4. 电磁波的发现及应用（举一反三讲义）物理人教版必修第三册

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（变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场）、电磁波的形成与传播（无需介质，c=λf）、电磁波谱分类及特性应用，构建完整知识支架。 资料以情景导入结合实例（如“天宫课堂”电磁波传输），通过例题及变式题强化科学思维（模型建构、科学推理），课后作业融入微波炉、5G通信等生活应用，提升科学态度与责任。课中辅助教学理解，课后助力学生查漏补缺。

4. 电磁波的发现及应用 【新教材人教版】 【知识框架+知识精讲）+课后作业】 模块二 知识精讲 情景导入 知识归纳 【知识点1 电磁场】 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：变化的电场和磁场互相联系，所形成的不可分割的统一体 【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 【变式1—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 【变式1—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 【变式1—3】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 【知识点2 电磁波】 1．(1)麦克斯韦的伟大预言：周期性变化的电场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，这样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。 (2)电磁波可以在真空中传播，因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，不需要传播介质。 说明　电磁波传播虽然不需要介质，但它也可以在其他介质如光纤中传播，且速度都比在真空中的小。 (3)光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c＝3×108 m/s。 (4)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。 (5)电磁场中储存着能量，电磁波的发射过程就是辐射电磁能的过程。 2．波长、频率与波速之间的关系 (1)波速＝波长×频率，即c＝λf。 (2)频率由波源决定，与介质无关，而波长、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。 (3)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。 【例2】“天宫课堂”第二课在中国空间站开讲，航天员太空授课的画面（如图）通过电磁波传输到地面接收站。下列有关电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波是一种理想化的模型 B．电磁波是电场或者磁场的传播 C．可见光和无线电波都是电磁波 D．电磁波不能独立于场源而存在 【变式2—1】在春晚舞台上很多演员使用了动圈式无线麦克风设备。这种麦克风能够将声音信号转换为电信号，然后通过无线传输的方式发送到音响设备中。关于动圈式无线麦克风的工作原理，下列说法正确的是（　　） A．动圈式麦克风是利用电磁感应原理将声音信号转换为电信号的 B．无线传输过程中，电信号是通过超声波进行传播的 C．音响设备将电信号转换为声音信号的过程中，利用了电流的热效应 D．无线麦克风的信号传输速度比光速快 【变式2—2】关于电磁波及其应用，下列说法中正确的是（　　） A．手机只能接收电磁波，不能发射电磁波 B．正在起飞和降落的飞机上允许使用手机 C．电磁波能被发射 D．塑料薄膜袋、金属薄膜袋、金属饼干盒等都能屏蔽电磁波 【变式2—3】（多选）随着科技的发展， 越来越多的手机用户选择使用蓝牙耳机， 手机与基站及耳机的通信如图所示。 若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波， 则以下说法正确的是（　　） A．甲、乙波的频率都比可见光的频率小 B．真空中， 甲波的传播速度比乙波的快 C．甲、乙波都是横波， 都能在真空中传播 D．甲波与乙波有可能发生干涉现象 【知识点3 电磁波谱　电磁波的能量　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起来，就是电磁波谱。 (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。 2．不同电磁波的特性和用途 种类 波长范围 特性 应用 无线电波 大于1 mm 波动能力强 通信、广播、射电望远镜 红外线 760～106 nm 热作用强 烘干、红外遥感、测温、夜视仪 可见光 400～760 nm 感光性强 照明、照相 紫外线 10～400 nm 化学作用、荧光作用 消毒、荧光效应、促使人体合成维生素D X射线 0.001～10 nm 较强的穿透能力 透视人体、检查金属零件的质量 γ射线 小于10－3 nm 穿透能力最强 医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷 3．电磁波的能量 (1)电磁波是物质存在的一种特殊形式 电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的。 (2)电磁波具有能量 从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播。 4．电磁波通信 (1)传播途径 电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。 有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息，如台式电脑、电话等。 无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等。 (2)传输特点 电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息。 【例3】我国研制的055新型防空驱逐舰采用“双波段（X波段和S波段）”雷达系统，雷达发射的X波段的电磁波频率为8GHz～12GHz，S波段的电磁波频率为2GHz～4GHz，下列说法正确的是（　　） A．在空气中X波段的传播速度大于S波段的传播速度 B．X波段能量子的能量比S波段能量子的能量大 C．S波段和X波段的频率都比紫外线的大 D．在空气中S波段的波长比X波段的短 【例4】我国外销明星战机歼﹣10CE，使用了有源相控阵雷达，我国有源相控阵雷达探测距离远，抗干扰能力强，能够实现先敌发现，先敌攻击。有源相控阵雷达的辐射器如图所示，每个辐射器都配装有一个发射、接收组件，每个组件都能自己产生、接收电磁波中的微波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波波长越长，其能量子越大 B．红外线的频率比紫外线的频率小 C．红外线的波长比可见光的波长短 D．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波 【变式3—1】以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实时通信 B．“探索一号”与“探索二号”的通信的信息载体属于纵波 C．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波 D．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体蓝绿光频率都比红光频率高 【变式3—2】有源相控阵雷达的辐射器如图所示，每个辐射器都配装有一个发射/接收组件，每个组件都能自己产生、接收微波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．X射线的波长比微波的波长更长 B．遥控器是利用红外线工作的 C．电磁波中，红外线的热效应最显著 D．红外线的频率比紫外线的频率大 【变式3—3】在抗击新冠肺炎疫情的战役中，为了发现高危人群中的疑似病人，通常利用红外线测量人体的温度。关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　） A．红外线、X射线、射线中红外线的波长最短 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．微波主要用于广播及其他信号的传播 D．X射线片可以用于诊断病情，射线可以摧毁病变的细胞 模块三 课后作业 1．下列利用电磁波工作的是（　　） A．手机通话 B．电熨斗 C．电热水壶烧水 D．电饭锅加热食物 2．在春晚舞台上很多演员使用了动圈式无线麦克风设备。这种麦克风能够将声音信号转换为电信号，然后通过无线传输的方式发送到音响设备中。关于动圈式无线麦克风的工作原理，下列说法正确的是（　　） A．动圈式麦克风是利用电磁感应原理将声音信号转换为电信号的 B．无线传输过程中，电信号是通过超声波进行传播的 C．音响设备将电信号转换为声音信号的过程中，利用了电流的热效应 D．无线麦克风的信号传输速度比光速快 3．某商场为提升购物体验，引入了5G室内导航系统，通过发射特定频率的电磁波实现对顾客位置的精准定位。已知该系统使用的电磁波频率高于4G网络。关于这些电磁波，下列说法正确的是（　　） A．相比4G网络的电磁波，5G室内导航使用的电磁波更容易发生衍射现象 B．这些电磁波能在真空中传播，且传播速度随频率增大而增大 C．5G室内导航使用的电磁波可以发生偏振现象 D．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在 【 4．如图所示，2024年9月22日中国科学院自主研制的水冷电磁体通入50540A的电流时，产生了42.02T的稳态磁场（即磁感应强度不随时间变化），打破了美国创造的41.4T的世界纪录，成为国际强磁场水冷磁体技术发展新的里程碑。下列说法正确的是（　　） A．1T＝1kg•A﹣2•s﹣2 B．电磁体产生的稳态磁场可能激发出电场 C．电磁体产生的稳态磁场一定是匀强磁场 D．无论是永磁体还是电磁体，磁场本质上都是由电流产生 5．目前，我国5G通信用户已突破10亿户，标志着5G技术的广泛应用。5G网络使用频率更高的电磁波，具有“高速率、低时延、大容量”等优点。若某区域磁场的磁感应强度B随时间t变化如图所示，则该区域内（　　） A．能产生电场，能产生电磁波 B．能产生电场，不能产生电磁波 C．不能产生电场，能产生电磁波 D．不能产生电场，不能产生电磁波 6．二氧化碳对波长较长的电磁辐射（如红外线）有较强的吸收作用，而对波长较短的电磁辐射（如可见光）的吸收作用较弱。阳光中多种波长的电磁辐射透过大气照到地球表面，使地面升温，而地面的热辐射是波长较长的电磁辐射，它不容易透过大气中的二氧化碳，于是大气温度上升。大气中二氧化碳的作用像暖房的玻璃一样：太阳的热辐射容易进来，地面的热辐射却不易出去。这种效应叫“温室效应”。二氧化碳是一种重要的“温室气体”。温室效应使得大气的温度不致太低，昼夜温差不致太大，各种生物能够繁衍生息。然而，近年来由于人类的活动，大气中的二氧化碳含量增加，温室效应加剧，这是全球变暖的重要原因。根据上述观点及你所掌握的其它信息，判断下列说法正确的是（　　） A．红外线具有明显的热效应是因为其频率大于可见光的频率 B．温室效应是指二氧化碳对可见光吸收较弱，大量的可见光照射到地面，导致地球温度升高 C．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量的二氧化碳，温室效应显著，当时地球的气温很高 D．由于现代工业大量燃烧煤炭、石油等燃料，燃烧过程放出大量热，导致地球温度升高，气候变暖。 7．电磁波在生活中有广泛应用。关于红外线与X射线，下列说法正确的是（　　） A．红外线的频率大于X射线的频率 B．红外线的波长大于X射线的波长 C．真空中红外线的传播速度小于X射线的传播速度 D．真空中红外线的传播速度大于X射线的传播速度 8．如图所示的四种变化电场，能发射电磁波的是（　　） A．B．C．D． 二．多选题（共5小题） 9．我国自行研制的北斗卫星导航系统，是用时间测距方法进行导航定位。时间测距是通过定位卫星与用户间发出信号和接受信号的时间差计算出用户与卫星间的距离，通常导航信号传输使用电磁波。下列关于电磁波的说法中，正确的是（　　） A．电磁波可以传递信息和能量，只能在介质中传播 B．无线电台利用LC电路形成振荡电流，从而发射电磁波 C．增大电容器的电容C，可以增大LC电路产生的电磁波频率 D．减小线圈的自感系数L，可以增大LC电路产生的电磁波频率 ）10．2025年4月，我国自主研发的歼﹣10C等战机亮相于埃及，参加中埃“文明之鹰﹣2025''空军联合训练，歼﹣10C战机装备的机载有源相控阵雷达（AESA）发射的电磁波频率为10GHz，（1GHz＝109Hz），属于微波，最大探测距离200km，光速c＝3×108m/s，则关于机载雷达发射的电磁波，下列说法正确的是（　　） A．该电磁波的传播速度小于光的传播速度 B．该电磁波的波长为0.03m C．该电磁波的波长比可见光长 D．该电磁波的频率比可见光高 11．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场可以产生电场，变化的电场可以产生磁场。当变化的磁场产生的电场的电场线如图所示时，磁场的变化情况可能是（　　） A．竖直向上的磁场在增强 B．竖直向上的磁场在减弱 C．竖直向下的磁场先减弱，后反向增强 D．竖直向下的磁场先增强，后反向减弱 12．“中国天眼”位于贵州的大山深处，它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．电磁波可以在真空中传播 B．电磁波传播过程中，电场和磁场是独立存在的，没有关联 C．红外线的波长比紫外线的长 D．洛伦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 13．（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 14．（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 三、简答题 15．回答以下关于微波炉的问题。 （1）微波是频率为的无线电波，微波炉的工作频率多选用915MHz或2450MHz，从同样使用微波的其他设备角度考虑，为什么微波炉要选用这样的频率？ （2）微波炉门上一般都安装有安全联锁开关，它能确保炉门打开时，微波炉不能工作，炉门关上时，微波炉才能工作，并且微波炉的玻璃门也要安装网状金属片，请分析这样设计的原因。 （3）为什么不能将金属器皿或镶有金银花边的碗碟放进微波炉中使用？ （4）为什么不能将盒装的牛奶放进微波炉加热？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 4. 电磁波的发现及应用 【新教材人教版】 【知识框架+知识精讲）+课后作业】 模块二 知识精讲 情景导入 知识归纳 【知识点1 电磁场】 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：变化的电场和磁场互相联系，所形成的不可分割的统一体 【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 【详解】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。 【变式1—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。 【变式1—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。 【变式1—3】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。 【知识点2 电磁波】 1．(1)麦克斯韦的伟大预言：周期性变化的电场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，这样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。 (2)电磁波可以在真空中传播，因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，不需要传播介质。 说明　电磁波传播虽然不需要介质，但它也可以在其他介质如光纤中传播，且速度都比在真空中的小。 (3)光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c＝3×108 m/s。 (4)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。 (5)电磁场中储存着能量，电磁波的发射过程就是辐射电磁能的过程。 2．波长、频率与波速之间的关系 (1)波速＝波长×频率，即c＝λf。 (2)频率由波源决定，与介质无关，而波长、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。 (3)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。 【例2】“天宫课堂”第二课在中国空间站开讲，航天员太空授课的画面（如图）通过电磁波传输到地面接收站。下列有关电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波是一种理想化的模型 B．电磁波是电场或者磁场的传播 C．可见光和无线电波都是电磁波 D．电磁波不能独立于场源而存在 【答案】C 【解答】解：A、电磁波是客观存在的，不是一种理想化模型，故A错误； BD、电磁波是由于电场和磁场相互激发而产生的，所以电磁波可以短暂脱离场源而独立存在，当电磁场能量耗尽之后，电磁波才会消失，故BD错误； C、电磁波是一个大家族，其频率范围极广，可见光和无线电波均属于电磁波家族的成员，只是二者的频率（或波长）不同，故C正确。 故选：C。 【变式2—1】在春晚舞台上很多演员使用了动圈式无线麦克风设备。这种麦克风能够将声音信号转换为电信号，然后通过无线传输的方式发送到音响设备中。关于动圈式无线麦克风的工作原理，下列说法正确的是（　　） A．动圈式麦克风是利用电磁感应原理将声音信号转换为电信号的 B．无线传输过程中，电信号是通过超声波进行传播的 C．音响设备将电信号转换为声音信号的过程中，利用了电流的热效应 D．无线麦克风的信号传输速度比光速快 【答案】A 【解答】解：A．动圈式麦克风的工作原理是：当声波使膜片振动时，连接在膜片上的线圈（位于磁场中）会随着膜片一起振动，线圈在磁场中做切割磁感线运动，从而根据电磁感应原理产生感应电流，这样就把声音信号转化成了电信号，故A正确； B．在无线传输过程中，电信号通常是通过电磁波进行传播的，而不是超声波，超声波是一种机械波，在介质中传播，不适合用于无线通信中远距离的电信号传输，故B错误； C．音响设备是利用通电导体在磁场中受到力的作用（即电动机的原理），将电信号转换为纸盆等发声部件的振动，进而产生声音信号，而不是利用电流的热效应，故C错误； D．无线麦克风传输信号利用的是电磁波，其信号传输速度等于光速，不存在比光速快的情况，故D错误。 【变式2—2】关于电磁波及其应用，下列说法中正确的是（　　） A．手机只能接收电磁波，不能发射电磁波 B．正在起飞和降落的飞机上允许使用手机 C．电磁波能被发射 D．塑料薄膜袋、金属薄膜袋、金属饼干盒等都能屏蔽电磁波 【答案】C 【解答】解：A．手机能接收电磁波，同时也可发射电磁波，故A错误； B．因为相近频率可能会引起通讯干扰问题，故正在起飞和降落的飞机上不允许使用手机，故B错误； C．由麦克斯韦电磁场理论可知，电磁波能被发射，故C正确； D．金属薄膜袋、金属饼干盒等都能屏蔽电磁波，但塑料薄膜袋不能，故D错误。 故选：C。 【变式2—3】（多选）随着科技的发展， 越来越多的手机用户选择使用蓝牙耳机， 手机与基站及耳机的通信如图所示。 若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波， 则以下说法正确的是（　　） A．甲、乙波的频率都比可见光的频率小 B．真空中， 甲波的传播速度比乙波的快 C．甲、乙波都是横波， 都能在真空中传播 D．甲波与乙波有可能发生干涉现象 【答案】AC 【详解】A．甲、乙波的波长比可见光大，根据 ，波长越大频率越小，所以甲、乙波的频率都比可见光的频率小，A正确； B．真空中， 甲波的传播速度等于乙波的传播速度，都等于3.0×108m/s，B错误； C．甲、乙波都是电磁波，电磁波都是横波， 都能在真空中传播，C正确； D．甲波与乙波的频率不相同，不能发生干涉现象，D错误。 故选AC。 【知识点3 电磁波谱　电磁波的能量　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起来，就是电磁波谱。 (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。 2．不同电磁波的特性和用途 种类 波长范围 特性 应用 无线电波 大于1 mm 波动能力强 通信、广播、射电望远镜 红外线 760～106 nm 热作用强 烘干、红外遥感、测温、夜视仪 可见光 400～760 nm 感光性强 照明、照相 紫外线 10～400 nm 化学作用、荧光作用 消毒、荧光效应、促使人体合成维生素D X射线 0.001～10 nm 较强的穿透能力 透视人体、检查金属零件的质量 γ射线 小于10－3 nm 穿透能力最强 医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷 3．电磁波的能量 (1)电磁波是物质存在的一种特殊形式 电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的。 (2)电磁波具有能量 从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播。 4．电磁波通信 (1)传播途径 电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。 有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息，如台式电脑、电话等。 无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等。 (2)传输特点 电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息。 【例3】我国研制的055新型防空驱逐舰采用“双波段（X波段和S波段）”雷达系统，雷达发射的X波段的电磁波频率为8GHz～12GHz，S波段的电磁波频率为2GHz～4GHz，下列说法正确的是（　　） A．在空气中X波段的传播速度大于S波段的传播速度 B．X波段能量子的能量比S波段能量子的能量大 C．S波段和X波段的频率都比紫外线的大 D．在空气中S波段的波长比X波段的短 【答案】B 【解答】解：A、根据题意可知，X波段和S波段均为电磁波，它们在空气中的传播速度相同，故A错误； B、根据题意可知，电磁波的能量与其频率成正比，X波段能量子的能量大于S波段能量子的能量，故B正确； C、由电磁波谱可知S波段和X波段属于微波段，频率都比紫外线的小，故C错误； D、由公式c＝fλ，由于S波段的频率较小，可知在空气中S波段的波长比X波段的更长，故D错误。 故选：B。 【典例4】我国外销明星战机歼﹣10CE，使用了有源相控阵雷达，我国有源相控阵雷达探测距离远，抗干扰能力强，能够实现先敌发现，先敌攻击。有源相控阵雷达的辐射器如图所示，每个辐射器都配装有一个发射、接收组件，每个组件都能自己产生、接收电磁波中的微波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波波长越长，其能量子越大 B．红外线的频率比紫外线的频率小 C．红外线的波长比可见光的波长短 D．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波 【答案】B 【解答】解：A、根据公式E＝hν以及c＝λν，可得。由此可知，电磁波波长越长，其能量子越小，故A错误； B、在电磁波谱中，红外线的频率范围低于紫外线的频率范围，所以红外线的频率比紫外线的频率小，故B正确； C、可见光中紫光波长最短，红光波长最长，而红外线的波长比红光更长，所以红外线的波长比可见光的波长长，故C错误； D、根据麦克斯韦的电磁场理论，只有周期性变化的电场和磁场才能在其周围产生电磁波，均匀变化的电场和磁场只能产生恒定的磁场和电场，不能产生电磁波，故D错误。 故选：B。 【变式3—1】以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实时通信 B．“探索一号”与“探索二号”的通信的信息载体属于纵波 C．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波 D．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体蓝绿光频率都比红光频率高 【答案】D 【解答】解：A.因为太空中没有介质，故机械波无法传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁通信来实现，故A错误； B.“探索一号”与“探索二号”的通信的靠无线通信，信息载体为电磁波，是横波，故B错误； C.由题意，“奋斗者”号与“探索一号”号通信是通过水声通信，由下向上，而声波在水中传播时属于纵波，故C错误； D.根据电磁波谱可知，“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体蓝绿光频率都比红光频率高，故D正确。 故选：D。 【变式3—2】有源相控阵雷达的辐射器如图所示，每个辐射器都配装有一个发射/接收组件，每个组件都能自己产生、接收微波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．X射线的波长比微波的波长更长 B．遥控器是利用红外线工作的 C．电磁波中，红外线的热效应最显著 D．红外线的频率比紫外线的频率大 【答案】BC 【解答】解：A.微波的波长比X射线的波长长，故A错误； B.遥控器都是利用红外线工作的，故B正确； C.电磁波中，红外线的热效应更加显著，故C正确； D.红外线的频率比紫外线的频率小，故D错误。 故选：BC。。 【变式3—3】在抗击新冠肺炎疫情的战役中，为了发现高危人群中的疑似病人，通常利用红外线测量人体的温度。关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　） A．红外线、X射线、射线中红外线的波长最短 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．微波主要用于广播及其他信号的传播 D．X射线片可以用于诊断病情，射线可以摧毁病变的细胞 【答案】CD 【详解】A．红外线、X射线、射线中红外线的频率最小，波长最长，选项A错误； B．银行的验钞机发出的光是紫外线，家用电器的遥控器发出的是红外线，选项B错误； C．微波不但能加热物体，而且能传播信息，故可以用于通信、广播及其他信号传输，故C正确； D．X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，γ射线，有极强的穿透能力和很高的能量，可以摧毁病变的细胞，故D正确。 模块三 课后作业 1．下列利用电磁波工作的是（　　） A．手机通话 B．电熨斗 C．电热水壶烧水 D．电饭锅加热食物 【答案】A 【解答】解：A、手机通话通过电磁波传输信息，属于电磁波的应用，故A正确； B、电熨斗是利用电流的热效应工作的。故B错误； C、电热水壶烧水通过电流热效应，与电磁波无关，故C错误； D、电饭锅加热食物同样基于电流热效应，未涉及电磁波，故D错误。 故选：A。 2．在春晚舞台上很多演员使用了动圈式无线麦克风设备。这种麦克风能够将声音信号转换为电信号，然后通过无线传输的方式发送到音响设备中。关于动圈式无线麦克风的工作原理，下列说法正确的是（　　） A．动圈式麦克风是利用电磁感应原理将声音信号转换为电信号的 B．无线传输过程中，电信号是通过超声波进行传播的 C．音响设备将电信号转换为声音信号的过程中，利用了电流的热效应 D．无线麦克风的信号传输速度比光速快 【答案】A 【解答】解：A．动圈式麦克风的工作原理是：当声波使膜片振动时，连接在膜片上的线圈（位于磁场中）会随着膜片一起振动，线圈在磁场中做切割磁感线运动，从而根据电磁感应原理产生感应电流，这样就把声音信号转化成了电信号，故A正确； B．在无线传输过程中，电信号通常是通过电磁波进行传播的，而不是超声波，超声波是一种机械波，在介质中传播，不适合用于无线通信中远距离的电信号传输，故B错误； C．音响设备是利用通电导体在磁场中受到力的作用（即电动机的原理），将电信号转换为纸盆等发声部件的振动，进而产生声音信号，而不是利用电流的热效应，故C错误； D．无线麦克风传输信号利用的是电磁波，其信号传输速度等于光速，不存在比光速快的情况，故D错误。 故选：A。 3．某商场为提升购物体验，引入了5G室内导航系统，通过发射特定频率的电磁波实现对顾客位置的精准定位。已知该系统使用的电磁波频率高于4G网络。关于这些电磁波，下列说法正确的是（　　） A．相比4G网络的电磁波，5G室内导航使用的电磁波更容易发生衍射现象 B．这些电磁波能在真空中传播，且传播速度随频率增大而增大 C．5G室内导航使用的电磁波可以发生偏振现象 D．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在 【答案】C 【解答】解：A．相比4G网络的电磁波，5G室内导航使用的电磁波频率更高，根据可知5G电磁波波长更短；由于波长越长越容易发生衍射现象，所以5G室内导航使用的电磁波更不容易发生衍射现象，故A错误； B．所有电磁波在真空中的传播速度均为光速c＝3×108m/s，与频率无关，故B错误。 C．偏振是横波的特性，电磁波是横波，因此无论频率高低均可发生偏振现象，故C正确。 D．麦克斯韦通过理论预言了电磁波的存在，但实验证实由赫兹完成，故D错误。 故选：C。 4．如图所示，2024年9月22日中国科学院自主研制的水冷电磁体通入50540A的电流时，产生了42.02T的稳态磁场（即磁感应强度不随时间变化），打破了美国创造的41.4T的世界纪录，成为国际强磁场水冷磁体技术发展新的里程碑。下列说法正确的是（　　） A．1T＝1kg•A﹣2•s﹣2 B．电磁体产生的稳态磁场可能激发出电场 C．电磁体产生的稳态磁场一定是匀强磁场 D．无论是永磁体还是电磁体，磁场本质上都是由电流产生 【答案】D 【解答】解：A．根据磁感应强度的定义式 可得 故A错误； B．根据麦克斯韦电磁场理论可知该稳态磁场不可能激发出电场，故B错误； C．磁感应强度不随时间变化的磁场为稳态磁场，如果磁感应强度在空间各处完全相同，就是匀强磁场，如果不满足这个条件，则不是匀强磁场，故C错误； D．根据安培的分子电流假说可知，无论是永磁体还是电磁体，磁场本质上都是由电流产生，故D正确。 故选：D。 5．目前，我国5G通信用户已突破10亿户，标志着5G技术的广泛应用。5G网络使用频率更高的电磁波，具有“高速率、低时延、大容量”等优点。若某区域磁场的磁感应强度B随时间t变化如图所示，则该区域内（　　） A．能产生电场，能产生电磁波 B．能产生电场，不能产生电磁波 C．不能产生电场，能产生电磁波 D．不能产生电场，不能产生电磁波 【答案】B 【解答】解：根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场；恒定的电场不能产生磁场；最终不能产生电磁波，故B正确，ACD错误。 故选：B。 6．二氧化碳对波长较长的电磁辐射（如红外线）有较强的吸收作用，而对波长较短的电磁辐射（如可见光）的吸收作用较弱。阳光中多种波长的电磁辐射透过大气照到地球表面，使地面升温，而地面的热辐射是波长较长的电磁辐射，它不容易透过大气中的二氧化碳，于是大气温度上升。大气中二氧化碳的作用像暖房的玻璃一样：太阳的热辐射容易进来，地面的热辐射却不易出去。这种效应叫“温室效应”。二氧化碳是一种重要的“温室气体”。温室效应使得大气的温度不致太低，昼夜温差不致太大，各种生物能够繁衍生息。然而，近年来由于人类的活动，大气中的二氧化碳含量增加，温室效应加剧，这是全球变暖的重要原因。根据上述观点及你所掌握的其它信息，判断下列说法正确的是（　　） A．红外线具有明显的热效应是因为其频率大于可见光的频率 B．温室效应是指二氧化碳对可见光吸收较弱，大量的可见光照射到地面，导致地球温度升高 C．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量的二氧化碳，温室效应显著，当时地球的气温很高 D．由于现代工业大量燃烧煤炭、石油等燃料，燃烧过程放出大量热，导致地球温度升高，气候变暖。 【答案】C 【解答】解：A、红外线的频率小于可见光的频率，根据光子能量公式E＝hν可知，频率越低，光子能量越小。红外线具有明显的热效应显著是因物体辐射和吸收的主要是红外线，而非频率高低，故A错误； B、温室效应的核心是地面发出的红外辐射被CO2阻挡，而非可见光直接导致升温。可见光加热地面后，热量以红外形式被滞留，故B错误； C、在地球形成的早期，地球上火山活动释放大量CO2，增强了温室效应，减少热量散失，维持较高气温，符合科学事实，故C正确； D、燃烧放热对全球升温贡献极小，地球温度升高，气候变暖主因是CO2增加，加剧温室效应，而非燃烧直接产热，故D错误。 故选：C。 7．电磁波在生活中有广泛应用。关于红外线与X射线，下列说法正确的是（　　） A．红外线的频率大于X射线的频率 B．红外线的波长大于X射线的波长 C．真空中红外线的传播速度小于X射线的传播速度 D．真空中红外线的传播速度大于X射线的传播速度 【答案】B 【解答】解：AB．红外线的频率小于X射线的频率，根据c＝λν可知红外线的波长大于X射线的波长，电磁波频率越小则波长越长，故A错误，B正确； CD．不管是红外线还是X射线，都属于电磁波，而电磁波在真空中的传播速度等于光速，故CD错误。 故选：B。 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。 二．多选题（共5小题） 9．我国自行研制的北斗卫星导航系统，是用时间测距方法进行导航定位。时间测距是通过定位卫星与用户间发出信号和接受信号的时间差计算出用户与卫星间的距离，通常导航信号传输使用电磁波。下列关于电磁波的说法中，正确的是（　　） A．电磁波可以传递信息和能量，只能在介质中传播 B．无线电台利用LC电路形成振荡电流，从而发射电磁波 C．增大电容器的电容C，可以增大LC电路产生的电磁波频率 D．减小线圈的自感系数L，可以增大LC电路产生的电磁波频率 【答案】BD 【解答】解：A．电磁波可以传递信息和能量，既能够在介质中传播，也能够在真空中传播，故A错误； B．无线电台利用LC电路形成振荡电流，根据麦克斯韦电磁理论可知，LC振荡电路能够形成电磁波，从而发射电磁波，故B正确； CD．根据 可知，增大电容器的电容C，可以减小LC电路产生的电磁波频率，减小线圈的自感系数L，可以增大LC电路产生的电磁波频率，故C错误，D正确。 故选：BD。 ）10．2025年4月，我国自主研发的歼﹣10C等战机亮相于埃及，参加中埃“文明之鹰﹣2025''空军联合训练，歼﹣10C战机装备的机载有源相控阵雷达（AESA）发射的电磁波频率为10GHz，（1GHz＝109Hz），属于微波，最大探测距离200km，光速c＝3×108m/s，则关于机载雷达发射的电磁波，下列说法正确的是（　　） A．该电磁波的传播速度小于光的传播速度 B．该电磁波的波长为0.03m C．该电磁波的波长比可见光长 D．该电磁波的频率比可见光高 【答案】BC 【解答】解：A、该电磁波的传播速度等于光的传播速度，故A错误； B、该电磁波的波长为，故B正确； CD、微波的波长大于可见光的波长，根据c＝λf可知，该电磁波的频率小于可见光的频率，故C正确，D错误。 故选：BC。 11．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场可以产生电场，变化的电场可以产生磁场。当变化的磁场产生的电场的电场线如图所示时，磁场的变化情况可能是（　　） A．竖直向上的磁场在增强 B．竖直向上的磁场在减弱 C．竖直向下的磁场先减弱，后反向增强 D．竖直向下的磁场先增强，后反向减弱 【答案】AC 【解答】解：AB．若竖直向上的磁场增强，根据楞次定律，可知感应电流的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下，根据安培定则，可知感应电场的方向与图中E的方向相同，故A正确，B错误； CD．若竖直向下的磁场减弱时，根据楞次定律，感应电流的磁场阻碍原磁场的减弱而方向向下，根据安培定则，可知感应电流方向如图中E的方向所示，当磁场反向增强时，根据楞次定律，可知感应电流的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下，根据安培定则，可知感应电流方向如图中E的方向所示，故C正确，D错误。 故选：AC。 12．“中国天眼”位于贵州的大山深处，它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．电磁波可以在真空中传播 B．电磁波传播过程中，电场和磁场是独立存在的，没有关联 C．红外线的波长比紫外线的长 D．洛伦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 【答案】AC 【解答】解：A、电磁波可以在介质与真空中传播，故A正确； B、电磁波传播过程中，周期性变化的电场激发出周期性变化的磁场，空间将产生电磁波，故B错误； C、红外线为非可见光，频率比红光低；紫外线也是非可见光，但频率比紫光高，因此红外线的频率低于紫外线的频率，故红外线的波长比紫外线长，故C正确； D、赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论，故D错误。 故选：AC。 13．（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。 14．（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。 三、简答题 15．回答以下关于微波炉的问题。 （1）微波是频率为的无线电波，微波炉的工作频率多选用915MHz或2450MHz，从同样使用微波的其他设备角度考虑，为什么微波炉要选用这样的频率？ （2）微波炉门上一般都安装有安全联锁开关，它能确保炉门打开时，微波炉不能工作，炉门关上时，微波炉才能工作，并且微波炉的玻璃门也要安装网状金属片，请分析这样设计的原因。 （3）为什么不能将金属器皿或镶有金银花边的碗碟放进微波炉中使用？ （4）为什么不能将盒装的牛奶放进微波炉加热？ 【答案】（1）使用微波是因为微波能周围的物体发热，雷达和其它通信系统使用的是微波这种无线电波，微波炉使用915MHz或2450MHz这两种频率的微波主要是为了不干扰雷达和其它通信系统。 （2）电磁波具有能量，对人体有伤害，微波炉门上要安装“安全联锁开关”，它能确保炉门打开时，微波炉不能工作，炉门关上时，微波炉才能工作，并且微波炉的玻璃门也要安装网状金属片，目的防止电磁波从炉门处泄漏，对人体或其它物体造成伤害。 （3）微波炉是利用电磁波来加热食物的。微波炉中不能使用金属容器，因为微波能在金属中产生大量的热量，会损坏微波炉和器皿。 （4）对于盒装牛奶，盒子的内壁有铝箔，由于金属能屏蔽电磁波，所以电磁波无法达到盒内的牛奶中。 【详解】（1）使用微波是因为微波能周围的物体发热，雷达和其它通信系统使用的是微波这种无线电波，微波炉使用915MHz或2450MHz这两种频率的微波主要是为了不干扰雷达和其它通信系统。 （2）电磁波具有能量，对人体有伤害，微波炉门上要安装“安全联锁开关”，它能确保炉门打开时，微波炉不能工作，炉门关上时，微波炉才能工作，并且微波炉的玻璃门也要安装网状金属片，目的防止电磁波从炉门处泄漏，对人体或其它物体造成伤害。 （3）微波炉是利用电磁波来加热食物的。微波炉中不能使用金属容器，因为微波能在金属中产生大量的热量，会损坏微波炉和器皿。 （4）对于盒装牛奶，盒子的内壁有铝箔，由于金属能屏蔽电磁波，所以电磁波无法达到盒内的牛奶中。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $