金版教程物理2024导学案必修第册人教版新第十三章 电磁感应与电磁波初步3.电磁感应现象及应用含答案

《金版教程(物理）》2024导学案必修第册人教版新第十三章电磁感应与电磁波初步3．电磁感应现象及应用1．知道电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学方法、科学态度和科学精神。2.理解并掌握产生感应电流的条件。3.了解电磁感应现象在生活、生产中的应用。一划时代的发现1．电磁感应：“eq\x(\s\up1(01))磁生电”的现象。由eq\x(\s\up1(02))法拉第发现并定名。2．感应电流：由eq\x(\s\up1(03))电磁感应产生的电流。二产生感应电流的条件当穿过闭合导体回路的eq\x(\s\up1(01))磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。三电磁感应现象的应用eq\x(\s\up1(01))发电机是应用电磁感应产生电的一种机器。生活、生产中广泛使用的eq\x(\s\up1(02))变压器、eq\x(\s\up1(03))电磁炉等也是根据电磁感应制造的。1．判一判(1)奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第完成了“由磁产生电”的设想，发现了电磁感应现象。()(2)闭合电路中的磁通量发生变化就会产生感应电流。()(3)闭合电路的部分导体在磁场中运动，一定会产生感应电流。()(4)只要电路中磁通量发生变化，就有感应电流产生。()提示：(1)√(2)√(3)×(4)×2．议一议19世纪人们对电磁感应的探索，是一场国际性的研究活动。1821年，法国科学家安培已经开始探求磁生电的途径。安培做实验时总是保持线圈中的电流不变，没有观察到电磁感应现象。1825年，瑞士年轻的科学家科拉顿(J.D.Colladon，1802～1892)也用实验探索如何产生感应电流。科拉顿用条形磁体在线圈中插进和抽出进行实验时，为了排除磁体对“电流表”的影响，把“电流表”和线圈分别放在两个房间里。实验时，他在两个房间之间跑来跑去，没有观察到电磁感应现象。问题：安培、科拉顿与电磁感应现象的发现擦肩而过，他们的遗憾出自哪里？提示：只有穿过闭合回路的磁通量发生变化时，才会发生电磁感应现象。安培的遗憾出自做实验时没有改变线圈中的电流，科拉顿的遗憾出自实验和观察不同步，电磁感应现象发生了但他没看到。探究电磁感应现象仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：磁体能使附近的铁棒产生磁性，带电体能在导体上感应出电荷，奥斯特发现电流周围存在磁场，由此可以联想到什么？提示：磁与电之间也应该有这种“感应”，由磁也可以“感应”出电。活动2：如图1所示，导体切割磁感线时，电流表的示数为零吗？提示：电流表的示数不为零。活动3：将图1简化为图2所示电路，金属棒AB静止时，电路中没有电流，AB沿着磁感线运动时，电路中也没有电流，只有AB切割磁感线时才有电流产生，此时与磁场相关的哪个物理量发生了变化？提示：闭合电路ABCD的面积发生了变化，即穿过电路ABCD的磁通量发生了变化。活动4：如图3所示，开关闭合、断开瞬间，通过线圈A中的电流如何变化？线圈A产生的磁场如何变化？穿过线圈B的磁通量如何变化？电流表的示数为零吗？提示：开关闭合瞬间，线圈A中的电流从无到有，线圈A产生的磁场由无到有，穿过线圈B的磁通量从无到有，即增大，电流表示数不为零；开关断开瞬间，通过线圈A中的电流从有到无，线圈A产生的磁场从有到无，穿过线圈B的磁通量从有到无，即减少，电流表示数不为零。活动5：如图3所示，开关闭合后，滑动变阻器不动，线圈A中的电流变化吗？线圈A产生的磁场变化吗？穿过线圈B的磁通量变化吗？电流表示数为零吗？提示：均不变，电流表示数为零。活动6：如图3所示，开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片时，线圈A中的电流变化吗？线圈A产生的磁场变化吗？穿过线圈B的磁通量变化吗？电流表示数为零吗？提示：均变化，电流表示数不为零。1．划时代的发现法拉第认为电与磁有联系，电流能产生磁场，磁场也应该能产生电流。1831年他发现了电磁感应现象：把两个线圈绕在一个铁环上，一个线圈接电源，另一个线圈接“电流表”，当给一个线圈通电或断电的瞬间，在另一个线圈上出现了电流。电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加深入，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生。2．电磁感应现象(1)电磁感应：“磁生电”的现象，是由法拉第首先发现的。(2)感应电流：由电磁感应产生的电流。3．产生感应电流的条件当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。即：(1)电路为闭合导体回路。(2)穿过该闭合导体回路的磁通量发生变化。4．产生感应电流的常见类型(1)闭合导体回路中的一部分做切割磁感线运动时，闭合导体回路中产生感应电流(如图1、2)。(2)磁体的某一个磁极插入或抽出线圈时，线圈所在的闭合导体回路中产生感应电流。(3)产生磁通量的电路中的电源开关闭合与断开、调节电流大小的滑动变阻器滑片滑动时，闭合导体回路中产生感应电流(如图3)。例(多选)线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：A.向右平动；B.向下平动；C.绕轴转动(ad边向里)；D.从纸面向纸外垂直纸面平动。则线圈中有感应电流产生的情形是()[实践探究](1)如何判断有没有感应电流产生？提示：一看电路是否为闭合导体回路，二看穿过该闭合导体回路中的磁通量是否发生变化，如果两个条件都满足，则有感应电流产生，否则没有。(2)线圈切割磁感线或者相对磁场运动时，穿过线圈的磁通量一定会发生变化吗？提示：不一定，需要根据情况具体分析。[规范解答]在长直导线电流的磁场中的线圈，原来磁通量是垂直纸面向里的。对直线电流来说，离电流越远，磁场越弱，且距离导线相同的位置，磁感应强度大小相等。向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故线圈中没有感应电流，A错误；向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电流，B正确；绕轴转动，穿过线圈的磁通量变化(开始时减少)，必产生感应电流，C正确；从纸面向纸外垂直纸面平动，离纸面越远，穿过线圈的磁通量越少，线圈中有感应电流，D正确。[答案]BCD规律点拨产生电磁感应现象的条件，归根结底是穿过闭合导体回路的磁通量发生变化。关键在“变化”两字上，这是指穿过闭合导体回路的磁通量从无变有、从有变无、从小变大、从大变小，磁感线从面的另一方向穿过等。[变式训练1](多选)某同学为商店设计了一个感应门铃，强磁条固定在门框上，线圈和语音系统固定在平开门(前后开)上，当线圈中感应出一定强度的电流信号时，自动触发语音系统发出语音，下列说法中正确的是()A．开门时发出语音B．关门时不发出语音C．开门时穿过线圈的磁通量增大D．关门时穿过线圈的磁通量增大答案AD解析由图可知，开门时穿过线圈的磁通量减小，关门时穿过线圈的磁通量增大，故C错误，D正确。开门、关门时，穿过线圈的磁通量都发生了改变，都会出现感应电流，语音系统都会发出语音，故A正确，B错误。[变式训练2]关于电磁感应，下列说法正确的是()A．导体相对磁场运动，导体内一定会产生感应电流B．导体做切割磁感线的运动，导体内一定会产生感应电流C．闭合导体回路在磁场中做切割磁感线运动，回路中一定会产生感应电流D．穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，回路中一定会产生感应电流答案D解析导体相对磁场运动或导体做切割磁感线运动时，不一定组成闭合导体回路，故A、B错误；整个闭合导体回路做切割磁感线运动，但穿过回路的磁通量始终不变时，无感应电流产生，C错误；由产生感应电流的条件知，D正确。1．(电磁感应现象的发现)第一个发现电磁感应现象的科学家是()A．奥斯特 B．安培C．科拉顿 D．法拉第答案D解析奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，安培和科拉顿虽然都对磁产生电现象进行了研究，但是没有发现电磁感应现象。故D正确。2．(电现象和磁现象间的联系)(多选)下列现象中，能表明电和磁有联系的是()A．摩擦起电B．两块磁体相互吸引或排斥C．小磁针靠近通电导线时偏转D．磁体插入闭合线圈的过程中，线圈中产生感应电流答案CD解析摩擦起电是静电现象，与磁现象无关，故A错误。两块磁体相互吸引或排斥是磁极间的相互作用，不能表明电和磁有联系，B错误。小磁针靠近通电导线时偏转，是因为受到了磁场力的作用，说明电流周围有磁场，C正确。磁体插入闭合线圈的过程中，线圈中产生感应电流，说明磁可以生电，D正确。3．(对电磁感应现象的理解)下列现象中属于电磁感应现象的是()A．磁场对电流产生力的作用B．变化的磁场使闭合电路中产生电流C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化D．电流周围产生磁场答案B解析电磁感应指闭合回路中部分导体做切割磁感线运动，或者穿过闭合回路的磁通量变化时，回路中产生感应电流的现象，故B正确，A、C、D错误。4．(对产生感应电流条件的理解)关于感应电流产生的条件，以下说法正确的是()A．只要闭合导体回路内有磁通量，闭合导体回路中就一定会有感应电流B．穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定会有感应电流产生C．线圈不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化也不会有感应电流产生D．只要导体回路的一部分做切割磁感线运动，回路中就一定会有感应电流产生答案C解析感应电流产生的条件有两个，一是导体回路一定要闭合，二是穿过导体回路的磁通量要发生变化，而不是有磁通量就行了，所以A错误，C正确；B中螺线管不闭合时，无感应电流产生，故错误；D中导体回路不闭合，或虽然闭合，但通过导体回路的磁通量不发生变化时，都无感应电流产生，故错误。5．(产生感应电流的条件)在研究电磁感应现象的实验中，用导线将线圈与灵敏电流计相连，构成闭合电路，如图所示。在下列情况中，灵敏电流计指针不发生偏转的是()A．线圈不动，将磁体向线圈中插入B．线圈不动，将磁体从线圈中抽出C．磁体放在线圈里不动D．磁体不动，将线圈上下移动答案C解析线圈不动，将磁体向线圈中插入，穿过线圈的磁通量增大，电路中有感应电流产生，灵敏电流计指针偏转，A错误；线圈不动，将磁体从线圈中抽出，穿过线圈的磁通量减小，电路中有感应电流产生，灵敏电流计指针偏转，B错误；磁体放在线圈里不动，穿过线圈的磁通量不变，电路中没有感应电流产生，灵敏电流计指针不偏转，C正确；磁体不动，将线圈上下移动，穿过线圈的磁通量不断变化，电路中有感应电流产生，灵敏电流计指针偏转，D错误。6．(产生感应电流的条件)如图为“探究感应电流产生的条件”的实验装置图。下列操作中不能产生感应电流的是()A．开关S闭合瞬间B．开关S断开瞬间C．开关S闭合后，变阻器滑片P移动D．开关S闭合后，变阻器滑片P不移动答案D解析开关S闭合瞬间，穿过线圈B的磁通量发生变化，线圈B中产生感应电流，A错误；开关S断开瞬间，穿过线圈B的磁通量发生变化，有感应电流产生，B错误；开关S闭合后，变阻器滑片P移动，穿过线圈B的磁通量发生变化，有感应电流产生，C错误；开关S闭合后，变阻器滑片P不移动，穿过线圈B的磁通量不发生变化，没有感应电流产生，D正确。7．(产生感应电流的条件)(多选)穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像如图所示，能在闭合回路中产生感应电流的是()答案BCD解析产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，根据选项B、C、D中的图像可知，穿过闭合回路的磁通量发生了变化，能在闭合回路中产生感应电流，B、C、D正确，A错误。8.(产生感应电流的条件)如图所示，开始时矩形线框与磁场垂直，且一半在匀强磁场中，另一半在匀强磁场外。若要使线框中产生感应电流，下列方法中不可行的是()A．将线框向左拉出磁场B．以ab边为轴转动C．以ad边为轴转动(小于60°)D．以bc边为轴转动(小于60°)答案D解析将线框向左拉出磁场的过程中，穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流，A的方法可行。当线框以ab边为轴转动时，磁场区域内，线框垂直磁场方向上的投影面积变化，穿过线框的磁通量发生变化，所以线框中将产生感应电流，B的方法可行。当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，磁场区域内，线框垂直磁场方向上的投影面积减小，穿过线框的磁通量减少，所以在这个过程中线框中会产生感应电流(如果转过的角度超过60°，如在60°～300°之间，bc边处于无磁场区，线框中无磁通量，线框中不产生感应电流)，C的方法可行。当线框以bc边为轴转动时，如果转动角度小于60°，则在磁场区域内，线框垂直磁场方向上的投影面积不变，穿过线框的磁通量保持不变(大小为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积)，无感应电流产生，D的方法不可行。9.(产生感应电流的条件)如图所示，矩形导线框abcd处于竖直面内，直导线MN与bc边平行且与线框平面共面，并通以向上的电流i，则以下情况不能使线框中产生感应电流的是()A．线框以直导线MN为轴转动B．线框以ad边为轴转动C．线框沿线框平面向右平移D．增大直导线中的电流i答案A解析通电直导线产生的磁场磁感线是以直导线为圆心的同心圆，线框以直导线MN为轴转动，穿过线框的磁通量不变，线框中不产生感应电流，A正确；线框以ad边为轴转动，穿过线框的磁通量变化，线框中产生感应电流，B错误；直导线中电流产生的磁场，离导线越远磁场越弱，所以线框向右平移远离MN时，穿过线框的磁通量减小，线框中产生感应电流，C错误；增大直导线中的电流i，线框所在位置磁场增强，穿过线框的磁通量增大，线框中产生感应电流，D错误。10．(对产生感应电流条件的理解)(多选)如图所示，在水平面上有两条平行导轨MN、PQ，导轨间距离为l，匀强磁场垂直于导轨所在的平面(纸面)向里，磁感应强度的大小为B，两根金属杆1、2摆在导轨上，与导轨垂直，它们分别以速度v1、v2向右做匀速直线运动。下列哪种情形回路中有电流通过()A．v1＝v2 B．v1>v2C．v1<v2 D．以上说法都对答案BC解析只要两杆速度不同，穿过闭合回路的磁通量就会变化，回路中就有感应电流产生。故B、C正确。11．(产生感应电流条件的应用)假如有一宇航员登月后，想探测一下月球表面是否有磁场，他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈，则下列推断正确的是()A．直接将电流表放于月球表面，看示数是否为零来判断磁场的有无B.将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表示数为零，则可判断月球表面无磁场C．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表示数不为零，则可判断月球表面有磁场D．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，如电流表示数为零，则可判断月球表面无磁场答案C解析直接将电流表放于月球表面，电流表电路是断开的，不能产生感应电流，无法判断有无磁场，A错误；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，若线圈运动方向与磁场方向平行，线圈中不能产生感应电流，电流表示数为零，不能判断月球表面无磁场，B错误；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表示数不为零，说明线圈中磁通量发生变化，即月球表面有磁场，C正确；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，若该平面与磁感线平行，即使月球表面有磁场，磁通量也不变，即若电流表示数是零，不能判断月球表面无磁场，D错误。12.(综合提升)磁悬浮高速列车在我国已投入正式运行，磁悬浮的原理如图所示。图中A是圆柱形磁体，B是超导圆环，将B靠近A，水平放在A的上方，它就能在磁场力的作用下保持悬浮。在B靠近A的过程中，B中就会产生感应电流，这是因为____________________。由B中的感应电流方向可知，A的上端为________极。答案穿过B的磁通量增大S(南)解析在B靠近A的过程中，B中就会产生感应电流，这是因为穿过B的磁通量增大；根据安培定则，超导圆环B相当于一个小磁针，其下端是S极，根据同名磁极相互排斥，A的上端为S(南)极。4．电磁波的发现及应用1．了解麦克斯韦电磁场理论的两个基本论点：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。2.了解电磁波是怎样形成的；了解电磁波的传播，以及与光的联系；知道赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。3.知道波长、频率与波速的关系，了解电磁波谱及各种电磁波的应用。4.知道电磁波具有能量，电磁波是一种物质，了解电磁波在通信中的应用。一电磁场1．麦克斯韦对电磁感应现象的分析在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路中会产生eq\x(\s\up1(01))感应电流，一定是有了eq\x(\s\up1(02))电场，它促使导体中的自由电荷做eq\x(\s\up1(03))定向运动；即使在变化的磁场中没有eq\x(\s\up1(04))闭合电路，同样会在空间产生eq\x(\s\up1(05))电场。即电磁感应现象的实质是变化的磁场产生了eq\x(\s\up1(06))电场。2．麦克斯韦的假设麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的eq\x(\s\up1(07))对称之美。他大胆地假设：变化的电场产生eq\x(\s\up1(08))磁场。3．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eq\x(\s\up1(09))电磁场。二电磁波1．麦克斯韦对电磁波的预言如果在空间某区域中有eq\x(\s\up1(01))周期性变化的电场，那么它就在空间引起eq\x(\s\up1(02))周期性变化的磁场；这个eq\x(\s\up1(03))变化的磁场又引起新的eq\x(\s\up1(04))变化的电场。于是，变化的eq\x(\s\up1(05))电场和变化的eq\x(\s\up1(06))磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成了eq\x(\s\up1(07))电磁波。2．电磁波的传播：电磁波可以在eq\x(\s\up1(08))真空中传播，电磁波的速度等于eq\x(\s\up1(09))光速。3．光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种eq\x(\s\up1(10))电磁振动。4．电磁场理论的证实：1886年，德国科学家eq\x(\s\up1(11))赫兹通过实验捕捉到了电磁波。后来他又做了大量的实验，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为eq\x(\s\up1(12))无线电技术的发展开拓了道路。三电磁波谱1．波长、频率、波速(1)波长：在一列水波中，凸起的最高处叫作eq\x(\s\up1(01))波峰；凹下的最低处叫作eq\x(\s\up1(02))波谷。邻近的两个eq\x(\s\up1(03))波峰(或eq\x(\s\up1(04))波谷)的距离叫作eq\x(\s\up1(05))波长。(2)频率：在1s内波峰(或波谷)通过的eq\x(\s\up1(06))次数。(3)波速：用来描述波eq\x(\s\up1(07))传播快慢的物理量。(4)波速、波长、频率的关系：eq\x(\s\up1(08))波速＝波长×频率。如果用λ表示电磁波的波长，f表示它的频率，那么，电磁波的波速c与λ、f的关系是c＝eq\x(\s\up1(09))λf。电磁波在真空中的速度c＝eq\x(\s\up1(10))3×108m/s。2．电磁波谱按电磁波的eq\x(\s\up1(11))波长或eq\x(\s\up1(12))频率大小的顺序把各种电磁波排列起来，就是电磁波谱。按波长从长到短依次排列为：无线电波、eq\x(\s\up1(13))红外线、可见光、eq\x(\s\up1(14))紫外线、X射线、eq\x(\s\up1(15))γ射线。3．电磁波的特性及应用不同电磁波由于具有不同的eq\x(\s\up1(16))波长(或eq\x(\s\up1(17))频率)，因此具有不同的特性。利用这些特性，电磁波在生产、生活中有广泛的应用。(1)无线电波：长波、中波、短波可以用于eq\x(\s\up1(18))广播及其他信号的eq\x(\s\up1(19))传输，微波可以用于eq\x(\s\up1(20))卫星通信、电视等的信号传输。(2)红外线：可以用来eq\x(\s\up1(21))加热理疗。(3)可见光：可以用于eq\x(\s\up1(22))通信。(4)紫外线：可以eq\x(\s\up1(23))消毒。(5)X射线：可以用于eq\x(\s\up1(24))诊断病情。(6)γ射线：可以eq\x(\s\up1(25))摧毁病变的细胞。四电磁波的能量、电磁波通信1．电磁波具有eq\x(\s\up1(01))能量，电磁波是一种eq\x(\s\up1(02))物质。2．负责通话的电信网、广播电视网和互联网中的信息都是通过eq\x(\s\up1(03))电磁波来传递的。电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以eq\x(\s\up1(04))无线传播。1．判一判(1)电场或磁场能够在空间产生电磁波。()(2)麦克斯韦预言了电磁波的存在。()(3)电磁波的传播不需要介质，水波、声波的传播也不需要介质。()(4)电磁波在真空中的传播速度与光速相同，其值为3.0×108m/s。()(5)赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。()(6)可利用红外线的荧光效应判别人民币的真伪。()(7)电磁波的一个重要应用是无线电通信。()提示：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√(6)×(7)√2．想一想(1)麦克斯韦根据什么认为“变化的磁场产生电场”？提示：麦克斯韦是在法拉第电磁感应现象的基础上提出“变化的磁场产生电场”的假设。(2)关于“变化的电场产生磁场”的观点，他是在什么情况下提出的？提示：“变化的电场产生磁场”是他相信自然规律和谐统一而假设的，他相信磁场和电场有对称之美。他认为：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场。(3)各种电磁波按照频率从大到小如何排列？提示：γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波。探究1电磁场与电磁波仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图甲所示，在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路中会产生电流，为什么？提示：因为穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以闭合电路中会有感应电流产生。活动2：结合图乙分析，图甲中自由电荷能够在闭合电路中定向运动的根本原因是什么？提示：闭合电路中存在电场，自由电荷在电场中受到力的作用而定向运动。活动3：借鉴法拉第场的观点，尝试由上述分析总结出结论。提示：变化的磁场会在其周围空间产生电场。例如图甲中产生的电场如图所示：1．麦克斯韦电磁场理论的两个基本论点(1)变化的磁场产生电场在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路里会产生感应电流。既然产生了感应电流，一定是有了电场，它促使导体中的自由电荷做定向运动；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。即电磁感应现象的实质是变化的磁场产生了电场。(2)变化的电场产生磁场麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。既然变化的磁场能够产生电场，那么变化的电场也能产生磁场。2．按照麦克斯韦的电磁场理论，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。3．麦克斯韦的预言如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就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。于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，由此预言空间可能存在电磁波。4．水波和声波的传播都需要介质，与这些波不同，电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，可以在真空中传播。麦克斯韦推算出电磁波的速度等于光速，并由此提出了光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动。5．1886年，德国科学家赫兹通过实验捕捉到了电磁波。后来他又做了大量的实验，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。例1(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场C．周期性变化的电场周围空间一定产生周期性变化的磁场D．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场[实践探究](1)变化的磁场(或电场)一定产生变化的电场(或磁场)吗？提示：不一定。(2)周期性变化的磁场(或电场)一定产生周期性变化的电场(或磁场)吗？提示：是的。[规范解答]根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场(或磁场)才能产生磁场(或电场)，变化的电场(或磁场)不一定产生变化的磁场(或电场)，周期性变化的电场(或磁场)一定产生周期性变化的磁场(或电场)，C、D正确。[答案]CD规律点拨(1)电场和磁场是两种不同的物质，周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁波；但有电场的空间不一定有磁场，有磁场的空间也不一定有电场。(2)电磁场是变化的电场和变化的磁场形成的不可分割的统一场，而不是静电场和静磁场简单的复合。(3)深化理解①恒定的磁场不产生电场，恒定的电场不产生磁场。②变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。③周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场。[变式训练1]手机A的号码为12345670001，手机B的号码为12345670002，手机A拨打手机B时，手机B发出响声并且显示屏上显示A的手机号码12345670001，设手机A、B的功能和设置相同，若将手机A置于一透明真空罩中，用手机B拨打A，则发现手机A()A．发出响声，并显示B的号码12345670002B．不发出响声，但显示B的号码12345670002C．不发出响声，但显示A的号码12345670001D．既不发出响声，也不显示号码答案B解析电磁波可以在真空中传播，而声波的传播需要介质。当用手机B拨打手机A时(A置于一透明真空罩中)，A能显示B的号码，但不能发出响声，故B正确。探究2电磁波谱电磁波的能量电磁波通信仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰；凹下的最低处叫作波谷。邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长(图甲)。在1s内有多少次波峰(或波谷)通过，波的频率就是多少。水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速。波速、波长、频率三者之间的关系是什么？提示：波速＝波长×频率。活动2：如果用λ表示电磁波的波长，f表示它的频率，参考活动1，电磁波的波速c与λ、f的关系是什么？提示：c＝λf。活动3：如图乙，按电磁波的波长或频率大小的顺序把各种电磁波排列起来，就是电磁波谱，由图可看出什么？提示：不同电磁波具有不同的波长或频率，特性也不同，在生活、生产中的应用也不同。活动4：赫兹通过实验证实了电磁波的存在，这意味着什么？提示：电磁场不仅仅是一种描述方式，而且是真正的物质存在。活动5：生活中常用微波炉来加热食物(图丙)。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。食物增加的能量是微波给它的。由此可得出什么？提示：电磁波具有能量。活动6：电磁波可以用来传递信息，请举一些例子。提示：打电话，发短信，通过互联网视频聊天、购物、查阅资料等。1．波长、频率和波速(1)波长：邻近的两个波峰(或波谷)的距离。(2)频率：1s内通过波峰(或波谷)的次数。(3)波速：描述波传播的快慢。(4)关系：波速＝波长×频率。对电磁波有：c＝λf，其中波速c＝3×108m/s，f为频率，λ为波长。2．电磁波谱按电磁波的波长或频率大小的顺序把各种电磁波排列起来。按波长由长到短(频率由小到大)排列为：无线电波(长波、中波、短波、微波)、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。3．电磁波的应用不同电磁波由于具有不同的波长(或频率)，因此具有不同的特性。利用这些特性，电磁波在生产、生活中有广泛的应用。电磁波应用无线电波长波、中波、短波广播及其他信号的传输微波卫星通信、电视等的信号传输红外线加热理疗、遥感、遥控电磁波应用可见光通信紫外线消毒、鉴别钞票真伪(荧光效应)X射线诊断病情(人体透视)γ射线摧毁病变细胞(治疗癌症)4.电磁波具有能量，是一种物质。实物粒子是物质存在的一种形式，场是物质存在的另一种形式，它们都是客观存在的。场具有能量。5．电磁波通信(1)信息通信网络通过电磁波来传递信息。(2)电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。例2关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是()A．红外线和X射线都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．电磁波谱中频率最小的为γ射线D．无线电波的波长比可见光长[实践探究](1)医学上常用于透视人体的是哪种射线？提示：X射线。(2)在电磁波中频率最高的是什么？波长最长的是什么？提示：γ射线的频率最高，无线电波的波长最长。[规范解答]X射线常用于医学上透视人体，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波谱中频率最高的是γ射线，波长最长的是无线电波，C错误，D正确。[答案]D规律点拨电磁波谱相关问题的解题方法(1)熟记各种电磁波的特性及应用。(2)按电磁波谱的排列顺序，波长越长，频率越低；波长越短，频率越高，且c＝λf。[变式训练2]如图所示是中国天眼FAST­500m口径球面射电望远镜，其主要工作波长在分米到米的范围，则天眼接收的电磁波的频率区间为()A．106Hz～107Hz B．108Hz～109HzC．1010Hz～1011Hz D．1012Hz～1013Hz答案B解析根据f＝eq\f(c,λ)，因工作波长在分米到米的范围，即0.1m～1m范围，而c＝3×108m/s，则天眼接收电磁波的频率区间为108Hz～109Hz。故选B。1．(对麦克斯韦电磁场理论的理解)(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是()A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B．周期性变化的电场产生周期性变化的磁场C．不均匀变化的电场或磁场才可能产生电磁波D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场答案ABC解析变化的磁场周围一定存在电场，当电场中存在闭合电路时，电路中有电流，若无闭合电路，电场仍然存在，故A正确；周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，B正确；不均匀变化的电场或磁场才能激发出变化的磁场或电场，从而可能形成电磁波，C正确；恒定的电场不产生磁场，恒定的磁场也不产生电场，D错误。2．(电磁波谱)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射线答案C解析由c＝fλ，得电磁波的波长越长，频率越低。根据电磁波按波长排列顺序，可得按频率由高到低排列的顺序是X射线、可见光、红外线、无线电波，C正确。3．(对电磁波的理解)对于声波和电磁波的比较，下面说法中正确的是()A．它们在同一介质中的传播速度相同B．它们都是由变化的电磁场产生的C．光是一种电磁波，B超利用的是声波D．它们都能在真空中传播答案C解析常温下声波在空气中的传播速度远小于电磁波在空气中的传播速度，A错误；声波是由物体振动产生的，电磁波是由变化的电磁场产生的，故B错误；光是一种电磁波，B超利用的是超声波，故C正确；电磁波既能在介质中传播又能在真空中传播，而声波只能在介质中传播，故D错误。4．(电磁波的特征)真空中所有电磁波都具有相同的()A．频率 B．波长C．波速 D．以上都不同答案C解析在真空中，电磁波的传播速度相同，而电磁波的频率、波长不一定相同，C正确。5．(综合)关于电磁波，下列说法正确的是()A．移动电话通讯是通过电磁波来实现的B．法拉第首先预言了电磁波的存在C．电磁波的传播需要介质D．电磁波无法携带信息答案A解析移动电话通讯是通过电磁波来实现的，A正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，B错误；电磁波的传播不需要介质，C错误；电磁波能携带信息，故D错误。6．(电磁波的应用)关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是()A．卫星通信用的是γ射线B．电磁波只能无线传播C．电磁波中频率最大的是X射线D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光答案D解析卫星通信用的是微波，A错误；电磁波既可以无线传播，也可以有线传播，B错误；电磁波中频率最大的是γ射线，C错误；紫外线和X射线的化学作用强，可以使感光底片感光，故D正确。7．(综合)某广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、夜视监控镜头捕捉到的光线、人体透视的X光，都是电磁波，它们的频率分别是f1、f2、f3、f4，则()A．f1>f2>f3>f4 B．f1<f2<f3<f4C．f1<f2<f4<f3 D．f2<f1<f3<f4答案B解析夜视监控镜头捕捉到的是红外线，故f1<f2<f3<f4，B正确。8．(c＝λf和x＝ct)波长为50～100m的无线电波可通过电离层的反射向远处传播，这些无线电波的频率范围是多大？若传到相隔1500km的远处至少需要多长时间？答案3×106～6×106Hz5×10－3s解析