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第4节电磁波的发现及应用学案新人教版必修3

PAGE8-电磁波的发觉及应用【学习目标】1．了解麦克斯韦电磁场理论的内容。2．知道电磁波的形成及赫兹的试验结论。3．知道电磁波在真空中传播速度及波长、频率和波速的关系。4．了解电磁波谱的组成及各种电磁波的特点、应用。【思维脉络】课前预习反馈教材梳理·落实新知学问点1电磁场1．麦克斯韦的电磁理论：变更的__磁场__产生电场，变更的__电场__产生磁场。2．电磁场：变更的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不行分割的统一的__电磁场__。学问点2电磁波1．麦克斯韦推断：周期性变更的电场在空间引起__周期性__变更的磁场，这个变更的磁场又引起新的__变更__的电场。2．麦克斯韦预言：__周期性__变更的电场和磁场交替产生，由近及远地向四周传播，形成__电磁波__。3．机械波的传播离不开__介质__，电磁波可以在__真空__中传播。4．光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种__电磁__振动，电磁波的速度等于__光速__。5．赫兹的贡献：1886年德国科学家赫兹通过试验捕获到了__电磁波__，证明白麦克斯韦的__电磁场__理论。学问点3电磁波谱1．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝__λf__。2．电磁波在真空中的速度：c＝__3×108__m/s。3．电磁波谱：按电磁波的__波长__或频率大小的依次把它们排列起来，就是电磁波谱。4．各种电磁波的应用(1)无线电波中的长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，__微波__可以用于卫星通信、电视等的信号传播。(2)红外线可以用于__加热__理疗，可见光可以用于通信。(3)紫外线可以__消毒__，X射线片可以用于诊断病情，__γ射线__可以摧毁病变的细胞。学问点4电磁波的能量1．光是一种电磁波——传播着的__电磁场__，光具有能量。2．电磁波具有能量，电磁波是一种__物质__。学问点5电磁波通信1．电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为__统一__的信息通信网络。2．信息通信都是通过__电磁波__来传递的。3．电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以__无线__传播。预习自测『判一判』(1)电场四周肯定存在磁场，磁场四周肯定存在电场。(×)(2)周期性变更的磁场产生周期性变更的电场。(√)(3)电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播。(√)(4)光是一种电磁波。(√)(5)电磁波的传播速度肯定为3×108(6)电磁波具有能量可用于对物体加热，也可以携带信息，用于信息通信。(√)『选一选』(2024·吉林省扶余市第一中学高二下学期期中)某电路中电场随时间变更的图像有如图所示几种状况，能放射电磁波的电场是(D)解析：图A是稳定的电场，不能产生磁场，图B与图C是匀称变更的电场，产生恒定不变的磁场，也不能形成电磁波；图D是按正弦函数规律周期性变更的电场，会产生同频率的周期性变更的磁场，能形成电磁场，向外放射电磁波。故应选D。『想一想』“为了您和他人的平安，请您不要在飞机上运用手机和手提电脑。”这句提示警示语是乘坐飞机的旅客都听过的语言，因为有些空难事故就是由于某位乘客在飞行的飞机中运用手机造成的。如图所示是飞机上的警示标记。1999年广州白云机场飞机着陆时，机上有四位旅客同时运用了手机，使飞机着陆偏离了8度，险些造成事故；2015年4月27日下午一位旅客在飞往乌鲁木齐的途中运用手机，被处以五百元的治安罚款。请问为什么在飞机上不能运用手机和手提电脑呢(包括嬉戏机)?答案：由于手机在运用时要放射电磁波，对飞机产生电磁干扰，而飞机上导航系统是特别困难的，抗干扰实力不是很强，所以假如飞机上的乘客运用了手机，对飞机产生电磁干扰，那么后果将特别可怕。所以，在飞机上不要运用手机和手提电脑。课内互动探究细研深究·破疑解难探究麦克斯韦电磁场理论┃┃情境导入__■如图所示，在变更的磁场中放置一个闭合线圈。(1)你能视察到什么现象？(2)这种现象说明白什么？提示：(1)灵敏电流计的指针发生偏转，有电流产生。(2)变更的磁场产生了电场，使闭合线圈的自由电荷发生了定向运动而形成了电流。┃┃要点提炼__■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匀称变更的电场在四周空间产生恒定的磁场匀称变更的磁场在四周空间产生恒定的电场不匀称变更的电场在四周空间产生变更的磁场不匀称变更的磁场在四周空间产生变更的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场2.电磁场的产生假如在空间某处有周期性变更的电场，那么这个变更的电场就在它四周空间产生周期性变更的磁场，这个变更的磁场又在它四周空间产生变更的电场——变更的电场和变更的磁场是相互联系着的，形成不行分割的统一体，这就是电磁场。┃┃典例剖析__■典例1依据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(D)A．有电场的空间肯定存在磁场，有磁场的空间也肯定能产生电场B．在变更的电场四周肯定产生变更的磁场，在变更的磁场四周肯定产生变更的电场C．匀称变更的电场四周肯定产生匀称变更的磁场D．振荡的电场在四周空间肯定产生同频率振荡的磁场思路引导：在理解麦克斯韦电磁场理论时，要留意静电场(恒定磁场)不产生磁场(电场)，还要留意依据电场或磁场的变更状况来确定会产生什么样的磁场或电场。解析：依据麦克斯韦电磁场理论，只有变更的电场才能产生磁场，匀称变更的电场产生恒定的磁场，非匀称变更的电场产生变更的磁场，只有选项D正确。┃┃对点训练__■1．(多选)依据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是(ABD)A．教室中开亮的日光灯四周空间必有磁场和电场B．工作时打点计时器必有磁场和电场C．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场激发稳定的电场D．电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者相互垂直解析：教室中开亮的日光灯、工作时打点计时器用的振荡电流，在其四周产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C错误；电磁波是横波，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确。探究对电磁波的理解┃┃情境导入__■如图所示，某同学正在回答“神舟十号”航天员王亚平的问题，请问她们的通话是通过机械波进行的还是通过电磁波进行的？为什么？答案：电磁波。因为机械波的传播离不开介质，而电磁波可以在真空中传播。┃┃要点提炼__■1.电磁波的特点(1)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。(2)只有周期性变更的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。(3)电磁波可以在真空中传播，因为电磁波本身就是一种物质——场物质，所以传播时不再须要其他介质。(4)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＝3.0×1082.波长、频率与波速之间的关系波速＝波长×频率，即v＝λf。(1)频率由波源确定，与介质无关，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、波长发生变更，在介质中的速度都比在真空中速度小。(2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：v＝c。┃┃典例剖析__■典例2(多选)电磁波与声波比较，下列叙述中正确的是(ABC)A．电磁波的传播不须要介质，声波的传播须要介质B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大D．电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质确定，与频率无关思路引导：(1)电磁波的传播不须要介质，可在真空中传播，在真空中，不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。(2)不同频率的电磁波，在同一种介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。解析：选项A、B均与事实相符，所以A、B正确；依据λ＝eq\f(v,f)，电磁波波速变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，所以选项C正确；电磁波在介质中的速度，与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小，所以选项D错误。┃┃对点训练__■2．(多选)下列关于电磁波的说法中，正确的是(AC)A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108C．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短D．只要空间中某个区域有变更的电场或变更的磁场，就能产生电磁波解析：电磁场向外部空间的传播形成了电磁波，电磁波只有在真空中的传播速度才为3.0×108m/s，在其他介质中的传播速度小于3.0×108m/s，波长变短，只有交变的电场和磁场才能产生电磁波，A、C正确，B、D错误。探究电磁波谱及其应用┃┃情境导入__■无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来便构成了范围特别广袤的电磁波谱。如图所示是按波长由大到小(频率由小到大)依次排列的电磁波谱。电磁波谱中的各部分有没有严格的分界线？提示：没有。┃┃要点提炼__■1．电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的依次把他们排列成谱。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，便构成了范围特别广袤的电磁波谱。2．各种不同的电磁波既有共性，又有特性：(1)共性：它们在本质上都是电磁波，它们的行为听从相同的规律，都满意公式v＝fλ，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108(2)特性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性。3．电磁波谱及其应用：波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线特性波动性强热作用产生视觉荧光效应穿透实力强穿透实力强应用通讯广播、导航等加热理疗照明照相杀菌消毒、医疗等工业探伤、医学透视工业探伤、医学治疗┃┃典例剖析__■典例3(多选)下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是(CD)A．红外线和X射线都有很高的穿透本事，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思路引导：依据各种不同的电磁波的特性解答。解析：X射线有很高的穿透本事，医学上常用于透视人体，红外线不能，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为γ射线，可以摧毁病变的细胞，C正确；紫外线和Χ射线都可以使感光底片感光，D正确。┃┃对点训练__■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，即使车队离开也瞒不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于(B)A．可见光波段B．红外波段C．紫外波段D．X射线波段解析：任何物体都在向外辐射红外线，温度越高辐射越强，导弹放射、汽车行驶时发动机温度很高，会辐射出剧烈的红外线。车队离开后，空气中的热还没有立刻散发掉，遥感照相机还能探测到车队刚刚走过的轨迹。核心素养提升以题说法·启智培优电磁波的应用实例——雷达1．雷达的工作原理：利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性工作。2．确定位置的方法：雷达通过转动的天线放射微波信号，这种信号传播的直线性好，遇到障碍物要发生反射，反射信号又被雷达天线接收。测出从放射信号到接收到目标反射信号的时间t，就可以知道目标到雷达的距离s＝eq\f(ct,2)。再依据放射无线电波的方向和倾角，便可以确定障碍物的位置了。案例某高速马路自动测速仪装置如图1所示，雷达向汽车驶来方向放射不连续的电磁波，每次放射时间约为百万分之一秒，两次放射时间间隔为t。当雷达向汽车放射无线电波时，在指示器荧光屏上呈现出一个尖波形；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现其次个尖形波。依据两个波的距离，可以计算出汽车距雷达的距离，依据自动打下的纸带如图2所示，可求出该汽车的车速，请依据给出的t1、t2、t、c求出汽车车速表达式。解析：依据图2所示