高二物理举一反三系列（人教版必修第三册）专题13.4 电磁波的发现及应用（教师版）

专题13.4电磁波的发现及应用【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1电磁场问题】 【题型2电磁波的产生】 【题型3电磁波的特点】 【题型4电磁波谱】 【题型5电磁波的应用】 【题型6物理史实及电磁波的危害防止】 【题型7电磁波的波长和频率的关系】 【题型1电磁场问题】【例1】关于电磁场理论，下列说法正确的是()A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场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．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场解析：选D根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才能产生变化的磁场，周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场，故D正确。【变式1-1】(多选)(2020·广东深圳市第二次统测)电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A.图(a)中利用了发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电B.图(b)中给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热C.图(c)中如果线圈B不闭合，S断开将不会产生延时效果D.图(d)中给电子感应加速器通以恒定电流时，被加速的电子获得恒定的加速度答案AC解析电流流过发射线圈会产生变化的磁场，当接收线圈靠近该变化的磁场时就会产生感应电流给手机充电，即利用发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电，故A正确；恒定的电流激发恒定的磁场，穿过金属锅的磁通量不变，不会发生电磁感应现象，没有涡流产生，故B错误；如果线圈不闭合，则B线圈中会有电磁感应现象，但不产生感应电流，故不会产生延时效果，故C正确；给电子感应加速器通以恒定电流时产生的磁场不变，即磁通量不变，则不会产生感生电场，则不能加速电子，故D错误。【变式1-2】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。【变式1-3】下列四个选项中的四种磁场变化情况，能产生如图所示电场的是（）A． B．C． D．【答案】B【详解】由图可知，产生的电场为稳定的电场，由麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的磁场才能产生稳定的电场。故选B。【题型2电磁波的产生】【例2】某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示，能发射电磁波的是()解析：选D由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定的电场时(如题图A)，由于它不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场时(如题图B、C)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会在较远处激发出电场，故也不会产生电磁波；只有周期性变化的电场(如题图D)，才会激发出周期性变化的磁场，它又激发出周期性变化的电场……如此交替的产生磁场和电场，便会形成电磁波，故D正确。【变式2-1】（多选）梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子会在空中产生电磁波，该电磁波（）A．是由于电荷运动产生的B．不能在真空中传播C．只能沿着梳子摇动的方向传播D．在空气中的传播速度约为【答案】AD【详解】A．梳子带电后，摇动梳子，电荷发生移动形成变化的电流，变化的电流产生变化的磁场，从而形成电磁波，故A正确；B．电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，故B错误；C．电磁波产生后，可以沿任意方向传播，故C错误；D．电磁波在真空中的传播速度等于光速，在空气中的传播速度约为，故D正确。故选AD。【变式2-2】电信网、广播电视网和互联网逐步整合成为统一的信息通信网络，这些信息都是通过电磁波来传递的。关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是（）A．变化的磁场一定能产生电磁波B．磁场一定在周围空间产生电场C．不均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生不均匀变化的电场D．麦克斯韦推算出电磁波传播的速度等于光速，提出了光的电磁理论：光是电磁波【答案】D【详解】A．根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的磁场周围能产生电场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，不会产生电磁波，故A错误；B．稳定的磁场在其周围不产生电场，故B错误；C．不均匀变化的电场产生变化的磁场，磁场有可能是均匀变化的；均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，故C错误；D．麦克斯韦推算出了电磁波的传播速度等于光速，提出了光的电磁理论：光是电磁波，故D正确。故选D。【变式2-3】(1)观察上面两幅图，变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗？(2)变化的磁场一定能产生电磁波吗？为什么？答案：(1)变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的。(2)不一定，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场，如果变化的磁场能产生变化的电场，变化的电场又能产生变化的磁场，才能在周围空间产生电磁波。【题型3电磁波的特点】【例3】(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是()A．机械波与电磁波本质上是一致的B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，还与电磁波的频率有关C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象解析：选BCD机械波由波源振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生；机械波传播需要介质，波速由介质决定；电磁波的传播不需要介质，波速由介质和本身频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，B、C、D正确。【变式3-1】(多选)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．电磁波可以发生衍射现象和偏振现象C．简谐机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速度越大D．紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度解析：选BD电磁波在真空中的传播速度都一样，与电磁波的频率无关，A错误；一切波都可以发生衍射现象，横波具有偏振现象，电磁波属于波的一种，且是横波，故电磁波可以发生衍射现象和偏振现象，B正确；简谐机械波在给定的介质中传播时，波传播速度与介质有关，与频率无关，C错误；依据v＝eq\f(c,n)，且紫外线的折射率大于红外线，因此紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度，D正确。【变式3-2】测温是防控新冠肺炎的重要环节。在公共场所常用如图所示的测温枪为出入人员测温，测温枪是通过传感器接收红外线，得出感应温度数据，使用时只要将测温枪靠近皮肤表面，修正皮肤与实际体温的温差便能准确显示体温，下列说法正确的是()A.测温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒B.红外线是波长比紫外线长的电磁波C.红外线的穿透能力很强，接受红外线照射是会伤害身体的D.红外线的频率大于X光的频率答案B解析紫外线可用于杀菌消毒，红外线具有热效应，故A错误；由电磁波谱可知，红外线是波长比紫外线长的电磁波，故B正确；红外线的热作用很强，接受红外线照射是不会伤害身体的，故C错误；由电磁波谱可知，红外线的频率小于X光的频率，故D错误。【变式3-3】关于机械波与电磁波，下列说法中正确的是()A.机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，是受迫振动B.弹簧振子在四分之一个周期里运动的路程一定等于一个振幅C.有经验的战士可以根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹是接近还是远去D.电磁波衍射能力由强到弱的顺序是无线电波、可见光、红外线、γ射线答案AC解析机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，是受迫振动，选项A正确；弹簧振子只有从平衡位置或者离平衡位置最远处开始振动计时，在四分之一个周期里运动的路程才等于一个振幅，选项B错误；有经验的战士可以根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹是接近还是远去，这是根据多普勒效应，选项C正确；波长越大的衍射能力越强，则电磁波衍射能力由强到弱的顺序是无线电波、红外线、可见光、γ射线，选项D错误。【题型4电磁波谱】【例4】根据电磁波谱选出下列各组电磁波，其中频率互相交错重叠，且波长顺序由短到长排列的是()A．微波、红外线、紫外线B．γ射线、X射线、紫外线C．紫外线、可见光、红外线D．紫外线、X射线、γ射线解析：选B红外线与紫外线在电磁波谱中不相邻，更不会频率重叠，A错误。紫外线、可见光、红外线虽相邻，但它们三者间有明确的界线，频率也不相重叠，C错误。在电磁波谱中紫外线、X射线、γ射线有重叠，γ射线波长最短，紫外线波长最长，故B正确，D错误。【变式4-1】(多选)下列关于无线电波的叙述中，正确的是()A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波B．无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0×108m/sC．无线电波不能产生干涉和衍射现象D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短解析：选AD无线电波中长波波长有几十千米，微波中的毫米波只有几毫米，A正确；无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度3.0×108m/s，B错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C错误；无线电波由真空进入介质传播时，由于传播速度减小，由λ＝eq\f(v,f)可知波长变短，D正确。【变式4-2】关于各种电磁波的性质比较，下列说法中正确的有()A．由于红外线的波长比可见光长，所以比可见光更难发生干涉、衍射B．由于γ射线的波长太短了，所以根本无法发生干涉、衍射C．无论哪一种电磁波，在真空中的传播速度都相同D．γ射线的穿透能力最强，所以最适于用来透视人体，检查骨骼和其他病变情况解析：选C波长越长，越容易发生干涉、衍射，A错误；干涉、衍射是波特有的现象，B错误；电磁波在真空中的传播速度等于光速，C正确；X射线用来透视人体，检查骨骼等，D错误。【变式4-3】(多选)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摇控电视机D．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解析：选AD北斗导航系统是利用电磁波工作的，A正确；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；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；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，D正确。【题型5电磁波的应用】【例5】(多选)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有()A．杀菌用的紫外灯B．拍胸片的X光机C．治疗咽喉炎的超声波雾化器D．检查血流情况的“彩超”机解析：选AB紫外线和X光从本质上说是电磁波，A、B正确；治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的“彩超”机用的都是超声波，超声波属于机械波，C、D错误。【变式5-1】(多选)第五代移动通信技术(简称5G)是最新一代蜂窝移动通信技术，5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、大规模设备连接等。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是()A．5G和4G使用的电磁波都是横波B．5G和4G使用的电磁波在真空中的传播速度相同C．5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象D．在真空中5G使用的电磁波波长比4G的长解析：选ABC5G和4G使用的电磁波都是横波，A正确；5G和4G使用的电磁波在真空中的传播速度相同，均为3×108m/s，B正确；任何波均能发生干涉和衍射现象，故5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象，C正确；根据公式c＝λf可知，在真空中5G使用的电磁波的波长比4G的短，D错误。【变式5-2】新型冠状病毒疫情已被我国有效控制。为了战胜疫情，我们的志愿者在社区、机场等公共场所不顾个人安危，为行人量体温、查信息，严防死守，确保一方平安。志愿者使用的体温检测器通过非接触的方法感应人体的体温以此来排查新型冠状病毒的疑似感染病例。请问这种体温检测器工作时利用了哪种电磁波的特性()A．红外线 B．紫外线C．X射线 D．γ射线解析：选A红外线最显著的特性是热效应，体温检测器工作时利用的电磁波是红外线，A正确。【变式5-3】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关灯行驶的汽车，即使车辆离开，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射线波段解析：选B所有的物体都能发出红外线，热的物体的红外线辐射比冷的物体的强，间谍卫星上装的遥感照相机，实际上是红外线探测器，它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外线辐射，这是红外线摄影的基础。再者，红外线波长比其他波(如可见光、紫外线、X射线)的波长长，有较好地穿透云雾的能力，故B正确。而其他选项的光不具备以上特点，故A、C、D错误。【题型6物理史实及电磁波的危害防止】【例6】在物理学发展过程中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。下列叙述符合史实的是（）A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，揭示了电和磁存在联系B．法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中会出现感应电流C．麦克斯韦从场的角度总结电与磁的联系，证实了电磁波的存在D．法拉第用实验证实了电磁波的存在，并测出电磁波与光的传播速度相同【答案】A【解析】A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，揭示了电和磁存在联系，选项A正确；B．法拉第在实验中观察到，在通有变化电流的静止导线附近的固定导线圈中会出现感应电流，选项B错误；C．麦克斯韦从场的角度总结电与磁的联系，预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项C错误；D．赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测出电磁波与光的传播速度相同，选项D错误。故选A。【变式6-1】关于电磁波，下列说法正确的是（）A．麦克斯韦不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在C．赫兹不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在D．赫兹首先预言了电磁波的存在，麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在【答案】B【详解】麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在。故选B。【变式6-2】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【答案】A【解析】A．电磁波是一种物质，故A正确；B．电磁波既可以传递信息，也可以传播能量，故B错误；C．红外线的波长大于X射线的波长，故C错误；D．变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，故D错误。故选A。【变式6-3】电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害。《环境电磁波卫生标准》等法规规定：当电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不超过时，对人体没有任何影响。某ZZZ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，则人体与该装置的安全距离至少为（）A． B． C． D．【答案】B【详解】设人体与该装置的安全距离至少为x，则解得x≈2.0m故选B。【题型7电磁波的波长和频率的关系】【例7】国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四