人教版必修第三册第十三章4电磁波的发现及应用学案

4电磁波的发现及应用［定位•学习目标］.了解人类发现电磁波的历史，知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波的发现作出的巨大贡献，领会在电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法和科学精神。.体验赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。.了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息。.了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。知道可见光是电磁波谱家族中的一个频段。知识点一电磁场电磁波.麦克斯韦电磁场理论⑴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产生了曳场。②即使在变化的磁场中没有闭合电路，同样会在空间产生电场。⑵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。.电磁场:变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一的电磁场。号P.自发出后,经过3就遇到了飞机,则信号Pl传播到飞机时，飞机与雷达之间的距离为X=c・匚3.0X108X2.5X10-5m=7.5X103m。2答案：（1）远离雷达飞行（2）7.5义103m1.（多选）以下关于电磁波的说法正确的是（CD）A.只要电场或磁场发生变化,就能产生电磁波B.电磁波传播需要介质C.电磁波在真空中的传播速度等于光速D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随有能量向外传递的解析:如果电场（或磁场）是均匀变化的,产生的磁场（或电场）是稳定的，就不能再产生新的电场（或磁场），也就不能产生电磁波；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；电磁波具有能量,它的传播是伴随有能量向外传递的，故选项C、I）正确。2.目前雷达发出的电磁波频率多在200MHz〜1000MHz的范围内,下列关于电磁波的说法正确的是（D）A.真空中，上述频率范围的电磁波的波长在30〜150m之间B.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C.波长越短的电磁波越容易绕过障碍物,便于远距离传播D.测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间，就可以确定障碍物的距离解析:根据入户,电磁波频率在200MHz〜1000MHz的范围内，则电磁波的波长范围在0.3~1.5m之间，故选项A错误;依据麦克斯韦的电磁场理论,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,故选项B错误;波长越长的电磁波越容易绕过障碍物,便于远距离传播,故选项c错误；电磁波在空气中的传播速度约为3X108ni/s,只要测出时间就可以求距离，即s=学故选项D正确。3.在航空事件中,搜寻失联飞机的黑匣子主要依靠电磁波技术和超声定位（即声呐）技术。电磁波是指在空间传播的交变电磁场，在真空中的传播速度为3X10'm/s,无线电波是其中的一种电磁波。无线电波、红外线、可见光（即人眼能看到的光）、紫外线、X射线、Y射线都是电磁波,它们的产生方式不尽相同,波长也不同,把它们按波长顺序排列就构成了电磁波谱,如图所示。请根据上述信息及所学知识,结合电磁波谱回答：⑴广播和电视利用电磁波谱中的来传递声音和图像;飞机黑匣子发出的电磁波信号,在海水中迅速衰减,无法传播,所以黑匣子必须装有能发出波信号的装置与其同时工作，以便利用声呐系统寻找海水中的黑匣子位置。⑵请观察电磁波谱中各种波的波长与频率的关系，可以得出初步结论;请进一步观察和计算电磁波谱中各种波的波长与频率的关系，可以得出结论。答案：（1）无线电波声⑵波的频率越高,波长越短各种波的频率与波长乘积相等,且等于光速3.电磁波⑴电磁波的产生: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。⑵电磁波的特点。①电磁波可以在真空中传播。②电磁波在真空中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。⑶电磁波的波速。①电磁波的波速c与波长入、频率f的关系是c二九£。②电磁波在真空中的速度c=3X10sm/so知识点二电磁波谱电磁波的能量电磁波通信1.电磁波谱⑴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长到短排列顺序为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、丫射线。⑶各种电磁波的特性。①无线电波:用于广搔、卫星通信、电视等的信号传输。②红外线:用来加热理疗等。③可见光:照亮自然界，也可用于通信。④紫外线:用于消毒。⑤X射线:用于诊断病情。⑥Y射线:可以摧毁病变的细胞。.电磁波的能量(1)电磁波具有能量，电磁波是物质存在的一种形式。⑵应用:微波炉加热食物应用了一种电磁波一一微波,食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧,内能增加,温度升高。⑶光是一种电磁波一一传播着的电磁场,光具有能量。.电磁波通信⑴人们可以通过接入互联网的手机看电影、聊天、购物、查阅资料、视频通话。这些信息都是通过电磁波来传递的。⑵电磁波的传输:既可以通过有线传播,也可实现无线传播。介质对声波和电磁波的传播速度的影响有什么不同？提示:声波的传播速度由介质决定,与频率无关，即同种介质中不同频率的声波传播速度相同。电磁波在真空中传播速度相同，均为3X1(Tm/s。在同种介质中不同频率的电磁波传播速度不同，频率越大传播速度越小。要点一对麦克斯韦电磁场理论及电磁波的认识⑴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？答案: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。⑵变化的磁场一定能产生电磁波吗?为什么？答案: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。.对麦克斯韦电磁场理论的理解⑴变化的磁场产生电场。①均匀变化的磁场产生恒定的电场。②非均匀变化的磁场产生变化的电场。③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。⑵变化的电场产生磁场。①均匀变化的电场产生恒定的磁场。②非均匀变化的电场产生变化的磁场。③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。.电磁波的形成示意图.电磁波的特点(1)在传播方向上，任意一点的E和B都随时间周期性变化,E和B彼此垂直，且与电磁波的传播方向垂直。如图所示。⑵电磁场中储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。⑶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速度,即c=3.0X10'm/s,电磁波传播虽然不需要介质，但在其他介质中的速度都比在真空中的小。⑷只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。⑸光也是一种电磁波。［例1］关于电磁场理论，下列说法正确的是（D）A.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场B.麦克斯韦预言了电磁波的存在并且实验证实了电磁波的存在C.和声波一样，电磁波也需要通过介质来传播D.电磁波是由变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播出去解析:恒定的电场周围不产生磁场，恒定的磁场周围也不产生电场，故A错误;麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在,赫兹用实验证实了电磁波的存在,故B错误;声波属于机械波,必须通过介质来传播，电磁波不需要通过介质来传播，电磁波可以在真空中传播，故C错误;根据麦克斯韦电磁场理论可知,周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远地传播出去形成电磁波，故D正确。［即时训练1］下列说法正确的是（C）A.任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场B.任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场C.任何变化的电场都要在周围空间产生磁场,振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场D.电场和磁场总是相互联系着,形成一个不可分割的统一体，即电磁场解析:根据麦克斯韦电磁场理论,如果电场（磁场）的变化是均匀的,产生的磁场（电场）是稳定的；如果电场（磁场）的变化是不均匀的,产生的磁场（电场）是变化的;振荡电场（磁场）在周围空间产生同频率的振荡磁场（电场）；变化的电场和变化的磁场总是相互联系着,形成一个不可分割的统一体，即电磁场。故选C。要点二对电磁波谱的认识1.电磁波谱电磁波按波长由长到短顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、Y射线,它们共同构成了范围广阔的电磁波谱。2.不同电磁波的应用提醒：（1）波长越长的电磁波频率越低,能量越低，穿透力越差。电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线丫射线频率(Hz)由左向右,频率由低到高真空中波长由左向右,波长由长到短特性波动性强热作用强感光性强化学作用，荧光效应穿透力强穿透力最强用途通信、广加热、遥测、遥感、照明、照相等日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等检测、探测、透视、治疗探测、治疗播、导航红外摄像、红外制导⑵波长越短的电磁波频率越高,能量越高,穿透力越强。［例2］下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象。请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。⑴X光机,。⑵紫外线灯，。⑶理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好。这里的“神灯”是利用。A.光的全反射B.紫外线具有很强的荧光作用C.紫外线具有杀菌消毒作用D.X射线具有很强的穿透力E.红外线具有显著的热效应解析：（1）X光机是用来透视人体内的器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波,但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了X射线，因此选Do⑵紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选C。(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快,因此选Eo答案：(1)D(2)C(3)E［即时训练2］电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了，下列说法正确的是(A)A.机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪利用了X射线的穿透本领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.微波炉能快速加热食物是因为红外线具有显著的热效应D.手机通话使用的无线电波,其波长比可见光的波长短解析:机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪利用了X射线的穿透本领,故A正确;遥控器发出的光是红外线,不是紫外线,故B错误;微波炉是利用微波的频率与水分子的频率相接近,从而使水分子振动而发热的，故C错误;手机通话使用的无线电波,其波长要大于可见光的波长，故D错误。【情境创设】雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备。电磁波遇到障碍物会发生反射,雷达就是利用电磁波的这个特性工作的,波长短的电磁波，传播的直线性好,有利于用电磁波定位,因此雷达用的是微波。雷达有一个可以转动的天线,它能向一定方向发射无线电脉冲,每次发射的时间短于1us,两次发射的时间间隔大约是0.1mso这样，发射出去的无线电波遇到障碍物时，可以在这个时间间隔内反射回来被天线接收。无线电波的传播速度是C,测出从发射无线电波到接收反射波的时间t,就可以确定障碍物的距离1,再根据发射无线电波的方向和仰角，便可以确定障碍物的位置了。实际上，障碍物的距离等数据由电子电路自动计算并在荧光屏上显示。【素养训练】某雷达工作时所发射的无线电波波长为1m,它可以定向发出脉冲波,连续两个脉冲的时间间隔为W4So一飞机始终在雷达的某一方位上沿直线飞行，图为雷达屏幕,屏幕上方有时间尺,Pi、Pz是雷达发出的电波信号,小、窕是P、P2由飞机反射回来后雷达接收的信号。设雷达匀速扫描,根据图分析，回答下列问题。⑴飞机是朝着雷达飞行,还是远离雷达飞行？⑵当信号Pi传播到飞机处时，飞机距雷达多远？解析：(1)由标尺上的时间刻度可以看出，第一个雷达信号Pi从发出至返回历时为10个小格