第13章 第4节 电磁波的发现及应用（Word练习）-【金榜题名】2025-2026学年高中物理必修第三册同步学案（人教版）

第4节　电磁波的发现及应用 课标要求 科学思维 1.了解麦克斯韦电磁场理论的内容。 2．知道电磁波的形成及赫兹的实验结论。 3．知道电磁波在真空中传播速度及波长、频率和波速的关系。 掌握电磁波谱的组成及各种电磁波的特点，体会其在生产、生活中的应用。 一、电磁场 1．麦克斯韦的电磁理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。 2．电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。 二、电磁波 1．麦克斯韦推断：周期性变化的电场在空间引起周期性变化的磁场，这个变化的磁场又引起新的变化的电场。 2．麦克斯韦预言：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。 3．机械波的传播离不开介质，电磁波可以在真空中传播，这是因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”。 4．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。 5．赫兹的贡献：1886年德国科学家赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论。 三、电磁波谱 1．波的几个概念：在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰；凹下的最低处叫作波谷。邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长。在1 s内有多少次波峰(或波谷)通过，波的频率就是多少。用来描述波传播快慢的物理量叫作波速。波速＝波长 × 频率。 2．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝λf。 3．电磁波在真空中的速度：c＝3×108 m/s。 4．电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、 γ射线，都是电磁波。可见光只是电磁波中的一小部分。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。 5．各种电磁波的应用 (1)无线电波中的长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，微波可以用于卫星通信、电视等的信号传播。 (2)红外线可以用于加热理疗，可见光可以用于通信。 (3)紫外线可以消毒，X射线片可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞。 四、电磁波的能量 1．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量。 2．电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 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．信息通信都是通过电磁波来传递的。 3．电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。 　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。 　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。 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 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。 　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＝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 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。 　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 　(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 【解析】　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。 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。 1．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，变化的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 思路点拨：要注意电场或磁场是如何变化的，变化规律不同，产生的场的特点也不相同。 【解析】　D　根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场，A、B、C错误，D正确。 2．(多选)电磁波与声波比较，下列叙述正确的是(　　) 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，与频率无关 【解析】　ABC　选项A、B均与事实相符，所以A、B正确；根据λ＝，电磁波波速变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，所以选项C正确；电磁波在介质中的速度与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小，所以选项D错误。 3．下面列出一些医疗器械的名称和这些器械应用的物理现象，请将相应的字母填写在应用这种现象的医疗器械后面的空格上。 (1)X光机，________。 (2)紫外线灯，________。 (3)用理疗“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用________。 A．紫外线具有很强的荧光作用 B．紫外线具有杀菌消毒作用 C．X射线的很强的贯穿力 D．红外线具有显著的热效应 【解析】　(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此应用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线，选择C。 (2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择B。 (3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择D。 【答案】　(1)C　(2)B　(3)D 4．(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 【解析】　AC　电磁波在真空中的传播速度为光速c＝3.0×108 m/s，且c＝λf，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，只有交变的电场和磁场才能产生电磁波，A、C正确，B、D错误。 5．无线电波的中波波长范围为200～3 000 m。求该波段的频率范围。 【解析】　根据频率公式f＝得f1＝＝ Hz＝1.5×106 Hz，f2＝＝ Hz＝1.0×105 Hz，即该波段的频率范围为1.0×105～1.5×106 Hz。 【答案】　1.0×105～1.5×106 Hz 学科网（北京）股份有限公司 $