2024-2025学年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案新人教版必修第三册

PAGE13-电磁波的发觉及应用一、电磁场1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设:(1)改变的磁场能够在四周空间产生电场(如图甲所示)。(2)改变的电场能够在四周空间产生磁场(如图乙所示)。2.电磁场:改变的电场和改变的磁场交替产生,形成不行分割的统一体,称为电磁场。二、电磁波如图所示,斗争中,天上有卫星,空中有战机,地上有战车,海里有战舰。你知道是什么把这些战场要素连成一个有机的整体的吗?提示:是电磁波。战场各个要素通过电磁波互通有无,传递信息,构成一个有机的战场系统。1.电磁波的产生:周期性改变的磁场四周会产生周期性改变的电场,周期性改变的电场四周也会产生周期性改变的磁场。改变的电场和改变的磁场相互联系在一起,就会在空间形成一个统一的、不行分割的电磁场,这种在空间交替改变的电磁场传播出去就形成了电磁波。2.电磁波可以在真空中传播,电磁波的传播不须要介质。3.光也是电磁波:(1)电磁波的传播速度恰好与真空中的光速相同。(2)麦克斯韦指出,光是以波动形式传播的一种电磁振动。4.赫兹的电火花:如图所示,和高压感应线圈相连的抛光金属球间产生电火花时,空间出现了快速改变的电磁场,这种改变的电磁场以电磁波的形式传到了导线环,导线环中激发出感应电动势,使与导线环相连的金属球间也产生了电火花。这个导线环事实上是电磁波的检测器。结论:赫兹试验证明了电磁波的存在,检验了麦克斯韦电磁场理论的正确性。三、电磁波谱1.波峰与波谷: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。2.波长、频率与波速:如图邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长,波长用符号λ来表示;波的频率是在1s内有多少次波峰(或波谷)通过,频率用符号f来表示;波速是用来描述波传播快慢的物理量,波速用符号c来表示。3.波速、波长、频率三者之间的关系:c=λf,其中c=3×108m/s。4.电磁波谱的概念及分类:(1)概念:按电磁波的波长或频率大小的依次排列成谱,叫作电磁波谱。(2)分类:依据波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。5.电磁波的特点及应用:(1)无线电波:波长大于1mm(频率小于300GHz)的电磁波是无线电波。①无线电波中的中长短波:广播及其他信号传输。②无线电波中的微波:卫星通信、电视等。(2)红外线:①红外线是一种光波,波长比无线电波短,比可见光长,其主要特点是热效应。②全部物体都放射红外线,热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。③红外线主要用于加热理疗、红外遥感和红外高速摄影等。(3)可见光:可见光的波长在400nm到760nm之间,可见光让我们望见这个世界,也可用于通信。(4)紫外线:①波长范围在5__nm到370__nm之间,其主要特点是化学效应。

②具有较高的能量,应用于灭菌消毒,具有较强的荧光效应,用来激发荧光物质发光。(5)X射线和γ射线:①X射线频率比紫外线高,穿透力较强,用来检查工业部件有无裂纹或气孔,医学上用于人体透视。②γ射线频率比X射线还要高,具有很高的能量,穿透力更强,医学上用来治疗癌症,工业上用于探测金属部件内部是否有缺陷。四、电磁波的应用1.电磁波具有能量:(1)可以用仪器探测到电磁波的存在,说明电磁波是一种真实存在的物质。(2)生活中经常用微波炉来加热食物,说明电磁波具有能量,且电磁波的频率越高,能量越大。2.电磁波通信:电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输,也可实现无线传输。电磁波的频率越高,相同时间内传递的信息量越大。3.电视:(1)摄影机把图像变成电信号。(2)放射机把电信号加载到频率很高的电磁波上。(3)放射天线将高频信号放射到空中。(4)电视机的接收天线把高频信号接收下来。(5)电视机把图像信号取出并放大。(6)显像管将图像信号还原为图像。4.雷达:(1)雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备。(2)雷达既是电磁波的放射端,又是电磁波的接收端。(3)原理:雷达用直线性好的微波定位。无线电波的传播速度是c,测出从放射无线电波到接收反射波的时间t,就可以确定障碍物的距离L=。事实上,障碍物的距离等数据由电子电路自动计算并在荧光屏上显示。5.移动电话:(1)每一部移动电话都是一个无线电台,同时又相当于一台收音机。(2)移动电话的体积很小,放射功率不大;它的天线也很简洁,灵敏度不高。因此,它与其他用户的通话要靠较大的固定无线电台转接,这种固定的电台叫作基地台或基站。(1)改变的电场肯定产生改变的磁场。 (×)(2)恒定电流四周产生磁场,磁场又产生电场。 (×)(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)电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108m/s。 (×)(6)光也是一种电磁波。 (√)学问点一电磁波的理解角度1麦克斯韦电磁场理论及其理解1.麦克斯韦电磁场理论:(1)改变的磁场四周会产生电场:麦克斯韦提出,在改变的磁场四周会激发出一种电场,不管有无闭合电路,改变的磁场激发的电场总是存在的,如图所示:(2)改变的电场四周会产生磁场: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改变,就会在其四周产生磁场。2.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称改变的电场在四周空间产生恒定的磁场匀称改变的磁场在四周空间产生恒定的电场周期性改变的电场在四周空间产生同频率周期性改变的磁场周期性改变的磁场在四周空间产生同频率周期性改变的电场(1)视察上面两幅图,改变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分吗?提示:改变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)改变的磁场肯定能产生电磁波吗?为什么?提示:不肯定,匀称改变的磁场在四周空间产生恒定的电场,不匀称改变的磁场在四周空间产生改变的电场,假如改变的磁场能产生改变的电场,改变的电场又能产生改变的磁场,才能在四周空间产生电磁波。【典例1】关于电磁场理论,下列说法正确的是()A.在电场四周产生磁场,磁场四周产生电场B.在改变的电场四周肯定产生的磁场,在改变的磁场四周肯定产生的电场C.匀称改变的电场四周肯定产生的磁场D.周期性改变的电场四周肯定产生周期性改变的磁场【审题关键】序号解题依据信息提取①恒定电场不产生磁场,恒定磁场不产生电场电场肯定产生磁场,磁场肯定产生电场②匀称改变的电场产生恒定的磁场,匀称改变的磁场产生恒定的电场改变的电场产生改变的磁场,改变的磁场产生改变的电场③匀称改变的电场产生恒定的磁场匀称改变的电场产生匀称改变的磁场【解析】选D。依据麦克斯韦电磁场理论,只有改变的电场能产生磁场,匀称改变的电场产生恒定的磁场,非匀称改变的电场才产生改变的磁场。角度2电磁波的性质1.电磁波的形成示意图:2.电磁波的特点:(1)在传播方向上,随意一点的E和B都随时间周期性改变,E和B彼此垂直,且与电磁波的传播方向垂直。如图(2)电磁场中储存电磁能,电磁波的放射过程就是辐射能量的过程。(3)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=3.0×108m/s,电磁波传播虽然不须要介质,但在其他介质中的速度都比在真空中的小。(4)只有周期性改变的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。(5)光也是一种电磁波。空间存在如图所示的电场,那么在空间能不能产生磁场?在空间能不能形成电磁波?提示:如题图所示的电场是匀称改变的,依据麦克斯韦电磁场理论可知会在空间激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出新的电场,故不会产生电磁波。【典例2】某电路中电场随时间改变的图像如下列各图所示,能放射电磁波的电场是()【解析】选D。图A中电场不随时间改变,不会产生磁场;图B和图C中电场都随时间做匀称的改变,只能在四周产生恒定的磁场,也不会产生和放射电磁波;图D中电场随时间做不匀称的改变,能在四周空间产生改变的磁场,而这磁场的改变也是不匀称的,又能产生改变的电场,从而交织成一个不行分割的统一体,即形成电磁场,能放射电磁波。学问点二电磁波谱的理解角度1各种电磁波的共性和特性1.共性:(1)在本质上都是电磁波,遵循相同的规律,各波段之间的区分并没有肯定的意义。(2)都遵循公式v=λf,在真空中的传播速度都是c=3×108m/s。(3)传播都不须要介质。2.特性:不同的电磁波由于具有不同的波长(频率),故具有不同的特性。如图所示为美国最先进的KH—12光学侦察卫星,采纳先进的自适应光学成像技术,地面辨别率最高可达0.1米,是美国天基侦查的主力军。那么,你知道它上面携带的相机在夜间进行红外摄像时工作在什么波段吗?该波段有什么特点?提示:工作在红外线这一波段。该波段的波长大于可见光而小于无线电波,主要效应为热效应,常用于加热理疗、红外遥感摄像等。【典例1】(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是()A.波长不同的电磁波在本质上完全相同B.电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象C.电磁波谱的频带很宽D.电磁波的波长很短,所以电磁波的频带很窄【解析】选A、C。电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的,只是波长或频率不同而已,其中波长最长的波跟波长最短的波之间的频率相差1020倍,又由波速公式v=λf知,电磁波谱的频带也是很宽的。角度2不同电磁波的特性及应用1.电磁波谱图:各电磁波按波长从大到小或频率从低到高可排列成如图电磁波谱。2.不同电磁波的应用:电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线频率(Hz)由左向右,频率由低到高真空中波长由左向右,波长由长到短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、广播、导航加热、遥测、遥感、红外摄像、红外制导照明、照相等日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等检测、探测、透视、治疗探测、治疗提示:(1)波长越长的电磁波频率越低,能量越低,衍射实力越强,穿透力越差。(2)波长越短的电磁波频率越高,能量越高,衍射实力越弱,穿透力越强。“光子刀”具有附带损伤小,术后复原快等特点,被广泛应用于各种恶性肿瘤的治疗中。那么,你知道这种“光子刀”工作在什么波段?该波段有什么特点吗?提示:这种“光子刀”工作在γ射线波段,该波段频率高,能量大,穿透力强,被广泛应用于工业金属探伤、医学肿瘤治疗等领域。【典例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射线都有很强的穿透本事,常用于医学上透视人体B.过强的紫外线照耀有利于人的皮肤健康C.电磁波频率最大的是γ射线,医学上常用它进行人体透视检查D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光【解析】选D。X射线有很强的穿透本事,常用于医学上透视人体,红外线没有,A错误;过强的紫外线照耀对人的皮肤有害,B错误;电磁波中频率最大的是γ射线,但其频率太高,辐射太强,不适于进行人体透视检查,C错误,D正确。1.(多选)关于电磁波的应用,下列说法正确的是()A.医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒B.工业上利用γ射线检查金属部件内有无砂眼或裂缝C.刑侦上用紫外线拍摄指纹照片,因为紫外线波长短,辨别率高D.卫星用红外遥感技术拍摄云图照片,因为红外线穿透实力较强【解析】选B、C。医院里用紫外线杀菌消毒,A错误;卫星用红外遥感技术拍摄云图照片是利用了一切温度不同的物体都有频率不同的红外辐射的特点,再说红外线穿透实力并不强,故D错误,B、C正确。2.雷达在搜寻目标时,接收到回波所用时间为1.2×10-4s,则此目标距雷达()A.36kmB.72kmC.18kmD.9km【解析】选C。s=c·t=3×105××1.2×10-4km=18km,故C正确。3.(多选)在电磁波中,波长按从长到短排列的是()A.无线电波、可见光、红外线B.无线电波、可见光、γ射线C.红光、黄光、绿光D.紫外线、X射线、γ射线【解析】选B、C、D。电磁波谱按波长从长到短排列依次依次是无线电波→红外线→可见光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)→紫外线→X射线→γ射线,由此可知B、C、D选项正确。【拓展例题】考查内容:电磁波在生活中的应用【典例】一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图,A是放射时的雷达探究波的脉冲波形,B是敌机反射回来的脉冲波形,则敌机与雷达站的距离是 ()A.9×105m B.4.5×105mC.3×105m D.无法确定【解析】选B。由题图知两波形相差3×10-3s,即敌机与雷达站距离为s=vt=3×108××3×10-3m=4.5×105m,故B正确。如图所示,手机已成为人们普遍运用的通信和消遣工具。探究:(1)它是利用________(选填“电磁波”或“超声波”)进行通信的。

(2)这种波________(选填“能”或“不能”)在真空中传播。

【解析】(1)手机既是电磁波的放射台,也是电磁波的接收台,它是利用电磁波来传递信息的。(2)电磁波本身就是物质,故能在真空中传播。答案:(1)电磁波(2)能如图所示,某雷达站正在跟踪一架飞机,此时飞机正朝着雷达站方向匀速飞来。某一时刻雷达放射出一个雷达脉冲波,经过2×10-4s后收到反射波;隔0.8s后再发出一个脉冲波,经过1.98×10-4s收到反射波。探究:(1)雷达波是超声波还是电磁波?波速为多少?(2)若雷达波的频率为1.5×1010Hz,此波的波长为多少?【解析】(1)雷达波是电磁波,波速为3.0×108m/s。(2)依据波长、波速、频率的关系可得:λ==m=2×10-2m。答案:(1)电磁波3.0×108m/s(2)2×10-2m1.高原上的人皮肤乌黑的缘由是()A.与高原上人的生活习惯有关B.与高原上的风力过大有关C.与高原上紫外线辐射过强有关D.由遗传基因本身确定的【解析】选C。高原上的紫外线辐射比平原高许多,而紫外线对皮肤有生理作用,可使皮肤变黑且粗糙。2.下列说法