2024-2025学年新教材高中物理第13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

PAGE7-4.电磁波的发觉及应用学习目标：1.[物理观念]在电磁波谱中波长由长到短的排列依次为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线；知道电磁波具有能量；知道电磁波通讯的原理。2.[科学思维]会分析电磁波产生过程中，电场与磁场相互转化的规律。3.[科学探究]探究电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。4.[科学看法与责任]能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。阅读本节教材，回答第119页“问题”并梳理必要学问点。教材P119问题提示：电磁波是赫兹通过试验发觉的。一、电磁场1．变更的磁场产生电场。2．变更的电场产生磁场。3．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。二、电磁波1．麦克斯韦的预言(1)电磁波的预言：变更的电场和变更的磁场交替产生，由近及远地向四周传播形成电磁波。(2)电磁波可以在真空中传播。(3)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。2．赫兹的贡献：赫兹证明了电磁波的存在，证明了麦克斯韦的电磁场理论。三、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．电磁波谱的概念：按电磁波的波长或频率大小的依次把它们排列起来，形成电磁波谱。4．电磁波谱组成5．各种电磁波的应用(1)无线电波中的长波、中波、短波用于广播及其他信号的传播。(2)微波用于卫星通信、电视等信号传输。(3)红外线用来加热理疗。(4)可见光让我们望见这个世界，也可用于通信。(5)紫外线可以消毒。(6)X射线用于诊断病情。(7)γ射线可以摧毁病变的细胞。四、电磁波的能量1．电磁波具有能量，电磁波是物质存在的一种形式。2．微波炉加热食物应用了一种电磁波——微波，食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，内能增加，温度上升。3．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量。五、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．以互联网为基础的信息服务都是通过电磁波来传递的。1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)变更的电场可以产生磁场。 (√)(2)电磁波的传播不须要介质。 (√)(3)赫兹用试验证明了电磁波的存在。 (√)(4)紫外线可以用来灭菌消毒。 (√)2．(多选)关于电磁场理论的叙述正确的是()A．变更的磁场四周肯定存在着电场，与是否有闭合电路无关B．周期性变更的磁场产生同频率变更的电场C．变更的电场和变更的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D．电场四周肯定存在磁场，磁场四周肯定存在电场ABC[变更的磁场四周产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路，电场仍旧存在，A对；若形成电磁场必需有周期性变更的电场和磁场，B、C对，D错。]3．电磁波在真空中传播的速度c是3.00×108m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0MHz，这个台放射的电磁波的波长A．2.70m B．270mC．333m D．3.33mD[依据λ＝eq\f(c,f)得，λ＝eq\f(3.00×108,90.0×106)m≈3.33m，D正确。]对麦克斯韦电磁场理论的理解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。【例1】下列有关电磁场理论的说法正确的是()A．任何变更的磁场都要在空间产生变更的电场B．任何电场都要在四周空间产生磁场C．任何变更的电场都要在四周空间产生磁场D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不行分别的统一体，即电磁场C[依据麦克斯韦理论，匀称变更的磁场在四周空间产生的电场是稳定的，故A错；同理，并不是任何电场都会在四周空间产生磁场，故B错；电场和磁场并不总是相互联系着的，例如，静止电荷四周只有静电场，静止磁体四周只有稳定的磁场。只有变更的电场和变更的磁场才能形成一个不行分别的统一体，即电磁场，故D错。]eq\o([跟进训练])1．关于电磁场的理论，下列说法正确的是()A．变更的电场四周产生的磁场肯定是变更的B．变更的磁场四周产生的电场肯定是变更的C．匀称变更的磁场四周产生的电场是匀称变更的D．振荡电场四周产生的磁场也是振荡的D[非匀称变更的电场产生非匀称变更的磁场，而匀称变更的电场产生稳定的磁场，所以变更的电场四周肯定产生磁场，变更的磁场四周肯定产生电场，但不肯定变更，故A、B错误；匀称变更的磁场肯定产生稳定的电场，而非匀称变更的电场产生非匀称变更的磁场，故C错误；周期性变更的振荡电场肯定产生同周期变更的振荡磁场，故D正确。]对电磁波的理解如图所示，图甲和图乙中变更的磁场，能形成电磁波的是哪个？甲乙提示：图乙。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c＝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。【例2】波长为0.6μm的红光，从10m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约须要多长时间？它的频率是多少？[解析]由速度公式v＝eq\f(x,t)可求得时间，可依据电磁波波长、频率和波速关系式c＝λf可得频率，其中t＝eq\f(x,c)＝eq\f(10,3×108)s≈3.33×10－8s由c＝λf得f＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,6×10－7)Hz＝5×1014Hz。[答案]3.33×10－8s5×1014Hzeq\o([跟进训练])2．关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是()A．变更的电场四周产生变更的磁场，变更的磁场四周产生变更的电场，两者相互联系，统称为电磁场B．电磁场从发生区域由近及远地传播形成电磁波C．电磁波是一种物质，可在真空中传播。所以，平常说真空没有实物粒子，但不等于什么都没有，还有“场”这种特别物质D．电磁波可在真空中传播，也可在介质中传播A[依据麦克斯韦电磁场理论，非匀称变更的电场四周产生变更的磁场，匀称变更的电场四周产生的是稳定的磁场，故A错误。]对电磁波谱的理解在我们身边到处都有电磁波的影子，它的应用更是比比皆是。下面列出的设备中工作时所发出的波，哪些属于电磁波？(1)微波炉加热食物时发出的波。(2)电视放射塔发出的波。(3)互联网光缆中传播的波。(4)电视机遥控器发出的波。提示：均属于电磁波。1．电磁波谱是把电磁波按波长由大到小的依次排列起来的图表。依次为无线电波、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袤的电磁波谱。2．电磁波谱中各种波段的特征用途比较(如下表)电磁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强感光性强化学作用荧光效应穿透力大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、照相等杀菌消毒、治疗皮肤病等检查、探测、透视、治疗探测、治疗【例3】(多选)下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是()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射线都使感光底片感光CD[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X射线都可以使感光底片感光，D正确。]eq\o([跟进训练])3．关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是()A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同B[声波、电磁波都能传递能量和信息，A错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波又涉及声波，B正确；可见光属于电磁波，“B超”中的超声波是声波，波速不同，C错误；红外线波长较X射线波长长，D错误。]1．第一个用试验验证电磁波客观存在的科学家是()A．法拉第B．奥斯特C．赫兹D．麦克斯韦C[麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用试验验证了电磁波的存在，故C正确。]2．关于电磁场，下列说法不正确的是()A．在一个磁铁旁放一带电体，则两者四周空间就形成了电磁场B．电磁场既不同于静电场，也不同于静磁场C．电磁场中的电场和磁场是不行分割的一个统一体D．电磁场中的电场的变更频率和磁场的变更频率是相同的A[电磁场是变更的电场和变更的磁场形成的不行分割的统一场，而不是静电场和静磁场简洁的复合。所以选项A错。A符合题意。]3．关于电磁波，下列说法正确的是()A．全部电磁波的频率相同B．电磁波只能在真空中传播C．电磁波在任何介质中的传播速度相同D．电磁波在真空中的传播速度是3×108D[电磁波的频率不肯定相同，就是无线电电磁波也有很多频道和频率，选项A错；电磁波既能在真空中传播，也能在介质中传播，选项B错；不同频率的电磁波在不同的介质中的传播速度都不相同，选项C错；电磁波在真空中的传播速度是3×1084．(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是()A．电视遥控器利用的是红外线B．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒C．利用紫外线的荧光效应可设计防伪措施D．γ射线波长比X射线波长短ACD[由于红外线波长较长，简洁发生衍射，所以电视遥控器利用了红外线，A正确；紫外线有显著的化学作用，可利用紫外线消毒，所以医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，B错误；在紫外线的照耀下，很多物质会发出荧光，依据这个特点可以设计防伪措施，C正确；γ射线波长比X射线波长短，D正确。]5．情境：赫兹的试验：如图所示。试验现象：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。问题：(1)当感应线圈的两个金属