电磁波的发现及应用

13.4电磁波的发现及应用知识点1：麦克斯韦电磁场理论1、变化的磁场周围会产生电场麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是存在的。如下图所示：2、变化的电场周围会产生磁场麦克斯韦相信自然规律的统一性和和谐性，相信电场与磁场的对称之美，从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在其周围产生磁场，如下图所示：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产生同频率的周期性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电磁场理论【典题】关于电磁场理论的叙述正确的是（）A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路有关B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场【答案】B【解析】A．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，与电路是否闭合无关，故A错误；B．周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，故B正确；C．若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，故C错误；D．只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，故D错误。故选B。知识点2：电磁波1、形成周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波，如下图所示：2、特点在传播方向上，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直。只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波，恒定的电场和磁场无法形成电磁波。电磁场是一种客观存在的物质。电磁波可以在真空中传播，在真空中传播速度等于光速c＝3×108m/s。电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。电磁场理论与电磁波发现1．关于电磁场理论，下列说法中正确的是（）A．在电场的周围空间一定产生磁场B．任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场C．均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场D．周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁场【答案】D【详解】A．只有变化的电场才能产生磁场，同样，只有变化的磁场才能产生电场，故A错误；B．根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的电场周围只能产生稳定的磁场，故B错误；C．变化的电场周围不一定产生变化的磁场，例如均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，故C错误；D．根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的电场周围一定产生同频率的周期性变化的磁场，故D正确。故选D。2．关于电磁场和电磁波的正确说法是（）A．电场和磁场总是相互联系的，它们统称为电磁场B．电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波C．电磁波传播速度总是3×108m/sD．电磁波是一种物质，不能在真空中传播【答案】B【详解】A．变化的电场和变化的磁场是相互联系的不可分割的统一整体，统称为电磁场，选项A错误；B．电磁场由发生的区域向远处传播形成电磁波，选项B正确；C．电磁波在真空中的传播速度总是3×108m/s，在其它介质中的传播速度小于3×108m/s，选项C错误；D．电磁波是一种以波的形式存在的物质，可以不需要介质在真空中传播，选项D错误。故选B。知识点3：电磁波谱概念：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。用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf，电磁波在真空中的速度c＝3×108m/s。各种电磁波按波长由大到小（频率则为由小到大）排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，如下图所示：它们的各自特性如下表所示：电磁波特性无线电波用于广播、卫星通信、电视等的信号传输红外线用来加热理疗可见光照亮自然界，也可用于通信紫外线用于消毒X射线用于诊断病情γ射线可以摧毁病变的细胞电磁波的能量：电磁波具有能量，电磁波是一种物质；光是一种电磁波，光具有能量。电磁波与信息化社会3．使用蓝牙耳机可以接听来电，蓝牙通信的电磁波波段为。已知可见光的波段为，则蓝牙通信的电磁波（）A．是蓝光 B．波长比可见光短C．比可见光更容易发生衍射现象 D．在真空中的传播速度比可见光小【答案】C【详解】A．根据题意可知，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，所以蓝牙通信的电磁波不可能是蓝光，故A错误；B．因为蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，根据可知，波长比可见光长，故B错误；C．因为波长比可见光长，所以更容易发生衍射现象，故C正确；D．所有电磁波在真空中传播速度都为光速，是一样的，故D错误。故选C。2时，对人体没有任何影响。某办公区域内采用如图所示的无线路由器，若它的电磁辐射功率是7.5W，则人体与该装置的安全距离至少为（）【答案】A【详解】设人体与该装置的安全距离至少为x，则解得x故选A。电磁波的波长和频率5．关于电磁波的传播速度表达式c=λf，下列理解正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度随波长增大而增大B．电磁波在真空中的传播速度随频率增大而增大C．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长不变D．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大【答案】D【详解】AB．电磁波在真空中的传播速度都相同，不随波长和频率的变化而变化，选项AB错误；CD．根据当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大，选项C错误，D正确。故选D。6．在电磁波谱中，下列说法正确的是（）A．各种电磁波有明显的频率和波长区域界限B．γ射线的频率一定大于X射线的频率C．X射线的波长一定大于可见光的波长D．可见光的波长一定比无线电波的波长短【答案】D【详解】AB．X射线和γ射线、X射线和紫外线有一部分频率重叠，界限不明显，AB错误；CD．可见光的波长一定比X射线的波长长，比无线电波的波长短，C错误，D正确。故选D。电磁波的能量7．大口径天文望远镜大大提高了人类观测宇宙的范围。目前美国最大口径的射电望远镜位于阿雷西博天文台（阿雷西博射天望远镜），其口径约为300米。而位于我国云南贵州的射电望远镜是目前世界上最大单口径射电望远镜，其口径约为500米。在宇宙大尺度上，天体的空间分布可认为是均匀的，假定两望远镜能分辨的最小功率相同。以下说法正确的是（）A．两望远镜接收到的同一天体的辐射功率之比约为B．两望远镜接收到的同一天体的辐射功率之比约为C．两望远镜能观测到辐射功率相同的天体数量之比约为D．两望远镜能观测到辐射功率相同的天体数量之比约为【答案】B【详解】AB．直径为D的望远镜能接受到辐射的有效面积（即垂直射电信号的方向的投影面积）那么，根据来自同一天体的辐射均匀分布可得：功率和有效面积成正比，故有故A错误，B正确；CD．天体空间分布均匀，设望远镜能观测到的最远距离为L，望远镜口径为D，望远镜能观测到此类天体的电磁波总功率最小值为P0，则有天体的空间分布可认为是均匀的，单位体积中天体数为n，能够观测到的此类天体数目由于两望远镜能分辨的最小功率相同所以则故CD错误。故选B。8．微波炉、红外烤箱、电磁炉这三种电器已经进入多数家庭的厨房，下面关于这三者的分析正确的是（）A．微波炉加热食物的方式与煤气灶相同都是用明火加热B．微波炉可以直接对放在陶瓷碗里面的食物加热C．电磁炉可以直接对放在陶瓷碗里面的食物加热D．这三者加热食物时都是通过电磁波直接作用食物进行加热【答案】B【详解】A．微波炉加热食物的方式是利用微波的能量特征加热与煤气灶用明火加热不同，所以A错误；B．微波炉是利用微波的能量特征加热，可以直接对放在陶瓷碗里面的食物加热，所以B正确；C．电磁炉不可以直接对放在陶瓷碗里面的食物加热，因为电磁炉的工作原理是利用电磁感应，所以C错误；D．这三者加热食物的方式都不相同，所以D错误；故选B。多选题9．下列说法中正确的是（）A．电磁波又叫无线电波B．电磁波的传播不需要任何介质C．电磁波的传播过程就是电磁场能量的传播过程D．电磁波在各种介质中的传播速度都相等【答案】BC【详解】A．无线电波属于电磁波的一种，故A错误；B．电磁波是由电场和磁场相互激发产生并向远处传播的，所以不需要介质，B正确；C．电磁波传播的过程中电场能和磁场能也随之传向了远方，所以电磁波的传播过程就是电磁场能量的传播过程，C正确；D．电磁波的传播速度和频率、介质都有关，所以在不同介质中电磁波的传播速度不同，D错误。故选BC。10．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（）A．任何电场都会产生磁场B．任何磁场都会产生电场C．麦克斯韦预言了电磁波的存在D．电磁波可以在真空中传播【答案】CD【详解】AB．变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，故AB错误；C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故C正确；D．电磁波由周期性变化的电场与周期性变化的磁场激发产生，电磁波能在真空中传播，故D正确。故选CD。11．关于电磁波，下列说法正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B．雷达是利用电磁波来进行定位和导航的C．移动是通过电磁波来传递信息的D．利用电磁波传递信息可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输【答案】BC【详解】A．电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，故A错误；BC．雷达、移动都是利用电磁波来工作的，B、C正确；D．利用电磁波传递信息可以实现无线通信，电磁波也能通过电缆、光缆传播，如光纤通信，故D错误。故选BC。12．下列说法中正确的是（）A．北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应C．常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机D．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究E．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征【答案】ADE【详解】A．北斗导航系统是利用电磁波工作的，A正确；B．食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高，内能增加，B错误；C．常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，C错误；D．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究，D正确；E．遥感技术中利用红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征，E正确。故选ADE。13．关于光波和无线电波，下列说法正确的是（）A．都是电磁波B．都可以在真空中传播C．在真空中的传播速度都是3×108m/sD．二者的波长、频率均相同【答案】ABC【详解】ABC．光波和无线电波本质上都是电磁波，都可以在真空中传播，在真空中传播的速度都是3×108m/s，ABC正确；D．光波和无线电波波长、频率不同，D错误。故选ABC14．关于电磁波，以下说法中正确的是（

）A．电磁波是人为想象出来的，实际上并不存在B．电磁波只能沿直线传播C．不同频率的电磁波在真空中传播速度是一样的D．真空中，电磁波的波长与频率成反比【答案】CD【详解】A．麦克斯韦第一次预言了电磁波的存在，赫兹第一次通过实验验证了电磁波的存在。故A错误；B．电磁波具有波的一切特性，能够发生干涉、衍射和偏振现象；故B错误；C．不同频率的电磁波在真空中传播速度相同，约为3.0×108m/s，故C正确；D．电磁波在真空中传播速度是一样的，由可知，电磁波的波长与频率成反比，故D正确。故选CD。15．无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车，国内外各大企业正在紧密布局发展之中。其核心设备是各种车载传感器，如图像传感器（可见光和红外摄像头）、超声波雷达、激光雷达以及毫米波雷达。以下关于各种光和波的说法正确的是（）A．超声波和毫米波一样都能在真空中传播B．红外线的光子能量比可见光的小C．真空中激光的传播速度比毫米波的大D．可见光能发生偏振现象，而超声波不能【答案】BD【详解】A．毫米波可以在真空中传播，而超声波不能在真空中传播，故A错误；B．红外线的频率比可见光的小，所以红外线的光子能量比可见光的小，故B正确；C．真空中激光的传播速度与毫米波的速度相等，故C错误；D．可见光是横波，所以能发生偏振现象，而超声波是纵波，所以不能发生偏振现象，故D正确。故选BD。16．关于电磁波及其应用，下列说法正确的是（

）A．麦克斯韦首先通过实验证实了电磁波的存在B．电磁波是横波且能够发生干涉和衍射现象C．电磁波的接收要经过调谐和调制两个过程D．微波能使食物中的水分子的热运动加剧从而实现加热的目的【答案】BD【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹首先通过实验证实了电磁波的存在，故A错误；B．电磁波能发生偏转现象，电磁波是横波，干涉和衍射是波特有的现象，故B正确；C．电磁波的接收要经过调谐和解调两个过程，故C错误；D．微波炉的工作应用了一种电磁波叫做微波．食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高，故D正确。故选BD。17．如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，下列判断正确的是（）A．甲图能产生电场，不能产生电磁波B．乙图能产生电场，不能产生电磁波C．丙图能产生电场，不能产生电磁波D．丁图能产生电场