3.4 电磁波的发现及其应用(Word学生用书)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理必修第三册（教科版)

该高中物理导学案围绕电磁波的发现及其应用展开，引导学生了解麦克斯韦电磁场理论、赫兹实验验证电磁波存在，掌握电磁波在真空中的传播特性及电磁波谱组成与应用。通过战场要素连接、赫兹实验现象判断等情境问题导入，衔接电磁学基础，以填空、探究问题、典例分析为学习支架，构建知识脉络。 资料突出科学思维培养，引导学生分析麦克斯韦理论推广与赫兹实验原理，结合捕捉电磁波的科学探究活动，增强对电磁波存在的直观认知。同时融入科学态度与责任教育，探讨电磁波技术应用与电磁辐射问题，习题设计联系FAST望远镜、航天通信等实际案例，助力学生形成物理观念，提升综合素养。

4.电磁波的发现及其应用 物理观念：1.了解麦克斯韦的电磁场理论，知道电磁波的形成以及赫兹证明了电磁波的存在。2.知道电磁波在真空中传播的速度与波长、频率的关系。3.了解电磁波谱的组成和各波段电磁波的特点及应用。 科学思维：学习麦克斯韦如何基于法拉第定律进行理论推广；能分析赫兹实验的原理和意义；理解电磁波作为物质形态的特性。 科学探究：通过探究捕捉电磁波的活动，让学生真实感受到电磁波的存在。 科学态度与责任：认识电磁波技术（如通信、医疗）对社会发展的推动作用和带来的潜在问题（如电磁辐射），增强社会责任与伦理观念。 知识点一　电磁场　电磁波 1.电磁场 （1）麦克斯韦电磁理论的两个基本观点： ①　　　磁场能够在　　　　　　　　。 ②　　　电场能够在　　　　　　　　。 （2）电磁场：变化的　　　　和变化的磁场　　　　　　，形成不可分割的统一体，称为电磁场。 2.电磁波 （1）变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场由　　　　　　　　　　，这种变化的电磁场在空间的　　　称为电磁波。 （2）做　　　　的电荷都会在空间产生电磁波。 （3）麦克斯韦在1865年从　　　　　预见了　　　　的存在，并计算出其传播速度等于　　，因此他认为是　　　的一种形态。 （4）1888年，德国物理学家　　　第一次用实验证实了　　　　的存在。 知识点二　电磁波谱及电磁波的应用 1.电磁波谱 （1）电磁波的波长（λ）、频率（f）、电磁波在真空中的速度c的关系：c=　　　。 （2）在真空中，电磁波的速度c=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （3）电磁波谱：按　　　（或频率）的顺序把所有电磁波排列起来，称之为电磁波谱。 （4）电磁波谱的排列：按波长由长到短依次为：无线电波、　　　　、可见光、　　　　、X射线、γ射线。 2.电磁波的应用 电磁波的应用，主要包括两个方面：一是利用电磁波　　　　　　　，二是利用电磁波的　　　　。 （1）利用电磁波传递　　　 ①电磁波可以进行有线传输，也可以实现　　　　　。 ②电磁波在信息传播层面的应用极大地丰富了人们的生活，拉近了人与人之间的距离，改变了人们的生活方式，让电子商务，远程控制等新事物成为现实。 （2）利用电磁波的能量 ①电磁波不仅仅是　　　　　　的载体，也是　　　　　　的方式。 ②利用微波炉可以加热食物。 ③电磁波的能量用于军事。 1.如图所示，战争中，天上有卫星，空中有战机，地上有战车，海里有战舰。你知道是什么把这些战场要素连成一个有机的整体的吗？ 2.赫兹的实验：如图所示。 实验现象：当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环的两个金属小球间也跳过电火花。 （1）赫兹实验证明了电磁波的存在。（　　） （2）电磁波不需要介质可在真空中传播。（　　） （3）电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s。（　　） （4）麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。（　　） （5）电磁波是带有能量的，在介质中传播时能把部分能量传递给介质。（　　） 要点一　麦克斯韦电磁场理论 （1）观察上面两幅图，变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗？ （2）变化的磁场一定能产生电磁波吗？为什么？ 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 周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 2.电场、磁场的变化关系可用下面的框图表示 〔多选〕下列说法正确的是（　　） 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．恒定电流能够在周围空间产生恒定的磁场 C．恒定电场能够在周围空间产生恒定的磁场 D．均匀变化的电场能够在周围空间产生恒定的磁场 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.关于电磁场理论，下列说法正确的是（　　） A．在电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场 B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场 C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场 2.（2026•四川南充12月月考）如图所示是空间磁感应强度B随时间t的变化图像，在它周围空间产生的电场中的某一点场强E应（　　） A．逐渐增强　 B．逐渐减弱 C．不变　 D．无法确定 要点二　电磁波 空间存在如图所示的电场，那么在空间能不能产生磁场？在空间能不能形成电磁波？ 1.电磁波的特点 （1）只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。 （2）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。 （3）电磁波可以在真空中传播，且任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的传播速度，即c=3×108 m/s。 （4）电磁波传播虽然不需要介质，但它可以在其他介质如光纤中传播，且速度都比在真空中的小。 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。 波长为0.6 μm的红光，从10 m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？它的频率是多少？ 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.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、磁感应强度均垂直 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 2.（2026•四川广元期末）英国物理学家麦克斯韦总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，得出诸多关于电磁场和电磁波的科学结论。下列关于电磁场和电磁波的说法中正确的是（　　） A．变化的电场所在空间一定会产生变化的磁场 B．电磁波和机械波一样，它们的传播需要介质 C．电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式c=λf D．红外线、可见光、紫外线、超声波都是电磁波 要点三　电磁波谱 “光子刀”具有附带损伤小，术后恢复快等特点，被广泛应用于各种恶性肿瘤的治疗中。那么，你知道这种“光子刀”工作在什么波段？该波段有什么特点吗？ 1.各种频率不同的电磁波既有共性，又有个性 （1）共性：本质上都是电磁波，它们的行为遵循相同的规律。 （2）个性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性。 2.电磁波谱及其应用：按电磁波的波长或频率大小的顺序把他们排列成谱。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线（X射线）、γ射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱，但相邻波谱之间并没有严格的界限。 波谱 特性 应用 无线电波 波动性强 通讯广播、导航等 红外线 热作用 加热理疗 可见光 感光性强 照明、照相 紫外线 荧光效应 杀菌消毒、医疗等 X射线 穿透能力较强 工业探伤、医学透视 γ射线 穿透能力最强 工业探伤、医学治疗 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 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.〔多选〕关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　） A．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒 B．工业上利用γ射线检查金属部件内有无砂眼或裂缝 C．刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高 D．卫星用红外遥感技术拍摄云图照片，因为红外线穿透能力较强 2.近年来军事行动中，士兵都使用“红外夜视仪”，在夜间也能清楚地看清目标，主要是因为（　　） A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体 B．一切物体均在不停地辐射红外线 C．一切高温物体均在不停地辐射红外线 D．“红外夜视仪”发射出X射线，被射物体受到激发而发出红外线 要点回眸 1.〔多选〕（2026•四川广元期中）如图所示是我国500 m口径球面射电望远镜（FAST），它可以通过接收来自宇宙深处的电磁波探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．频率越高的电磁波，波长越长 B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s C．赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论 D．不均匀变化的电场激发变化的磁场，空间将产生电磁波 2.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 3.〔多选〕（2026•四川绵阳阶段练习）下列有关电与磁的四幅情境图像，说法正确的是（　　） A．对甲：当线圈绕OO′轴匀速转动时，会产生感应电流 B．对乙：当导线中通有从左向右的电流时，小磁针的N极向里偏转 C．对丙：周期性变化的电场和周期性变化的磁场互相激发、交替产生，形成电磁波 D．对丁：电磁波谱中，红外线就是红光，紫外线就是紫光，均属于可见光 4.（2026•四川广安12月段考）2024年10月30日，神舟十九号与十八号太空会师，中国航天全家福照片通过电磁波向地面传输这历史性的一刻。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．雷达工作使用的微波 B．电磁波的传播需要介质 C．空调遥控器通过释放紫外线来控制空调 D．波长最短的γ射线在真空中传播速度最快 完成课后作业　第三章　4. 答案 4.电磁波的发现及其应用 【基础知识落实】 知识点一 1.（1）①变化的　周围空间产生电场　②变化的　周围空间产生磁场　（2）电场　交替产生 2.（1）近及远的传播　传播　（2）变速运动　（3）理论上 电磁波　光速　光　电磁波　（4）赫兹　电磁波 知识点二 1.（1）λf　（2）3.0×108 m/s　（3）波长　（4）红外线　紫外线 2.传递信息　能量　（1）信息　①无线传输　（2）①信息传播　能量传输 情境思辨 1.提示：是电磁波。战场各个要素通过电磁波互通有无，传递信息，构成一个有机的战场系统。 2.（1）√　（2）√　（3）√　（4）×　（5）√ 【核心要点突破】 要点一　 知识精研 【探究】　提示：（1）变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的。 （2）不一定，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场，如果变化的磁场能产生变化的电场，变化的电场又能产生变化的磁场，才能在周围空间产生电磁波。 【典例 1】　ABD　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；电场按其是否随时间变化分为恒定电场和变化的电场（如运动电荷形成的电场），恒定电场不产生磁场，只有变化的电场周围空间才存在对应磁场，故C错误，D正确；恒定电流周围存在恒定磁场，B正确。 素养训练 1.D　根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场，A、B、C错误，D正确。 2.C　由题图可知，磁场均匀增强，根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场产生恒定的电场，故场强E不变，选项C正确，A、B、D错误。 要点二　 知识精研 【探究】　提示：如题图所示的电场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知会在空间激发出磁场，但磁场恒定，不会激发出新的电场，故不会产生电磁波。 【典例 2】　3.33×10－8 s　5×1014 Hz 解析：由速度公式v=可求得时间，可根据电磁波波长、频率和波速关系式c=λf可得频率， 其中t== s≈3.33×10－8 s 由c=λf，得f== Hz=5×1014 Hz。 素养训练 1.D　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；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；电磁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；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。 2.C　变化的电场所在空间一定会产生磁场，不一定产生变化的磁场，因为均匀变化的电场所在空间会产生稳定的磁场，故A错误；电磁波的产生原理是变化磁场产生电场，变化的电场产生磁场，它的传播不需要传播介质，故B错误；电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式c=λf，故C正确；红外线、可见光、紫外线都是电磁波，超声波是机械波，不是电磁波，故D错误。 要点三　 知识精研 【探究】　提示：这种“光子刀”工作在γ射线波段；该波段频率高，能量大，穿透能力强，被广泛应用于工业金属探伤、医学肿瘤治疗等领域。 【典例 3】　C　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、微波、无线电波，故C正确，A、B、D错误。 素养训练 1.BC　医院里用紫外线杀菌消毒，A错误；卫星用红外遥感技术拍摄云图照片是利用了一切温度不同的物体都有频率不同的红外辐射的特点，再说红外线穿透能力并不强，故D错误，B、C正确。 2.B　一切物体均在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出的红外线不同，采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响，即可确认出目标，从而采取有效的行动。“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体，与结论不相符，选项A错误；一切物体均在不停地辐射红外线，与结论相符，选项B正确；一切高温物体均在不停地辐射红外线，与结论不相符，选项C错误； “红外夜视仪”发射出X射线，被射物体受到激发而发出红外线，与结论不相符，选项D错误。 【教学效果检测】 1.CD　根据电磁波的波速公式c=λf可知，频率越高的电磁波，波长越短，故A错误；电磁波只有在真空中传播速度才是3×108 m/s，故B错误；赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，故C正确；根据麦克斯韦的电磁场理论可知，不均匀变化的电场激发变化的磁场，空间会产生电磁波，故D正确。 2.C　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，C正确。 3.BC　甲图中，无论是匀速转动还是非匀速转动时，穿过线圈的磁通量一直为0，不会产生感应电流，故A错误；乙图中，当导线中通有从左向右的电流时，根据安培定则可知，导线下方的磁场垂直纸面向里，则小磁针的N极向里偏转，S极向外偏转，故B正确；丙图中，周期性变化的电场和周期性变化的磁场互相激发、交替产生，就产生电磁波，故C正确；丁图中，电磁波谱中，紫光与红光属于可见光，红外线、紫外线与红光和紫光不同，不属于可见光，故D错误。 4.A　雷达工作使用的是微波，故A正确；电磁波的传播不需要介质，电磁波在真空中可以传播，故B错误；空调遥控器通过释放红外线来控制空调，故C错误；所有电磁波在真空中传播速度相等，均为光速c，故D错误。 7 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $