13.4电磁波的发现及应用（学生版）-高二物理讲义（人教2019）

13.4电磁波的发现及应用【物理核心素养】物理观念：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，从中渗透事物之间是相互联系的，可以转化的物理观念。科学思维：通过学习使学生体会科学家研究物理问题的思想方法。科学探究：通过了解电磁场理论建立的历史过程，使学生感认识规律的普遍性和特殊性。科学态度与责任：通过学习电磁场理论建立的简史，培养学生崇尚科学并愿为科学献身的精神。【教学重难点】教学重点：麦克斯韦电磁场理论教学难点：电磁波的特性，波长、波速、频率的关系。知识点一、麦克斯韦电磁场理论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，如图所示．(2)变化的电场周围会产生磁场麦克斯韦从场的观点得出，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．2．对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【经典例题1】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【变式训练1】1864年，英国科学家麦克斯韦在前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁场理论。下列说法正确的是（）A．电磁波是一种物质B．电磁波可以传递信息，但不能传递能量C．遥控器发出的红外线波长和医院CT中的X射线波长相同D．变化的电场产生磁场，变化的磁场不能产生电场知识点二、电磁波1．电磁波的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．2．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相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．如图(2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3×108m/s.(3)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．(4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波．(5)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质．3．电磁波的波速对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf.【经典例题2】1864年，麦克斯韦预言了电磁波的存在；1886年，赫兹在实验室探测到了电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是（）A．波长越大，频率越大 B．波长越大，频率越小C．波长越大，波速越大 D．波长越大，波速越小【变式训练2】（多选）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，也能产生电磁波知识点三、电磁波谱1．电磁波谱(1)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)电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf.(3)电磁波在真空中的速度c＝3×108m/s.(4)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．(5)各种电磁波的特性①无线电波：用于广播、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．⑥γ射线：可以摧毁病变的细胞．2．电磁波的能量(1)光是一种电磁波，光具有能量．(2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质．【特别提醒】1．电磁波谱电磁波按波长由大到小排列顺序为无线电波、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．不同波长的电磁波的比较名称特性无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线主要应用通信、广播红外探测器、红外体温计引起视觉灭菌、消毒、防伪医学透视、安检治疗疾病、金属探伤真空中的速度c＝3×108m/s频率小→大【经典例题3】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【变式训练3】（多选）2022冬奥会开幕进入倒计时，北京也将成为第一个举办过夏季奥林匹克运动会和冬季奥林匹克运动会以及亚洲运动会三项国际赛事的城市，奥运直播当然就成为人们关注的焦点！北京冬奥会山地转播中心位于北京2022年冬奥会张家口赛区的核心区，包括转播中心本体建筑和电视演播室两大部分。山地转播中心面积约1.2万平米，内设四个转播技术分隔区；电视演播室建筑面积约8000平方米，分上、中、下三层，设有10个电视演播间。下列关于电磁波的说法正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度是B．电磁波不能传播能量C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波D．麦克斯韦预言了电磁波的存在题组A基础过关练1．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2．有一个广播电台的频率，这个电台发射的电磁波的波长为（）A． B． C． D．3．目前，我国正在开展5G网络试点工作，并将于2020年进入全面5G时代。届时，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实。5G，即第五代移动通信技术，采用频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术，频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比下列说法正确的是（）A．5G信号比4G信号在真空中的传播速度更快 B．5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡C．5G信号比4G信号需要更少的通信基站 D．5G信号比4G信号更适合长距离传输4．目前雷达发出的电磁波频率多在200~1000MHz的范围内。下列关于电磁波的说法正确的是（）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．红外线的波长比紫外线的波长短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5．（多选）下列关于电磁波说法正确的是（）A．红外线与紫外线都不属于电磁波B．赫兹从理论上预言了电磁波的存在C．电磁波传播时不需要介质可以在真空中传播D．可见光与微波炉中的微波一样都属于电磁波6．（多选）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等于光速B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波不能在真空中传播D．麦克斯韦提出了电磁场理论并证实了电磁波的存在题组B能力提升练7．关于电磁场及电磁波，下列说法错误的是（）A．麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹通过实验证实了电磁波的存在B．变化的电场能够产生磁场，变化的磁场能够产生电场C．不同电磁波具有不同的波长，电磁波中无线电波可用于通信D．红外线的显著作用是热效应，温度较低的物体不能辐射红外线8．关于电磁场理论，下面说法中正确的是（）A．电场周围空间中产生磁场B．稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场C．静止电荷能够在周围空间产生稳定的磁场D．变化的电场和变化的磁场互相激发，形成由近及远传播的电磁波9．2022年3月8日，航天员王亚平从空间站送来的“国际妇女节”节日祝福通过电磁波传播到祖国各地，下列关于电磁波的说法正确的是（）A．麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在B．只要有电场就能产生电磁波C．电磁波传播需要介质，机械波传播不需要介质D．电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且都与波的传播方向垂直10．关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是（）A．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波B．发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅，接收电磁波需经过解调过程，解调是调制的逆过程C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线都是电磁波D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失11．电磁波给人类生活带来日新月异变化的同时，也带来了电磁污染。长期使用如图所示的通信装置，会对人体健康产生影响的是（）A． B．C． D．12．“神舟十三号”载人飞船于2021年10月16日凌晨成功发射，在轨运行6个月后于2022年4月16日返回地球。创造了中国载人航天任务的新纪录。在发射与回收过程中，地面测控站对飞船进行跟踪测量与控制时，传输信号所使用的是电磁波谱中的（）A．红外线 B．无线电波 C．紫外线 D．X射线13．（多选）下列有关电磁波的特性和应用的说法正确的是（）A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康C．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光14．（多选）下列关于电磁波的说法正确的是（）A．微波炉加热食物说明电磁波具有能量B．固定通过电磁波传递信息C．电磁波的传播需要介质D．移动（）既能接收电磁波，也能发射电磁波题组C培优拔尖练15．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16．5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一为具有超高速的数据传播速率。5G信号一般采用3300MHz~5000MHz频段的无线电波，而第四代移动通信技术4G的频段范围是1880MH~2635MHz，则（）A．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播的更快B．5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站C．空间中的5G信号和4G信号会产生稳定的干涉现象D．5G信号是横波，4G信号是纵波17．使用蓝牙耳机接听来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是：，则蓝牙通信的电磁波（）A．是蓝光 B．波长比通信的电磁波短C．在真空中的传播速度大小为 D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小18．如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于四幅图的说法正确的是（）A．甲图，通电螺线管周围产生的磁场和磁感线都是真实存在的B．乙图，将小磁针放在地球表面赤道位置自由静止时，小磁针的N极指向地理南极C．丙图，法拉第圆盘发电机利用了“电生磁”的现