第十三章 4 电磁波的发现及应用（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理必修第三册学习笔记（人教版 浙江专版）

本高中物理讲义围绕电磁波的发现及应用，系统梳理麦克斯韦电磁场理论（变化的电场与磁场相互激发），电磁波的形成、传播特点（波长、频率、波速关系），电磁波谱分类及各波段应用，电磁波能量与通信原理，构建递进式学习支架。 该资料通过对比表格（如电磁场理论中不同变化电场/磁场产生的场）帮助学生建立物理观念，结合例题（如5G电磁波频率与波长计算）和判断题培养科学思维，课时对点练联系实际应用（如红外遥感、CT技术）提升科学探究能力。课中辅助教师高效授课，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

4　电磁波的发现及应用 [学习目标]　1.了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念。2.知道电磁波的特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系(重点)。3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量(重点)。 一、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)(2024·宁波市高二期中)对麦克斯韦电磁理论理解正确的是(　　) A．稳定的磁场不产生电场 B．稳定的电场产生稳定的磁场 C．均匀变化的磁场产生均匀变化的电场 D．周期性变化的电场产生周期性变化的磁场 答案　AD 解析　均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，稳定的电场不会产生磁场，稳定的磁场也不会产生电场，故A正确，B、C错误； 周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，故D正确。 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 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 二、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，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。 (1)变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场。(　×　) (2)麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在。(　√　) (3)电磁波依赖于介质才能传播。(　×　) 例2　(2023·宁波市高二期中)我国电视和调频广播的频率范围是：48.5～960 MHz，属于超短波与分米波频段，部分波段是微波，那么它的最长波长是多少(　　) A．约0.31米 B．约6.19米 C．6.19×106米 D．2.88×1017米 答案　B 解析　根据λ＝可知最长波长为λmax＝ m≈6.19 m，故选B。 三、电磁波谱 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 (1)过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康。(　×　) (2)电磁波频率最大的是γ射线，医学上常用它进行人体透视检查。(　×　) (3)紫外线和X射线都可以使感光底片感光。(　√　) 例3　(多选)(2024·浙江强基联盟高二检测)对下列现象解释正确的是(　　) A．图甲中某手机的卫星通信功能可以利用微波进行传输信号 B．图乙是利用紫外线杀菌、消毒 C．图丙中医院放射科给病人做CT是利用γ射线照射人体进行透视 D．图丁中可见光中红光的波长比紫光要长 答案　ABD 解析　微波可以用于卫星通信、电视等的信号传输，故该手机的卫星通信功能可以利用微波进行传输信号，故A正确；紫外线具有杀菌、消毒作用，故B正确；X射线具有较强的穿透能力，可以对人体进行透视，故C错误；可见光中红光的波长比紫光要长，故D正确。 针对训练　红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。如图所示为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况。由图可知，在该波段红外遥感卫星大致能够接收到的波长范围为(　　) A．2.5～3.5 μm B．4～4.5 μm C．5～7 μm D．8～13 μm 答案　D 解析　由题图可知8～13 μm波段的电磁波，水和二氧化碳几乎均不吸收，故选D。 四、电磁波的能量　电磁波通信 1．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。 2．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4　5G是“第五代移动通信技术”的简称，目前世界各国正大力发展5G网络，5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G及以下网络(通信频率在0.3～3.0 GHz的特高频段)拥有更大的带宽和更快的传输速率。5G网络的传输速率(指单位时间传输的数据量大小)可达10 Gbps，是4G网络的50～100倍。关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是(　　) A．在真空中的传播速度更快 B．在真空中的波长更长 C．在真空中的波长与4G网络使用的无线电波相同 D．频率更高，相同时间传递的信息量更大 答案　D 解析　无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，其速度与频率没有关系，A错误；由c＝λf，知频率变大，波长变短，B、C错误；无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越大，D正确。 课时对点练　 [分值：60分] [1～9题，每题5分] 考点一　麦克斯韦电磁场理论 1．关于电磁场理论，下列说法中正确的是(　　) A．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场 B．非均匀变化的电场产生的磁场一定是均匀变化的 C．均匀变化的磁场一定产生变化的电场 D．均匀变化的电场一定产生稳定的磁场 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，均匀变化的电场产生稳定的磁场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，故D正确。 2．(多选)某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示，能产生磁场的电场是(　　 ) 答案　ABC 解析　根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场产生磁场，选项A、B、C正确。 考点二　电磁波及电磁波谱 3．(多选)(2024·温州市高二期中)关于电磁波，下列说法正确的是(　　) A．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在 B．周期性变化的电场和磁场可以相互“激发”，形成电磁波 C．在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大 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　AB 解析　麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波存在，故A正确；根据麦克斯韦的电磁场理论可知，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，故B正确；在真空中，所有电磁波传播速度相同为光速，故C错误；电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可以实现无线传输，故D错误。 4．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。 5．(2024·绍兴市高二期中)关于电磁波，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．同一电磁波传播时，频率一定不变 C．电磁波依赖于介质才能传播 D．各种频率的电磁波在真空中以不同的速度来传播 答案　B 解析　均匀变化的电场会在周围空间产生恒定的磁场，选项A错误；频率由波源决定，同一电磁波传播时，频率一定不变，选项B正确；电磁波可以在真空中传播，选项C错误；各种频率的电磁波在真空中传播的速度相同，等于光速，选项D错误。 6．(2024·台州市高二期中)电磁波是一种由电场和磁场共同构成的特殊波动现象，是空间中传播的有序能量转移。因为它们的存在，我们才能建立电子通信技术和现代高科技的一切。下列情景中关于电磁波特性和应用的描述，正确的是(　　) A．甲图中手机通话在真空中也能实现 B．乙图中“CT”利用紫外线的穿透本领来检查多种疾病 C．丙图中天文学家利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究 D．丁图中遥控器发出的红外线有很高的穿透本领 答案　C 解析　手机通话过程是声波转换成电磁波传播出去，电磁波再转换成声波进入人耳，声波在真空中无法传播，所以手机通话在真空中无法实现，A错误；“CT”是利用X射线的穿透本领来进行身体检查的，B错误；天体能不断向外辐射电磁波，所以天文学家能够利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究，C正确；遥控器发出的红外线波长较长，穿透本领较弱，D错误。 7．(多选)下列能说明电磁波具有能量的是(　　) A．可见光射入人的眼睛，人看到物体 B．放在红外线区域的温度计升温很慢 C．电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流 D．γ射线的穿透能力强，可用于探测金属部件内部的缺陷 答案　ACD 解析　人眼看到物体，说明人眼感受到了可见光的能量，A项正确；红外线具有热效应，会使放在该区域的温度计升温很快，说明红外线具有能量，B错误；电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流，电流的能量来源于电磁波，C项正确；γ射线的穿透能力强，说明γ射线具有很高的能量，D项正确。 8．下列说法正确的是(　　) A．雷达是用X光来测定物体位置的设备 B．医学检查中的拍片实际上是让患者接受一定剂量的γ射线照射 C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光 D．变化的电场可以产生磁场 答案　D 解析　雷达是用微波测定物体位置的设备，故A错误；拍片实际上是让患者接受一定剂量的X射线照射，故B错误；使钞票上的荧光物质发出可见光的是紫外线，故C错误；根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场可以产生磁场，故D正确。 9．有四种磁场，其磁感应强度B随时间t变化的图像如图所示。下列说法正确的是(　　) A．这四种磁场都能产生电场 B．除了图甲中的磁场，其他三种磁场都可以产生电场 C．只有图丙中的磁场可以产生电磁波 D．除了图甲中的磁场，其他三种磁场都可以产生电磁波 答案　B 解析　根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，故题图乙、丙、丁中的磁场都可以产生电场，A错误，B正确；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，故题图丙、丁中的磁场可以产生电磁波，C、D错误。 [10题6分] 10．(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内。下列关于雷达和电磁波的说法正确的是(　　) A．真空中上述雷达发射的电磁波的传播速度为3×108 m/s B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的 C．测出从发射电磁波到接收到反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离 D．雷达使用的是无线电波的微波波段 答案　ACD 解析　真空中电磁波的传播速度为3×108 m/s，A正确；电磁波是由周期性变化的电场和磁场产生的，B错误；由雷达的工作原理可知，C正确；雷达使用的是无线电波的微波波段，D正确。 11．(9分)频率为5×1014 Hz的红光，从10 m外的交通信号灯直接传到你的眼睛，大约需要多长时间？在这个距离中有多少个波长？(已知c＝3×108 m/s) 答案　3.3×10－8 s　1.7×107个 解析　传到眼睛需要的时间是 t＝＝ s≈3.3×10－8 s 由c＝λf得 该红光的波长λ＝＝ m＝6×10－7 m 在这个距离中的波长数为n＝＝≈1.7×107个。 学科网（北京）股份有限公司 $