2021-2022学年新教材粤教版必修第三册-6.4-电磁波及其应用-学案老头

第四节电磁涉及其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电磁场的物质性。(3)知道电磁波在电视播送、雷达、移动中的应用。科学思维理解电磁波的形成和传播。科学态度与责任能体会电磁技术应用对人类生活和社会开展带来的影响，具有学习和研究物理的好奇心与求知欲。eq\a\vs4\al(一、电磁场与电磁波电磁场的物质性)1．填一填(1)电磁场与电磁波英国物理学家麦克斯韦在研究了法拉第电磁感应现象之后，提出了电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和变化的磁场构成了一个不可别离的统一的场，称为电磁场。变化的电磁场在空间中的传播形成了电磁波。(2)电磁场的物质性①微波炉利用电磁波来加热食物，这说明电磁场具有能量。②俄国物理学家列别捷夫测量出光对被照射的物体有压力，用实验证明了由电磁场理论预言的光压。这说明电磁场具有与其他物质相互作用的属性。③电磁场虽然没有静止质量，但爱因斯坦提出的质能关系，揭示出电磁场因具有能量而具有运动质量。光压现象也说明电磁场是有质量的，因为有质量的物质才能对其他物体表现出压力作用。2．判一判(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：选D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。eq\a\vs4\al(二、电视播送雷达移动)填一填(1)电视播送：利用电磁波将电视信号先传送给地球同步通信卫星，然后由通信卫星将信号转发回地面，大大增加了信号的覆盖面积。(2)雷达：雷达是利用电磁波进行测距、定位的仪器，主要由发射机、接收机和显示器等局部组成。(3)移动：无线、无线对讲机、移动均是通过电磁波实现信号的发射与接收的。每台都是一个小型电磁波发射台，将用户的声音或数字信息转变为高频信号发射到空中，同时它又相当于一个收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方发射来的信息。eq\a\vs4\al(探究一)eq\a\vs4\al(对麦克斯韦电磁场理论的理解)[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。关于电磁场的理论，以下说法正确的选项是()A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B．变化的磁场周围产生的电场一定是变化的C．均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的D．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的[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[素养训练]1．以下有关电磁场理论说法正确的选项是()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：选D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。2．有关电磁场理论的以下说法中，正确的选项是()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，形成一个不可别离的统一体，即电磁场解析：选C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别离的统一体，即电磁场，故D错误。3．如下图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：选C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。eq\a\vs4\al(探究二)eq\a\vs4\al(对电磁波的理解)eq\a\vs4\al([问题驱动])为了防止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×102．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。波长为0.6μm的红光，从10m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？它的频率是多少？(c＝3×108m[解析]由速度公式v＝eq\f(x,t)可求得时间，可根据电磁波波长、频率和波速关系式c＝λf可得频率，其中t＝eq\f(x,c)＝eq\f(10,3×108)s≈3.33×10－8s由c＝λf得f＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,6×10－7)Hz＝5×1014Hz。[答案]×10－8s5×1014Hz[素养训练]1．关于电磁波，以下说法正确的选项是()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3×108解析：选D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3×1082．关于电磁场和电磁波，以下说法不正确的选项是()A．变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场，两者互相联系，统称为电磁场B．电磁场从发生区域由近及远地传播形成电磁波C．电磁波是一种物质，可在真空中传播。所以，平时说真空没有实物粒子，但不等于什么都没有，还有“场〞这种特殊物质D．电磁波可在真空中传播，也可在介质中传播解析：选A根据麦克斯韦电磁场理论，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生的是稳定的磁场，所以A项错误。3．[多项选择]以下关于电磁波的说法中正确的选项是()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：选CD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。eq\a\vs4\al(探究三)eq\a\vs4\al(电磁波的不同应用)[重难释解]不同电磁波的特性及应用电磁波种类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播送、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、治疗下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象。请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。(1)X光机，________。(2)紫外线灯，________。(3)理疗医用“神灯〞照射伤口，可使伤口愈合得较好。这里的“神灯〞是利用________。A．光的全反射B．紫外线具有很强的荧光作用C．紫外线具有杀菌消毒作用D．X射线的很强的穿透力E．红外线具有显著的热作用[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拟强又不会给人体造成太大的伤害的X射线，应选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，应选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，应选E。[答案](1)D(2)C(3)E[素养训练]1．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：选A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。2．[多项选择]以下