2025人教高中物理同步讲义练习必修三13.4电磁波的发现及应用（人教版2019必修第三册）（含答案）

2025人教高中物理同步讲义练习必修三13.4电磁波的发现及应用（人教版2019必修第三册）（含答案）第十三章电磁感应与电磁波初步第4节电磁波的发现及应用课程标准学习目标通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响1.了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念.2.知道电磁波的特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系.3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量．（一）课前阅读：1．如图所示，战争中，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？2.(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？（二）基础梳理一、电磁场1．麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场产生电场①在变化的磁场中放入一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了．②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样会在空间产生．(2)变化的电场产生磁场变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生，即的电场产生磁场．2．电磁场：变化的和互相联系，所形成的不可分割的统一体．【拓展补充】赫兹的实验：如图所示。实验现象：当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环的两个金属小球间也跳过电火花。(1)赫兹实验证明了电磁波的存在。()(2)电磁波不需要介质可在真空中传播。()(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。()二、电磁波1．产生：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波．2．特点(1)电磁波在真空中传播．(2)电磁波的传播速度等于．(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．【即学即练】判断下列说法的正误.判断下列说法的正误．(1)变化的磁场可以产生电场，但变化的电场不能产生磁场．()(2)电磁波在空气中可以传播，在真空中不能传播．()(3)光在真空中的速度与电磁波在真空中的速度相同，光是一种电磁波．()(4)无线电波、红外线、可见光、紫外线都属于电磁波．()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顺序把它们排列起来，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＝λf.(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顺序为：、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．【拓展补充】光子刀“光子刀”具有附带损伤小，术后恢复快等特点，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？一、麦克斯韦电磁场理论1．麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场周围会产生电场麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是存在的，如图所示．(2)变化的电场周围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变化，就会在其周围产生磁场．2．对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的磁场不产生电场恒定的电场不产生磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场周期性变化的磁场在周围空间产生同频率的周期性变化的电场周期性变化的电场在周围空间产生同频率的周期性变化的磁场【典例精析】例1关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A．电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B．稳定的电场周围产生稳定的磁场，稳定的磁场周围产生稳定的电场C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场D．周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场二、电磁波1．电磁波的形成周期性变化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，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．如图．(2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3×108m/s.(3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程．(4)只有周期性变化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.【典例精析】例2．(多选)关于电磁波，下列说法中正确的是()A．只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在C．电磁波和机械波都依赖于介质才能传播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三、电磁波谱1．电磁波谱电磁波按波长由大到小排列顺序为无线电波、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阔的电磁波谱．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波动能力强通信、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较强的穿透能力透视人体、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例3．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．红外线具有显著的热效应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射线具有很强的穿透力四、电磁波的能量电磁波通信1．电磁波的能量(1)电磁波是物质存在的一种特殊形式电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的，具有通常物质所具有的质量和能量等客观属性．(2)电磁波具有能量从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播．2．电磁波通信(1)传播途径电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以实现无线传播．有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息，如台式电脑、电话等，具体的媒介有：光纤、电缆、电话线、网线等．无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等．(2)传输特点电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息．例4．5G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网络使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0.3～3.0GHz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网络使用的无线电波，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网络使用的无线电波相同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周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场2．电场、磁场的变化关系可用下面的框图表示3．电磁波的特点(1)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。(2)电磁场中储存着能量，电磁波的发射过程就是辐射电磁能的过程。(3)电磁波可以在真空中传播，且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传播速度，即c＝3×108m/s。(4)电磁波传播虽然不需要介质，但它可以在其他介质如光纤中传播，且速度都比在真空中的小。4．波长、频率与波速之间的关系(1)波速＝波长×频率，即c＝λf。(2)频率由波源决定，与介质无关，而波长、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。(3)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。5．各种频率不同的电磁波既有共性，又有个性(1)共性：本质上都是电磁波，它们的行为遵循相同的规律。(2)个性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性。6．电磁波谱及其应用：按电磁波的波长或频率大小的顺序把他们排列成谱。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射线)、γ射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱，但相邻波谱之间并没有严格的界限。波谱特性应用无线电波波动性强通讯广播、导航等红外线热作用加热理疗可见光感光性强照明、照相紫外线荧光效应杀菌消毒、医疗等X射线穿透能力较强工业探伤、医学透视γ射线穿透能力最强工业探伤、医学治疗一、单选题1．电磁波在日常生活中有着广泛的应用。下列说法正确的是（）A．微波炉加热食物是利用了红外线的热作用B．红外线应用在遥感技术中，是利用了它穿透本领强的特性C．医院用X射线进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透能力最强的D．利用紫外线灭菌消毒，是因为紫外线具有较高的能量2．关于电磁波的传播速度表达式c=λf，下列理解正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度随波长增大而增大B．电磁波在真空中的传播速度随频率增大而增大C．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长不变D．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大3．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射线的频率一定大于X射线的频率C．X射线的波长一定大于可见光的波长D．可见光的波长一定比无线电波的波长短4．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5．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，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击。根据你所学的物理知识，判断下列说法正确的是（）A．运用隐蔽色涂层，无论距你多近的距离，你也不能看到它B．使用吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现C．使用吸收雷达电磁波涂层后，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容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施，使其不易被对方发现和攻击6．5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一是具有超高速的数据传输速率。5G信号一般采用3.3×109~6×109Hz频段的无线电波，而现行第四代移动通信技术4G的频段范围是1.88×109~2.64×109Hz，则（）A．5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站B．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快C．空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象D．5G信号是横波，4G信号是纵波7．电磁波在空气中的传播速度为v。北京交通广播电台发射电磁波的频率为f，该电磁波在空气中传播的波长λ为（）A．vf B． C． D．8．1864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二、多选题9．关于电磁波，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．雷达是利用电磁波来进行定位和导航的C．移动电话是通过电磁波来传递信息的D．利用电磁波传递信息可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输10．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（）A．任何电场都会产生磁场B．任何磁场都会产生电场C．麦克斯韦预言了电磁波的存在D．电磁波可以在真空中传播11．下列关于电磁波的叙述中正确的是（）A．电磁波是电磁场由发生区域向远处传播形成的B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108m/sC．电磁波由真空进入介质中传播时，波长将变短D．电磁波只能在介质中传播12．下列有关电磁波的特性和应用的说法正确的是（）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．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康C．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光13．关于电磁波，下列说法正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度等于光速B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波不能在真空中传播D．麦克斯韦提出了电磁场理论并证实了电磁波的存在14．下列关于电磁波的说法正确的是（）A．麦克斯韦提出：变化的磁场一定产生变化的电场，变化的电场一定产生变化的磁场B．各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样，为m/sC．X射线的穿透能力较强，医院透视用的是X射线D．红外线是波长比可见光波长还长的电磁波，常用于医院和食品消毒15．关于光波和无线电波，下列说法正确的是（）A．都是电磁波B．都可以在真空中传播C．在真空中的传播速度都是3×108m/sD．二者的波长、频率均相同16．某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示，能产生磁场的电场是（）A． B．C． D．

第十三章电磁感应与电磁波初步第4节电磁波的发现及应用课程标准学习目标通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响1.了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念.2.知道电磁波的特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系.3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量．（一）课前阅读：1．如图所示，战争中，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？答案：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。2.(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。（二）基础梳理一、电磁场1．麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场产生电场①在变化的磁场中放入一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场．②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样会在空间产生电场．(2)变化的电场产生磁场变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场．2．电磁场：变化的电场和磁场互相联系，所形成的不可分割的统一体．【拓展补充】赫兹的实验：如图所示。实验现象：当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环的两个金属小球间也跳过电火花。(1)赫兹实验证明了电磁波的存在。(√)(2)电磁波不需要介质可在真空中传播。(√)(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。(√)二、电磁波1．产生：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波．2．特点(1)电磁波可以在真空中传播．(2)电磁波的传播速度等于光速．(3)光在本质上是一种电磁波．即光是以波动形式传播的一种电磁振动．【即学即练】判断下列说法的正误.判断下列说法的正误．(1)变化的磁场可以产生电场，但变化的电场不能产生磁场．(×)(2)电磁波在空气中可以传播，在真空中不能传播．(×)(3)光在真空中的速度与电磁波在真空中的速度相同，光是一种电磁波．(√)(4)无线电波、红外线、可见光、紫外线都属于电磁波．(√)三、电磁波谱电磁波的能量电磁波通信1．电磁波谱(1)概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，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＝λf.(3)电磁波在真空中的速度c＝3×108m/s.(4)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．(5)各种电磁波的特性①无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输．②红外线：用来加热理疗等．③可见光：照亮自然界，也可用于通信．④紫外线：用于消毒．⑤X射线：用于诊断病情．⑥γ射线：可以摧毁病变的细胞．2．电磁波的能量(1)光是一种电磁波，光具有能量．(2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质．【拓展补充】光子刀“光子刀”具有附带损伤小，术后恢复快等特点，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？答案：这种“光子刀”工作在γ射线波段；该波段频率高，能量大，穿透能力强，被广泛应用于工业金属探伤、医学肿瘤治疗等领域。一、麦克斯韦电磁场理论1．麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场周围会产生电场麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是存在的，如图所示．(2)变化的电场周围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变化，就会在其周围产生磁场．2．对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的磁场不产生电场恒定的电场不产生磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场周期性变化的磁场在周围空间产生同频率的周期性变化的电场周期性变化的电场在周围空间产生同频率的周期性变化的磁场【典例精析】例1关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A．电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B．稳定的电场周围产生稳定的磁场，稳定的磁场周围产生稳定的电场C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场D．周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场答案D解析稳定的电场不能产生磁场，稳定的磁场不能产生电场，A、B错误；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，C错误；根据麦克斯韦电磁场理论，可知周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场，D正确．二、电磁波1．电磁波的形成周期性变化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，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．如图．(2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3×108m/s.(3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程．(4)只有周期性变化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.【典例精析】例2．(多选)关于电磁波，下列说法中正确的是()A．只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在C．电磁波和机械波都依赖于介质才能传播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答案BD解析要想产生电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是周期性变化的，A错误；麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在，选项B正确；电磁波可以在真空中传播，选项C错误；电磁波具有能量，电磁波的传播过程，也就是能量的传播过程，D正确．三、电磁波谱1．电磁波谱电磁波按波长由大到小排列顺序为无线电波、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阔的电磁波谱．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波动能力强通信、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较强的穿透能力透视人体、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例3．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．红外线具有显著的热效应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射线具有很强的穿透力答案(1)D(2)C(3)A解析(1)X光机是用来透视人体内的器官的，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X射线，因此选D.(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，因此选A.四、电磁波的能量电磁波通信1．电磁波的能量(1)电磁波是物质存在的一种特殊形式电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的，具有通常物质所具有的质量和能量等客观属性．(2)电磁波具有能量从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播．2．电磁波通信(1)传播途径电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以实现无线传播．有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息，如台式电脑、电话等，具体的媒介有：光纤、电缆、电话线、网线等．无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等．(2)传输特点电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息．例4．5G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网络使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0.3～3.0GHz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网络使用的无线电波，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网络使用的无线电波相同D．频率更高，相同时间传递的信息量更大答案D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，A错误；由c＝λf，知频率变大，波长变短，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，D正确．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周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场2．电场、磁场的变化关系可用下面的框图表示3．电磁波的特点(1)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。(2)电磁场中储存着能量，电磁波的发射过程就是辐射电磁能的过程。(3)电磁波可以在真空中传播，且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传播速度，即c＝3×108m/s。(4)电磁波传播虽然不需要介质，但它可以在其他介质如光纤中传播，且速度都比在真空中的小。4．波长、频率与波速之间的关系(1)波速＝波长×频率，即c＝λf。(2)频率由波源决定，与介质无关，而波长、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。(3)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。5．各种频率不同的电磁波既有共性，又有个性(1)共性：本质上都是电磁波，它们的行为遵循相同的规律。(2)个性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性。6．电磁波谱及其应用：按电磁波的波长或频率大小的顺序把他们排列成谱。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射线)、γ射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱，但相邻波谱之间并没有严格的界限。波谱特性应用无线电波波动性强通讯广播、导航等红外线热作用加热理疗可见光感光性强照明、照相紫外线荧光效应杀菌消毒、医疗等X射线穿透能力较强工业探伤、医学透视γ射线穿透能力最强工业探伤、医学治疗一、单选题1．电磁波在日常生活中有着广泛的应用。下列说法正确的是（）A．微波炉加热食物是利用了红外线的热作用B．红外线应用在遥感技术中，是利用了它穿透本领强的特性C．医院用X射线进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透能力最强的D．利用紫外线灭菌消毒，是因为紫外线具有较高的能量【答案】D【解析】A．微波炉加热食物是利用微波进行加热的，A错误；B．红外遥感技术是基于一切物体都在辐射红外线，用红外探测器接收物体发出的红外线，然后进行分析，从而得知被测物体的信息，B错误；C．γ射线的穿透能力比X射线的强，C错误；D．紫外线具有较高的能量，足以破坏细胞核中的物质，从而进行灭菌消毒，D正确；故选D。2．关于电磁波的传播速度表达式c=λf，下列理解正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度随波长增大而增大B．电磁波在真空中的传播速度随频率增大而增大C．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长不变D．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大【答案】D【解析】AB．电磁波在真空中的传播速度都相同，不随波长和频率的变化而变化，选项AB错误；CD．根据当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大，选项C错误，D正确。故选D。3．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射线的频率一定大于X射线的频率C．X射线的波长一定大于可见光的波长D．可见光的波长一定比无线电波的波长短【答案】D【解析】AB．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，AB错误；CD．可见光的波长一定比X射线的波长长，比无线电波的波长短，C错误，D正确。故选D。4．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。5．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，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击。根据你所学的物理知识，判断下列说法正确的是（）A．运用隐蔽色涂层，无论距你多近的距离，你也不能看到它B．使用吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现C．使用吸收雷达电磁波涂层后，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容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施，使其不易被对方发现和攻击【答案】B【解析】A．雷达向外发射电磁波，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，飞机运用隐蔽色涂层后还要反射电磁波，故A错误；B．使用吸收雷达电磁波的材料，可以减少电磁波的反射，故B正确；C．使用吸收雷达电磁波涂层后，机翼为导体，根据电磁感应知识可知，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上仍会产生感应电流，故C错误；D．发动机、喷气尾管等采取隔热、降温等措施后仍会反射电磁波，故D错误。故选B。6．5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一是具有超高速的数据传输速率。5G信号一般采用3.3×109~6×109Hz频段的无线电波，而现行第四代移动通信技术4G的频段范围是1.88×109~2.64×109Hz，则（）A．5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站B．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快C．空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象D．5G信号是横波，4G信号是纵波【答案】A【解析】A．5G信号的频率更高，则波长小，故5G信号更不容易发生明显的衍射现象，因此5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，故A正确；B．任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，故B错误；C．5G信号和4G信号的频率不一样，不能发生干涉现象，故C错误；D．电磁波为横波，可以发生偏振现象，故D错误。故选A。7．电磁波在空气中的传播速度为v。北京交通广播电台发射电磁波的频率为f，该电磁波在空气中传播的波长λ为（）A．vf B． C． D．【答案】D【解析】该电磁波在空气中传播的波长为故选D。8．1864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。二、多选题9．关于电磁波，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．雷达是利用电磁波来进行定位和导航的C．移动电话是通过电磁波来传递信息的D．利用电磁波传递信息可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输【答案】BC【解析】A．电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，故A错误；BC．雷达、移动电话都是利用电磁波来工作的，B、C正确；D．利用电磁波传递信息可以实现无线通信，电磁波也能通过电缆、光缆传播，如光纤通信，故D错误。故选BC。10．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（）A．任何电场都会产生磁场B．任何磁场都会产生电场C．麦克斯韦预言了电磁波的存在D．电磁波可以在真空中传播【答案】CD【解析】AB．变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，故AB错误；C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故C正确；D．电磁波由周期性变化的电场与周期性变化的磁场激发产生，电磁波能在真空中传播，故D正确。故选CD。11．下列关于电磁波的叙述中正确的是（）A．电磁波是电磁场由发生区域向远处传播形成的B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108m/sC．电磁波由真空进入介质中传播时，波长将变短D．电磁波只能在介质中传播【答案】AC【解析】A．由电磁波的产生过程可知，电磁波是电磁场由发生区域向远处传播形成的，A正确；BD．电磁波在真空中的传播速度为3×108m/s，在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度，BD错误；C．由波速公式v=λf得λ=电磁波在传播过程中，频率保持不变，由真空进入介质中传播时，速度减小，波长变短，C正确。故选AC。12．下列有关电磁波的特性和应用的说法正确的是（）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．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康C．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光【答案】CD【解析】A．X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线不能用于透视人体，选项A错误；B．过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误；C．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞，选项C正确；D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光，选项D正确。故选CD。13．关于电磁波，下列说法正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度等于光速B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波不能在真空中传播D．麦克斯韦提出了电磁场理论并证实了电磁波的存在【答案】AB【解析】A．电磁波在真空中的传播速度等于光速，选项A正确；B．如果在空间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，于是变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，从而形成了电磁波，选项B正确；C．电磁波可以在真空中传播，选项C错误；D．麦克斯韦提出了电磁场理论并预言电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项D错误。故选AB。14．下列关于电磁波的说法正确的是（）A．麦克斯韦提出：变化的磁场一定产生变化的电场，变化的电场一定产生变化的磁场B．各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样，为m/sC．X射线的穿透能力较强，医院透视用的是X射线D．红外线是波长比可见光波长还长的电磁波，常用于医院和食品消毒【答案】BC【解析】A．均匀变化的磁场会产生稳定的电场，均匀变化的电场会产生稳定的磁场，选项A错误；B．各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样，为m/s，选项B正确；C．X射线的穿透能力较强，医院透视用的是X射线，选项C正确；D．红外线是波长比可见光波长还长的电磁波，紫外线常用于医院和食品消毒，选项D错误。故选BC。15．关于光波和无线电波，下列说法正确的是（）A．都是电磁波B．都可以在真空中传播C．在真空中的传播速度都是3×108m/sD．二者的波长、频率均相同【答案】ABC【解析】ABC．光波和无线电波本质上都是电磁波，都可以在真空中传播，在真空中传播的速度都是3×108m/s，ABC正确；D．光波和无线电波波长、频率不同，D错误。故选ABC16．某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示，能产生磁场的电场是（）A． B．C． D．【答案】ABC【解析】根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场产生磁场，稳定的电场不能产生磁场。故选ABC。

第十三章电磁感应与电磁波初步第5节能量量子化课程标准学习目标知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征。1.了解热辐射和黑体的概念.2.初步了解微观世界的量子化特征，知道普朗克常量.3.了解原子的能级结构．（一）课前阅读：把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色为什么会有这样的变化呢?（二）基础梳理一、热辐射1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且这种辐射与物体的有关，所以叫热辐射．2．特点：温度升高时，热辐射中波长较的成分越来越强．3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的而不发生反射．【拓展补充】量子通信卫星“墨子号”如图所示为我国首颗量子通信卫星“墨子号”。“墨子号”的成功发射使我国在量子通信技术领域走在了世界前列。(1)量子通信的理论基础是普朗克的能量量子化假设。()(2)该理论的提出背景是经典电磁理论解释不了黑体辐射实验的实验规律。()(3)黑体就是黑色的物体，所以它不向外辐射电磁波。()(4)黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的。()二、能量子1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，这个最小的能量值ε叫能量子．2．大小：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s.3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为hν，光的能量子称为光子．【即学即练】判断下列说法的正误.判断下列说法的正误．(1)红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线．()(2)黑体一定是黑色的．()(3)热辐射只能产生于高温物体．()(4)当原子从能量较高的能态跃迁到能量较低的能态时，会放出任意能量的光子．()三、能级1．原子的能量是的，量子化的能量值叫．2．原子从高能态向低能态跃迁时光子，光子的能量等于前后两个能级．【拓展补充】氢原子光谱图如图所示为氢原子光谱图，为什么只有一些分立的亮线？一、热辐射和黑体辐射1．黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况．2．黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看成黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔．3．黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关．4．一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同．热辐射特点吸收、反射的特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类、表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波的波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射【典例精析】例1(多选)下列叙述正确的是()A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波二、能量子1．普朗克的能量子概念(1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34J·s，ν为电磁波的频率．(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的．2．爱因斯坦的光子说光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν.【典例精析】例2．(多选)对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是()A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C．吸收的能量可以是连续的D．辐射和吸收的能量是量子化的三、能级1．能级原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级．2．能级之间的跃迁处于低能级的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态，处于高能级的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子．拓展延伸①能级越低，原子越稳定．②除受到高速运动的电子的撞击外，当吸收一定大小的光子的能量(等于跃迁前后的两能级之差)时，原子也能跃迁到高能级．3．原子的发射光谱(1)光谱特征如图所示是氦原子的光谱，原子的发射光谱只有一些分立的亮线．(2)光谱分立的原因原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，因为原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的．例3．(多选)下列说法正确的是()A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线1．对黑体的理解(1)绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。(2)黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。2．一般物体与黑体的比较一般物体黑体热辐射特点辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关吸收、反射特点既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关完全吸收各种入射电磁波，不反射3．能量的量子化在微观世界里，能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化。4．能量子观点与黑体辐射实验的比较普朗克的能量子假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。借助于能量子的假说，普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得很好。5．对能级跃迁的理解(1)原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级。(2)原子从高能态向低能态跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差。(3)放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱是一些分立的亮线。一、单选题1．以下关于光子的说法正确的是（）A．光子的能量跟它的频率无关B．紫光光子的能量比红光光子的能量小C．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒D．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子2．红外线热像仪可以监测人的体温，当被测者从仪器前走过时，便可知道被测者的体温是多少。关于红外线热像仪测体温的原理，下列说法正确的是（）A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的体温有关C．被测者会辐射红外线，所辐射红外线的强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强，且较短波长的辐射强度大D．被测者会辐射红外线，所辐射红外线的强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强，且较长波长的辐射强度大3．下列说法正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关4．第五代移动通信技术，简称，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、自动驾驶技术等将逐一实现。应用频段的无线电波传送信号，相比于现有的（频段）而言，所应用的无线电波（）A．在真空中的波长更长 B．在真空中的波长更短C．在真空中的传播速度更小 D．在真空中的传播速度更大5．如图所示，用一束太阳光去照射横截面为三角形的玻璃砖，在光屏上能观察到一条彩色光带。下列说法正确的是（）A．玻璃对b光的折射率大B．c光子比b光子的能量大C．此现象是因为光在玻璃砖中发生全反射形成的D．减小a光的入射角度，各种色光会在光屏上依次消失，最先消失的是b光6．硅光电池是将光辐射的能量转化为电能。若有个波长为的光子打在硅光电池极板上，这些光子的总能量为为普朗克常量，为真空中的光速（）A． B． C． D．7．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为，已知可见光的平均波长约为，普朗克常量为，则进入人眼的光子数至少为（）A．个 B．个 C．个 D．个8．对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法不正确的是（）A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C．吸收的能量可以是连续的D．辐射和吸收的能量是量子化的二、多选题9．对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是（）A．微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波B．微波和声波一样都只能在介质中传播C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说10．关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（）A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的11．关于波的性质，下列说法正确的是（

）A．波是振动的传播，所以波的传播都需要介质B．只要两列波的频率相同，就能形成稳定干涉C．哈勃望远镜观测到遥远恒星发光的红移现象（频率变小），证明了宇宙在膨胀D．两列机械波叠加时，振动减弱点可能一直处于平衡位置E．光的衍射现象证明了光是一种波，而偏振现象则说明它是横波12．下列说法正确的是（）A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体的热辐射实质上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说13．对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是（）A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C．吸收的能量可以是连续的D．辐射和吸收的能量是量子化的14．2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法正确的是（）A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体的热辐射实质上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说15．关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是（）A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C．能量子与电磁波的频率成正比D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的16．下列说法正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以有较强的辐射D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关

第十三章电磁感应与电磁波初步第5节能量量子化课程标准学习目标知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征。1.了解热辐射和黑体的概念.2.初步了解微观世界的量子化特征，知道普朗克常量.3.了解原子的能级结构．（一）课前阅读：把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色为什么会有这样的变化呢?答案：随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化。（二）基础梳理一、热辐射1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．2．特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强．3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的而不发生反射．【拓展补充】量子通信卫星“墨子号”如图所示为我国首颗量子通信卫星“墨子号”。“墨子号”的成功发射使我国在量子通信技术领域走在了世界前列。(1)量子通信的理论基础是普朗克的能量量子化假设。(√)(2)该理论的提出背景是经典电磁理论解释不了黑体辐射实验的实验规律。(√)(3)黑体就是黑色的物体，所以它不向外辐射电磁波。(×)(4)黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的。(×)二、能量子1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，这个最小的能量值ε叫能量子．2．大小：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s.3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为hν，光的能量子称为光子．【即学即练】判断下列说法的正误.判断下列说法的正误．(1)红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线．(×)(2)黑体一定是黑色的．(×)(3)热辐射只能产生于高温物体．(×)(4)当原子从能量较高的能态跃迁到能量较低的能态时，会放出任意能量的光子．(×)三、能级1．原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级．2．原子从高能态向低能态跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差．分立分立【拓展补充】氢原子光谱图如图所示为氢原子光谱图，为什么只有一些分立的亮线？答案：原子放出光子，放出的光子的能量等于始、末两个能级的能量差值，能量一定，放出光子的频率也一定，因此氢原子的光谱只有些分立的亮线。一、热辐射和黑体辐射1．黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况．2．黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看成黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔．3．黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关．4．一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同．热辐射特点吸收、反射的特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类、表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波的波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射【典例精析】例1(多选)下列叙述正确的是()A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案ACD解析根据热辐射定义知，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类、表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错误，C正确；根据黑体定义知，D正确．二、能量子1．普朗克的能量子概念(1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34J·s，ν为电磁波的频率．(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的．2．爱因斯坦的光子说光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν.【典例精析】例2．(多选)对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是()A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C．吸收的能量可以是连续的D．辐射和吸收的能量是量子化的答案ABD解析根据普朗克能量子假说，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，能量的辐射、吸收要一份份地进行，故选A、B、D.三、能级1．能级原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级．2．能级之间的跃迁处于低能级的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态，处于高能级的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子．拓展延伸①能级越低，原子越稳定．②除受到高速运动的电子的撞击外，当吸收一定大小的光子的能量(等于跃迁前后的两能级之差)时，原子也能跃迁到高能级．3．原子的发射光谱(1)光谱特征如图所示是氦原子的光谱，原子的发射光谱只有一些分立的亮线．(2)光谱分立的原因原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，因为原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的．例3．(多选)下列说法正确的是()A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线答案CD解析原子的能量是量子化的，原子从高能级向低能级跃迁时向外放出光子．光子的能量hν＝E初－E末，由于原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线，故C、D正确．1．对黑体的理解(1)绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。(2)黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。2．一般物体与黑体的比较一般物体黑体热辐射特点辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关吸收、反射特点既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关完全吸收各种入射电磁波，不反射3．能量的量子化在微观世界里，能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化。4．能量子观点与黑体辐射实验的比较普朗克的能量子假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。借助于能量子的假说，普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得很好。5．对能级跃迁的理解(1)原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级。(2)原子从高能态向低能态跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差。(3)放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱是一些分立的亮线。一、单选题1．以下关于光子的说法正确的是（）A．光子的能量跟它的频率无关B．紫光光子的能量比红光光子的能量小C．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒D．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子【答案】D【解析】A．根据可知光子的能量与光子的频率成正比，选项A错误；B．在可见光范围内，紫光的频率最大，红光的频率最小，根据可知紫光光子的能量比红光光子的能量大，选项B错误；C．光子具有能量，但没有静止质量，也没有具体的体积，它不是实物粒子，选项C错误；D．光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫做一个光子，选项D正确。故选D。2．红外线热像仪可以监测人的体温，当被测者从仪器前走过时，便可知道被测者的体温是多少。关于红外线热像仪测体温的原理，下列说法正确的是（）A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的体温有关C．被测者会辐射红外线，所辐射红外线的强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强，且较短波长的辐射强度大D．被测者会辐射红外线，所辐射红外线的强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强，且较长波长的辐射强度大【答案】C【解析】AB．根据热辐射的实验规律可知，人的体温升高，人体辐射的红外线的频率和强度就会增加，通过监测被测者辐射的红外线的频率和强度，就可以知道该人的体温了，故A、B错误；CD．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，因此热辐射中较短波长的成分越来越多，故C正确，D错误。故选C。3．下列说法正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关【答案】D【解析】A．任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，故A错误；BC．能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故BC错误；D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，故D正确。故选D。4．第五代移动通信技术，简称，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、自动驾驶技术等将逐一实现。应用频段的无线电波传送信号，相比于现有的（频段）而言，所应用的无线电波（）A．在真空中的波长更长 B．在真空中的波长更短C．在真空中的传播速度更小 D．在真空中的传播速度更大【答案】B【解析】AB．5G应用3300MHz~5000MHz频段的无线电波传送信号，4G应用1880MH~2635MHz频段的无线电波传送信号，则5G信号的频率比4G信号高，由可知5G电波比4G电波在真空中的波长更短，A错误，B正确；CD．根据麦克斯韦电磁场理论，可知任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，CD错误。故选B。5．如图所示，用一束太阳光去照射横截面为三角形的玻璃砖，在光屏上能观察到一条彩色光带。下列说法正确的是（）A．玻璃对b光的折射率大B．c光子比b光子的能量大C．此现象是因为光在玻璃砖中发生全反射形成的D．减小a光的入射角度，各种色光会在光屏上依次消失，最先消失的是b光【答案】B【解析】AB．由光路可知，c光的偏折程度较大，可知玻璃对c光的折射率大，则c光的频率较大，根据可知，c光子比b光子的能量大，选项A错误，B正确；C．此现象是因为光在玻璃砖中发生折射形成的，选项C错误；D．因可知，c光的临界角较小，若减小a光的入射角度，各种色光在右侧面的入射角变大，c光的入射角最先达到临界角发生全反射，则最先消失的是c光，选项D错误。故选B。6．硅光电池是将光辐射的能量转化为电能。若有个波长为的光子打在硅光电池极板上，这些光子的总能量为为普朗克常量，为真空中的光速（）A． B． C． D．【答案】B【解析】由于单个光子的能量为所以