电磁波的发现及应用 专题复习课件 -2027届高考物理一轮复习

第十三章 电磁感应与电磁波初步 4 电磁波的发现及应用 1 知识点1 电磁场 重点 1.变化的磁场产生电场 （1）现象：在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路里就会产生感应电流，电流计指针偏转，如图甲所示. 甲 乙 （2）分析：麦克斯韦认为，既然电路中有电流，那么一定是变化的磁场在空间产生了电场，电路中的自由 电荷在电场的作用下做定向运动，产生了感应电流，如图乙所示. 理解1 注意1 知识梳理 2 1如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？ 线圈中有电场，无电流. 1（1）变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关. （2）在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的，源于变化的磁场；而静电场中的电场线是不闭合的，源 于电荷，由正电荷或无穷远处起到无穷远处或负电荷止. 求甚解 对变化的磁场产生电场的理解 3 （1）恒定的磁场不产生电场. （2）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场. （3）不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场. （4）周期性变化的磁场产生同频率变化的电场. 图解1 1 4 2.变化的电场产生磁场 （1）现象及分析：电荷运动时，周围的小磁针摆动，说明小磁针所在处产生了另一 个磁场，使小磁针发生摆动，这个磁场是由电荷运动在周围空间产生的变化的电场引起的， 如图所示. （2）假设：麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场是对称的， 他大胆地假设：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. 求甚解 对变化的电场产生磁场的理解 5 （1）恒定的电场不产生磁场. （2）均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场. （3）不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场. （4）周期性变化的电场产生同频率变化的磁场. 6 知识点2 电磁波 重点 1.电磁波的产生 根据上述两个基本论点，麦克斯韦推断：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起 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.于是，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.<m></m> 理解2 2单纯的电场与磁场在空间相交不能称为电磁场，电磁场的 关键是变化的电场和变化的磁场交替产生，是不可分割的统一体. 划重点 变化的电场和变化的磁场交替产生而形成的电磁场由近及远 地传播形成了电磁波. 7 2.电磁波的特点 （1）电磁波是横波，在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相垂直且均与电磁波的传播方向垂直， 如图所示. （2）电磁波的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度等于光速，即<m></m>.电磁波在介质 中的传播速度小于在真空中的传播速度. （3）电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象.<m></m> 拓展1 1波的衍射是波绕过障碍物继续传播的现象.当障碍物或孔的尺寸比波长更小或与波长相差不多时，发 生明显的衍射现象（在选择性必修第一册中学习）. 如图所示是水波的衍射,图1中孔的尺寸比水波的波长小,发生了明显的衍射现象. 8 划重点光是一种电磁波. 和 随时间和空间做周期性（正弦规律）的变化. 9 3火花怎么来的？ 3.赫兹实验 1886年，赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，证实了电磁波的存在. （1）赫兹的实验装置：如图所示. （2）实验现象：当感应圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环的 两个小球间也跳过了火花. 理解3 实验装置上有两个抛光的金属小球，两球之间有很小的空气间隙.两个金属球连接到一个感应圈的两端，由于 两球之间电压很高，间隙中的电场很强，空气分子被电离，从而形成一个导电通路.当一簇电荷通过时，看上 去就是一个火花. （3）现象分析：当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的电磁场. 这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播.当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势， 使得导线环的空隙中也产生了火花. （4）赫兹的其他成果：赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象. 划重点 麦克斯韦通过大胆假设、深入研究和理论推导预言了电磁波的存在，赫兹的实验成功地证明了电磁波的存在. 10 知识点3 电磁波谱 重点 1.波的相关知识 （1）波峰、波谷：在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰；凹下的最低处叫作波谷. （2）波长、频率、波速：邻近的两个波峰（或波谷）的距离叫作波长 ；频率是指在 内波峰（或波谷） 通过的次数；水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速. 拓展2 2（1）同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变（频率由波源决定），波速和波长发生改变. （2）不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同，频率越大波速越小，频率越小波速越大. （3）电磁波的波速是由频率和介质共同决定的. （3）电磁波的波速、波长与频率的关系为 . 2.电磁波谱及排列 按电磁波的波长或频率大小的顺序把电磁波排列起来，就是电磁波谱.按波长由长到短依次为：无线电波、 红外线、可见光、紫外线、射线、 射线. . . 11 3.电磁波的特性及应用 （1）无线电波：波长大于 的电磁波. 应用：无线电波中的长波、中波、短波可以用于通信、广播及其他信号的传输. （2）红外线：红外线是一种光波，它的波长比无线电波短，比可见光长. ①特性：所有物体都发射红外线.温度越高辐射的红外线越强，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强.不 能引起人眼的视觉. ②应用：红外遥感技术，可以在飞机或人造地球卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、估计农作物 的长势和收成、预报风暴和寒潮. 拓展3 3红外线的其他特性及应用 （1）红外线加热，这种加热方式的优点是能使物体内部发热，加热效率高，效果好. （2）衍射现象比可见光明显，能在云雾、烟尘中传播得更远. 12 （3）可见光：波长在 之间. ①天空看起来亮的原因：大气把阳光向四面八方散射. ②天空看起来是蓝色的原因：波长较短的光比波长较长的光更容易被大气散射. ③傍晚的阳光比较红的原因：大气对波长较短的光的吸收比较强，傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时，蓝 光、紫光大部分被吸收掉了，剩下红光、橙光透过大气射入眼睛. （4）紫外线：紫外线的波长比紫光波长短，不能引起人眼的视觉. ①特性：紫外线具有较高的能量，足以破坏细胞核中的物质；紫外线能使许多物质发出荧光. ②应用：利用紫外线灭菌消毒，设计防伪措施.太阳光里有许多紫外线，人体接 受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康，但过强的紫外线会伤害眼 睛和皮肤. 图解2 2紫外线杀菌 13 （5）射线： 射线的波长比紫外线的波长短. ①特性：射线对生命物质有较强的作用，过量的 射线辐射会引起生物体的病变. ②应用：射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官.在工业上，利用 射线检查金属零件内部的缺陷. 机场、车站等地进行安全检查时， 射线可检查箱内的物品. （6） 射线： 射线的波长最短. ①特性：具有很高的能量，能够破坏生命物质； 射线穿透能力很强. ②应用：治疗某些癌症，可以探测金属部件内部的缺陷. 14 知识点4 电磁波的能量及电磁波通信 基本点 1.电磁波的能量 电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波的发射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 随着计算机网络的发展和智能手机的出现，负责通话的电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容， 逐步整合成为统一的信息通信网络.而这些信息都是通过电磁波来传递的. 15 能力进阶 重难点1 电磁场、电磁波的产生及特点 重点 1.产生：变化的电场会产生磁场，变化的磁场又会产生电场.这种相互激发的过程在空间中不断进行，就形 成了电磁波. 重难点突破 16 2.特点 波动性 电磁波像其他波一样，能够发生干涉和衍射现象 粒子性 电磁波也表现出粒子性，其能量以光子的形式存在 传播特性 不需要任何介质.在不同介质中，电磁波的传播速度会发生变化 其他特性 电磁波是横波，电磁波在传播过程中具有明确的方向性 17 例1 [甘肃酒泉2026高三上期末] 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( ) C A.电磁波的传播需要介质 B.雷达是用 射线来测定物体位置的设备 C.电磁波的波速、波长 、频率的关系为 D.遥控器发出的红外线和医院“”中的 射线的波长相同 【解析】电磁波的传播不需要介质，A错误；雷达是用微波来测定物体位置的设备，B错误；电磁波的波速 、 波长 、频率的关系为，C正确；遥控器发出的红外线和医院“”中的 射线的波长不同，D错误. 18 例2 [河北秦皇岛2026高三下期末] 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( ) C A.变化的电场所在空间一定会产生变化的磁场 B.电磁波和声波一样，它们的传播都需要介质 C.在同一介质中电磁波的波长越长频率越低 D.红外线、可见光、紫外线、超声波都是电磁波 【解析】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的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，它的传播不需要介 质，故B错误；电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式 ，同一介质中电磁波波速不变，则波长越长， 频率越低，故C正确；红外线、可见光、紫外线都是电磁波，超声波不是电磁波，故D错误. 19 重难点2 对电磁波谱的认识 重点 产生的机理 特点 用途 无线电波 振荡电路中电子周期性运动产生 波动性强 通信、广播、导航等 红外线 原子的外层电子受激发后产生 热作用强 加热、遥测、遥感、红外线制导等 可见光 可被人眼识别 照明、照相等 紫外线 能使物质发出荧光 杀菌消毒、治疗皮肤病等 射线 原子的内层电子受激发后产生 穿透力强 检查、探测、透视、治疗等 射线 原子核受激发后产生 穿透力最强 探测、治疗等 20 例3 [河北邯郸2026高三下期中] 关于电磁波以及电磁波的应用，下列说法正确的是( ) C A.微波炉利用红外线的热效应对食物加热 B.空间站与地面之间通话，利用的是 射线 C.电器的遥控器利用的是红外线的遥感 D.夜视仪利用的是紫外线的穿透能力 【解析】微波属于电磁波，微波炉利用微波来快速加热食物（注意：红外线也有加热作用，但并不是微波炉的 原理），A错误；空间站与地面的通话，利用的是波长较长的无线电波，B错误；电器的遥控器利用的是红外线 的遥感作用，C正确；不同温度的物体发出的红外线特征不同，夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物 体的，D错误. 21 例4 [广东汕尾2026高三下期末] （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( ) AC 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.甲波与乙波有可能具有相同的频率 【解析】甲、乙波的波长比可见光的波长大，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；真空中，甲波的传播速度等于乙波的传播速度，都等于 ，B错误；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；甲波与乙波的频率不相同，D错误. 22 重难点3 电磁波的波长与频率的关系 重点 电磁波的波长与频率成反比关系.其关系公式为或 .当电磁波在给定的介质中传播时，如果频率增 加，波长会相应减小；反之，如果频率减小，波长则会增大. 例5 500米口径球面射电望远镜简称 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( ) B A.约0.1米 B.约4米 C.约40米 D.约1 000米 【解析】频率最小的电磁波的波长最长，则最长波长为 ，故B正确. 23 $