2024版新教材高中物理第十三章电磁感应与电磁波初步4.电磁波的发现及应用学生用书新人教版必修第三册

4．电磁波的发觉及应用核心素养定位物理观念了解电磁波是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息．科学思维(1)体验赫兹证明麦克斯韦预言电磁波存在的试验过程和试验方法，领悟物理理论和试验的相互结合对科学发展的巨大作用．(2)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．科学看法与责任了解人类发觉电磁波的历史，知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波的发觉做出的贡献，领悟在电磁波的发觉过程中所蕴含的科学方法和科学精神．一、电磁场1．麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点：变更的磁场产生了电场；______的电场产生磁场．B变更时的电磁感应现象2．变更的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不行分割的统一的________.二、电磁波1．产生：________变更的电场和________变更的磁场交替产生，由近及远地向四周传播，形成电磁波．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证明白电磁波的存在．2．特点(1)电磁波________在真空中传播．光的传播不须要介质，但光在介质中也能传播，如在水中、玻璃中传播．(2)电磁波在真空中的速度等于________．(3)光在本质上是一种电磁波．即光是以________形式传播的一种电磁振动．三、电磁波谱电磁波的能量电磁波通信1．电磁波谱(1)概念：按电磁波的________或________大小的依次把它们排列起来，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＝________．(3)电磁波在真空中的速度c＝________．(4)各种电磁波按波长由大到小排列依次为：________、红外线、________、________、X射线、γ射线．(5)各种电磁波的特性①无线电波：用于________、卫星通信、________等的信号传输．②红外线：用来________等．③可见光：照亮自然界，也可用于________．④紫外线：用于________．⑤X射线：用于诊断病情．⑥γ射线：可以摧毁________________．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________，电磁波是一种物质．【情境思索】赫兹的试验，如图所示．试验现象：当感应线圈的两个金属球间有电火花跳过时，导线环的两个金属小球间也跳过电火花．推断以下问题．(1)赫兹试验证明白电磁波的存在．()(2)电磁波不须要介质就可在真空中传播．()(3)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108m/s.()(4)麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在．()(5)电磁波是带有能量的，在介质中传播时能把部分能量传递给介质．()拓展1波的衍射是波绕过障碍物接着传播的现象．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，图甲中孔的尺寸比水波的波长小，发生了明显的衍射现象．拓展2X射线(X­ray)和γ射线(γ­ray)的应用“CT”是“计算机帮助X射线断层摄影”的简称．X射线以不同角度照射人体，计算机对其投影进行分析，给出类似于生理切片一样的人体组织照片．医生可以从中看出是否发生了病变．在工业上，利用X射线检查金属零件内部的缺陷．机场、车站等地进行平安检查时，X射线能轻而易举地窥见箱内的物品．波长最短的电磁辐射是γ射线，它具有很高的能量．γ射线能破坏生命物质．把这个特点应用在医学上，可以摧毁病变的细胞，用来治疗某些癌症．γ射线的穿透实力很强，可用于探测金属部件内部的缺陷．目标一麦克斯韦电磁场理论的理解【归纳】——————————————————○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匀整变更的电场在四周空间产生恒定的磁场匀整变更的磁场在四周空间产生恒定的电场不匀整变更的电场在四周空间产生变更的磁场不匀整变更的磁场在四周空间产生变更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：假如在空间某处有周期性变更的电场，那么这个变更的电场就在它四周空间产生周期性变更的磁场，这个变更的磁场又在它四周空间产生变更的电场——变更的电场和变更的磁场是相互联系着的，形成不行分割的统一体，这就是电磁场．【典例】——————————————————○例1(多选)关于电磁场理论，下列说法中正确的是()A．变更的电场四周产生的磁场确定是变更的B．变更的电场四周产生的磁场不愿定是变更的C．匀整变更的磁场四周产生的电场也是匀整变更的D．周期性变更的电场在四周空间产生同样频率的周期性变更的磁场思维提升理解麦克斯韦的电磁场理论的关键驾驭四个关键词，“恒定的”“匀整变更的”“非匀整变更的”“周期性变更的(即振荡的)”，这些都是对时间来说的，是时间的函数．[训练1]依据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A．有电场的空间确定存在磁场，有磁场的空间也确定能产生电场B．在变更的电场四周确定产生变更的磁场，在变更的磁场四周确定产生变更的电场C．匀整变更的电场四周确定产生匀整变更的磁场D．周期性变更的磁场四周空间确定产生周期性变更的电场[训练2](多选)依据麦克斯韦的电磁场理论推断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变更的场，下图是表示变更的场产生的另外的场)，正确的是()目标二电磁波【归纳】——————————————————○1．电磁波的形成周期性变更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，随意一点的E和B都随时间周期性变更，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直，如图．电磁波是横波．(2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播的速度等于光速c＝3×108m/s.(3)电磁场储存电磁能，电磁波的放射过程就是辐射能量的过程．(4)只有周期性变更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.【典例】——————————————————○例22024年6月5日，中心电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱交会对接进行了直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站．下列关于电磁波和声波的说法正确的是()A．电磁波是横波，声波是纵波B．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用试验验证了电磁波的存在D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度[训练3]关于电磁波，下列说法不正确的是()A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变更的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度方向、磁感应强度方向均垂直D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输[训练4]运用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是4.2×1014A．是蓝光B．波长比手机通信的电磁波波长短C．在真空中的传播速度大小为340m/sD．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小目标三电磁波谱及电磁波的应用【归纳】——————————————————○1．电磁波谱电磁波按波长由大到小排列依次为无线电波、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袤的电磁波谱．2．不同电磁波的特性和用途种类波长范围特性应用无线电波大于1mm波动实力强通信、广播、射电望远镜红外线760～106nm热作用强烘干、红外遥感、测温、夜视仪可见光400～760nm感光性强照明、照相紫外线10～400nm化学作用、荧光作用消毒、荧光效应、促使人体合成维生素DX射线0.001～10nm较强的穿透实力透视人体、检查金属零件的质量γ射线小于10－3nm穿透能力最强医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷【典例】——————————————————○例3下列有关电磁波的特性和应用，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．过强的紫外线照射人体，有利于人的皮肤健康C．电磁波中频率最高的为γ射线，可用于消毒D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光例4(多选)关于电磁波的应用，下列说法正确的是()A．红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最短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．微波可用于广播及其他信号的传播D．X射线可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞[训练5]电磁波在生活中有着广泛的应用，不同波长的电磁波具有不同的特性，因此也有不同的应用．下列器件与其所应用的电磁波对应关系不正确的是()A．雷达——无线电波B．手机——X射线C．紫外消毒柜——紫外线D．遥控器——红外线[训练6]验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光，电视机、空调的遥控器发出的光能限制电视机、空调的工作状态．对于它们发出的光，以下推断正确的是()A．它们发出的都是红外线B．它们发出的都是紫外线C．验钞机发出的是红外线，遥控器发出的是紫外线D．验钞机发出的是紫外线，遥控器发出的是红外线[训练7]间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标．这种照相机能拍到晚上行驶的汽车，即使汽车不开灯行驶，也瞒不过它．这种遥感照相机敏感的电磁波属于()A．可见光波段B．红外波段C．紫外波段D．X射线波段1．5G是“第五代移动通信技术”的简称，目前世界各国正大力发展5G网络，5G网络运用的无线电波通信频率在3.0GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G及以下网络(通信频率在0.3GHz～3.0GHz的特高频段)拥有更大的带宽和更快的传输速率.5G网络的传输速率(指单位时间传输的数据量大小)可达20Gbps.关于5G网络运用的无线电波，下列说法正确的是()A．在真空中的传播速度更快B．在真空中的波长更长C．在真空中的波长与4G网络运用的无线电波相同D．频率更高，相同时间传递的信息量更大2．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射线的频率确定大于X射线的频率C．X射线的波长确定大于可见光的波长D．可见光的波长确定比无线电波的波长短3．隐形飞机的原理是在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发觉、跟踪和攻击．依据你所学的物理学问，推断下列说法正确的是()A．运用隐藏色涂层，无论距你多近的距离，你也不能看到它B．运用吸取雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发觉C．运用吸取雷达电磁波涂层后，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感应电流D．主要是对发动机、喷气尾管等因为高温简洁产生紫外线辐射的部位实行隔热、降温等措施，使其不易被对方发觉和攻击4．航天员在太空授课的画面通过电磁波传输到地面接收站，下列关于电磁波的说法正确的是()A．放射前为使电磁波携带信号需对其进行解调B．电磁波传播过程能量不会损失C．电磁波在传播时遇到导体，导体中会产生感应电流D．不同波长的电磁波，在真空中的传播速度大小不同5.如图所示，共享单车打通了公共交通的“最终一公里”，便利了居民出行．共享单车上的定位技术，可以给单车精准定位．单车在被骑行过程中车内电池自行充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电．用户仅需用手机上的客户端软件(APP)扫描二维码，即可自动开锁，骑行时手机APP上能实时显示单车的位置，骑行到指定的停车区域时才可以顺当还车，还车关锁后APP就显示计时、计价、里程等信息．依据以上信息，下列说法正确的是()A．单车是利用电磁感应原理实现充电的B．单车和手机之间是利用声波传递信息的C．单车某个时刻的位置是主要借助用户手机确定的D．由手机APP上的显示信息，可求出骑行的平均速度6．回答以下关于微波炉的问题．(1)微波是频率为300MHz～30000MHz的无线电波，微波炉的工作频率多选用915MHz或2450MHz.从同样运用微波的其他设备角度考虑，为什么微波炉要选用这样的频率？(2)微波炉门上一般都安装有平安联锁开关，它能确保炉门打开时，微波炉不能工作，炉门关上时，微波炉才能工作，并且微波炉的玻璃门也要安装网状金属片．请分析这样设计的缘由．(3)为什么不能将金属器皿或镶有金银花边的碗碟放进微波炉中运用？(4)为什么不能将盒装的牛奶放进微波炉加热？4．电磁波的发觉及应用导学驾驭必备学问一、1．变更2．电磁场二、1．周期性周期性2．(1)可以(2)光速(3)波动三、1．(1)波长频率(2)λf(3)3×108m/s(4)无线电波可见光紫外线(5)①广播电视②加热理疗③通信④消毒⑥病变的细胞2．(2)能量情境思索答案：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)√共研突破关键实力目标一[例1]解析：依据麦克斯韦电磁场理论，变更的电场产生磁场，但产生的磁场不愿定是变更的，如匀整变更的电场产生稳定的磁场，故A错误，B正确；匀整变更的磁场四周产生稳定的电场，故C错误；周期性变更的电场在四周空间产生同样频率的周期性变更的磁场，故D正确．答案：BD[训练1]解析：依据麦克斯韦电磁场理论，只有变更的电场才能产生磁场，匀整变更的电场产生恒定的磁场，非匀整变更的电场产生变更的磁场，故D正确．答案：D[训练2]解析：选项A中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其四周空间不会产生电场，下图是与其不对应的；选项B中的上图是匀整变更的电场，应当产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B正确；选项C中的上图是周期性变更的磁场，它能产生同频率周期性变更的电场，且相位相差π2答案：BC目标二[例2]解析：电磁波的传播方向和振动方向垂直，是横波，声波的振动方向和传播方向平行则是纵波，故A正确；电磁波的传播不依靠介质，声波是机械波只能在介质中传播，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用试验验证了电磁波的存在，故C错误；航天员讲话时画面能与声音同步，但电磁波的速度为光速，声波的传播速度为340m/s，两者差距很大，故D错误．答案：A[训练3]解析：电磁波在真空中的传播速度均相同，与电磁波的频率无关，故A正确；周期性变更的电场和磁场可以相互激发，由近及远的传播形成电磁波，故B正确；电磁波是横波，每一处的电场强度和磁场强度总是相互垂直的，且与波的传播方向垂直，故C正确；利用电磁波传递信号可以实现无线通信，电磁波也能通过电缆、光缆传输，故D错误．答案：D[训练4]解析：由题意可得，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，故不行能是蓝光，故A错误；由图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，由c＝λf可知，频率越大，波长越短，故蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短，故B正确；在真空中电磁波的传播速度大小均为c＝3×108m/s，故C、D错误．故选B.答案：B目标三[例3]解析：X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线不能，故A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，故B错误；电磁波中频率最高的为γ射线，可以摧毁病变的细胞，故C错误；紫外线和X射线都可以使感光底片感光，故D正确．答案：D[例4]解析：红外线、X射线、γ射线中红外线的频率最小，波长最长，故A错误；银行的验钞机发出的光是紫外线，家用电器的遥控器发出的光是红外线，故B错误；微波不但能加热物体，而且能传播信息，故可以用于通信、广播及其他信号的传输，故C正确；X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，γ射线有极强的穿透实力和很高的能量，可以摧毁病变的细胞，故D正确．答案：CD[训练5]解析：雷达是利用了无线电波中微波来测距的，故A正确；手机接受的是无线电波，X射线对人体有很大的辐射，不能用于通信；故B错误；紫外线具有很强的消毒作用，故C正确；红外线可以用于遥控器，故D正确．答案：B[训练6]解析：紫外线有较强的荧光作用，能使荧光物质发出荧光，故验钞机发出的是紫外线；红外线波长较长，简洁发生衍射，故能很便利地遥控家用电器，A、B、C错误，D正确．答案：D[训练7]解析：全部的物体都能发出红外线，热的物体的红外辐射比冷的物体的强，间谍卫星上装的遥感照相机，事实上是红外探测器，它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射，这是红外摄影的基础．再者，红外线波长比其他波(如可见光、紫外线、X射线)的长，有较好地穿透云雾的实力．故选B.答案：B精练落实学科素养1．解析：无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，其速度与频率没有关系，故A错误；由c＝λf知，频率变大，波长变短，故B、C错误；无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越大，故D正确．答案：D2．解析：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，故A、B错误；可见光的波长确定比X射线的波长长，比无线电波的波长短，故C错误，D正确．答案：D3．解析：雷达向外放射电磁波，当电磁波遇到飞机时就要发生反射，雷达通过接收反射回来的电磁波，就可以测定飞机的位置，飞机运用隐藏色涂层后还要反射电磁波，故A错误；运用吸取雷达电磁波的材料，可以削减电磁波的反射，故B正确；运用吸取雷达电磁波