高中物理复习：电磁波的发现及应用 知识梳理+练习

13.4电磁波的发现及应用

学习目标

课程标准物理素养

物理观念：了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息。知

道可见光是电磁波谱家族中的一个频段。

3.3.4通过实验，了解电

科学思维：了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息

磁波，知道电磁场的物质

化等方面的主要应用。

性。

科学探究：体验赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验观察及实验方法，

3.3.5通过实验，了解电

领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。

磁波的应用及其带来的影

科学态度与责任：了解人类发现电磁波的历史，知道麦克斯韦、赫兹等物理

响。

学家对电磁波发现做出的巨大贡献，领会在电磁波的发现过程中所蕴含的科

学方法和科学精神。

思维导图

均匀变化的磁场产生恒定电场

一变化的N

麦一」非均匀变化的磁场产生变化的电场)

克磁场产

斯生电场周期性振荡的磁场产生同频率振荡的

韦

电电场

磁

场均匀变化的电场产生恒定函］

理变化的N

论非均匀变化的电场产生变化的磁场)

一电场产-T

生磁场」周期性振荡的电场产生同频率振荡的

门磁场

电磁波谱

电磁波的能量

电磁波通信

知识梳理

(-)课前研读课本，梳理基础知识:

一、电磁场

1.麦克斯韦一一经典电磁场理论

均匀变化的磁场产生恒定电场

一变化的N

麦一」非均匀变化的磁场产生变化的电场)

克磁场产

斯生电场［周期性振荡的磁场产生同频率振荡的

韦力电场

电

磁

场均匀变化的电场产生恒定磁场

理变化的N

论电场产非均匀变化的电场产生变化的磁场

一-T

生磁场」周期性振荡的电场产生同频率振荡的

门磁场

2.电磁场

二、电磁波

1.产生条件：周期性变化的磁场或者周期性变化的电场

2.特点

(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波.

(2)电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度租圆(都等于光速).

(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小.

(4)。=/f是电磁波的频率.

3.证实

三、电磁波谱

1.波长

2.电磁波谱：按照电磁波的波长大小或频茎高低的顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱.

按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、丫射线.

真空中波

电磁波谱频率/Hz特性应用递变规律

长/m

波动性强，易

无线电波<3X10"Al。、无线电技术

发生衍射

红外线1011〜1015ICT，〜1()-3热效应红外遥感

可见光101510-7引起视觉照明、摄影衍射能力

化学效应、荧减弱，直

紫外线1015〜]0161()-8〜10-7光效应、灭菌医用消毒、防伪线传播能

消毒力增强

X射线1()16〜101910F〜1()-8穿透本领强检查、医用透视

工业探伤、医用

丫射线>1019<10-11穿透本领更强

治疗

四、电磁波的能量

1.电磁波是一种物质

2.电磁波具有能量

五、电磁波通信

题型精讲

【题型一】电磁场理论及电磁波的产生

【典型例题1】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（）

【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Bo

【典型例题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。

【对点训练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。

【对点训练2】（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3xl（）8m/s

【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3xl（）8m/s,故D正确。

故选ADo

【题型二】电磁波的特点及电磁波谱

【典型例题3】（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。=今且

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。

【典型例题4】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.由于丫射线的波长太短了，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.丫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。

【对点训练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。

【对点训练4】（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。

【题型三】电磁波的应用及危害的防止

【典型例题5】（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3X108m/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0=，'可知，在真空中5G使用的电磁波的波长比4G的短，D错误。

【典型例题6】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O.lW/n?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5.0W,则人体与该装置的安全距离至少为（）

A.1.5mB.2.0mC.2.5mD.3.0m

【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处2.0m

故选B。

【对点训练51（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。

【对点训练6】电焊作业时，会产生对人体有害的电焊弧光，辐射出大量频率为L0X1015HZ的电磁波。根

据如图所示的电磁波谱，判断它属于哪种电磁波（）

无线电波।可见光

长波中波短波微波红外线紫外线X射线丫射线

11111

波长/m]021010-210-410-610-810-1010-12

A.微波B.红外线C.紫外线D.X射线

【解答】解：依题意，根据波长与频率之间的关系

c=Xv

可得：

对照电磁波谱中各种电磁波的波长数量级可知，电焊弧光辐射出的是紫外线。故ABD错误；C正确。

故选：Co

强化训I练

【基础强化】

1.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3X108m/s

D.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3X10,m/s,在其它介质中的传播速度小于3义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。

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«

电场线

（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。

4.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（）

副

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。

5.（多选）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、丫射线

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、丫射线，选项D错误。

6.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.丫射线、X射线、紫外线

C.紫外线、可见光、红外线

D.紫外线、X射线、丫射线

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、丫射线有重

叠，丫射线波长最短，紫外线波长最长，故B正确，D错误。

【素养提升】

7.(多选)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()

接收充电设备

)锅了

.[.Y…炉面板

:二通电线圈

通电线圈产生的磁场

(a)手机无线充电器(b)电磁炉

KHD

(c)延时继电器(d)电子感应加速器

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2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。

8.(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3.0X108m/s

C.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3.0X108^$,B错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C错误；

V

无线电波由真空进入介质传播时，由于传播速度减小，由％=/可知波长变短，D正确。

9.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.丫射线

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。

10.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。

11.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。

12.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。

13.1864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（）

沿Z轴传播的电磁波

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。

14.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。“嫦娥四号”任务创造了

多项世界第一、在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为『的电磁波，该电磁波分别

在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为加。已知电磁波在月壤层中传播

的波长为X,求该月壤层的厚度儿

【答案】野加

【详解】电磁波的在土壤中传播速度满足

根据题意可知

2d=v-/^t

解得土壤厚度为

【能力培优】

15.关于电磁波的传播速度表达式步入£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