第5章 第3、4节 初识电磁波及其应用 初识光量子与量子世界（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第三册（鲁科版 福建专用）

本讲义聚焦电磁波的产生、应用与防护及光的量子化与量子世界核心知识点，系统梳理麦克斯韦电磁场理论、电磁波特点与验证，过渡到电磁波应用实例及污染防护，再延伸至光的波粒二象性与量子假说，构建从经典电磁学到量子理论的学习支架。 该资料通过学考选考分层达标设计，结合“多维度理解”“微点拨”模块及实例（如手机信号屏蔽器原理、雷达距离计算），培养学生物理观念与科学思维，课中辅助分层教学，课后借助练习题及解析帮助学生查漏补缺，提升知识应用能力。

第3、4节　初识电磁波及其应用 初识光量子与量子世界 (强基课逐点理清物理观念) 课标要求 层级达标 1.通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。 2.通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。 3.知道光是一种电磁波。知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征。 学考 层级 1.了解电磁波的概念，能在实际生活中解释与电磁波现象有关的简单问题。 2.了解电磁波技术在现代生活中的应用实例。 3.了解电磁污染和防护，知道技术的两面性。 4.初步形成光量子的概念，了解光的波粒二象性。 5.初步认识量子理论。 选考 层级 1.知道电磁波的内涵，综合应用所学解决电磁波的相关问题。 2.能正确解释电磁波在生活中的应用。 3.知道防护电磁波污染的三个方面。 4.能运用所学知识证明光具有波粒二象性。 5.知道量子理论的主要观点。 逐点清(一)　电磁波的产生 　　　　　　　　　　　　　　　　 [多维度理解] 1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设 (1)变化的磁场能够在周围空间产生电场，如图甲。 (2)变化的电场能够在周围空间产生磁场，如图乙。 2.电磁场：变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场。 3.电磁波 (1)电磁波的产生：如图所示，在空间交替变化的电磁场传播出去就形成了电磁波。 (2)电磁波的特点：电磁波的传播速度恰好与真空中的光速相同。 (3)电磁波的验证：1888年，德国物理学家赫兹通过实验证实了电磁波的存在。 　　[微点拨] 1.电场、磁场的变化关系 2.对电磁波的理解 (1)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。 (2)在真空中，不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。 (3)电磁波具有波所有的特性，包括反射、折射、干涉、衍射、偏振等。光实际上也是一种电磁波。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)变化的电场的周围空间能产生磁场。 (√) (2)电场的周围空间能产生均匀变化的磁场。 (×) (3)变化的电场可以在周围空间产生电磁波。 (×) (4)周期性变化的电场可以在周围形成电磁波。 (√) 2.(双选)下列关于电磁波的叙述中，正确的是 (　　) A.电磁波是变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生的 B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s C.电磁波由真空进入介质传播时，波长变短 D.电磁波不能产生衍射现象 解析：选AC　电磁波是变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生的，A正确；电磁波在真空中传播的速度为3×108 m/s，电磁波在传播过程中频率f不变，由波速公式v=λf知，由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小，频率不变，所以电磁波由真空进入介质传播时，波长变短，B错误，C正确；电磁波是一种波，具有波的一切特性，能产生衍射现象，D错误。 3.(双选)如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，下列判断正确的是 (　　) A.甲图能产生电场，不能产生电磁波 B.乙图能产生电场，不能产生电磁波 C.丙图能产生电场，不能产生电磁波 D.丁图能产生电场，也能产生电磁波 解析：选BD　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，甲不能产生电场；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，乙不能产生电磁波。故选B、D。 逐点清(二)　电磁波的应用、污染与防护 [多维度理解] 1.电磁波的应用 (1)广播、电视：用无线电波传递的声音或画面信号被送到发射天线发出，收音机或电视机接收到信号后，再将电信号转换为原来的声音或图像，我们就能收听到广播、看到电视画面了。 (2)手机：手机通话是靠一种特殊的无线通信系统来实现的。 (3)雷达：雷达系统由天线、发射机和接收机组成。 (4)卫星通信：卫星通信主要分为国际卫星通信、区域卫星通信和国内卫星通信。 2.电磁污染及防护 (1)电磁污染又称电磁波污染或射频辐射污染。 (2)可以从电磁波源、电磁波的传播途径及受辐射的人这三个方面进行防护。 　　[微点拨] 1.无线电波：无线电波用于通信和广播。如手机、卫星通信等。 2.红外线：红外线是一种光波，它的波长比无线电波短，比可见光长。所有物体都发射红外线。主要用于加热、遥测等。 3.紫外线：人眼看不到比紫光波长更短的电磁波。主要应用：日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等。 4.X射线和γ射线：波长比紫外线更短的电磁波就是X射线和γ射线。主要应用：探测、治疗等。 5.雷达的原理及特点 (1)利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。 (2)一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。 [全方位练明] 1.为了体现高考的公平、公正，高考时很多地方在考场使用手机信号屏蔽器，该屏蔽器在工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描，该扫描速度可以在手机接收报文信号时形成乱码干扰，从而让手机不能检测从基站发出的正常数据，使手机不能与基站建立连接，达到屏蔽手机信号的目的，手机表现为搜索网络、无信号、无服务系统等现象。由以上信息可知 (　　) A.由于手机信号屏蔽器的作用，考场内没有电磁波了 B.电磁波必须在介质中才能传播 C.手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内 D.手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的的 解析：选D　电磁波在空间的存在，不会因手机信号屏蔽器而消失，故A错误；电磁波可以在真空中传播，B错误；由题意知手机信号屏蔽器工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描，干扰由基站发出的电磁波信号，使手机不能正常工作，故C错误，D正确。 2.雷达在搜寻目标时，接收到回波所用时间为1.2×10-4 s，则此目标距雷达 (　　) A.36 km　　　　　　　 B.72 km C.18 km D.9 km 解析：选C　s=c·t=3×108××1.2×10-4 m=18 km，故C正确。 逐点清(三)　光的量子化　初识量子世界 [多维度理解] 1.光的量子化 (1)光的本质：19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦创立的经典电磁场理论揭示出“光是一种电磁波”。 (2)光电效应：用光照射金属使金属发射出电子的现象。 (3)光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子。 (4)波粒二象性：光既具有波动特性，又具有粒子特性。 2.初识量子世界 (1)量子假说认为，物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍，即E=nε(n=1，2，3，…)。一份能量就是一个能量子，能量子的能量ε与频率ν成正比，即ε=hν。 (2)一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，那么该物理量是量子化的。 　　[微点拨] 1.光的量子化的理解 (1)光波动性的证据：光的干涉、衍射、偏振等现象。 (2)光粒子性的证据：光电效应、康普顿效应等。 (3)光的本质：光具有波粒二象性，它在一定条件下，突出地表现出微粒性，实质是不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出波动性。当光与其他物质发生作用时，表现出粒子的性质；少量或个别光子易显示出光的粒子性；频率高、波长短的光，粒子性显著。大量光子在传播时表现为波动性；频率低、波长长的光，波动性显著。 2.有关能量子的计算 (1)量子化假设说明最小能量ε=hν由光的频率决定。宏观物体辐射的总能量与光子个数的关系为E总=N·hν。 (2)由公式ν=知，假设已知光在真空中的波长和速度，便可求出光的频率。再由ε=hν，便可知一个光子的能量。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)物体的带电量具有量子化的特征。 (√) (2)量子化的核心思想是“不连续变化”。 (√) (3)光电效应现象表明光具有粒子性。 (√) (4)光的频率越高，粒子性越明显。 (√) (5)当光显示粒子性时，光不具有波动性。 (×) 2.对于带电微粒辐射或吸收能量时的特点，以下说法不正确的是 (　　) A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收 B.辐射或吸收的能量是某一最小值的整数倍 C.吸收的能量可以是连续的 D.辐射或吸收的能量是量子化的 解析：选C　带电微粒辐射或吸收能量时，是以某一最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的。故A、B、D正确，C错误。 3.被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远镜(简称FAST)可以接收来自宇宙深处的电磁波。中国天眼的存在，使得深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星，对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义。如果为天眼配备一部发射功率为百万瓦级(106 W)的发射机，其发射的无线电波波长为126 厘米。那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为(取真空中光速c=3×108 m/s，普朗克常量h=6.6×10-34 J·s) (　　) A.1023　　　　　　　 B.1027 C.1030 D.1036 解析：选C　设单位时间为t0，发射机每秒钟发射的光子数量为n，则光子的总能量为nt0h，每秒钟发射的能量为Pt0，所以nt0h=Pt0，代入数据，可得n≈ 6×1030(个)，故C正确。 学科网（北京）股份有限公司 $