人教版(新教材)高中物理选择性必修2学案：4 2-4 4 电磁场与电磁波 无线电波的发射和接收 电磁波谱

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE1第2节电磁场与电磁波第3节无线电波的发射和接收第4节电磁波谱〖学习目标要求〗1.知道电磁场的概念及产生过程。2.了解电磁波的传播规律和特点，知道与机械波的区别。3.了解无线电波的发射和接收过程。4.了解电磁波谱，知道不同电磁波的特性和应用。一、电磁场和电磁波1．麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场。(2)变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。(3)变化的电场和磁场由近及远地向四周传播，形成了电磁波。2．电磁波(1)麦克斯韦预言：电磁波在真空中的传播速度等于光速c；光是电磁波。(2)赫兹通过实验证实了电磁波的存在。〖判一判〗(1)变化的电场一定产生变化的磁场。(×)(2)磁场一定可以产生电场，电场也一定可以产生磁场。(×)(3)电磁波在真空和介质中传播速度相同。(×)(4)只要有电场和磁场，就能产生电磁波。(×)(5)电磁波在同种介质中只能沿直线传播。(×)二、无线电波的发射和接收1．有效发射电磁波的条件(1)要有足够高的振荡频率。(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。2．电磁波的调制(1)载波：用于携带信号的高频电磁波。(2)调制：使载波随各种信号而改变的技术。(3)调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。(4)调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。3．无线电波的接收(1)电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强。(2)调谐：使接收电路产生电谐振的过程。(3)解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来。4．电视广播的发射和接收(1)高频电视信号的传播方式主要有三种无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。(2)不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。〖判一判〗(1)频率越高，振荡电路发射电磁波本领越大。(√)(2)电视台发射的电磁波都经过了调制。(√)(3)当接收电路的固有频率和电磁波频率相同时，出现谐振现象。(√)(4)收音机能够直接接收声波。(×)(5)要使电视机的屏幕上出现图像，必须将电视机接收到的无线信号解调。(√)三、电磁波谱1．电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排列成谱，叫作电磁波谱。2．按照波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。不同的电磁波由于具有不同的波长(频率)，具有不同的特性。3．红外线(1)红外线是一种光波，波长比无线电波短，比可见光长。(2)所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。(3)红外线的应用主要有红外遥感和红外体温计。4．紫外线(1)波长范围在5～370__nm之间，不能引起人的视觉。(2)具有较高的能量，应用于灭菌消毒，具有较强的荧光效应，用来激发荧光物质发光。5．X射线和γ射线(1)X射线波长比紫外线短，有很强的穿透本领，用来检查金属构件内部有无裂纹或气孔，医学上用于检查人体的内部器官。(2)γ射线波长比X射线更短，具有很高的能量，穿透力更强，医学上用来治疗某些癌症，工业上也可用于探测金属构件内部是否有缺陷。探究1麦克斯韦电磁场理论1．变化的磁场产生电场(1)均匀变化的磁场产生恒定的电场。(2)非均匀变化的磁场产生变化的电场。(3)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。2．变化的电场产生磁场(1)均匀变化的电场产生恒定的磁场。(2)非均匀变化的电场产生变化的磁场。(3)周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。〖例1〗(2021·河南许昌市高二期末)手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈(原线圈)两端接上正弦式交变电压后，就会在邻近的受电线圈(副线圈)中产生感应电动势，最终实现为手机电池充电。则关于受电线圈(副线圈)中产生的感应电动势情况，下列说法正确的是()A．受电线圈(副线圈)中的感应电动势恒定不变B．受电线圈(副线圈)中的感应电动势周期性变化C．受电线圈(副线圈)中的感应电动势大小不变、极性不断变化D．受电线圈(副线圈)中的感应电动势极性不变、大小不断变化〖答案〗B〖解析〗由于送电线圈中通入正弦式交变电流，根据麦克斯韦电磁场理论可知送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，所以受电线圈中感应电流仍是正弦交流电，即受电线圈(副线圈)中的感应电动势周期性变化。故选项B正确。〖针对训练1〗(2021·首师大附中期末)用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场产生的磁场(或磁场产生的电场)随时间t的变化规律，其中错误的是()〖答案〗C〖解析〗恒定的电场不产生磁场，选项A正确；均匀变化的电场产生恒定的磁场，选项B正确；周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比，对于正弦曲线，t＝0时，磁场的磁感应强度的变化率最大，故产生的电场的电场强度最大，选项C错误，D正确。探究2电磁波的特点、发射和接收〖例2〗(多选)关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是()A．均匀变化的电场在它周围空间产生均匀变化的磁场B．电磁波和机械波一样依赖于介质传播C．电磁波中每一处的电场方向和磁场方向总是互相垂直，且与波的传播方向垂直D．只要空间某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波〖答案〗CD〖解析〗均匀变化的电场和恒定电流一样，只能产生恒定的磁场，所以A错误；电磁波不需要介质就能传播；振荡的电场和振荡的磁场总是交替产生，且能由发生的区域向周围空间传播，产生电磁波，B错误，D正确；理论分析和实验都证明电磁波是横波，电磁场中E、B的方向跟波的传播方向是互相垂直的，C正确。〖例3〗在无线电广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是()A．调谐→高频放大→检波→音频放大B．检波→高频放大→调谐→音频放大C．调谐→音频放大→检波→高频放大D．检波→音频放大→调谐→高频放大〖答案〗A〖解析〗调谐是从众多的电磁波中选出所需频率的高频信号，然后进行高频放大，再从放大后的高频信号中“检”出高频信号所承载的低频声音信号，最后将这些低频声音信号放大后通过扬声器播放出来，综上所述，A正确。〖针对训练2〗(多选)关于电磁波和机械波，下列说法正确的是()A．电磁波和机械波的传播都需要借助于介质B．电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切相关C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场〖答案〗CD〖解析〗机械波的传播需要借助于介质，但电磁波的传播不需要借助介质，选项A错误；电磁波和机械波的传播速度都与介质有关，选项B错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，选项C正确；变化的电场产生磁场，选项D正确。探究3电磁波谱〖例4〗新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较()A．红外线的光子能量比紫外线的大B．真空中红外线的波长比紫外线的长C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大D．红外线能发生偏振现象，而紫外线不能〖答案〗B〖解析〗因为红外线的频率小于紫外线，根据E＝hν，可知红外线的光子能量比紫外线的小，故A错误；根据λ＝eq\f(c,ν)，可知红外线的波长比紫外线的波长长，故B正确；真空中红外线和紫外线的传播速度是一样的，故C错误；光都具有偏振现象，故D错误。〖针对训练3〗(2021·湖南益阳市箴言中学高二期末)在新冠肺炎疫情防控中，体温监测尤为重要。常用的手持式无接触测温枪工作时探测的是()A．红外线 B．可见光C．紫外线 D．X射线〖答案〗A〖解析〗与温度有关的是红外线，故选项A正确。1．(麦克斯韦电磁场理论)(多选)用麦克斯韦的电磁场理论判断，图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图像是()〖答案〗BC〖解析〗A项中的左图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，A项错误；B项中的左图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，所以B项正确；C项中的左图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差eq\f(π,2)，C项正确；同理D项错误。2．(麦克斯韦电磁场理论)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场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．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场〖答案〗D〖解析〗根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，选项D正确，A、B、C错误。3．(电磁波的特点、发射和接收)(多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是()A．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭合的B．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波C．当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强D．要使电视机的屏幕上有图像，必须要有检波过程〖答案〗BCD〖解析〗有效发射电磁波，必须采用开放电路和高频发射，A错误；一般的音频电流的频率较低，不能直接用来发射电磁波，B正确；接收电磁波时会在接收电路中产生电谐振，与机械振动中的共振有些相似，C正确；电视机显示图像时，必须通过检波过程，把有用的信号从高频调制信号中取出来，否则就不能显示，故D正确。4．(电磁波的特点、发射和接收)(多选)(2021·北京海淀区期末)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〖答案〗ABC〖解析〗5G和4G使用的电磁波都是横波，故A正确；5G和4G使用的电磁波在真空中的传播速度相同，均为光速3×108m/s，故B正确；任何波均能发生干涉及衍射现象，故5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象，故C