产生电场 B．除了图甲中的磁场，其它三种磁场都可以产生电场 C．只有图丙中的磁场可以产生电磁波 D．除了图甲中的磁场，其它三种磁场都可以产生电磁波 B　[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，A错误，B正确；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，C、D错误。故选B。] 考点2　对电磁波的理解 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v＝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。 【典例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？ 思路点拨：(1)1 μm＝10-6 m，λ＝6×10-7 m。 (2)电磁波传播速度是光速c，且有c＝λf。 [解析]　由速度公式v＝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＝＝ s≈3.33×10-8 s 由c＝λf得f＝＝ Hz＝5×1014 Hz。 [答案]　3.33×10-8 s　5×1014 Hz [跟进训练] 2．某车载雷达系统同时向四周发射毫米级波长的无线电波L1和频率1014Hz数量级的红外激光L2，可知L1与L2的波长之比约为(　　) A．1017∶1　　　　 B．1011∶1 C．106∶1 D．103∶1 D　[频率1014Hz数量级的红外激光的波长为λ2＝＝ m＝3×10-6m，L1是毫米级波长，设为3×10-3 m，可知L1与L2的波长之比约为＝＝，故选D。] 考点3　对电磁波谱的理解 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 【典例3】　(多选)下列有关电磁波的特性和应用，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射线都使感光底片感光 思路点拨：(1)波长短，频率高的能量大。 (2)波长长的易发生衍射现象。 CD　[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，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，可以摧毁病变的细胞，C正确；紫外线和X射线都可以使感光底片感光，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 B　[声波、电磁波都能传递能量和信息，A项错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波又涉及声波，B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，C项错误；红外线波长较X射线波长长，故D项错误。] 1．第一个用实验验证电磁波客观存在的科学家是(　　) A．法拉第　　　　　　　 B．奥斯特 C．赫兹 D．麦克斯韦 C　[麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故C正确。] 2．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下面说法正确的是(　　) 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恒定的磁场 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 BD　[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，A错误，B正确；稳定的电流可以产生稳定的磁场，C错误；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BD。] 3．中央电视台对神舟十八号飞船与天和核心舱交会对接进行了直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站。下列关于电磁波和声波的说法正确的是(　　) A．电磁波是一种物质，也具有能量 B．电磁波跟声波一样，不能在真空中传播 C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并通过实验捕捉到了电磁波 D．航天员讲话时画面与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度 A　[电磁波是一种物质，也具有能量，故A正确；电磁波的传播不依赖介质，可以在真空中传播，声波是机械波只能在介质中传播，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，故C错误；航天员讲话时画面能与声音同步，那是因为画面与声音同时转化成电信号，通过电磁波传回到地面接收器再转化成画面和声音。电磁波的速度为光速，声波的传播速度约为340 m/s，故D错误。故选A。] 4．(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 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。] 回归本节知识，自我完成以下问题： 1．写出麦克斯韦关于电磁场的两个基本假设。 提示：(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场。 (2)变化的电场能够在周围空间产生磁场。 2．写出电磁波在真空中传播的波速及关系式。 提示：c＝3.0×108 m/s。 c＝λf。 3．科学家在研究电磁波过程中用了哪些思想方法？ 提示：联想、推理、类比、对称等 课时分层作业(十七)　电磁波的发现及其应用 考点一　对麦克斯韦的电磁场理论的理解 1．(多选)根据麦克斯韦的电磁场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(　　) A　　　　B　　　C　　　　D BC　[A选项中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，A选项中的下图是与其不对应的；B选项中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B选项正确；C选项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，且相位相差，C选项是正确的；D选项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，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差π，故D选项错误。所以只有B、C两图正确。] 2．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，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　[根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场周围才能产生磁场，所以A错，而非均匀变化的电场产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，所以B、C错。] 考点二　对电磁波的理解 3．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是(　　) A．电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波 B．在电场的周围总能产生磁场，在磁场的周围总能产生电场 C．电磁波是一种物质，只能在真空中传播 D．电磁波传播的速度是3.0×108 m/s A　[变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，场逐渐向外传播形成电磁波，A正确；根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，只要电场发生变化就可以产生磁场，只要磁场发生变化就可以产生电场，如果电场(磁场)不变化，则不能产生磁场(电场)，B错误；电磁波的传播不依赖介质，可在真空中传播，也可在介质中传播，在真空中的传播速度才等于光速，C、D错误。] 4．(多选)电磁波和声波相比较，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，都是由介质决定的，与频率无关 ABC　[此题考查电磁波和声波的区别，可从它们的特点上分析，A、B符合物理事实所以正确；根据v＝λf，电磁波速度变小，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，在同一介质中频率越大，波速越小，所以D错误。] 5．(多选)下列关于电磁波的叙述中，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c C．电磁波在真空中传播时，传播速度为c D．光是一种电磁波 ACD　[电磁波由电磁场发生区域向远处传播，电磁波在真空中的传播速度为c，故选项A、C、D正确。] 6．手机A的号码为188 8888 0001，手机B的号码为188 8888 0002，手机A拨打手机B时，手机B发出响声并且来电显示A的号码为188 8888 0001。若将手机A置于一透明真空罩中，再用手机B拨打手机A，则(　　) A．发出响声，并显示B的号码188 8888 0002 B．发出响声，但不显示B的号码 C．不发出响声，但显示B的号码188 8888 0002 D．既不发出响声，也不显示号码 C　[手机之间通信靠电磁波，可以在真空中传播，但是在真空中声波不能传播，故不发出响声，但显示B的号码188 8888 0002，C正确。] 考点三　对电磁波谱的理解 7．在以下的电磁波中，波长由长到短排列正确的是(　　) A．短波、红外线、紫外线、微波 B．短波、紫外线、红外线、微波 C．短波、微波、红外线、紫外线 D．微波、短波、红外线、紫外线 C　[按照波长从大到小的顺序依次是无线电波(长、中、短、微)、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，故C正确，A、B、D错误。故选C。] 8．(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　) A．在真空中各种电磁波的传播速度都相同 B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高 C．紫外线比紫光的波长长 D．在电磁波谱中，波长最长的是γ射线 AB　[各种电磁波在真空中的速度都为3×108m/s，故A正确；γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，紫光是可见光，比紫外线的波长长，故C、D错误。] 9．若某种电磁波在真空中的频率为1.5×1015Hz，试回答下列问题： (1)该电磁波的波长为多少？(电磁波在真空中的传播速度为c＝3×108 m/s) (2)该电磁波属于哪个波段？(红外线波长范围为0.75～1 000 μm，紫外线的波长范围为5～370 nm) (3)现代科技可以使电磁波在特定介质中的传播速度大大减小。当频率为1.5×1015Hz的电磁波以900 m/s的速度传播时，电磁波的波长变为多少？ [解析]　(1)由波速公式c＝λf得 λ＝＝ m＝2×10-7m。 (2)该电磁波属于紫外线波段。 (3)由v＝λ′f得 λ′＝＝ m＝6×10-13m。 [答案]　(1)2×10-7m　(2)紫外线波段 (3)6×10-13m 10．公交车上车时刷卡能听到“嘀”的声音，表示刷卡成功。刷卡所用的IC卡内部有电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路。刷卡时，读卡机向外发射某一特定频率的电磁波，IC卡内的LC振荡电路产生电谐振，线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是(　　) A．读卡机发射的电磁波不能在真空中传播 B．IC卡是通过X射线工作的 C．读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则IC卡内不会产生感应电流 D．IC卡既能接收读卡机发射的电磁波，也有向读卡机传输数据的功能 D　[读卡机发射的电磁波能在真空中传播，选项A错误；IC卡工作肯定不是依靠X射线，X射线的辐射能量比较大，长时间接触对人体有害，选项B错误；若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则IC卡内仍会产生感应电流，只不过不能产生电谐振，从而不能产生较大的感应电流，选项C错误；IC卡既能接收读卡机发射的电磁波，也有向读卡机传输数据的功能，选项D正确。故选D。] 11．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 C　[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。] 12．(多选)关于紫外线的作用和特性，下列说法正确的是(　　) A．一切物体都在不停地辐射紫外线 B．紫外线能杀菌消毒是因为紫外线具有较高的能量，可以穿透细胞膜 C．紫外线具有较强的穿透能力，可以穿透人的皮肤、破坏内脏器官 D．紫外线具有荧光作用 BD　[一切物体都在不停地辐射红外线，A错误；紫外线具有较高的能量，能破坏细胞核中的物质，可以用来杀菌消毒，B正确；紫外线穿透能力不强，不会穿透人的皮肤破坏内脏器官，C错误；紫外线具有荧光效应，可用于设计防伪，D正确。] 13．微波炉的工作应用了一种电磁波——微波(微波的频率为2.45×109Hz)。食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高，食物增加的能量是微波给它的。下表是某微波炉的部分技术参数(c＝3×108 m/s)，问： 微波炉 MG—5021 MW 额定电压：220V　50 Hz 微波额定功率：1 100 W 微波输出功率：700 W 内腔容积：20 L 振荡频率：2 450 MHz (1)该微波炉内磁控管产生的微波波长是多少？ (2)该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少？ (3)如果做一道菜，使用微波挡需要正常工作30 min，则做这道菜需消耗多少电能？ [解析]　(1)微波的波长为 λ＝＝ m≈0.12 m。 (2)微波挡工作时的额定电流为 I＝＝ A＝5 A。 (3)消耗的电能ΔE＝W＝Pt＝1 100×1 800 J＝1.98×106 J。 [答案]　(1)0.12 m　(2)5 A　(3)1.98×106 J 13 / 13 学科网（北京）股份有限公司 $