4　电磁波的发现及应用

4电磁波的发现及应用核心素养点击物理观念(1)了解麦克斯韦电磁场理论的内容。(2)知道电磁波的形成及赫兹的实验结论。(3)知道电磁波在真空中传播的速度及波长、频率和波速的关系。(4)了解电磁波谱的组成及各种电磁波的特点、应用。科学思维理解电磁波的形成和传播。1．填一填(1)电磁场①麦克斯韦的电磁理论：变化的

产生电场，变化的

产生磁场。②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

。磁场电场电磁场(2)电磁波①麦克斯韦推断：周期性变化的电场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。②麦克斯韦预言：

变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成

。③机械波的传播离不开

，电磁波可以在

中传播。④光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种

振动，电磁波的速度等于

。⑤赫兹的贡献：1886年，德国科学家赫兹通过实验捕捉到了

，证实了麦克斯韦的

理论。周期性电磁波介质真空电磁光速电磁波电磁场2．判断(1)稳定的电场产生稳定的磁场。

(

)(2)周期性变化的磁场产生周期性变化的电场。

(

)(3)电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播。

(

)×√√3．选一选建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是

(

)A．法拉第 B.奥斯特C．赫兹

D．麦克斯韦解析：麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，选项D正确。答案：D

1．填一填(1)电磁波谱①电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝

。②电磁波在真空中的速度：c＝

m/s。③电磁波谱：按电磁波的

或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。λf3×108波长④各种电磁波的应用a．无线电波中的长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，_____可以用于卫星通信、电视等的信号传播。b．红外线可以用于

理疗，可见光可以用于通信。c．紫外线可以

，X射线片可以用于诊断病情，

可以摧毁病变的细胞。(2)电磁波的能量①光是一种电磁波——传播着的

，光具有能量。②电磁波具有能量，电磁波是一种

。微波加热消毒γ射线电磁场物质(3)电磁波通信①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。②信息通信都是通过

来传递的。③电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以

传播。电磁波无线2．判断(1)光是一种电磁波。

(

)(2)电磁波的传播速度一定为3×108m/s。

(

)(3)电磁波具有能量可用于对物体加热，也可以携带信息，用于信息通信。(

)√×√3．选一选电磁波在真空中传播的速度v＝3.00×108m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为

(

)A．2.70m B．270mC．3.00m D．3.33m【重难释解】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振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场2．电磁场的产生：如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。[解析]非均匀变化的电场产生变化的磁场，而均匀变化的电场产生稳定的磁场，所以变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场，但不一定变化，故A、B错误；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变化的磁场，故C错误；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故D正确。[答案]

D【针对训练】1．下列有关电磁场理论说法正确的是

(

)A．法拉第预言了电磁波的存在，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性B．变化的磁场一定产生变化的电场C．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场D．赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦的电磁场理论解析：麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦的电磁场理论，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，A错误，D正确；均匀变化的磁场产生恒定的电场，B错误；均匀变化的电场产生恒定的磁场，C错误。答案：D

2．有关电磁场理论的下列说法中，正确的是

(

)A．任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场B．任何电场都要在周围空间产生磁场C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，即电磁场解析：根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，故A错误。只有变化的电场才能在周围产生磁场，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，故B错误，C正确。电场和磁场并不总是相互联系着的，例如，静止电荷周围只有静电场，静止磁体周围只有稳定的磁场，只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，故D错误。答案：C

3.如图所示是某一固定面的磁通量的变化图像，在它周围空间产生的电场中的某一点场强E应是

(

)A．逐渐增强 B.逐渐减弱C．不变

D．无法确定解析：由题图可知磁通量Φ随时间t均匀变化，而Φ＝BS，所以磁场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知C正确。答案：C

[问题驱动]为了避免雷达发现战机的行踪，人们研制了隐形飞机。我们用肉眼能不能看到隐形飞机？为什么？提示：能看到。隐形飞机不反射敌方雷达的探测波，对雷达“隐形”，但可以反射可见光，肉眼能直接看到。

【重难释解】1．电磁波的特点(1)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。(2)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。(3)电磁波可以在真空中传播，因为电磁波本身就是一种物质——场物质，所以传播时不再需要其他介质。(4)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＝3.0×108m/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。2．波长、频率与波速之间的关系波速＝波长×频率，即v＝λf。(1)频率由波源决定，与介质无关，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，在介质中的速度都比在真空中速度小。(2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：v＝c。【针对训练】4．关于电磁波，下列说法正确的是

(

)A．所有电磁波的频率相同B．电磁波只能在真空中传播C．电磁波在任何介质中的传播速度都相同D．电磁波在真空中的传播速度是3×108m/s解析：电磁波的频率不一定相同，选项A错误；电磁波既能在真空中传播，也能在介质中传播，选项B错误；不同频率的电磁波在不同的介质中的传播速度不一定相同，选项C错误；电磁波在真空中的传播速度是3×108m/s，选项D正确。答案：D

5．(多选)下列关于电磁波的说法中正确的是

(

)A．只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波B．电磁波的传播需要介质C．停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的解析：要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，A错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要介质而在真空中传播，B错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C正确；电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量传播的过程，D正确。答案：CD

【重难释解】1．电磁波谱是把电磁波按波长由大到小的顺序排列起来的图表。波长从大到小的顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。它们共同构成了范围广阔的电磁波谱。2．电磁波谱中不同电磁波的特性及应用电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线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播、导航加热、遥测遥感、红外摄像、红外制导照明、照相等杀菌消毒、治疗皮肤病等检查、探测、透视、治疗探测、治疗[解析]

(1)X光机是用来透视人的体内器官的，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，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线，故选D。(2)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，故选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，故选E。[答案]

(1)D

(2)C

(3)E【针对训练】6．红外线、紫外线、无线电波、可见光、γ射线、X射线按波长由大到小的排列顺序是

(

)A．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线B．红外线、可见光、紫外线、无线电波、γ射线、X射线C．γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波D．紫外线、红外线、γ射线、X射线、无线电波、可见光解析：在电磁波谱中以无线电波波长最大，γ射线波长最小，所以正确的顺序为A。答案：A

7．(多选)下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是

(

)