4. 电磁波的发现及应用（同步讲义）物理人教版必修第三册

4. 电磁波的发现及应用 【知识梳理】 1 一、 电磁场与电磁波 1 二、 电磁波谱　电磁波的能量　电磁波通信 2 【重难探究】 2 探究1 　探究电磁场 2 探究2 探究电磁波 4 探究3 　探究电磁波谱 6 探究4 探究电磁波的能量 8 【课堂自测·基础练】 11 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 电磁场与电磁波 1.麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场产生电场 (2)变化的电场产生磁场 2.电磁场：变化的电场和变化的磁场所形成的不可分割的统一体。 3.电磁波 (1)电磁波的产生：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 (2)电磁波的特点 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)电磁波的波速 ①波速、波长、频率三者之间的关系：波速＝波长×频率。 电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf。 ②电磁波在真空中的传播速度c＝3×108m/s。 知识点2 电磁波谱、电磁波的能量及电磁波通信 1.电磁波谱 (1)概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。 (2)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。 (3)各种电磁波的特性 ①无线电波：用于广播、卫星通信、电视等信号的传输。 ②红外线：用于加热理疗等。 ③可见光：照亮自然界，也可用于通信。 ④紫外线：用于灭菌消毒。 ⑤X射线和γ射线：用于诊断病情、摧毁病变的细胞。 2.电磁波的能量 (1)光是一种电磁波，光具有能量。 (2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 3.电磁波通信 电信网、广播电视网和互联网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。 【重难探究】 探究1 　探究电磁场 【探究导入】 打开收音机，可以接收到远处电台发出的声音；手机无需连接电线，也能进行无线通信。这些现象都与电磁波有关。而电磁波的产生和传播，离不开变化的电场和磁场之间的相互作用。这种统一的物理场就是电磁场。 问题 1.当磁铁在线圈附近移动时，线圈中会产生电流，这是什么现象？其根本原因是什么？ 提示： 这是电磁感应现象。导体中出现电流，说明有电场驱动自由电荷定向运动。因此，变化的磁场在周围空间激发了电场，即使没有导体，这种电场依然存在。 2.如果线圈不存在，仅空间中存在变化的磁场，是否仍然会有电场产生？为什么？ 提示： 即使没有闭合电路，只要磁场随时间变化，就会在周围空间激发电场。这表明电场的产生不依赖于导体，而是由变化的磁场直接引起。 3.既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场是否也能产生磁场？自然界是否存在这样的对称性？ 提示： 麦克斯韦基于自然规律的统一性和对称性提出假设：变化的电场也会在空间激发磁场，正如电流能产生磁场一样。这一假设体现了电场与磁场的对称关系。 4.若变化的电场能产生磁场，这种磁场与通电导线产生的磁场有何共同特征？ 提示： 变化的电场产生的磁场具有与电流产生的磁场相同的性质——都能对运动电荷施加力的作用，并遵循磁场的基本行为规律。 5.电场和磁场能否独立存在？还是总是以某种方式联系在一起？ 提示：变化的电场产生磁场，变化的磁场又产生电场，二者相互依存、交替传播，形成统一的电磁场。因此，在动态情况下，电场和磁场不可分割 【探究归纳】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 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 周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 【典例赏析】 [例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 【针对训练】 1某电路中电场随时间变化的图像有如图所示几种情况，能激发电磁波的电场是（　　） A． B． C． D． 2．根据麦克斯韦电磁理论，如下说法正确的是（　　） 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均匀变化的磁场 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 探究2 探究电磁波 【探究导入】 情境探究 打开手机，我们可以随时与远方的朋友通话、发送信息，甚至观看实时直播。这些无线通信的背后，是电磁波在空中穿梭传递信息。无论是广播、Wi-Fi还是卫星通信，都依赖于看不见的电磁波在真空中自由传播，不需要像声波那样依靠空气。 问题 1.为什么在月球上的宇航员无法直接对话，却能通过无线电进行通信？ 提示：月球表面没有空气，声波因缺少介质无法传播，所以宇航员不能像在地球上一样靠空气传声。但无线电通信依然有效，说明存在一种不依赖介质的波——电磁波，它能在真空中传递信号。 2.如果变化的电场能产生磁场，变化的磁场又能产生电场，这种相互作用如何形成持续传播的波？ 提示：根据麦克斯韦理论，周期性变化的电场在其周围激发变化的磁场，而这个变化的磁场又激发出新的变化电场，二者交替产生，彼此“支持”，形成自维持的波动过程，并向远处传播，构成电磁波。 3.电磁波在真空中也能传播，它是否需要介质？这与水波、声波有何本质区别？ 提示：电磁波的传播依靠电场与磁场的相互激发，不需要物质介质。而水波依赖水，声波依赖空气或固体、液体，一旦失去介质就无法传播，因此电磁波与机械波有本质不同。 4.麦克斯韦预言电磁波的速度等于光速，这一数值是如何得出的？ 提示： 麦克斯韦通过电磁学方程组推导出电磁波的传播速度为 ，计算结果恰好等于已知的光速 ，由此他提出光是一种电磁波。 5.赫兹实验为何能证实电磁波的存在？ 提示：赫兹利用放电装置产生快速变化的电场，成功检测到空间中传播的电磁波，并观察到其反射、折射和干涉现象，证明了电磁波真实存在，验证了麦克斯韦的预言。 【探究归纳】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。 （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，恒定的电场和磁场无法形成电磁波。 （3）电磁场是一种客观存在的物质。 （4）电磁波可以在真空中传播，在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s。 （5）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。 （6）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。 【例2】 关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（    ） A．变化的磁场产生电场 B．各种频率的电磁波在真空中以不同的速度传播 C．电磁波依赖于介质才能传播 D．光不是电磁波 【针对训练】 3多选）关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．电磁波在真空中传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度方向均垂直 C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 4．关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 B．电磁波可以传递信息，也可以传播能量 C．遥控器发出的红外线的频率比医院CT中的X射线的频率大 D．各种频率的电磁波在真空中传播的速度不同 探究3 　探究电磁波谱 【探究导入】 夜晚打开收音机，可以听到广播电台传来的音乐和新闻；使用遥控器可以轻松打开电视机；医院里医生利用X光片检查骨骼情况。这些设备和技术都依赖于不同类型的电磁波。尽管我们看不见它们，但电磁波已经深入到生活的方方面面。 问题 1. 水波有波峰、波谷、波长和频率，电磁波是否也有类似的特征？ 提示：电磁波虽然看不见，但它是一种波动现象，具有与水波相似的周期性特征。例如，电磁波也有重复变化的电场和磁场，相邻两个最大值之间的距离就是波长，单位时间内通过某点的完整波形数目就是频率。 2.为什么不同用途的通信设备（如广播、电视、手机）使用不同类型的电磁波？ ：提示： 不同电磁波的波长和频率不同，导致它们的传播特性和与物质的相互作用方式不同。例如，长波能沿地面绕射传播较远，适合广播；而微波方向性强，适合卫星通信。 3.电磁波在真空中传播的速度是多少？这个速度与波长和频率有什么关系？ 提示： 电磁波在真空中的传播速度为，且满足关系式。这说明波长越长，频率越低，反之亦然 4.可见光和无线电波看起来完全不同，它们真的是同一种波吗？ 提示： 尽管表现形式不同，但无线电波、可见光、X射线等都遵循相同的波动规律，且都能在真空中传播，因此它们本质上都是电磁波，只是波长和频率不同。 【探究归纳】电磁波谱分析及电磁波的应用 电磁波谱 频率/Hz 真空中波长/m 特性 应用 递变规律 无线 电波 ＜3×1011 ＞10-3 波动性强， 易发生衍射 无线电 技术 红外线 1011～1015 10-3～10-7 热效应 红外遥感 可见光 1015 10-7 引起视觉 照明、摄影 紫外线 1015～1017 10-7～10-9 化学效应、荧光效应、灭菌消毒 医用消毒、防伪 X射线 1016～1019 10-8～10-11 贯穿本领强 检查、医用透视 γ射线 ＞1019 ＜10-11 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 【典例赏析】 [例3]　（多选）关于电磁波谱，下列说法正确的是（　　） A．在烤箱中能看见一种淡红色的光线，这是电热丝发出的红外线 B．无线电波的波长小于γ射线的波长 C．适量紫外线照射人体能促使人体合成维生素D D．医学上常用X光照片辅助进行疾病诊断 【针对训练】 5电磁波包含了X射线、红外线、紫外线、无线电波等，按频率由低到高的排列顺序是（　　） A．无线电波、红外线、紫外线、X射线 B．红外线、无线电波、X射线、紫外线 C．X 射线、红外线、紫外线、无线电波 D．紫外线、无线电波、X射线、红外线 6．（多选）下列有关电磁波的特性和应用的说法正确的是（　　） 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射线都可以使感光底片感光 探究4 探究电磁波的能量 【探究导入】 情境探究 微波炉是家庭中常见的加热设备。当食物放入微波炉并启动后，食物中的水分子在微波作用下剧烈运动，温度逐渐升高，说明食物的内能增加了。这一能量并非来自火焰或热传导，而是由微波传递而来。此外，收音机能接收到远方电台的声音，也是因为电磁波在天线中激起了电流，带来了能量。 问题 1.为什么微波炉能加热食物？能量从何而来？ 微波炉发出的微波是一种电磁波，食物中的水分子在交变电磁场作用下不断调整取向，产生剧烈热运动，导致内能增加。这部分能量只能来源于微波，说明电磁波能够传递能量. 2.收音机没有直接连接电源，却能播放声音，这说明了什么？ 电台发射的电磁波在传播过程中到达收音机天线，在导体中激发电流，电流经过放大后驱动扬声器发声。有电流就必然有能量输入，而这个能量正是由电磁波提供的，说明电磁波具有能量。 3.既然电磁波看不见摸不着，我们如何判断它确实携带能量？ 提示： 尽管电磁波不可见，但通过其对物质的作用可以间接观测其能量效应，如微波加热、太阳能电池将光能转化为电能、皮肤在阳光下感到发热等，都是电磁波携带能量的证据。 4.光是一种电磁波，阳光照射使物体变热，这说明了什么物理本质？ 提示： 阳光属于电磁波中的可见光波段，照射物体时使其温度升高，说明光在传播过程中携带能量，并能在与物质相互作用时释放出来，进一步证明电磁波具有能量。 【探究归纳】 1.电磁波具有能量：电磁波在传播过程中能够将能量传递给物质。 2.电磁场是物质存在的一种形式：赫兹实验证实电磁波存在，说明电磁场不仅是描述工具，更是客观存在的物质。 3电磁波的能量表现：可通过加热、激发电流等方式体现。 4.光是电磁波：光具有能量，其他频率的电磁波同样具有能量。 【例4】2018年珠海航展，我国首台量子雷达亮相（如图），量子雷达发射经典态的电磁波，可以捕捉到普通雷达无法探测到的目标。下列说法正确的是（　　）    A．量子就是电子 B．频率越高的电磁波能量越小 C．电磁波在真空中的传播速度与其频率有关 D．空间某处电场或磁场发生正弦规律变化就会在其周围产生电磁波 【针对训练】 7.国的高铁技术、北斗卫星导航系统、5G通信技术，目前处于世界领先水平。今年9月份华为发布的新型手机更是能够轻松实现卫星电话通讯，此功能甚至强于美国马斯克的庞大“星链”。高铁将拥有基于北斗卫星导航系统、5G通信技术的空天地一体化的“超级大脑”。与4G通信技术相比，5G通信技术使用的电磁波频率更高，具有“更高网速、低延时、低功率海量连接”等特点。根据上述信息可知与4G通信技术相比，5G通信技术使用的电磁波（　　） A．波长更长 B．能量子的能量更小 C．能量子的能量更大 D．传播速度更快 【课堂自测·基础练】 1．关于电磁波理论，下列说法正确的是（　　） A．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场 B．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 C．做非匀变速运动的电荷可以产生电磁波 D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 2．电磁波无所不在，近至我们的身体、周围的生物、居住的地球，远至宇宙空间，它的应用改变了人类的生活方式，使人类社会进入了一个新的时代，下列关于电磁波的说法正确的是（    ） A．麦克斯韦用实验证明了电磁波的存在 B．电磁波不可以在真空中传播 C．电磁波可以传递信息和能量 D．雷达工作时使用的是紫外线 3．关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（    ） A．变化的磁场产生电场 B．各种频率的电磁波在真空中以不同的速度传播 C．电磁波依赖于介质才能传播 D．光不是电磁波 4．有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置。下列说法正确的是（　　） A．X射线的波长比红外线的波长更长 B．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 C．医院里经常利用红外线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗 D．变化的磁场会产生电场，均匀变化的磁场会产生均匀变化的电场 5．500米口径球面射电望远镜（简称FAST）又被称为“中国天眼”，是中国科学院国家天文台的一座射电望远镜，若其工作频率范围是，那么它观测到的电磁波最长波长（　　） A．约0.1米 B．约4米 C．约40米 D．约1000米 6．“中国天眼”通过接收来自宇宙深处的电磁波探索宇宙．关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波是横波 B．电磁波不能在水中传播 C．电磁波看不见，不具有能量 D．不同电磁波在真空中传播速度不同 7．电磁波为信息的传递插上了“翅膀”。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波的传播需要介质 B．雷达是用γ射线来测定物体位置的设备 C．电磁波的波速c、波长λ、频率f的关系为c=λf D．遥控器发出的红外线和医院“CT”中的X射线的波长相同 8．如图所示的四种变化电场，能发射电磁波的是（　　） A．B．C． D． 9．下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波无法在真空中传播 B．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦的电磁理论 C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D．电磁波可以携带信息，但是不具有能量 10．某广播电台发射“中波”段某套节目的讯号，家用微波炉中的微波，VCD机中的激光（可见光），人体透视用的X光，都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3、f4，则（　　） A．f1＞f2＞f3＞f4 B．f1＜f2＜f3＜f4 C．f1＜f3＜f2＜f4 D．f1＞f3＞f2＞f4 11．（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 12．（多选）各种电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了。关于电磁波的应用，下列说法中正确的有（　　） A．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线 B．银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是X射线 C．手机通话使用的无线电波 D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是紫外线 13．（多选）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 14．（多选）2022冬奥会开幕进入倒计时，北京也将成为第一个举办过夏季奥林匹克运动会和冬季奥林匹克运动会以及亚洲运动会三项国际赛事的城市，奥运直播当然就成为人们关注的焦点！北京冬奥会山地转播中心位于北京2022年冬奥会张家口赛区的核心区，包括转播中心本体建筑和电视演播室两大部分。山地转播中心面积约1.2万平米，内设四个转播技术分隔区；电视演播室建筑面积约8000平方米，分上、中、下三层，设有10个电视演播间。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波在真空中的传播速度是 B．电磁波不能传播能量 C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波 D．麦克斯韦预言了电磁波的存在 【素养进阶·提升练】 1（2024·天津·模拟预测）太赫兹通信作为实现6G（第六代通信技术）愿景的关键技术，已得到全球通信业认可，2023年4月，我国成功完成了太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，实现重大技术突破，为6G通信技术的发展提供了重要保障和支撑，该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，关于该实验信号与5G信号下列说法正确的是（　　） A．该实验信号和5G信号都属于电磁波，且都可能是纵波 B．该实验信号和5G信号都一定具有偏振现象 C．该实验信号相比5G信号光子能量更小 D．该实验信号相比5G信号在真空中的传播速度更小 2．（2024·辽宁朝阳·二模）如图所示，铯133原子基态有两个超精细能级，国际计量大会将铯133原子基态超精细能级间跃迁对应辐射电磁波的9192631770个周期所持续的时间定为1秒。已知可见光波长范围为400nm~700nm，光速为，则（　　） A．秒在国际单位制中是个导出单位 B．该跃迁辐射出的电磁波波长在可见光波长范围内 C．该跃迁辐射出的电磁波频率比可见光的频率低 D．该跃迁辐射出的电磁波在真空中传播比光速小 3（2024·上海黄浦·一模）从“飞天梦圆”到“圆梦天宫” 2023年10月15日是神舟五号飞天二十周年，二十年前杨利伟代表13亿中国人踏上了逐梦太空的征途。从此，中国人开启了从“飞天梦圆”到“圆梦天宫”。 (1)神舟五号载人飞船在加速升空过程中，杨利伟处于 状态（选填“超重”或“失重”）。在返回舱进入大气层后减速下落的过程中， 能转化 能。 (2)天宫课堂中，王亚平利用太空的微重力环境建立起很大尺寸的“液桥”。“液桥”表面层的水分子间距 内部的水分子间距（选填“大于”、“等于”或“小于”），水的表面张力使其表面有 的趋势。 (3)天宫二号搭载的宽波段成像仪具有可见近红外（波长范围0.520.86微米）、短波红外（波长范围1.602.43微米）及热红外（波长范围8.1311.65微米）三个谱段。与可见近红外相比，热红外（　　） A．频率更低 B．相同条件下，双缝干涉图样中相邻明纹中心间距更宽 C．更容易发生衍射现象 D．在空气中传播速度更快 4、（2024·上海奉贤·二模）上海光源是一台同步辐射光源，其内部加速到接近光速的电子在磁场中偏转时会沿轨道切线发出波长连续的电磁波，包含远红外到X射线波段，被广泛用于各种前沿科学研究。 6．上海光源产生的电磁波中，可用于人体透视检查的是（　　） A．X射线 B．紫外线 C．可见光 D．远红外线 7．利用上海光源发射的激光，设计实验测定某半圆柱形玻璃砖的折射率，如图所示。O点为圆心，用一束红色激光从C点对准圆心O射入玻璃砖，保持入射光方向和O点位置不变，让玻璃砖绕O点顺时针缓慢旋转，当转过39°角时，折射光线消失。则 （1）玻璃对红色激光的折射率n= （保留3位有效数字）； （2）若换绿色激光重复上述实验，则折射光线消失时，玻璃砖转过的角度 39°。 A．大于     B．等于     C．小于 8．上海光源的核心之一是加速电子的回旋加速器，如图所示，两个D形金属盒分别和某高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面向下，电子源置于盒的圆心附近。已知电子的初速度不计，质量为m，电荷量大小为e，最大回旋半径为R，普朗克常量为h。则 （1）所加交流电源的频率为 。 A．          B．         C．          D． （2）用高速电子辐射产生的波长为 λ 的X射线照射在金属锌片上，会产生光电效应，已知金属锌的逸出功为W，光速为c，则打出光电子的最大初动能为 ； （3）当加速器中电子的动能为Ek时，其物质波的波长为 ； （4）电子加速后获得的最大速度vm= ； （5）（计算）已知两D形盒间加速电场的电势差大小恒为U，盒间窄缝的距离为d，其电场均匀，求电子在电场中加速所用的总时间t 。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4. 电磁波的发现及应用 【知识梳理】 1 一、 电磁场与电磁波 1 二、 电磁波谱　电磁波的能量　电磁波通信 2 【重难探究】 2 探究1 　探究电磁场 2 探究2 探究电磁波 4 探究3 　探究电磁波谱 6 探究4 探究电磁波的能量 8 【课堂自测·基础练】 11 【素养进阶·提升练】 18 【知识梳理】 知识点1 电磁场与电磁波 1.麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场产生电场 (2)变化的电场产生磁场 2.电磁场：变化的电场和变化的磁场所形成的不可分割的统一体。 3.电磁波 (1)电磁波的产生：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 (2)电磁波的特点 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)电磁波的波速 ①波速、波长、频率三者之间的关系：波速＝波长×频率。 电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf。 ②电磁波在真空中的传播速度c＝3×108m/s。 知识点2 电磁波谱、电磁波的能量及电磁波通信 1.电磁波谱 (1)概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。 (2)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。 (3)各种电磁波的特性 ①无线电波：用于广播、卫星通信、电视等信号的传输。 ②红外线：用于加热理疗等。 ③可见光：照亮自然界，也可用于通信。 ④紫外线：用于灭菌消毒。 ⑤X射线和γ射线：用于诊断病情、摧毁病变的细胞。 2.电磁波的能量 (1)光是一种电磁波，光具有能量。 (2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 3.电磁波通信 电信网、广播电视网和互联网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。 【重难探究】 探究1 　探究电磁场 【探究导入】 打开收音机，可以接收到远处电台发出的声音；手机无需连接电线，也能进行无线通信。这些现象都与电磁波有关。而电磁波的产生和传播，离不开变化的电场和磁场之间的相互作用。这种统一的物理场就是电磁场。 问题 1.当磁铁在线圈附近移动时，线圈中会产生电流，这是什么现象？其根本原因是什么？ 提示： 这是电磁感应现象。导体中出现电流，说明有电场驱动自由电荷定向运动。因此，变化的磁场在周围空间激发了电场，即使没有导体，这种电场依然存在。 2.如果线圈不存在，仅空间中存在变化的磁场，是否仍然会有电场产生？为什么？ 提示： 即使没有闭合电路，只要磁场随时间变化，就会在周围空间激发电场。这表明电场的产生不依赖于导体，而是由变化的磁场直接引起。 3.既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场是否也能产生磁场？自然界是否存在这样的对称性？ 提示： 麦克斯韦基于自然规律的统一性和对称性提出假设：变化的电场也会在空间激发磁场，正如电流能产生磁场一样。这一假设体现了电场与磁场的对称关系。 4.若变化的电场能产生磁场，这种磁场与通电导线产生的磁场有何共同特征？ 提示： 变化的电场产生的磁场具有与电流产生的磁场相同的性质——都能对运动电荷施加力的作用，并遵循磁场的基本行为规律。 5.电场和磁场能否独立存在？还是总是以某种方式联系在一起？ 提示：变化的电场产生磁场，变化的磁场又产生电场，二者相互依存、交替传播，形成统一的电磁场。因此，在动态情况下，电场和磁场不可分割 【探究归纳】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 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 周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 【典例赏析】 [例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 【答案】ABC 【详解】A．只要变化的磁场周围就存在电场，与是否有闭合电路无关，故A正确； B．根据麦克斯韦电磁场理论，可知周期性变化的磁场，会产生同频率变化的电场，故B正确； C．变化的电场和变化的磁场相互联系着，形成一个统一体，即电磁场，故C正确； D．只有变化的电场才能形成磁场，若电场是恒定的，不会产生磁场，故D错误。 故选ABC。 【针对训练】 1某电路中电场随时间变化的图像有如图所示几种情况，能激发电磁波的电场是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．电场不随时间变化，不会产生磁场，故A错误； BC．电场都随时间均匀变化，只能在周围产生稳定的磁场，也不会产生和发射电磁波，故BC错误； D．电场随时间作周期性的变化，能在周围空间产生周期性变化的磁场，而这变化磁场又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场，才能发射电磁波，故D正确。 故选D。 2．根据麦克斯韦电磁理论，如下说法正确的是（　　） 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均匀变化的磁场 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 【答案】D 【详解】AB．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，AB错误； C．稳定的电流可以产生稳定的磁场，C错误； D．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D。 探究2 探究电磁波 【探究导入】 情境探究 打开手机，我们可以随时与远方的朋友通话、发送信息，甚至观看实时直播。这些无线通信的背后，是电磁波在空中穿梭传递信息。无论是广播、Wi-Fi还是卫星通信，都依赖于看不见的电磁波在真空中自由传播，不需要像声波那样依靠空气。 问题 1.为什么在月球上的宇航员无法直接对话，却能通过无线电进行通信？ 提示：月球表面没有空气，声波因缺少介质无法传播，所以宇航员不能像在地球上一样靠空气传声。但无线电通信依然有效，说明存在一种不依赖介质的波——电磁波，它能在真空中传递信号。 2.如果变化的电场能产生磁场，变化的磁场又能产生电场，这种相互作用如何形成持续传播的波？ 提示：根据麦克斯韦理论，周期性变化的电场在其周围激发变化的磁场，而这个变化的磁场又激发出新的变化电场，二者交替产生，彼此“支持”，形成自维持的波动过程，并向远处传播，构成电磁波。 3.电磁波在真空中也能传播，它是否需要介质？这与水波、声波有何本质区别？ 提示：电磁波的传播依靠电场与磁场的相互激发，不需要物质介质。而水波依赖水，声波依赖空气或固体、液体，一旦失去介质就无法传播，因此电磁波与机械波有本质不同。 4.麦克斯韦预言电磁波的速度等于光速，这一数值是如何得出的？ 提示： 麦克斯韦通过电磁学方程组推导出电磁波的传播速度为 ，计算结果恰好等于已知的光速 ，由此他提出光是一种电磁波。 5.赫兹实验为何能证实电磁波的存在？ 提示：赫兹利用放电装置产生快速变化的电场，成功检测到空间中传播的电磁波，并观察到其反射、折射和干涉现象，证明了电磁波真实存在，验证了麦克斯韦的预言。 【探究归纳】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。 （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，恒定的电场和磁场无法形成电磁波。 （3）电磁场是一种客观存在的物质。 （4）电磁波可以在真空中传播，在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s。 （5）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。 （6）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。 【例2】 关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（    ） A．变化的磁场产生电场 B．各种频率的电磁波在真空中以不同的速度传播 C．电磁波依赖于介质才能传播 D．光不是电磁波 【答案】A 【详解】A．变化的磁场产生磁场，故A正确； B．各种频率的电磁波在真空中的速度相同，大小为，故B错误； C．电磁波可以在真空中传播，电磁波的传播不需要介质。故C错误； D．光是一种电磁波，故D错误。 故选A。 【针对训练】 3多选）关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．电磁波在真空中传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度方向均垂直 C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 【答案】AB 【详解】A．电磁波在真空中的传播速度即为光速，与电磁波的频率无关，故A正确； B．电磁波在真空中传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度方向均垂直，即电磁波是横波，故B正确； C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，且电磁波能通过电缆、光缆传输，故C错误； D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波不会消失，会继续传播，故D错误。 故选AB。 4．关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 B．电磁波可以传递信息，也可以传播能量 C．遥控器发出的红外线的频率比医院CT中的X射线的频率大 D．各种频率的电磁波在真空中传播的速度不同 【答案】B 【详解】A．电磁波可以在真空中传播，故A错误； B．电磁波可以传递信息，也可以传播能量，故B正确； C．根据电磁波谱可知，遥控器发出的红外线的频率比医院CT中的X射线的频率小，故C错误； D．各种频率的电磁波在真空中传播的速度都等于真空中的光速c，故D错误。 故选B。 探究3 　探究电磁波谱 【探究导入】 夜晚打开收音机，可以听到广播电台传来的音乐和新闻；使用遥控器可以轻松打开电视机；医院里医生利用X光片检查骨骼情况。这些设备和技术都依赖于不同类型的电磁波。尽管我们看不见它们，但电磁波已经深入到生活的方方面面。 问题 1. 水波有波峰、波谷、波长和频率，电磁波是否也有类似的特征？ 提示：电磁波虽然看不见，但它是一种波动现象，具有与水波相似的周期性特征。例如，电磁波也有重复变化的电场和磁场，相邻两个最大值之间的距离就是波长，单位时间内通过某点的完整波形数目就是频率。 2.为什么不同用途的通信设备（如广播、电视、手机）使用不同类型的电磁波？ ：提示： 不同电磁波的波长和频率不同，导致它们的传播特性和与物质的相互作用方式不同。例如，长波能沿地面绕射传播较远，适合广播；而微波方向性强，适合卫星通信。 3.电磁波在真空中传播的速度是多少？这个速度与波长和频率有什么关系？ 提示： 电磁波在真空中的传播速度为，且满足关系式。这说明波长越长，频率越低，反之亦然 4.可见光和无线电波看起来完全不同，它们真的是同一种波吗？ 提示： 尽管表现形式不同，但无线电波、可见光、X射线等都遵循相同的波动规律，且都能在真空中传播，因此它们本质上都是电磁波，只是波长和频率不同。 【探究归纳】电磁波谱分析及电磁波的应用 电磁波谱 频率/Hz 真空中波长/m 特性 应用 递变规律 无线 电波 ＜3×1011 ＞10-3 波动性强， 易发生衍射 无线电 技术 红外线 1011～1015 10-3～10-7 热效应 红外遥感 可见光 1015 10-7 引起视觉 照明、摄影 紫外线 1015～1017 10-7～10-9 化学效应、荧光效应、灭菌消毒 医用消毒、防伪 X射线 1016～1019 10-8～10-11 贯穿本领强 检查、医用透视 γ射线 ＞1019 ＜10-11 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 【典例赏析】 [例3]　（多选）关于电磁波谱，下列说法正确的是（　　） A．在烤箱中能看见一种淡红色的光线，这是电热丝发出的红外线 B．无线电波的波长小于γ射线的波长 C．适量紫外线照射人体能促使人体合成维生素D D．医学上常用X光照片辅助进行疾病诊断 【答案】CD 【详解】A．在烤箱中能看见一种淡红色的光线，是电热丝发出的红光，不是红外线，红外线是看不到的，A错误； B．无线电波的波长大于γ射线的波长，B错误； C．紫外线能促进体内维生素D的合成，C正确； D．X射线穿透能力较强，医学上常用X光照片辅助进行疾病诊断，D正确。 故选CD。 【针对训练】 5电磁波包含了X射线、红外线、紫外线、无线电波等，按频率由低到高的排列顺序是（　　） A．无线电波、红外线、紫外线、X射线 B．红外线、无线电波、X射线、紫外线 C．X 射线、红外线、紫外线、无线电波 D．紫外线、无线电波、X射线、红外线 【答案】A 【详解】电磁波按波长从长到短为：无线电波，微波，红外线，可见光，紫外线，伦琴射线（X射线），γ射线（伽马射线），波长越长频率越小，所以按频率从低到高排列是无线电波，微波，红外线，可见光，紫外线，伦琴射线（X射线），γ射线（伽马射线）。 故选A。 6．（多选）下列有关电磁波的特性和应用的说法正确的是（　　） 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射线都可以使感光底片感光 【答案】CD 【详解】A．X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线不能用于透视人体，选项A错误； B．过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误； C．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞，选项C正确； D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光，选项D正确。 故选CD。 探究4 探究电磁波的能量 【探究导入】 情境探究 微波炉是家庭中常见的加热设备。当食物放入微波炉并启动后，食物中的水分子在微波作用下剧烈运动，温度逐渐升高，说明食物的内能增加了。这一能量并非来自火焰或热传导，而是由微波传递而来。此外，收音机能接收到远方电台的声音，也是因为电磁波在天线中激起了电流，带来了能量。 问题 1.为什么微波炉能加热食物？能量从何而来？ 微波炉发出的微波是一种电磁波，食物中的水分子在交变电磁场作用下不断调整取向，产生剧烈热运动，导致内能增加。这部分能量只能来源于微波，说明电磁波能够传递能量. 2.收音机没有直接连接电源，却能播放声音，这说明了什么？ 电台发射的电磁波在传播过程中到达收音机天线，在导体中激发电流，电流经过放大后驱动扬声器发声。有电流就必然有能量输入，而这个能量正是由电磁波提供的，说明电磁波具有能量。 3.既然电磁波看不见摸不着，我们如何判断它确实携带能量？ 提示： 尽管电磁波不可见，但通过其对物质的作用可以间接观测其能量效应，如微波加热、太阳能电池将光能转化为电能、皮肤在阳光下感到发热等，都是电磁波携带能量的证据。 4.光是一种电磁波，阳光照射使物体变热，这说明了什么物理本质？ 提示： 阳光属于电磁波中的可见光波段，照射物体时使其温度升高，说明光在传播过程中携带能量，并能在与物质相互作用时释放出来，进一步证明电磁波具有能量。 【探究归纳】 1.电磁波具有能量：电磁波在传播过程中能够将能量传递给物质。 2.电磁场是物质存在的一种形式：赫兹实验证实电磁波存在，说明电磁场不仅是描述工具，更是客观存在的物质。 3电磁波的能量表现：可通过加热、激发电流等方式体现。 4.光是电磁波：光具有能量，其他频率的电磁波同样具有能量。 【例4】2018年珠海航展，我国首台量子雷达亮相（如图），量子雷达发射经典态的电磁波，可以捕捉到普通雷达无法探测到的目标。下列说法正确的是（　　）    A．量子就是电子 B．频率越高的电磁波能量越小 C．电磁波在真空中的传播速度与其频率有关 D．空间某处电场或磁场发生正弦规律变化就会在其周围产生电磁波 【答案】D 【详解】A．量子不是电子，电子是实物粒子，故A错误； B．根据，频率越高的电磁波能量越大，故B错误； C．电磁波在真空中的传播速度与其频率无关，为光速，故C错误； D．根据麦克斯韦理论可知，空间某处电场或磁场发生正弦规律变化就会在其周围产生电磁波，故D正确。 故选D。 【针对训练】 7.国的高铁技术、北斗卫星导航系统、5G通信技术，目前处于世界领先水平。今年9月份华为发布的新型手机更是能够轻松实现卫星电话通讯，此功能甚至强于美国马斯克的庞大“星链”。高铁将拥有基于北斗卫星导航系统、5G通信技术的空天地一体化的“超级大脑”。与4G通信技术相比，5G通信技术使用的电磁波频率更高，具有“更高网速、低延时、低功率海量连接”等特点。根据上述信息可知与4G通信技术相比，5G通信技术使用的电磁波（　　） A．波长更长 B．能量子的能量更小 C．能量子的能量更大 D．传播速度更快 【答案】C 【详解】A．因5G使用的电磁波频率更高，根据波长与频率的关系 5G信号的频率高，波长更短，故A错误； BC．因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据公式 E=hν 可知，5G使用的电磁波比4G光子能量更大，故B错误C正确； D．电磁波在真空中的传播速度等于光的传播速度，都是相同的，故D错误。 故选C。 【课堂自测·基础练】 1．关于电磁波理论，下列说法正确的是（　　） A．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场 B．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 C．做非匀变速运动的电荷可以产生电磁波 D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 【答案】C 【详解】AB. 根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场，故AB均错误； C．做非匀变速运动的电荷可以在周围空间产生变化的电磁场，形成电磁波，C正确； D．赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，D错误； 故选C。 2．电磁波无所不在，近至我们的身体、周围的生物、居住的地球，远至宇宙空间，它的应用改变了人类的生活方式，使人类社会进入了一个新的时代，下列关于电磁波的说法正确的是（    ） A．麦克斯韦用实验证明了电磁波的存在 B．电磁波不可以在真空中传播 C．电磁波可以传递信息和能量 D．雷达工作时使用的是紫外线 【答案】C 【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证明了电磁波的存在，故A错误； B．电磁波可以在真空中传播，故B错误； C．电磁波可以传递信息和能量，故C正确； D．雷达工作时使用的是微波，故D错误。 故选C。 3．关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（    ） A．变化的磁场产生电场 B．各种频率的电磁波在真空中以不同的速度传播 C．电磁波依赖于介质才能传播 D．光不是电磁波 【答案】A 【详解】A．变化的磁场产生磁场，故A正确； B．各种频率的电磁波在真空中的速度相同，大小为，故B错误； C．电磁波可以在真空中传播，电磁波的传播不需要介质。故C错误； D．光是一种电磁波，故D错误。 故选A。 4．有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置。下列说法正确的是（　　） A．X射线的波长比红外线的波长更长 B．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 C．医院里经常利用红外线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗 D．变化的磁场会产生电场，均匀变化的磁场会产生均匀变化的电场 【答案】B 【详解】A．由电磁波谱可知，红外线的波长比X射线的波长，A错误； B．电磁波在真空中传播时的速度为光速，与电磁波的频率无关，B正确； C．医院里经常利用射线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗，C错误； D．麦克斯韦认为周期性变化的电场在周围能够引起周期性变化的磁场，而均匀变化的电场只能激发恒定的磁场，D错误。 故选B。 5．500米口径球面射电望远镜（简称FAST）又被称为“中国天眼”，是中国科学院国家天文台的一座射电望远镜，若其工作频率范围是，那么它观测到的电磁波最长波长（　　） A．约0.1米 B．约4米 C．约40米 D．约1000米 【答案】B 【详解】频率最小的电磁波的波长最长，则最长波长为故选B。 6．“中国天眼”通过接收来自宇宙深处的电磁波探索宇宙．关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波是横波 B．电磁波不能在水中传播 C．电磁波看不见，不具有能量 D．不同电磁波在真空中传播速度不同 【答案】A 【详解】A．电磁波是横波，故A正确； B．电磁波可以在任何介质或真空中传播，故B错误； C．电磁波看不见，但具有能量。故C错误； D．不同电磁波在真空中传播速度相同，故D错误； 故选A。 7．电磁波为信息的传递插上了“翅膀”。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波的传播需要介质 B．雷达是用γ射线来测定物体位置的设备 C．电磁波的波速c、波长λ、频率f的关系为c=λf D．遥控器发出的红外线和医院“CT”中的X射线的波长相同 【答案】C 【详解】A．电磁波的传播不需要介质，A错误； B．雷达是用微波来测定物体位置的设备，B错误； C．电磁波的波速c、波长λ、频率f的关系为c=λf，C正确； D．遥控器发出的红外线和医院“CT”中的X射线的波长不同，D错误； 故选C。 8．如图所示的四种变化电场，能发射电磁波的是（　　） A．B．C． D． 【答案】D 【详解】图A是稳定的电场，不能产生磁场；图B与图C是均匀变化的电场，产生恒定的磁场，也不能形成电磁波；图D是周期性变化的电场，会产生同频率周期性变化的磁场，能形成电磁场，向外发射电磁波，选项D正确，ABC错误。 故选D。 9．下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波无法在真空中传播 B．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦的电磁理论 C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D．电磁波可以携带信息，但是不具有能量 【答案】B 【详解】A．电磁波传播不需要介质，所以可以在真空中传播，故A错误； B．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦的电磁理论，故B正确； C．周期性变化的电场和磁场，才能产生电磁波，故C错误； D．电磁波可以携带信息，同时具有能量，故D错误。 故选B。 10．某广播电台发射“中波”段某套节目的讯号，家用微波炉中的微波，VCD机中的激光（可见光），人体透视用的X光，都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3、f4，则（　　） A．f1＞f2＞f3＞f4 B．f1＜f2＜f3＜f4 C．f1＜f3＜f2＜f4 D．f1＞f3＞f2＞f4 【答案】B 【详解】由电磁波谱排列知 广播电台发射“中波”段某套节目的讯号频率最低，其次是家用微波炉中的微波，频率较高的是VCD机中的激光（可见光），频率最高的是人体透视用的X光，即f1＜f2＜f3＜f4故选B。 11．（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 【答案】AC 【详解】A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播，A正确； BC．电磁波在真空中的传播速度为光速3.0×108 m/s，由可知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，B错误，C正确； D．只有交变的电场和磁场才能产生电磁波，D错误； 故选AC。 12．（多选）各种电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了。关于电磁波的应用，下列说法中正确的有（　　） A．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线 B．银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是X射线 C．手机通话使用的无线电波 D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是紫外线 【答案】AC 【详解】A．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线，故A正确； B．银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是紫外线，不是X射线，故B错误； C．手机通话使用的无线电波，故C正确； D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是X射线，不是紫外线，故D错误。故选AC。 13．（多选）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 【答案】BD 【详解】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；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。故选BD。 14．（多选）2022冬奥会开幕进入倒计时，北京也将成为第一个举办过夏季奥林匹克运动会和冬季奥林匹克运动会以及亚洲运动会三项国际赛事的城市，奥运直播当然就成为人们关注的焦点！北京冬奥会山地转播中心位于北京2022年冬奥会张家口赛区的核心区，包括转播中心本体建筑和电视演播室两大部分。山地转播中心面积约1.2万平米，内设四个转播技术分隔区；电视演播室建筑面积约8000平方米，分上、中、下三层，设有10个电视演播间。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波在真空中的传播速度是 B．电磁波不能传播能量 C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波 D．麦克斯韦预言了电磁波的存在 【答案】ACD 【详解】A．电磁波在真空中的传播速度是，选项A正确； B．电磁波能传播能量，选项B错误； C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波，选项C正确； D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，选项D正确。 故选ACD。 【素养进阶·提升练】 1（2024·天津·模拟预测）太赫兹通信作为实现6G（第六代通信技术）愿景的关键技术，已得到全球通信业认可，2023年4月，我国成功完成了太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，实现重大技术突破，为6G通信技术的发展提供了重要保障和支撑，该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，关于该实验信号与5G信号下列说法正确的是（　　） A．该实验信号和5G信号都属于电磁波，且都可能是纵波 B．该实验信号和5G信号都一定具有偏振现象 C．该实验信号相比5G信号光子能量更小 D．该实验信号相比5G信号在真空中的传播速度更小 【答案】B 【详解】AB．该实验信号和5G信号都是电磁波。由于电磁波是横波，都具有偏振现象，故A错误，B正确； C．该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，根据 可知，该实验信号相比5G信号光子能量更大，故C错误； D．所有电磁波在真空的传播速度都为光速，故D错误。 故选B。 2．（2024·辽宁朝阳·二模）如图所示，铯133原子基态有两个超精细能级，国际计量大会将铯133原子基态超精细能级间跃迁对应辐射电磁波的9192631770个周期所持续的时间定为1秒。已知可见光波长范围为400nm~700nm，光速为，则（　　） A．秒在国际单位制中是个导出单位 B．该跃迁辐射出的电磁波波长在可见光波长范围内 C．该跃迁辐射出的电磁波频率比可见光的频率低 D．该跃迁辐射出的电磁波在真空中传播比光速小 【答案】C 【详解】A．秒在国际单位中是基本单位，故A错误； BC．铯133原子基态超精细能级间跃迁对应辐射电磁波的频率约为，根据 可得其波长约为 = 波长大于可见光波长，频率低于可见光的频率，故B错误，C正确； D．电磁波在真空中传播速度等于光速，故D错误。 故选C。 3（2024·上海黄浦·一模）从“飞天梦圆”到“圆梦天宫” 2023年10月15日是神舟五号飞天二十周年，二十年前杨利伟代表13亿中国人踏上了逐梦太空的征途。从此，中国人开启了从“飞天梦圆”到“圆梦天宫”。 (1)神舟五号载人飞船在加速升空过程中，杨利伟处于 状态（选填“超重”或“失重”）。在返回舱进入大气层后减速下落的过程中， 能转化 能。 (2)天宫课堂中，王亚平利用太空的微重力环境建立起很大尺寸的“液桥”。“液桥”表面层的水分子间距 内部的水分子间距（选填“大于”、“等于”或“小于”），水的表面张力使其表面有 的趋势。 (3)天宫二号搭载的宽波段成像仪具有可见近红外（波长范围0.520.86微米）、短波红外（波长范围1.602.43微米）及热红外（波长范围8.1311.65微米）三个谱段。与可见近红外相比，热红外（　　） A．频率更低 B．相同条件下，双缝干涉图样中相邻明纹中心间距更宽 C．更容易发生衍射现象 D．在空气中传播速度更快 【答案】(1) 超重 机械 内 (2)． 大于 收缩 5(3)ABC 【解析】(1)．[1]神舟五号载人飞船在加速升空过程中，加速度向上，则杨利伟处于超重状态。 [2][3]在返回舱进入大气层后减速下落的过程中，机械能转化内能。 (2)[1][2]“液桥”表面层的水分子间距大于内部的水分子间距，水的表面张力使其表面有收缩的趋势。 (3)A．热红外的波长更大，则频率更低，选项A正确； B．根据 可知，相同条件下，因热红外的波长更大，则双缝干涉图样中相邻明纹中心间距更宽，选项B正确； C．因热红外的波长更大，则更容易发生衍射现象，选项C正确； D．电磁波在空气中传播速度都相同，选项D错误。 故选ABC。 4、（2024·上海奉贤·二模）上海光源是一台同步辐射光源，其内部加速到接近光速的电子在磁场中偏转时会沿轨道切线发出波长连续的电磁波，包含远红外到X射线波段，被广泛用于各种前沿科学研究。 6．上海光源产生的电磁波中，可用于人体透视检查的是（　　） A．X射线 B．紫外线 C．可见光 D．远红外线 7．利用上海光源发射的激光，设计实验测定某半圆柱形玻璃砖的折射率，如图所示。O点为圆心，用一束红色激光从C点对准圆心O射入玻璃砖，保持入射光方向和O点位置不变，让玻璃砖绕O点顺时针缓慢旋转，当转过39°角时，折射光线消失。则 （1）玻璃对红色激光的折射率n= （保留3位有效数字）； （2）若换绿色激光重复上述实验，则折射光线消失时，玻璃砖转过的角度 39°。 A．大于     B．等于     C．小于 8．上海光源的核心之一是加速电子的回旋加速器，如图所示，两个D形金属盒分别和某高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面向下，电子源置于盒的圆心附近。已知电子的初速度不计，质量为m，电荷量大小为e，最大回旋半径为R，普朗克常量为h。则 （1）所加交流电源的频率为 。 A．          B．         C．          D． （2）用高速电子辐射产生的波长为 λ 的X射线照射在金属锌片上，会产生光电效应，已知金属锌的逸出功为W，光速为c，则打出光电子的最大初动能为 ； （3）当加速器中电子的动能为Ek时，其物质波的波长为 ； （4）电子加速后获得的最大速度vm= ； （5）（计算）已知两D形盒间加速电场的电势差大小恒为U，盒间窄缝的距离为d，其电场均匀，求电子在电场中加速所用的总时间t 。 【答案】6．A 7． 1.59 C 8． B 【解析】6．[1] 可用于人体透视检查的射线必需具有穿透性较强的特点，即光子能量比较大，频率比较高，X射线穿透性比较强，能使底片感光，紫外线荧光效应较强，穿透性比较弱，可见光、红外线的频率比较低，穿透能力很弱，因此可用于人体透视检查的射线为X射线，A正确，BCD错误。 7．[1][2]由题意可知临界角为 由折射定律得 解得 n=1.59 绿光的频率大于红光的频率，所以绿光的折射率大于红光的折射率，那么绿光发生全反射的临界角小于红光的临界角，因此若换绿色激光重复上述实验，则折射光线消失时，玻璃砖转过的角度小于 8．（1）[1]交流电源的频率等于粒子做圆周运动的频率，即 B正确，ACD错误。 （2）[2]由爱因斯坦光电效应方程得 则打出光电子的最大初动能为 （3）[3] 物质波的波长关系式为 动量与动能的关系为 解得 （4）[4] D型盒最大回旋半径为R，则电子做圆周运动的最大半径为R，则 电子加速后获得的最大速度 （5）[5] 电子在电场中加速度大小不变，尽管电子在电场中往返运动，但可以看做电子做初速度为零的匀加速运动，所以电子在电场中运动的时间为 解得 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $