人教版(新教材)高中物理选择性必修2学案：第2-4节 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节电磁波谱核心素养目标物理观念1.了解电磁波的发射、传播和接收的过程。知道无线电通信的基本原理。2.能区分调制、调幅、调频、调谐、解调等概念。3.能说出电磁波谱的组成，知道光是电磁波。科学态度与责任能结合实际，知道无线电通信在生活中的应用。知识点一电磁场麦克斯韦观点(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。“变化的磁场产生电场”是基于电磁感应现象提出的假设。知识点二电磁波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。〖思考判断〗(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。(×)知识点三无线电波的发射与接收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。〖思考判断〗(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。(√)音频电流的频率比较低，不能直接用于发射电磁波，载波必须是高频电磁波。电谐振相当于机械振动中的共振解调是调制的逆过程。知识点四电磁波谱1.概念按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱。2.电磁波谱的排列按波长由长到短依次为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。3.不同电磁波的特点及应用特点用途无线电波波动性强通讯、广播、导航红外线热作用强加热、遥测、遥感、红外线制导可见光感光性强照明、照相等紫外线化学作用荧光效应杀菌消毒、治疗皮肤病等X射线穿透力强检查、探测、透视、治疗γ射线穿透力最强探测、治疗4.电磁波的能量各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波，说明电磁波具有能量，电磁波是一种物质。5.太阳辐射的特点太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域，在眼睛最敏感的黄绿光附近，辐射的能量最强。〖思考判断〗(1)X射线是电磁波，它由速度较高的电子构成。(×)(2)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度。(×)(3)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。(×)

核心要点电磁波与机械波的比较〖问题探究〗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〗她们的通话是通过电磁波进行的，因为机械波在真空中无法传播。〖探究归纳〗机械波电磁波研究对象力学现象电磁现象周期性位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播情况传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质和频率都有关产生机理由质点(波源)的振动产生由电磁振荡(周期性变化的电流)激发是否横波可以是是是否纵波可以是否干涉现象满足干涉条件时均能发生干涉现象衍射现象满足衍射条件时均能发生明显衍射〖试题案例〗〖例1〗下列说法正确的是()A.电磁波在真空中以光速c传播B.在空气中传播的声波是横波C.声波只能在空气中传播D.光需要介质才能传播〖解析〗电磁波在真空中的传播速度等于光速c，A正确；在空气中传播的声波是纵波，B错误；声波的传播需要介质，可以在空气、液体和固体中传播，C错误；光属于电磁波，其传播不需要介质，可以在真空中传播，D错误。〖答案〗A误区警示理解电磁波与机械波的三点不同(1)电磁波是电磁现象，由电磁振荡产生；机械波是力学现象，由机械振动产生。(2)机械波的传播依赖于介质的存在，但电磁波的传播不需要介质。(3)不同频率的机械波在同一介质中传播速度相同，在不同介质中传播速度不同；不同频率的电磁波在同一介质中传播速度不同。〖针对训练1〗(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〖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。〖答案〗CD〖针对训练2〗(多选)关于电磁波与声波，下列说法正确的是()A.电磁波是由电磁场发生的区域向远处传播，声波是声源的振动向远处传播B.电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需要介质C.由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大D.由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波的波长变小〖解析〗由电磁波和声波的概念可知，A正确；因为电磁波可以在真空中传播，而声波属于机械波，它的传播需要介质，在真空中不能传播，故B错误；电磁波在空气中的传播速度近似等于真空中的速度，大于在水中的传播速度；声波在水中的传播速度大于在空气中的传播速度，故C正确；无论是电磁波还是声波，从一种介质进入另一种介质时频率都不变，所以由波长λ＝eq\f(v,f)及它们在不同介质中的传播速度可知，由空气进入水中时，电磁波的波长变短，声波的波长变长，故D错误。〖答案〗AC核心要点电磁波谱〖要点归纳〗1.电磁波的共性(1)它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。(2)都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108m/s。(3)它们的传播都不需要介质。(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。2.电磁波的个性(1)不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短穿透能力越强。(2)同频率的电磁波，在不同介质中速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大，速度越小。(3)产生机理不同无线电波振荡电路中电子周期性运动产生红外线、可见光和紫外线原子的外层电子受激发后产生X射线原子的内层电子受激发后产生γ射线原子核受激发后产生(4)用途不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒，X射线应用于医学上的X光照片，γ射线检查金属部件的缺陷等。〖试题案例〗〖例2〗关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是()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.电磁波谱中频率最大的为γ射线，最容易发生衍射现象D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光〖解析〗X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，红外线没有，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波谱中频率最大的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，C错误；紫外线和X射线都具有明显的化学效应，可以使感光底片感光，D正确。〖答案〗D方法总结电磁波谱相关问题解题方法(1)熟记各种电磁波的特性及应用。(2)按电磁波谱的排列顺序，波长越长，频率越低，衍射能力越强，穿透能力越弱；波长越短，频率越高，衍射能力越弱，穿透能力越强。〖针对训练2〗2011年3月11日，日本发生里氏9.0级地震，地震和地震引发的海啸造成大量建筑物倒塌。为了将埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出来，我国及时派出了救援队。救援队在救援过程中使用生命探测仪来寻找被压在废墟中的大量伤员，这种仪器主要是接收人体发出的()A.可见光 B.红外线C.紫外线 D.声音〖解析〗不同温度的物体会发出不同频率的红外线，生命探测仪就是根据人体发出的红外线与周围环境辐射的红外线不同而寻找的，B正确。〖答案〗B1.(物理学史)电磁场理论是谁提出的()A.法拉第 B.赫兹C.麦克斯韦 D.安培〖解析〗电磁场理论是由麦克斯韦提出的，并由赫兹首先验证。故C正确。〖答案〗C2.(电磁波)真空中所有电磁波都具有相同的()A.频率 B.波长 C.波速 D.能量〖解析〗电磁波在真空中的传播速度相同，而电磁波的频率、波长、能量不一定相同，故C正确。〖答案〗C3.(电磁波)下列关于电磁波的说法正确的是()A.电磁波必须依赖介质传播B.电磁波可以发生衍射现象C.电磁波不会发生偏振现象D.电磁波无法携带信息传播〖解析〗电磁波在真空中也能传播，A错误；衍射是一切波所特有的现象，B正确；电磁波是横波，横波能发生偏