第1节 电磁波（导学案）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

该初中物理导学案围绕电磁波展开，引导学生通过干电池导线接触收音机、手电筒开关操作等实验，理解电磁波由变化电流产生，进而学习波速、频率、波长的概念及关系（c=λf），形成从实验到理论再到应用的学习支架。 本资料突出科学探究与科学思维，通过多个实验培养学生探究能力，用类比法（步幅类比波长）帮助理解概念，例题与练习结合神舟飞船、北斗导航等实际情境，强化物理观念，提升学生解决实际问题的能力。

第1节 电磁波（导学案） 【学习目标】 知道电磁波的产生与传播速度 【学习重点】 知道并掌握电磁波的波长，频率和波速的关系。 【学习难点】 认识描述电磁波的波形图，了解电磁波的“家族成员”及其应用。 【自主学习】 1. 如图所示，打开收音机的开关，将调谐旋钮旋至没有电台的位置，并将音量调大.（2）取一节干电池和一根导线，拿到收音机附近.（3）先将导线的一端与电池的一极相连，再将导线的另一端与电池的另一极时断时续地接触，现象： 2.收音机发出“咯、咯”声，说明收音机接收到了电磁波（ ）.结合操作可知，电磁波是电流的通断产生的 3.产生条件 ： （若导体中电流是稳定电流，则不会产生电磁波） 【课堂探究】 探究一 电磁波是如何产生的 【实验探究】1，打开收音机，转动调谐旋钮至无电台处，再调节音量旋钮，增大音量。取一节干电池和一根导线，先将导线的一端与电池的一极相接，再用导线的另一端与电池的另一极快速断续接触快速断续接触过程中，收音机发出“咯、 咯”声 2， 打开收音机开关，用调谐旋钮将指针调到没有电台的位置，并将音量放大，改用一只手电筒，靠近收音机，一下一下地按动手电筒的开关在一下一下地按动开关的过程中，收音机会发出“咯、咯”声。 【现象说明】快速断续接触时，导线中的电流时有时无， 按动手电筒的开关时， 手电筒中的电流时有时无，电流大小发生了变化， 收音机发出声音， 表明收音机接收到了电磁波， 电磁波是由变化的电流产生的英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，他的研究成果深深地吸引了另一位英国物理学家—麦克斯韦，麦克斯韦经过潜心研究，用巧妙的数学语言总结了前人的发现，建立了完整的电磁理论并预言了电磁波的存在。后来，德国物理学家赫兹（H. R. Hertz，1857—1894）通过实验发现了电磁波，证实了麦克斯韦的预言 今天的广播电视、移动通信、卫星导航、遥感影像等诸多应用都离不开电磁波理论这块基石，同时电磁波的发现也为物理学发展开启了一扇新的大门。 【产生条件】当导体中的电流发生变化时，导体就会向四周发射一种波。在物理学中，把这种“波”叫做电磁波。即变化的电流能在其周围空间产生电磁波。 误区提醒：导体中有电流不一定产生电磁波，只有当电流大小或方向迅速变化时才会产生电磁波。 【例题01】2025年4月25日1时17分，在轨执行任务（绕地球转动）的神舟十九号航天员乘组顺利打开“家门”，欢迎神舟二十号航天员乘组入驻“天宫”空间站。顺利完成中国航天史第6次太空会师（如图所示）。下列说法正确的是（　　） A．神舟二十号航天员在太空中惯性减小 B．地球对“天宫”空间站有吸引作用 C．“天宫”空间站处于平衡状态 D．航天员报平安的声音通过超声波传回地面 【例题02】某同学打开收音机后，又去打开台灯(如图1所示)，这时他听到收音机中传出“咔嗒”声。他为了进一步验证这个现象，将收音机旋至没有电台的位置，并开大收音机的音量，又连续使台灯的开关闭合、断开，结果发现，只是在闭合或断开开关的瞬间才有“咔嗒”声从收音机中传出。由此可见：导线中电流的迅速_______会在空间激起电磁波。 探究二 描述电磁波 【基本概念】 波速(c)：1秒内波传播的距离 单位：m/s 影响因素：传播介质 频率(f)：单位时间内完成振动的次数 单位：赫兹(Hz)，千赫(kHz)、兆赫(MHz) 影响因素：振源振动快慢 1 kHz=103 Hz 1 MHz=106 Hz 波长(λ)：两相邻波峰或波谷间的距离 单位：米(m) 影响因素：由波的频率和波的传播速度决定，即由振源和传播的介质决定 关系：在同种介质中，电磁波的波速一定，与波长和频率无关；由c=λf 可知，电磁波的波长与频率成反比，即频率越低，波长越长；反之频率越高，波长越短 误区点拨：(1)电磁波传播的速度与介质有关，一种确定的电磁波在不同的介质中，波速和波长不同，但它的频率是不变的。 (2)电磁波同声波不同，电磁波在传播过程中可以不需要介质，各种电磁波在真空中的传播速度是一定的，均为3×108 m/s。 【方法点拨】用类比法理解电磁波的波长、频率、波速之间的关系.如图所示，可以把波长类比为人走路时的步幅λ ，把频率类比为1 s内人走的步数f ，则人走路的速度就等于λf .波速如同人走路的速度，所以波速c=λf . 【例题03】如图所示，真空中有甲、乙两种电磁波，甲的波长是乙的2 倍，则甲、乙两种电磁波的频率之比为( ) A. 1∶1 B. 2 ∶1 C. 1∶ 2 D. 无法确定 【例题04】中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统。目前，很多汽车里都安装有该接收装置。该接收装置通过接收卫星发射的导航信号，实现对车辆的精确定位并导航。卫星向北斗导航接收器传送信息依靠的是（　　） A．超声波 B．次声波 C．电磁波 D．激光 课堂练习： 1.2020年6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射了北斗系统最后一颗全球组网卫星。此次火箭发射过程大致分为持续加速冲出大气层、三级火箭一次关机滑行、三级二次点火加速、三级二次关机进入末速修正段、卫星调姿、星箭分离，整个过程中通过观测站的雷达跟踪实时位置。在搭载导航卫星的长征三号乙运载火箭发射过程中（　　） A．飞出地球大气层之后受到力的作用 B．燃科的内能转化为火箭和卫星的重力势能 C．跟踪雷达靠不是靠电磁波及时获取其实时位置 D．关闭发动机滑行时动能和内能相互转化 2.美国发布了最新的SR﹣72高超音速飞行器设想图．该飞行器速度可达6～7马赫（1马赫=1倍音速，音速v=340m/s），号称1小时可到达地球任一地方，比常规导弹速度还要快．飞行器体表涂敷最新型材料，具有雷达隐形功能，但不具备红外隐形功能．若该飞行器以6.5马赫速度飞行，其速度为 m/s．此时若有常规导弹从其正后方攻击，则导弹相对于飞行器是向 运动的．该飞行器具有雷达隐形功能，是因为体表形状及材料能有效 （选填“增强”或“减弱”）它对电磁波的反射；不具备红外隐形功能，是因为高速飞行时体表与空气摩擦将 能转化为 能，使飞行器表面温度升高的缘故． 3.中国空间站为“五舱”结构，由载人飞船、货运飞船、核心舱及两个实验舱组成，空间站在距离地面400～450km的高度绕地球做圆周运动。已知空间站绕地球一周运行的距离为4.32×104km，绕地球运行速度为8×103m/s。 （1）空间站中的宇航员一天能看到几次日出日落？ （2）空间站中的宇航员通过电磁波与地面联系，从空间站发出的电磁波到达地面的最短时间为1.4×10-3s，已知电磁波的传播速度为3×108m/s，求空间站距离地面的高度。 （3）宇航员所在的核心舱是运动还是静止？阐明你判断的理由。 4，在“探究光的反射规律”实验中，小明选用了量角器、平面镜、硬纸板、激光笔和铅笔进行实验。硬纸板由E、F两部分组成，可绕与平面镜垂直的ON转动，如图甲所示： （1）实验过程中，硬纸板应 地立在平面镜上； （2）硬纸板在实验中除了显示光路，还可以探究反射光线、入射光线和法线 ； （3）实验时多次改变入射角的大小进行实验，然后得出结论，多次实验的目的是 ； （4）光在E纸板上沿AO方向入射，其反射光在F纸板上沿OB方向射出。让光沿着BO方向入射，发现反射光沿OA方向射出，说明在反射现象中 ； （5）实验时，从硬纸板前不同方向都可以看到纸板上光的径迹，是由于光在纸板上发生了 （选填“镜面反射”或“漫反射”）； （6）请在图乙中画出入射光线相应的反射光线并标明反射角大小； （7）如图丙所示，地球站1把无线电信号传送到高空中的通信卫星上，卫星再立即把接收到的信号传到地面上的地球站2，这样就实现了卫星直线传播，转播过程中，会感到对方的反应有些延迟，造成这种延迟的原因之一是无线电波在射向卫星和从卫星返回时需要一定的时间。通信卫星离地球站1和地球站2的直线距离均为3.6×104km，若以地球为参照物，通信卫星是静止的。利用卫星通信，信号会延迟约多少时间？（无线电传信号的传播速度为：3×108m/s）请写出必要的文字说明及表达式。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 电磁波（导学案） 【学习目标】 知道电磁波的产生与传播速度 【学习重点】 知道并掌握电磁波的波长，频率和波速的关系。 【学习难点】 认识描述电磁波的波形图，了解电磁波的“家族成员”及其应用。 【自主学习】 1. 如图所示，打开收音机的开关，将调谐旋钮旋至没有电台的位置，并将音量调大.（2）取一节干电池和一根导线，拿到收音机附近.（3）先将导线的一端与电池的一极相连，再将导线的另一端与电池的另一极时断时续地接触，现象：当电路中电流时有时无时，从收音机中能听到“咯、咯”声 2.收音机发出“咯、咯”声，说明收音机接收到了电磁波（转换法）.结合操作可知，电磁波是电流的通断产生的 3.产生条件 ：电路中有变化的电流（若导体中电流是稳定电流，则不会产生电磁波） 【课堂探究】 探究一 电磁波是如何产生的 【实验探究】1，打开收音机，转动调谐旋钮至无电台处，再调节音量旋钮，增大音量。取一节干电池和一根导线，先将导线的一端与电池的一极相接，再用导线的另一端与电池的另一极快速断续接触快速断续接触过程中，收音机发出“咯、 咯”声 2， 打开收音机开关，用调谐旋钮将指针调到没有电台的位置，并将音量放大，改用一只手电筒，靠近收音机，一下一下地按动手电筒的开关在一下一下地按动开关的过程中，收音机会发出“咯、咯”声。 【现象说明】快速断续接触时，导线中的电流时有时无， 按动手电筒的开关时， 手电筒中的电流时有时无，电流大小发生了变化， 收音机发出声音， 表明收音机接收到了电磁波， 电磁波是由变化的电流产生的英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，他的研究成果深深地吸引了另一位英国物理学家—麦克斯韦，麦克斯韦经过潜心研究，用巧妙的数学语言总结了前人的发现，建立了完整的电磁理论并预言了电磁波的存在。后来，德国物理学家赫兹（H. R. Hertz，1857—1894）通过实验发现了电磁波，证实了麦克斯韦的预言 今天的广播电视、移动通信、卫星导航、遥感影像等诸多应用都离不开电磁波理论这块基石，同时电磁波的发现也为物理学发展开启了一扇新的大门。 【产生条件】当导体中的电流发生变化时，导体就会向四周发射一种波。在物理学中，把这种“波”叫做电磁波。即变化的电流能在其周围空间产生电磁波。 误区提醒：导体中有电流不一定产生电磁波，只有当电流大小或方向迅速变化时才会产生电磁波。 【例题01】2025年4月25日1时17分，在轨执行任务（绕地球转动）的神舟十九号航天员乘组顺利打开“家门”，欢迎神舟二十号航天员乘组入驻“天宫”空间站。顺利完成中国航天史第6次太空会师（如图所示）。下列说法正确的是（　　） A．神舟二十号航天员在太空中惯性减小 B．地球对“天宫”空间站有吸引作用 C．“天宫”空间站处于平衡状态 D．航天员报平安的声音通过超声波传回地面 【答案】B 【解析】神舟二十号航天员在太空中惯性不变，是物理属性，故A错误。 “天宫”空间站处于不处于平衡状态，故C错误。 航天员报平安的声音通过电磁波传回地面，故D错误。 【例题02】某同学打开收音机后，又去打开台灯(如图1所示)，这时他听到收音机中传出“咔嗒”声。他为了进一步验证这个现象，将收音机旋至没有电台的位置，并开大收音机的音量，又连续使台灯的开关闭合、断开，结果发现，只是在闭合或断开开关的瞬间才有“咔嗒”声从收音机中传出。由此可见：导线中电流的迅速_______会在空间激起电磁波。 【答案】变化 【解析】运用逆推法分析。由收音机中传出“咔嗒”声可知收音机接收到了电磁波，推理得出“开关闭合、断开瞬间”产生电磁波；由“开关闭合瞬间电流从无到有，开关断开瞬间电流从有到无”推理得出“导线中电流的迅速变化会在空间激起电磁波”。 探究二 描述电磁波 【基本概念】 波速(c)：1秒内波传播的距离 单位：m/s 影响因素：传播介质 频率(f)：单位时间内完成振动的次数 单位：赫兹(Hz)，千赫(kHz)、兆赫(MHz) 影响因素：振源振动快慢 1 kHz=103 Hz 1 MHz=106 Hz 波长(λ)：两相邻波峰或波谷间的距离 单位：米(m) 影响因素：由波的频率和波的传播速度决定，即由振源和传播的介质决定 关系：在同种介质中，电磁波的波速一定，与波长和频率无关；由c=λf 可知，电磁波的波长与频率成反比，即频率越低，波长越长；反之频率越高，波长越短 误区点拨：(1)电磁波传播的速度与介质有关，一种确定的电磁波在不同的介质中，波速和波长不同，但它的频率是不变的。 (2)电磁波同声波不同，电磁波在传播过程中可以不需要介质，各种电磁波在真空中的传播速度是一定的，均为3×108 m/s。 【方法点拨】用类比法理解电磁波的波长、频率、波速之间的关系.如图所示，可以把波长类比为人走路时的步幅λ ，把频率类比为1 s内人走的步数f ，则人走路的速度就等于λf .波速如同人走路的速度，所以波速c=λf . 【例题03】如图所示，真空中有甲、乙两种电磁波，甲的波长是乙的2 倍，则甲、乙两种电磁波的频率之比为( ) A. 1∶1 B. 2 ∶1 C. 1∶ 2 D. 无法确定 【答案】C 【解析】真空中电磁波的波速c一定，由公式c＝λf知，f甲∶f乙＝λ乙∶λ甲＝1∶2。 【例题04】中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统。目前，很多汽车里都安装有该接收装置。该接收装置通过接收卫星发射的导航信号，实现对车辆的精确定位并导航。卫星向北斗导航接收器传送信息依靠的是（　　） A．超声波 B．次声波 C．电磁波 D．激光 【答案】C 【解析】北斗卫星导航接收器通过接收卫星发射的导航信号，实现对车辆的精确定位并导航。因电磁波可以在真空中传播，故卫星向北斗卫星导航接收器传送信息依靠的是电磁波，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 课堂练习： 1.2020年6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射了北斗系统最后一颗全球组网卫星。此次火箭发射过程大致分为持续加速冲出大气层、三级火箭一次关机滑行、三级二次点火加速、三级二次关机进入末速修正段、卫星调姿、星箭分离，整个过程中通过观测站的雷达跟踪实时位置。在搭载导航卫星的长征三号乙运载火箭发射过程中（　　） A．飞出地球大气层之后受到力的作用 B．燃科的内能转化为火箭和卫星的重力势能 C．跟踪雷达靠不是靠电磁波及时获取其实时位置 D．关闭发动机滑行时动能和内能相互转化 【答案】A 【详解】A．由题目中三级二次点火加速、三级二次关机进入末速修正段、卫星调姿都说明物体的运动状态在发生改变，而物体运动状态发生改变，是因为受到力的作用，所以飞出地球大气层之后受到力的作用是正确的，故A符合题意； B．燃料的内能转化为火箭和卫星的机械能，让卫星加速升空，故B不符合题意； C．跟踪雷达是靠电磁波及时获取其实时位置的，故C不符合题意； D．关闭发动机滑行时，卫星的重力势能减小，动能增大 是动能和势能相互转化故D不符合题意。 故选A。 2.美国发布了最新的SR﹣72高超音速飞行器设想图．该飞行器速度可达6～7马赫（1马赫=1倍音速，音速v=340m/s），号称1小时可到达地球任一地方，比常规导弹速度还要快．飞行器体表涂敷最新型材料，具有雷达隐形功能，但不具备红外隐形功能．若该飞行器以6.5马赫速度飞行，其速度为 m/s．此时若有常规导弹从其正后方攻击，则导弹相对于飞行器是向 运动的．该飞行器具有雷达隐形功能，是因为体表形状及材料能有效 （选填“增强”或“减弱”）它对电磁波的反射；不具备红外隐形功能，是因为高速飞行时体表与空气摩擦将 能转化为 能，使飞行器表面温度升高的缘故． 【答案】2210；后；减弱；机械；内． 【详解】（1）若该飞行器以7马赫速度飞行，其速度为6．5×340m/s=2210m/s；常规导弹从其正后方攻击飞行器，由于常规导弹的速度低于飞行器的速度，所以它们之间的距离将会越来越大，以飞行器为参照物，导弹是向后运动的；（2）飞行器本身的材料和涂层对雷达发射的电磁波有良好的吸收作用，从而有效减弱它对电磁波的反射；飞行器高速飞行时体表与空气摩擦，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，使飞行器表面温度升高． 3.中国空间站为“五舱”结构，由载人飞船、货运飞船、核心舱及两个实验舱组成，空间站在距离地面400～450km的高度绕地球做圆周运动。已知空间站绕地球一周运行的距离为4.32×104km，绕地球运行速度为8×103m/s。 （1）空间站中的宇航员一天能看到几次日出日落？ （2）空间站中的宇航员通过电磁波与地面联系，从空间站发出的电磁波到达地面的最短时间为1.4×10-3s，已知电磁波的传播速度为3×108m/s，求空间站距离地面的高度。 （3）宇航员所在的核心舱是运动还是静止？阐明你判断的理由。 【答案】（1）16次；（2）420km；（3）见解析 【详解】解：（1）已知空间站绕地球一周运行的距离为 s空间站=4.32×104km=4.32×107m 由可得，空间站绕地球运转一周的时间为 24小时空间站绕地球运转的圈数为 空间站绕行一周就会看到一次太阳，所以空间站中的宇航员一天能看到16次日出日落。 （2）空间站距离地面的高度为 h＝s波＝v波t波＝3×108m/s×1.4×10-3s＝4.2×105m＝420km （3）物体的运动和静止是相对的，若以地球为参照物，核心舱是运动的，若以实验舱为参照物，核心舱是静止的。 答：（1）空间站中的宇航员一天能看到16次日出日落； （2）空间站距离地面的高度是420km； （3）物体的运动和静止是相对的，若以地球为参照物，核心舱是运动的，若以实验舱为参照物，核心舱是静止的。 4，在“探究光的反射规律”实验中，小明选用了量角器、平面镜、硬纸板、激光笔和铅笔进行实验。硬纸板由E、F两部分组成，可绕与平面镜垂直的ON转动，如图甲所示： （1）实验过程中，硬纸板应 地立在平面镜上； （2）硬纸板在实验中除了显示光路，还可以探究反射光线、入射光线和法线 ； （3）实验时多次改变入射角的大小进行实验，然后得出结论，多次实验的目的是 ； （4）光在E纸板上沿AO方向入射，其反射光在F纸板上沿OB方向射出。让光沿着BO方向入射，发现反射光沿OA方向射出，说明在反射现象中 ； （5）实验时，从硬纸板前不同方向都可以看到纸板上光的径迹，是由于光在纸板上发生了 （选填“镜面反射”或“漫反射”）； （6）请在图乙中画出入射光线相应的反射光线并标明反射角大小； （7）如图丙所示，地球站1把无线电信号传送到高空中的通信卫星上，卫星再立即把接收到的信号传到地面上的地球站2，这样就实现了卫星直线传播，转播过程中，会感到对方的反应有些延迟，造成这种延迟的原因之一是无线电波在射向卫星和从卫星返回时需要一定的时间。通信卫星离地球站1和地球站2的直线距离均为3.6×104km，若以地球为参照物，通信卫星是静止的。利用卫星通信，信号会延迟约多少时间？（无线电传信号的传播速度为：3×108m/s）请写出必要的文字说明及表达式。 【答案】垂直 是否在同一平面内 使结论具有普遍性 光路是可逆的 漫反射 见解析 【详解】（1）[1]由于反射光线、入射光线和法线所在平面与镜面垂直，要使入射光线与反射光线能呈现在光屏上，光屏应与镜面垂直放置。 （2）[2]在实验过程中，可以在硬纸板上很清晰观察到光的传播路径，因此硬纸板可以显示光的传播路径；同时还可以利用可折转的光屏确定入射光线、反射光线和法线必须在同一平面内，因此光屏可以探究入射光线、反射光线和法线是否在同一平面内。 （3）[3]本实验是探究性实验，只进行一次实验，就得出实验结论，具有偶然性，为了得出普遍规律，使结论符合客观事实，应进行多次实验，进行多次测量。 （4）[4]当光线沿沿BO方向射向镜面时，可以观察到反射光线沿OA方向射出，则此时的反射光线改为入射光线，光路图照样成立，由此说明在反射现象中光路是可逆的。 （5）[5]在不同方向都能看到光的传播路径，是由于光在硬纸板上发生了漫反射而进入我们的眼里。 （6）[6]先过入射点垂直平面镜作出法线，根据反射光线和入射光线分居在法线的两侧，反射角等于入射角，在法线的右侧画出反射光线，其中入射光线与平面镜的夹角为40°，所以入射角为 90°-40°=50° 故反射角也为50°，如图所示： （7）[7]由题意知，无线电波在传播的过程中，通过的距离为 则画面延迟的时间为 学科网（北京）股份有限公司 $