4.电磁波的发现及应用-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

本高中物理讲义聚焦电磁波的发现及应用，系统梳理麦克斯韦电磁场理论（变化的电/磁场产生磁/电场）、电磁波的形成与传播特点（周期性变化电磁场传播，真空中速度等于光速）、电磁波谱组成及各部分应用（无线电波到γ射线的波长、频率关系及实际应用），构建连贯的知识学习支架。 该资料通过“师生互动”任务（如讨论变化电场是否产生变化磁场）引导科学探究，“探究归纳”表格（不同变化情况的电磁场关系）助力科学思维中的模型建构，例题及针对练强化物理观念。课中辅助教师引导学生深入理解，课后学生可通过练习巩固，有效查漏补缺。

4．电磁波的发现及应用 【素养目标】　1．了解麦克斯韦的电磁场理论。2．知道电磁波是如何形成的。3．知道电磁波在真空中的传播速度及波长、频率和波速的关系。4．知道电磁波谱的组成及各种电磁波的特点及应用。 知识点一　电磁场 【教材梳理】(阅读教材P119，完成下列填空) 1．麦克斯韦的电磁场理论 (1)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。 (2)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。 2．电磁场：变化的电场和磁场相互联系，所形成的不可分割的统一体。 【师生互动】　任务1．变化的电场产生磁场，变化的电场是否一定产生变化的磁场？ 学生用书第124页 任务2．变化的磁场产生电场，恒定的磁场是否产生恒定的电场？ 提示：任务1．不一定。 任务2．恒定的磁场不产生电场。 【探究归纳】 对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 恒定的磁场不产生电场 恒定的电场不产生磁场 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 周期性变化的磁场在周围空间产生同频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场在周围空间产生同频率的周期性变化的磁场 关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　) A．电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B．稳定的电场周围产生稳定的磁场，稳定的磁场周围产生稳定的电场 C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场 D．周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场 答案：D 解析：稳定的电场不能产生磁场，稳定的磁场不能产生电场，A、B错误；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，C错误；根据麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场，D正确。故选D。 针对练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．变化的电场和稳定的磁场相互联系，形成一个统一的场，即电磁场 D．变化的磁场周围一定存在电场，但变化的电场周围不存在磁场 答案：AB 解析：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正确；周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，B正确；变化的电场和变化的磁场相互联系，形成电磁场，C错误；变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，D错误。故选AB。 针对练2．如图是穿过某一固定面的磁通量的变化图像，在它周围空间产生的电场中的某一点电场强度E应是(　　) A．逐渐增强 B．逐渐减弱 C．不变 D．无法确定 答案：C 解析：由题图可知，磁通量Φ随时间t均匀变化，而Φ＝BS，所以磁场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知，产生的电场为恒定电场。故选C。 知识点二　电磁波 【教材梳理】(阅读教材P119－P120，完成下列填空) 1．产生：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。 2．特点 (1)电磁波可以在真空中传播。 (2)电磁波的传播速度等于光速。 (3)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。 3．验证：1886年，赫兹通过实验捕捉到了电磁波。后来他证实了麦克斯韦的电磁场理论。 【师生互动】　任务．电磁波能否在真空中传播？ 提示：电磁波的传播不需要介质，能在真空中传播。 【探究归纳】 1．电磁波的形成示意图 学生用书第125页 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，如图所示。 (2)电磁波可以在真空中传播。电磁波在真空中的传播速度等于光速c，c＝3×108 m/s。 (3)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。 (4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。 (5)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质。 (多选)下列关于电磁场和电磁波的说法正确的是(　　) A．电场和磁场总是相互联系的，它们统称为电磁场 B．电磁场由发生的区域向远处传播形成电磁波 C．电磁波在真空中的传播速度是2×108 m/s D．电磁场是一种物质，可以在真空中传播 答案：BD 解析：变化的电场和变化的磁场是相互联系的、不可分割的统一整体，称为电磁场，A错误；电磁场由发生的区域向远处传播形成电磁波，B正确；电磁波在真空中的传播速度是3×108 m/s，C错误；电磁场是一种物质，可以在真空中传播，D正确。故选BD。 针对练1．(2025·北京市丰台二中高二下学期月考)关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是(　　) A．变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场 B．各种频率的电磁波在真空中以相同的速度传播 C．电磁波要依赖于介质才能传播 D．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在并通过实验进行了证实 答案：B 解析：根据麦克斯韦电磁场理论可知，变化的电场一定在周围空间产生磁场，但不一定产生变化的磁场，非均匀变化的电场才能在周围空间产生变化的磁场，故A错误；各种频率的电磁波在真空中以相同的速度传播，故B正确；电磁波不依赖于介质就能传播，故C错误；麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，而赫兹通过实验进行了证实，故D错误。故选B。 针对练2．电场强度随时间变化的图像如下列选项所示，能发射电磁波的是(　　) 答案：D 解析：选项A中电场强度不随时间变化，不会产生磁场；选项B和C中电场强度都随时间均匀变化，只能在周围产生稳定的磁场，不会发射电磁波；选项D中电场强度随时间周期性变化，能在周围空间产生周期性变化的磁场，周期性变化的电场和磁场相互激发，从而形成一个不可分割的、统一的电磁场，能发射电磁波。故选D。 知识点三　电磁波谱　电磁波的能量　电磁波通信 【情境导入】　我们身边到处都有电磁波，它的应用更是比比皆是。下面列出的设备中工作时所发出的波，哪些属于电磁波？ (1)微波炉加热食物时发出的波。 (2)电视发射塔发出的波。 (3)互联网光缆中传播的波。 (4)电视机遥控器发出的波。 提示：题中的设备发出的波都是电磁波。 【教材梳理】(阅读教材P121－P123，完成下列填空) 1．电磁波谱 (1)电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf。 (2)电磁波在真空中的速度c＝3×108 m/s。 (3)电磁波谱：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。 (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)各种电磁波的应用 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。 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。 2．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。 学生用书第126页 3．电磁波通信 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，这些信息都是通过电磁波来传递的。电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。 某广播电台发射“中波”段某套节目的信号，家用微波炉中的微波，人体透视用的X光，这些都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3，则(　　) A．f1＞f2＞f3 B．f1＜f2＜f3 C．f1＜f3＜f2 D．f1＞f3＞f2 答案：B 解析：根据电磁波谱可知f1＜f2＜f3。故选B。 1．不同波长的电磁波的特征及应用 种类 特征 主要应用 无线电波 波动性强 无线电技术 红外线 热效应强 红外遥感、加热理疗 可见光 引起视觉 照明、摄影 紫外线 化学效应强，荧光效应强，能杀菌 医用消毒 X射线 贯穿性强 检查、探测、医用透视 γ射线 贯穿本领更强 工业探伤、摧毁病变的细胞 2．电磁波谱中各部分没有严格的分界线。如无线电波的微波部分和红外线的一部分重叠。 3．电磁波在真空中传播的速度大于在介质中传播的速度，并满足v＝λf。　　 (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射线都有很强的穿透本领，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．电磁波谱中频率最大的为γ射线 D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光 答案：CD 解析：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；电磁波谱中γ射线波长最短，频率最大，C正确；紫外线和X射线都具有能量，都可以使感光底片感光，D正确。故选CD。 针对练1．(2025·江苏省镇江六校月考)使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示。蓝牙通信的电磁波(　　) A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波长 C．在真空中的传播速度大小为340 m/s D．能在真空中传播 答案：D 解析：蓝牙通信的电磁波频率不在可见光频率范围内，不是蓝光，故A错误；蓝牙通信的电磁波频率比手机通信的电磁波频率大，由c＝λf可知其波长比手机通信的电磁波短，故B错误；电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s ，故C错误，D正确。故选D。 针对练2．电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了，下列说法正确的是(　　) A．机场、车站用来检查旅客行李的透视仪利用了X射线的穿透本领 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．微波炉能快速加热食物是因为红外线具有显著的热效应 D．手机通信使用的无线电波，其波长比可见光的波长短 答案：A 解析：机场、车站用来检查旅客行李的透视仪利用了X射线的穿透本领，故A正确；家电电器的遥控器发出的光是红外线，故B错误；微波炉是利用微波的频率与水分子的频率接近，使水分子振动而发热的，故C错误；手机通信使用的无线电波，其波长大于可见光的波长，故D错误。故选A。 学科网（北京）股份有限公司 $