13.3 电磁感应现象及应用（含答案）-2024-2025学年高二物理同步精讲义人教版2019版必修第三册

13.3电磁感应现象及应用（含答案）-2024-2025学年高二物理同步精品讲义（人教版2019版必修第三册)13.3电磁感应现象及应用学习目标1．知道什么是电磁感应现象。2．通过实验探究感应电流产生的条件。3．了解电磁感应现象的应用。重、难点：感应电流产生的条件。知识点一、划时代的发现1．“电生磁”的发现：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。2．“磁生电”的发现：1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。3．电磁感应：法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流。知识点二、产生感应电流的条件1．磁通量的变化磁通量的变化大致可分为以下几种情况：（1）磁感应强度B不变，有效面积S发生变化，如图（a）所示。（2）面积S不变，磁感应强度B发生变化，如图（b）所示。（3）磁感应强度B和面积S都不变，它们之间的夹角发生变化，如图（c）所示。INCLUDEPICTURE"E:\\周飞燕\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册\\例1.TIF"INCLUDEPICTURE"E:\\周飞燕\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册\\例1.TIF"INET【题1】如图所示，一环形线圈沿条形磁体的轴线，从磁体N极的左侧A点运动到磁体S极的右侧B点，A、B两点关于磁体的中心对称，则在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将A．先增大，后减小B．先减小，后增大C．先增大，后减小、再增大，再减小D．先减小，后增大、再减小，再增大【题2】如图所示，线框ABCD水平向右从有界的匀强磁场区域穿过，匀强磁场方向与线框ABCD垂直，下列说法中正确的是A．磁通量不变B．磁通量先减小再不变后增大C．磁通量先增大再不变后减小D．磁通量一直增大2．实验：探究感应电流产生的条件（1）实验一：如图所示，导体棒AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体棒AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生。（2）实验二：如图所示，当条形磁体插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁体在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生。（3）实验三：如图所示，将小线圈A插入大线圈B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流通过；而开关S一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中无电流通过。（4）归纳总结：实验一中：导体棒做切割磁感线运动，回路的有效面积发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流。实验二中：磁体插入或拔出线圈时，线圈中的磁场发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流。实验三中：开关闭合、断开或滑动变阻器的滑动触头移动时，小线圈A中电流变化，从而引起穿过大线圈B的磁通量变化，产生了感应电流。三个实验共同特点是：产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变化。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。4．感应电流产生条件的理解不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然会产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，且穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。INCLUDEPICTURE"E:\\周飞燕\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册\\例2.TIF"INCLUDEPICTURE"E:\\周飞燕\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册\\例2.TIF"INET【题3】如图为研究电磁感应现象的实验装置。下列哪种情况下电流表指针不会偏转A．闭合开关的瞬间B．闭合开关后，电路中电流稳定时C．闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片时D．闭合开关后，把线圈A从线圈B中拉出时【题4】某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流计、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路．当他接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转，其原因是A．开关位置接错B．电流计的正、负接线柱接反C．线圈B的接头3、4接反D．蓄电池的正、负极接反【题5】下图中能产生感应电流的是5．判断是否产生感应电流的技巧（1）电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可。（2）磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大，若没有变化，也不会产生感应电流。若开始时磁通量虽然是零，但是磁通量是变化的，仍然可以产生感应电流。【题6】如图所示装置，在下列各种情况中，不会使悬挂在螺线管附近的铜质圆形闭合线圈A中产生感应电流的是A．开关S闭合的瞬间B．开关S闭合后，电路中电流稳定时C．开关S闭合后，滑动变阻器滑片滑动的瞬间D．开关S断开的瞬间【题7】在选项图所示的条件下，闭合矩形线圈能产生感应电流的是（磁场范围足够大）知识点三、电磁感应现象的应用生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据电磁感应制造的。13.3电磁感应现象及应用学习目标1．知道什么是电磁感应现象。2．通过实验探究感应电流产生的条件。3．了解电磁感应现象的应用。重、难点：感应电流产生的条件。知识点一、划时代的发现1．“电生磁”的发现：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。2．“磁生电”的发现：1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。3．电磁感应：法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流。知识点二、产生感应电流的条件1．磁通量的变化磁通量的变化大致可分为以下几种情况：（1）磁感应强度B不变，有效面积S发生变化，如图（a）所示。（2）面积S不变，磁感应强度B发生变化，如图（b）所示。（3）磁感应强度B和面积S都不变，它们之间的夹角发生变化，如图（c）所示。INCLUDEPICTURE"E:\\周飞燕\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册\\例1.TIF"INCLUDEPICTURE"E:\\周飞燕\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册\\例1.TIF"INET【题1】如图所示，一环形线圈沿条形磁体的轴线，从磁体N极的左侧A点运动到磁体S极的右侧B点，A、B两点关于磁体的中心对称，则在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将A．先增大，后减小B．先减小，后增大C．先增大，后减小、再增大，再减小D．先减小，后增大、再减小，再增大【答案】A【题2】如图所示，线框ABCD水平向右从有界的匀强磁场区域穿过，匀强磁场方向与线框ABCD垂直，下列说法中正确的是A．磁通量不变B．磁通量先减小再不变后增大C．磁通量先增大再不变后减小D．磁通量一直增大【答案】C【解析】进入匀强磁场区域的过程中，穿过线框ABCD的磁通量增加；在匀强磁场中运动时，穿过线框ABCD的磁通量保持不变；离开匀强磁场区域的过程中，穿过线框ABCD的磁通量减小。故磁通量先增大再不变后减小，选项C正确，A、B、D错误。2．实验：探究感应电流产生的条件（1）实验一：如图所示，导体棒AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体棒AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生。（2）实验二：如图所示，当条形磁体插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁体在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生。（3）实验三：如图所示，将小线圈A插入大线圈B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流通过；而开关S一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中无电流通过。（4）归纳总结：实验一中：导体棒做切割磁感线运动，回路的有效面积发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流。实验二中：磁体插入或拔出线圈时，线圈中的磁场发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流。实验三中：开关闭合、断开或滑动变阻器的滑动触头移动时，小线圈A中电流变化，从而引起穿过大线圈B的磁通量变化，产生了感应电流。三个实验共同特点是：产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变化。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。4．感应电流产生条件的理解不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然会产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，且穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。INCLUDEPICTURE"E:\\周飞燕\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册\\例2.TIF"INCLUDEPICTURE"E:\\周飞燕\\2021\\同步\\物理\\物理人教必修第三册\\例2.TIF"INET【题3】如图为研究电磁感应现象的实验装置。下列哪种情况下电流表指针不会偏转A．闭合开关的瞬间B．闭合开关后，电路中电流稳定时C．闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片时D．闭合开关后，把线圈A从线圈B中拉出时【答案】B【解析】电流表指针不偏转，说明电流表与B线圈组成的电路中无电流，根据感应电流产生的条件，只需要分析B线圈中磁通量是否变化即可。闭合开关时，电路中的电流从无到有，A中的磁场从无到有，故穿过B的磁通量发生变化，电流表中有电流流过；当电路中电流稳定时，穿过B的磁通量不再发生变化，电流表中无电流流过；移动滑动变阻器的滑片时，会造成A中电流大小变化，能引起B的磁通量变化，电流表中有电流流过；把线圈A从线圈B中拉出时，穿过B的磁通量减少，电流表中有电流流过．故只有选项B符合要求。【题4】某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流计、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路．当他接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转，其原因是A．开关位置接错B．电流计的正、负接线柱接反C．线圈B的接头3、4接反D．蓄电池的正、负极接反【答案】A【解析】题图中的开关不能控制含有电源的电路的通断，而本实验的目的是研究在电流通断的瞬间，线圈B中是否产生感应电流，故开关应接在线圈A所在的回路中。【题5】下图中能产生感应电流的是【答案】B【解析】A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，通过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过圆环的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D选项中，穿过闭合电路的磁通量不变，无感应电流。5．判断是否产生感应电流的技巧（1）电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可。（2）磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大，若没有变化，也不会产生感应电流。若开始时磁通量虽然是零，但是磁通量是变化的，仍然可以产生感应电流。【题6】如图所示装置，在下列各种情况中，不会使悬挂在螺线管附近的铜质圆形闭合线圈A中产生感应电流的是A．开关S闭合的瞬间B．开关S闭合后，电路中电流稳定时C．开关S闭合后，滑动变阻器滑片滑动的瞬间D．开关S断开的瞬间【答案】B【题7】在选项图所示的条件下，闭合矩形线圈能产生感应电流的是（磁场范围足够大）【答案】D【解析】A项图中，因为线圈平面平行于磁感线，在以OO′为轴转动的过程中，线圈平面始终与磁感线平行，穿过线圈的磁通量始终为零，所以无感应电流产生，A错误；B项图中，线圈平面也与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零，竖直向上运动过程中，线圈平面始终与磁感线平行，磁通量始终为零，故无感应电流产生，B错误；C项图中，尽管线圈在转动，B始终垂直于S，且B与S都不变，所以Φ＝BS始终不变，则线圈中无感应电流，C错误；D项图中，图示状态Φ＝0，当转过90°时Φ＝BS，所以转动过程中穿过线圈的磁通量在不断地变化，因此转动过程中线圈中产生感应电流，D正确。知识点三、电磁感应现象的应用生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据电磁感应制造的。13.4电磁波的发现及应用【物理核心素养】物理观念：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，从中渗透事物之间是相互联系的，可以转化的物理观念。科学思维：通过学习使学生体会科学家研究物理问题的思想方法。科学探究：通过了解电磁场理论建立的历史过程，使学生感认识规律的普遍性和特殊性。科学态度与责任：通过学习电磁场理论建立的简史，培养学生崇尚科学并愿为科学献身的精神。【教学重难点】教学重点：麦克斯韦电磁场理论教学难点：电磁波的特性，波长、波速、频率的关系。知识点一、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产生同频率的周期性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【经典例题1】关于电磁场理论的叙述正确的是（）A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路有关B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场【变式训练1】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知识点二、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.【经典例题2】1864年，麦克斯韦预言了电磁波的存在；1886年，赫兹在实验室探测到了电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是（）A．波长越大，频率越大 B．波长越大，频率越小C．波长越大，波速越大 D．波长越大，波速越小【变式训练2】（多选）如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，下列判断正确的是（）A．甲图能产生电场，不能产生电磁波B．乙图能产生电场，不能产生电磁波C．丙图能产生电场，不能产生电磁波D．丁图能产生电场，也能产生电磁波知识点三、电磁波谱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．【特别提醒】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．不同波长的电磁波的比较名称特性无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线主要应用通信、广播红外探测器、红外体温计引起视觉灭菌、消毒、防伪医学透视、安检治疗疾病、金属探伤真空中的速度c＝3×108m/s频率小→大【经典例题3】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【变式训练3】（多选）2022冬奥会开幕进入倒计时，北京也将成为第一个举办过夏季奥林匹克运动会和冬季奥林匹克运动会以及亚洲运动会三项国际赛事的城市，奥运直播当然就成为人们关注的焦点！北京冬奥会山地转播中心位于北京2022年冬奥会张家口赛区的核心区，包括转播中心本体建筑和电视演播室两大部分。山地转播中心面积约1.2万平米，内设四个转播技术分隔区；电视演播室建筑面积约8000平方米，分上、中、下三层，设有10个电视演播间。下列关于电磁波的说法正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度是B．电磁波不能传播能量C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波D．麦克斯韦预言了电磁波的存在题组A基础过关练1．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2．有一个广播电台的频率，这个电台发射的电磁波的波长为（）A． B． C． D．3．目前，我国正在开展5G网络试点工作，并将于2020年进入全面5G时代。届时，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实。5G，即第五代移动通信技术，采用频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术，频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比下列说法正确的是（）A．5G信号比4G信号在真空中的传播速度更快 B．5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡C．5G信号比4G信号需要更少的通信基站 D．5G信号比4G信号更适合长距离传输4．目前雷达发出的电磁波频率多在200~1000MHz的范围内。下列关于电磁波的说法正确的是（）A．真空中，上述频率范围的电磁波的波长在30~150m之间B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C．红外线的波长比紫外线的波长短D．测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间，就可以确定障碍物的距离5．（多选）下列关于电磁波说法正确的是（）A．红外线与紫外线都不属于电磁波B．赫兹从理论上预言了电磁波的存在C．电磁波传播时不需要介质可以在真空中传播D．可见光与微波炉中的微波一样都属于电磁波6．（多选）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题组B能力提升练7．关于电磁场及电磁波，下列说法错误的是（）A．麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹通过实验证实了电磁波的存在B．变化的电场能够产生磁场，变化的磁场能够产生电场C．不同电磁波具有不同的波长，电磁波中无线电波可用于通信D．红外线的显著作用是热效应，温度较低的物体不能辐射红外线8．关于电磁场理论，下面说法中正确的是（）A．电场周围空间中产生磁场B．稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场C．静止电荷能够在周围空间产生稳定的磁场D．变化的电场和变化的磁场互相激发，形成由近及远传播的电磁波9．2022年3月8日，航天员王亚平从空间站送来的“国际妇女节”节日祝福通过电磁波传播到祖国各地，下列关于电磁波的说法正确的是（）A．麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在B．只要有电场就能产生电磁波C．电磁波传播需要介质，机械波传播不需要介质D．电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且都与波的传播方向垂直10．关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是（）A．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波B．发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅，接收电磁波需经过解调过程，解调是调制的逆过程C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线都是电磁波D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失11．电磁波给人类生活带来日新月异变化的同时，也带来了电磁污染。长期使用如图所示的通信装置，会对人体健康产生影响的是（）A． B．C． D．12．“神舟十三号”载人飞船于2021年10月16日凌晨成功发射，在轨运行6个月后于2022年4月16日返回地球。创造了中国载人航天任务的新纪录。在发射与回收过程中，地面测控站对飞船进行跟踪测量与控制时，传输信号所使用的是电磁波谱中的（）A．红外线 B．无线电波 C．紫外线 D．X射线13．（多选）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14．（多选）下列关于电磁波的说法正确的是（）A．微波炉加热食物说明电磁波具有能量B．固定电话通过电磁波传递信息C．电磁波的传播需要介质D．移动电话（手机）既能接收电磁波，也能发射电磁波题组C培优拔尖练15．使用蓝牙耳机可以接听手机来电，蓝牙通信的电磁波波段为。已知可见光的波段为，则蓝牙通信的电磁波（）A．是蓝光 B．波长比可见光短C．比可见光更容易发生衍射现象 D．在真空中的传播速度比可见光小16．5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一为具有超高速的数据传播速率。5G信号一般采用3300MHz~5000MHz频段的无线电波，而第四代移动通信技术4G的频段范围是1880MH~2635MHz，则（）A．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播的更快B．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C．空间中的5G信号和4G信号会产生稳定的干涉现象D．5G信号是横波，4G信号是纵波17．使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是：，则蓝牙通信的电磁波（）A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波短C．在真空中的传播速度大小为 D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小18．如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于四幅图的说法正确的是（）A．甲图，通电螺线管周围产生的磁场和磁感线都是真实存在的B．乙图，将小磁针放在地球表面赤道位置自由静止时，小磁针的N极指向地理南极C．丙图，法拉第圆盘发电机利用了“电生磁”的现象为原理制作而成D．丁图，麦克斯韦推断的电磁波产生与传播的原理图19．（多选）下列说法中正确的是（）A．电磁波又叫无线电波B．电磁波的传播不需要任何介质C．电磁波的传播过程就是电磁场能量的传播过程D．电磁波在各种介质中的传播速度都相等20．（多选）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13.4电磁波的发现及应用【物理核心素养】物理观念：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，从中渗透事物之间是相互联系的，可以转化的物理观念。科学思维：通过学习使学生体会科学家研究物理问题的思想方法。科学探究：通过了解电磁场理论建立的历史过程，使学生感认识规律的普遍性和特殊性。科学态度与责任：通过学习电磁场理论建立的简史，培养学生崇尚科学并愿为科学献身的精神。【教学重难点】教学重点：麦克斯韦电磁场理论教学难点：电磁波的特性，波长、波速、频率的关系。知识点一、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产生同频率的周期性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【经典例题1】关于电磁场理论的叙述正确的是（）A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路有关B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场【答案】B【解析】A．变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路，电场仍然存在，与电路是否闭合无关，故A错误；B．周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，故B正确；C．若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，故C错误；D．只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，故D错误。故选B。【变式训练1】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。知识点二、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.【经典例题2】1864年，麦克斯韦预言了电磁波的存在；1886年，赫兹在实验室探测到了电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是（）A．波长越大，频率越大 B．波长越大，频率越小C．波长越大，波速越大 D．波长越大，波速越小【答案】B【解析】在真空中，所有电磁波的传播速度一定，都等于光速，所以波速与波长、频率无关，根据公式可知波长越大，频率越小，B正确，ACD错误。故选B。【变式训练2】（多选）如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，下列判断正确的是（）A．甲图能产生电场，不能产生电磁波B．乙图能产生电场，不能产生电磁波C．丙图能产生电场，不能产生电磁波D．丁图能产生电场，也能产生电磁波【答案】BD【解析】根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，故乙、丙、丁都可以产生电场；均匀变化的磁场产生恒定的电场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，从而产生电磁波，故丙、丁可以产生电磁波。故选BD。知识点三、电磁波谱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．【特别提醒】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．不同波长的电磁波的比较名称特性无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线主要应用通信、广播红外探测器、红外体温计引起视觉灭菌、消毒、防伪医学透视、安检治疗疾病、金属探伤真空中的速度c＝3×108m/s频率小→大【经典例题3】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】频率顺序由高到低排列，电磁波谱可大致分为：射线伽马射线，X射线伦琴射线，紫外线，可见光，红外线，微波，无线电波，故C正确、ABD错误．故选C．【变式训练3】（多选）2022冬奥会开幕进入倒计时，北京也将成为第一个举办过夏季奥林匹克运动会和冬季奥林匹克运动会以及亚洲运动会三项国际赛事的城市，奥运直播当然就成为人们关注的焦点！北京冬奥会山地转播中心位于北京2022年冬奥会张家口赛区的核心区，包括转播中心本体建筑和电视演播室两大部分。山地转播中心面积约1.2万平米，内设四个转播技术分隔区；电视演播室建筑面积约8000平方米，分上、中、下三层，设有10个电视演播间。下列关于电磁波的说法正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度是B．电磁波不能传播能量C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波D．麦克斯韦预言了电磁波的存在【答案】ACD【解析】A．电磁波在真空中的传播速度是，选项A正确；B．电磁波能传播能量，选项B错误；C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波，选项C正确；D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，选项D正确。故选ACD。题组A基础过关练1．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。2．有一个广播电台的频率，这个电台发射的电磁波的波长为（）A． B． C． D．【答案】D【解析】这个电台发射的电磁波的波长故选D。3．目前，我国正在开展5G网络试点工作，并将于2020年进入全面5G时代。届时，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实。5G，即第五代移动通信技术，采用频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术，频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比下列说法正确的是（）A．5G信号比4G信号在真空中的传播速度更快 B．5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡C．5G信号比4G信号需要更少的通信基站 D．5G信号比4G信号更适合长距离传输【答案】B【解析】A．5G信号和4G信号都是电磁波，在真空中传播速度等于光速，A错误；BC．根据可知5G信号频率更高，波长更短，4G信号频率更低，波长更长，更容易发生明显衍射，即5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡，需要建设更密集的基站，B正确，C错误；D．近距离数据传输技术也是未来5G移动通信网络构建过程中所研究的关键技术之一。近距离数据传输也就是指移动网络数据信号可以不经过移动信号基站，而是直接实现设备与设备之间的通信传输，D错误。故选B。4．目前雷达发出的电磁波频率多在200~1000MHz的范围内。下列关于电磁波的说法正确的是（）A．真空中，上述频率范围的电磁波的波长在30~150m之间B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C．红外线的波长比紫外线的波长短D．测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间，就可以确定障碍物的距离【答案】D【解析】A．根据波长公式可知电磁波频率在200~1000MHz的范围内，则电磁波的波长在0.3~1.5m之间，故A错误；B．根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的电场或磁场才能产生电磁波，故B错误；C．根据电磁波谱，红外线的波长比紫外线的波长更长，故C错误；D．电磁波在空气中的传播速度约为3×108m/s，只要测出时间就可以求距离，即故D正确。故选D。5．（多选）下列关于电磁波说法正确的是（）A．红外线与紫外线都不属于电磁波B．赫兹从理论上预言了电磁波的存在C．电磁波传播时不需要介质可以在真空中传播D．可见光与微波炉中的微波一样都属于电磁波【答案】CD【解析】AD．电磁波谱包括长波、中波、短波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，A错误，D正确；B．麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，从理论上预言了电磁波的存在，B错误；C．电磁波传播时不需要介质可以在真空中传播，C正确。故选CD。6．（多选）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。题组B能力提升练7．关于电磁场及电磁波，下列说法错误的是（）A．麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹通过实验证实了电磁波的存在B．变化的电场能够产生磁场，变化的磁场能够产生电场C．不同电磁波具有不同的波长，电磁波中无线电波可用于通信D．红外线的显著作用是热效应，温度较低的物体不能辐射红外线【答案】D【解析】A．麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，选项A正确，不符合题意；B．变化的电场能够产生磁场，变化的磁场能够产生电场，选项B正确，不符合题意；C．不同电磁波具有不同的波长，电磁波中无线电波可用于通信，选项C正确，不符合题意；D．红外线的显著作用是热效应，温度低的物体也能辐射红外线，选项D错误，符合题意。故选D。8．关于电磁场理论，下面说法中正确的是（）A．电场周围空间中产生磁场B．稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场C．静止电荷能够在周围空间产生稳定的磁场D．变化的电场和变化的磁场互相激发，形成由近及远传播的电磁波【答案】D【解析】A．在变化的电场周围空间中会产生磁场，选项A错误；B．稳定电场在周围空间不会产生磁场，选项B错误；C．静止电荷不会在周围空间产生磁场，运动的电荷才会，选项C错误；D．变化的电场和变化的磁场互相激发，形成由近及远传播的电磁波，选项D正确。故选D。9．2022年3月8日，航天员王亚平从空间站送来的“国际妇女节”节日祝福通过电磁波传播到祖国各地，下列关于电磁波的说法正确的是（）A．麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在B．只要有电场就能产生电磁波C．电磁波传播需要介质，机械波传播不需要介质D．电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且都与波的传播方向垂直【答案】D【解析】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，A错误；B．若只有电场，而电场是稳定的或电场仅均匀变化都不能产生电磁波，B错误；C．电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质，C错误；D．因电磁波是横波，所以电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且与波的传播方向垂直，D正确。故选D。10．关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是（）A．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波B．发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅，接收电磁波需经过解调过程，解调是调制的逆过程C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线都是电磁波D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失【答案】D【解析】A．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，故A正确；B．发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅，接收电磁波需经过解调过程，解调是调制的逆过程，故B正确；C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线都是电磁波，故C正确；D．若波源的电磁振荡停止，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会消失，还要继续传播，故D错误。故选D。11．电磁波给人类生活带来日新月异变化的同时，也带来了电磁污染。长期使用如图所示的通信装置，会对人体健康产生影响的是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】ABD．选项A、B、D中的图片都是固定电话，只是样式不同，固定电话是利用电现象和声现象之间的联系来工作的，不会对人体健康产生影响；C．选项C中的图片是移动电话，移动电话是利用电磁波来工作的，过量的电磁波会造成电磁辐射，对人体造成伤害。故选C。12．“神舟十三号”载人飞船于2021年10月16日凌晨成功发射，在轨运行6个月后于2022年4月16日返回地球。创造了中国载人航天任务的新纪录。在发射与回收过程中，地面测控站对飞船进行跟踪测量与控制时，传输信号所使用的是电磁波谱中的（）A．红外线 B．无线电波 C．紫外线 D．X射线【答案】B【解析】在发射与回收过程中，地面测控站对飞船进行跟踪测量与控制时，传输信号所使用的是电磁波谱中的无线电波。故选B。13．（多选）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。14．（多选）下列关于电磁波的说法正确的是（）A．微波炉加热食物说明电磁波具有能量B．固定电话通过电磁波传递信息C．电磁波的传播需要介质D．移动电话（手机）既能接收电磁波，也能发射电磁波【答案】AD【解析】A．微波炉加热食物过程中，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，可见电磁波具有能量，故A正确；B．固定电话是通过电流传递信息的，故B错误；C．电磁波传播的不需要介质，故C错误；D．移动电话（手机）既能接收电磁波，也能发射电磁波，故D正确。故选AD。题组C培优拔尖练15．使用蓝牙耳机可以接听手机来电，蓝牙通信的电磁波波段为。已知可见光的波段为，则蓝牙通信的电磁波（）A．是蓝光 B．波长比可见光短C．比可见光更容易发生衍射现象 D．在真空中的传播速度比可见光小【答案】C【解析】A．根据题意可知，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，所以蓝牙通信的电磁波不可能是蓝光，故A错误；B．因为蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，根据可知，波长比可见光长，故B错误；C．因为波长比可见光长，所以更容易发生衍射现象，故C正确；D．所有电磁波在真空中传播速度都为光速，是一样的，故D错误。故选C。16．5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一为具有超高速的数据传播速率。5G信号一般采用3300MHz~5000MHz频段的无线电波，而第四代移动通信技术4G的频段范围是1880MH~2635MHz，则（）A．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播的更快B．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C．空间中的5G信号和4G信号会产生稳定的干涉现象D．5G信号是横波，4G信号是纵波【答案】B【解析】A．5G信号与4G信号所用的无线电波在真空中传播时速度相同，都等于光速，A错误；B．5G信号相比于4G信号频率更高，波长更短，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正确；C．空间中的5G信号和4G信号频率不相同，不会产生稳定的干涉现象，C错误；D．5G信号是横波，4G信号也是横波，D错误。故选B。17．使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是：，则蓝牙通信的电磁波（）A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波短C．在真空中的传播速度大小为 D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小【答案】B【解析】A．由题意可得，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，故不可能是蓝光，故A错误；B．由图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，由可知，频率越大，波长越短，故蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波短，故B正确；CD．在真空中电磁波的传播速度大小均为故CD错误。故选B。18．如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于四幅图的说法正确的是（）A．甲图，通电螺线管周围产生的磁场和磁感线都是真实存在的B．乙图，将小磁针放在地球表面赤道位置自由静止时，小磁针的N极指向地理南极C．丙图，法拉第圆盘发电机利用了“电生磁”的现象为原理制作而成D．丁图，麦克斯韦推断的电磁波产生与传播的原理图【答案】D【解析】A．磁场真实存在，但磁感线是为了描述磁场的性质引人的假想线，并不实际存在，故A错误；B．地理南极即为地磁北极，则在赤道位置的地磁场方向由地理南极指向地理北极，小磁针N极方向与磁场方向相同，故此时小磁针的N极应指向地理北极，故B错误；C．法拉第圆盘发电机是利用电磁感应---“磁生电”现象为原理制作的，故C错误；D．麦克斯韦推断：若在空间某区域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，这样交替产生，由近及远地向周围传播，即为电磁波的产生和传播原理，故D正确。故选D。19．（多选）下列说法中正确的是（）A．电磁波又叫无线电波B．电磁波的传播不需要任何介质C．电磁波的传播过程就是电磁场能量的传播过程D．电磁波在各种介质中的传播速度都相等【答案】BC【解析】A．无线电波属于电磁波的一种，故A错误；B．电磁波是由电场和磁场相互激发产生并向远处传播的，所以不需要介质，B正确；C．电磁波传播的过程中电场能和磁场能也随之传向了远方，所以电磁波的传播过程就是电磁场能量的传播过程，C正确；D．电磁波的传播速度和频率、介质都有关，所以在不同介质中电磁波的传播速度不同，D错误。故选BC。20．（多选）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。13.5能量量子化【物理核心素养】物理观念：体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。科学思维：了解能量子的概念及提出的科学过程，领会这一科学突破过程中科学家的思想。科学探究：通过了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。科学态度与责任：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。【教学重难点】教学重点：能量量子化的基本概念和创立过程教学难点：理解能量的量子化与能量的连续性存在着根本颠覆性的概念冲突知识点一、热辐射和黑体辐射一、热辐射1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且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电磁波而不发生反射．【特别提醒】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．黑体辐射的实验规律随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。5．一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弱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【经典例题1】某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（）A．图甲中T1>T2，图乙中T1>T2B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大D．图乙中黑体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关【变式训练1】．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知识点二、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.【特别提醒】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．【经典例题2】科学家设想在未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船．设某飞船所在地每秒每单位面积接收的光子数为n，光子平均波长为，太阳帆板面积为S，反射率为100%，光子动量．设太阳光垂直射到太阳帆板上，飞船总质量为m，则飞船加速度的表达式为（

）A． B． C． D．【变式训练2】纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面．将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官．糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果．一台功率为10W的氩激光器，能发出波长的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要的能量，求：（1）每次“点焊”视网膜的时间．（2）在这段时间内发出的激光光子的数量．知识点三、能级丹麦物理学家尼尔斯·玻尔提出轨道量子化假设，认为电子只在特定的轨道上绕原子核运动，在这些轨道上运动时电子不辐射电磁波。电子在不同轨道上运动时，氢原子能量不同，能量与轨道半径有关，轨道半径越大，能量越大。原子的能量是量子化的，称为能级。原子能量最低的状态称为基态，其余称为激发态。处于基态的原子最稳定。当电子从高轨道跃迁到低轨道时，氢原子能量减少，减少的能量以光子形式释放，根据能量守恒，两个轨道的能量差等于光子的能量，例如E3-E1=hv.原子的能级取分立值，放出的光子能量也是分立的，原子的发射光谱只有一些分立的亮线。1．原子在不同的状态中具有不同的能量，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫做能级。能量最低的状态(离核最近)叫基态，其他的能量状态叫激发态。2．原子分立谱线（1）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。如图：hν=E4–E1。（2）当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由频率条件决定。【经典例题3】一个氢原子从低能级跃迁到高能级，该氢原子（）A．吸收光子，吸收光子的能量等于两能级之差B．吸收光子，能量减少C．放出光子，能量增加D．放出光子，放出光子的能量等于两能级之差【变式训练3】光子的发射和吸收过程是（）A．原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差B．原子不能从低能级向高能级跃迁C．原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级D．原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量可大于始、末两个能级的能量差值题组A基础过关练1．关于电磁感应现象、电磁波、能量量子化，下列说法正确的是（）A．闭合导线的一部分在磁场中运动时，一定会产生感应电流B．赫兹首次用实验证实了电磁波的存在，做变速运动的电荷会在空间产生电磁波C．电磁铁的原理是利用电磁感应现象制成的，麦克风是电流的磁效应D．爱因斯坦为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论2．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3．2020年为了做好疫情防控工作，很多场所都利用红外线测温枪对进出人员进行体温检测，红外测温枪与传统的热传导测温仪器相比，具有响应时间短、测温效率高、操作方便、防交叉感染（不用接触被测物体）的特点。下列说法中正确的是（）A．红外测温枪利用了一切物体都在不停的发射红外线，而且发射红外线强度与温度有关，温度越高发射红外线强度就越大B．高温物体辐射红外线，低温物体不辐射红外线C．红外线也属于电磁波，其波长比红光短D．爱因斯坦最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点4．关于黑体辐射图像如图所示，下列判断正确的是（）A．T1>T2>T3>T4B．T1<T2<T3<T4C．T1=T2=T3=T4D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度5．（多选）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6．（多选）关于对黑体的认识，下列说法正确的是（）A．黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体题组B能力提升练7．以下相关一些物理学家的贡献，不正确的是（）A．英国物理学家法拉第发现电磁感应现象，并创造性地用“力线”形象地描述“场”B．法国物理学家安培提出的分子电流假说可以解释铁棒受到外界磁场作用时被磁化的现象C．英国物理学家麦克斯韦用数学语言表述了电磁场，并通过实验证实了电磁波的存在D．德国物理学家普朗克提出了能量子的假说，较好地解释了黑体辐射的实验规律8．下列说法不正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体可以向外界辐射能量C．黑体也可以看起来很明亮，是因为黑体也可以有较强的辐射D．普朗克引入能量子的概念得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元9．关于光子的能量，下列说法中正确的是（）A．光子的能量跟它的频率成反比B．光子的能量跟它的频率成正比C．光子的能量跟它的速度成正比D．光子的能量跟它的速度成反比10．由中国健康发展研究中心发布《国民视觉健康报告》白皮书显示，我国学生的近视患病率在逐年增加。课业负担重、沉迷电子产品已成为影响青少年视力的两大“杀手”。现代医学采用激光“焊接”视网膜技术来治疗近视，所用激光的波长。已知普朗克常量，光在真空中传播速度，则该激光中每个光子的能量为（）A． B． C． D．11．（多选）关于对黑体的认识，下列说法正确的是（）A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个黑体12．（多选）以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是（）A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高题组C培优拔尖练13．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温为37℃，它发出的最强的热辐射的波长为，根据热辐射理论，与辐射源的绝对温度的关系近似为，普朗克常量。那么老鼠发出最强的热辐射的波长和老鼠发出的这种最强的热辐射每份能量子（又叫作光子）的能量分别是（）A．

B．

C．

D．

14．第26届国际计量大会于2018年11月通过决议，正式更新了千克、安培、开尔文和摩尔四个基本单位的定义，国际测量界的百年夙愿终于实现﹣﹣国际测量体系将全部建立在基本物理常数上，大大提高了计量的稳定性和精确性．比如，最受关注的“千克”，不再以具体实物的质量来定义，而将以量子力学中的普朗克常数h为基准，经过一系列物理换算，算出质量．已知普朗克常数与频率的乘积可以表示能量，下列属于用国际单位制的基本单位来表示普朗克常数h单位的是（）A．J/s B．Kg．m2/s C．Kg•m2/s3 D．N•m•s15．已知某单色光的波长为，在真空中光速为，普朗克常量为，则电磁波辐射的能量子的值为（）A． B． C． D．以上均不正确16．（多选）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17．（多选）普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中，不具有“量子化”特征的是（）A．人的个数 B．物体所受的重力 C．物体的动能 D．物体的长度18．对应于的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？（普朗克常量h=6.63×10-34J·s，结果保留3位有效数字）19．太阳光垂直照射到地面上时，地面接收太阳光的功率为1.4kW，其中可见光部分约占45%．（1）假如认为可见光的波长约为，日地间距离，普朗克常量，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少？（2）若已知地球的半径，估算地球接收的太阳光的总功率．13.5能量量子化【物理核心素养】物理观念：体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。科学思维：了解能量子的概念及提出的科学过程，领会这一科学突破过程中科学家的思想。科学探究：通过了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。科学态度与责任：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。【教学重难点】教学重点：能量量子化的基本概念和创立过程教学难点：理解能量的量子化与能量的连续性存在着根本颠覆性的概念冲突知识点一、热辐射和黑体辐射一、热辐射1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且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电磁波而不发生反射．【特别提醒】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．黑体辐射的实验规律随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。5．一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弱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【经典例题1】某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（）A．图甲中T1>T2，图乙中T1>T2B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大D．图乙中黑体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关【答案】B【解析】ABC．由图甲可知，温度为T2的图线中速率大的分子占据的比例较大，说明其对应的平均分子动能较大，故T2对应的温度较高，所以T2>T1，温度升高使得气体分子的平均速率增大，不一定所有分子的速率都增大。图乙中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，且辐射强度的极大值向波长较短方向移动。故B正确；AC错误；D．图乙中黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关。故D错误。故选B。【变式训练1】．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。知识点二、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.【特别提醒】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．【经典例题2】科学家设想在未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船．设某飞船所在地每秒每单位面积接收的光子数为n，光子平均波长为，太阳帆板面积为S，反射率为100%，光子动量．设太阳光垂直射到太阳帆板上，飞船总质量为m，则飞船加速度的表达式为（

）A． B． C． D．【答案】D【解析】时间内太阳帆板接收的光子数为这些光子的总动量大小反射后光子的总动量大小则飞船所受力联立得由牛顿第二定律得故D正确。故选D。【变式训练2】纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面．将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官．糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果．一台功率为10W的氩激光器，能发出波长的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要的能量，求：（1）每次“点焊”视网膜的时间．（2）在这段时间内发出的激光光子的数量．【答案】（1）

（2）个【解析】(1)已知激光器的功率P=10W，每次“点焊”需要的能量E=2×10-3J，根据E=Pt得，每次“点焊”视网膜的时间是(2)设每个光子的能量为E0，则在这段时间内发出的激光光子的数量知识点三、能级丹麦物理学家尼尔斯·玻尔提出轨道量子化假设，认为电子只在特定的轨道上绕原子核运动，在这些轨道上运动时电子不辐射电磁波。电子在不同轨道上运动时，氢原子能量不同，能量与轨道半径有关，轨道半径越大，能量越大。原子的能量是量子化的，称为能级。原子能量最低的状态称为基态，其余称为激发态。处于基态的原子最稳定。当电子从高轨道跃迁到低轨道时，氢原子能量减少，减少的能量以光子形式释放，根据能量守恒，两个轨道的能量差等于光子的能量，例如E3-E1=hv.原子的能级取分立值，放出的光子能量也是分立的，原子的发射光谱只有一些分立的亮线。1．原子在不同的状态中具有不同的能量，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫做能级。能量最低的状态(离核最近)叫基态，其他的能量状态叫激发态。2．原子分立谱线（1）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。如图：hν=E4–E1。（2）当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由频率条件决定。【经典例题3】一个氢原子从低能级跃迁到高能级，该氢原子（）A．吸收光子，吸收光子的能量等于两能级之差B．吸收光子，能量减少C．放出光子，能量增加D．放出光子，放出光子的能量等于两能级之差【答案】A【解析】氢原子能级越高对应的能量越大，当氢原子从较低能级向较高能级跃迁时，吸收光子，能量增加，吸收光子的能量等于两能级之差，故A正确，BCD错误。故选A。【变式训练3】光子的发