13.4 电磁波的发现及应用 学案-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理导学案围绕电磁波的发现及应用展开，核心知识点包括麦克斯韦电磁场理论、电磁波的形成与特点、电磁波谱及应用等。课堂导入通过回顾电磁感应现象，引导学生从变化磁场产生电场过渡到变化电场产生磁场，搭建从具体电磁现象到抽象理论的学习支架，帮助梳理知识脉络。 资料注重物理观念的培养，通过表格对比电场与磁场的变化关系，强化电磁场物质性和能量观念的理解。典例分析结合多选与单选，渗透科学思维中的模型建构和科学推理，能力自测题层次分明，覆盖基础与拓展，便于学生自主学习和教师评估，提升学习效率。

第4节 电磁波的发现及应用 学案 学习目标： 1.知道麦克斯韦电磁场理论，理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点。 2.知道电磁波的形成，掌握波长、频率和波速的关系。 3.知道电磁波谱及排列顺序。 4.知道电磁波的特点，知道电磁波具有能量。 5.知道电磁波与机械波的区别。 知识梳理： 一、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 ①在变化的磁场中放一个闭合的电路，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在空间产生了电场。 ②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场。 (2)变化的电场产生磁场 变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。 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＝3×108__m/s。 二、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。 疑、难点理解： 1　麦克斯韦电磁场理论 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.电场、磁场的变化关系可用下面的框图表示 典例1：(多选)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，磁场周围一定存在电场 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；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，C错误；只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，D错误。 2　电磁波 1.电磁波的形成 周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波。 2.电磁波的特点 (1)电磁波的传播不需要介质。在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s。 (2)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。 (3)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。 (4)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。 3.电磁波的波速 对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf。 典例2：关于电磁波，下列说法不正确的是(　　) A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C.电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度方向、磁感应强度方向均垂直 D.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 答案　D解析　电磁波在真空中的传播速度均相同，与电磁波的频率无关，故A正确，不符合题意；周期性变化的电场和磁场可以相互激发，由近及远的传播形成电磁波，故B正确，不符合题意；电磁波是横波，每一处的电场强度和磁场强度总是相互垂直的，且与波的传播方向垂直，故C正确，不符合题意；利用电磁波传递信号可以实现无线通信，电磁波也能通过电缆、光缆传输，故D错误，符合题意。 3　电磁波谱 1.电磁波谱 电磁波谱的顺序为无线电波、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.不同电磁波的比较 典例3：下列各组电磁波，按频率由高到低的正确排列顺序是(　　) A.无线电波、红外线、可见光、X射线 B.X射线、红外线、可见光、无线电波 C.X射线、可见光、红外线、无线电波 D.无线电波、可见光、红外线、X射线 答案　C解析　频率顺序由高到低排列，电磁波谱可大致分为：γ射线(伽马射线)，X射线(伦琴射线)，紫外线，可见光，红外线，无线电波，故C正确，A、B、D错误。 能力自测： 1.磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如图所示，其中能产生电场的磁场和能产生持续电磁波的磁场分别为(　　) A.②③④、③④ B.①③④、③④ C.②③④、②④ D.①③④、②④ 2.(多选)关于电磁场和电磁波的正确说法是(　　) 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的传播就是电磁波 C.电磁波传播速度总是3×108 m/s D.电磁波是一种物质，可以在真空中传播 3.电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是(　　) A.无线电波、红外线、紫外线、γ射线 B.红外线、无线电波、γ射线、紫外线 C.γ射线、红外线、紫外线、无线电波 D.紫外线、无线电波、γ射线、红外线 4.关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是(　　) 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是X射线 D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光 参考答案： 1.答案　C解析　根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，故②③④都可以产生电场；周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，从而产生电磁波，故只有②④可以产生电磁波。 2.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，统称为电磁场，选项A错误；电磁场由发生的区域向远处传播形成电磁波，选项B正确；电磁波在真空中的传播速度总是3×108 m/s，在其它介质中的传播速度小于3×108 m/s，选项C错误；电磁波是一种以波的形式存在的物质，可以不需要介质在真空中传播，选项D正确。 3.答案　A解析　在电磁波家族中，按波长由长到短分别为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，所以A项正确。 4.答案　D解析　X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有很高的穿透本领，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是γ射线，C错误；紫外线和X射线都具有明显的化学效应，可以使感光底片感光，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $