人教版必修第三冊第十三章4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用學(xué)案

4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用［定位?學(xué)習(xí)目標(biāo)］.了解人類發(fā)現(xiàn)電磁波的歷史，知道麥克斯韋、赫茲等物理學(xué)家對電磁波的發(fā)現(xiàn)作出的巨大貢獻(xiàn)，領(lǐng)會在電磁波的發(fā)現(xiàn)過程中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法和科學(xué)精神。.體驗(yàn)赫茲證明麥克斯韋預(yù)言的電磁波存在的實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)方法，領(lǐng)會物理理論和實(shí)驗(yàn)的相互配合對科學(xué)發(fā)展的巨大作用。.了解電磁波本身是一種特殊物質(zhì)，電磁波能傳遞能量和信息。.了解電磁波譜中各波段的主要特性及其在科技、經(jīng)濟(jì)和社會信息化等方面的主要應(yīng)用。知道可見光是電磁波譜家族中的一個頻段。知識點(diǎn)一電磁場電磁波.麥克斯韋電磁場理論⑴變化的磁場產(chǎn)生電場。①在變化的磁場中放入一個閉合電路，由于穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這個現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是變化的磁場產(chǎn)生了曳場。②即使在變化的磁場中沒有閉合電路，同樣會在空間產(chǎn)生電場。⑵變化的電場產(chǎn)生磁場。變化的電場就像導(dǎo)線中的電流一樣,會在空間產(chǎn)生磁場,即變化的電場產(chǎn)生磁場。.電磁場:變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的,形成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場。號P.自發(fā)出后,經(jīng)過3就遇到了飛機(jī),則信號Pl傳播到飛機(jī)時，飛機(jī)與雷達(dá)之間的距離為X=c?匚3.0X108X2.5X10-5m=7.5X103m。2答案：（1）遠(yuǎn)離雷達(dá)飛行（2）7.5義103m1.（多選）以下關(guān)于電磁波的說法正確的是（CD）A.只要電場或磁場發(fā)生變化,就能產(chǎn)生電磁波B.電磁波傳播需要介質(zhì)C.電磁波在真空中的傳播速度等于光速D.電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨有能量向外傳遞的解析:如果電場（或磁場）是均勻變化的,產(chǎn)生的磁場（或電場）是穩(wěn)定的，就不能再產(chǎn)生新的電場（或磁場），也就不能產(chǎn)生電磁波；電磁波的傳播不需要介質(zhì)；電磁波在真空中的傳播速度等于光速；電磁波具有能量,它的傳播是伴隨有能量向外傳遞的，故選項(xiàng)C、I）正確。2.目前雷達(dá)發(fā)出的電磁波頻率多在200MHz?1000MHz的范圍內(nèi),下列關(guān)于電磁波的說法正確的是（D）A.真空中，上述頻率范圍的電磁波的波長在30?150m之間B.電磁波是由恒定不變的電場或磁場產(chǎn)生的C.波長越短的電磁波越容易繞過障礙物,便于遠(yuǎn)距離傳播D.測出從發(fā)射無線電波到接收反射回來的無線電波的時間，就可以確定障礙物的距離解析:根據(jù)入戶,電磁波頻率在200MHz?1000MHz的范圍內(nèi)，則電磁波的波長范圍在0.3~1.5m之間，故選項(xiàng)A錯誤;依據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,變化的磁場產(chǎn)生電場,變化的電場產(chǎn)生磁場,故選項(xiàng)B錯誤;波長越長的電磁波越容易繞過障礙物,便于遠(yuǎn)距離傳播,故選項(xiàng)c錯誤；電磁波在空氣中的傳播速度約為3X108ni/s,只要測出時間就可以求距離，即s=學(xué)故選項(xiàng)D正確。3.在航空事件中,搜尋失聯(lián)飛機(jī)的黑匣子主要依靠電磁波技術(shù)和超聲定位（即聲吶）技術(shù)。電磁波是指在空間傳播的交變電磁場，在真空中的傳播速度為3X10'm/s,無線電波是其中的一種電磁波。無線電波、紅外線、可見光（即人眼能看到的光）、紫外線、X射線、Y射線都是電磁波,它們的產(chǎn)生方式不盡相同,波長也不同,把它們按波長順序排列就構(gòu)成了電磁波譜,如圖所示。請根據(jù)上述信息及所學(xué)知識,結(jié)合電磁波譜回答：⑴廣播和電視利用電磁波譜中的來傳遞聲音和圖像;飛機(jī)黑匣子發(fā)出的電磁波信號,在海水中迅速衰減,無法傳播,所以黑匣子必須裝有能發(fā)出波信號的裝置與其同時工作，以便利用聲吶系統(tǒng)尋找海水中的黑匣子位置。⑵請觀察電磁波譜中各種波的波長與頻率的關(guān)系，可以得出初步結(jié)論;請進(jìn)一步觀察和計(jì)算電磁波譜中各種波的波長與頻率的關(guān)系，可以得出結(jié)論。答案：（1）無線電波聲⑵波的頻率越高,波長越短各種波的頻率與波長乘積相等,且等于光速3.電磁波⑴電磁波的產(chǎn)生:變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,形成電磁波。⑵電磁波的特點(diǎn)。①電磁波可以在真空中傳播。②電磁波在真空中的傳播速度等于光速。③光在本質(zhì)上是一種電磁波，即光是以波動形式傳播的一種電磁振動。⑶電磁波的波速。①電磁波的波速c與波長入、頻率f的關(guān)系是c二九￡。②電磁波在真空中的速度c=3X10sm/so知識點(diǎn)二電磁波譜電磁波的能量電磁波通信1.電磁波譜⑴概念:按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列起來,就是電磁波譜。(2)各種電磁波按波長由長到短排列順序?yàn)?無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、丫射線。⑶各種電磁波的特性。①無線電波:用于廣搔、衛(wèi)星通信、電視等的信號傳輸。②紅外線:用來加熱理療等。③可見光:照亮自然界，也可用于通信。④紫外線:用于消毒。⑤X射線:用于診斷病情。⑥Y射線:可以摧毀病變的細(xì)胞。.電磁波的能量(1)電磁波具有能量，電磁波是物質(zhì)存在的一種形式。⑵應(yīng)用:微波爐加熱食物應(yīng)用了一種電磁波一一微波,食物中的水分子在微波的作用下熱運(yùn)動加劇,內(nèi)能增加,溫度升高。⑶光是一種電磁波一一傳播著的電磁場,光具有能量。.電磁波通信⑴人們可以通過接入互聯(lián)網(wǎng)的手機(jī)看電影、聊天、購物、查閱資料、視頻通話。這些信息都是通過電磁波來傳遞的。⑵電磁波的傳輸:既可以通過有線傳播,也可實(shí)現(xiàn)無線傳播。介質(zhì)對聲波和電磁波的傳播速度的影響有什么不同？提示:聲波的傳播速度由介質(zhì)決定,與頻率無關(guān)，即同種介質(zhì)中不同頻率的聲波傳播速度相同。電磁波在真空中傳播速度相同，均為3X1(Tm/s。在同種介質(zhì)中不同頻率的電磁波傳播速度不同，頻率越大傳播速度越小。要點(diǎn)一對麥克斯韋電磁場理論及電磁波的認(rèn)識⑴觀察上面兩幅圖，變化的磁場所產(chǎn)生電場的電場線和以前所學(xué)靜電場的電場線有區(qū)別嗎？答案:變化的磁場所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的;而靜電場中的電場線是不閉合的。⑵變化的磁場一定能產(chǎn)生電磁波嗎?為什么？答案:不一定。均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場,不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場，如果變化的磁場能產(chǎn)生變化的電場,變化的電場又能產(chǎn)生變化的磁場,才能在周圍空間產(chǎn)生電磁波。.對麥克斯韋電磁場理論的理解⑴變化的磁場產(chǎn)生電場。①均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場。②非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場。③周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場。⑵變化的電場產(chǎn)生磁場。①均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場。②非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場。③周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場。.電磁波的形成示意圖.電磁波的特點(diǎn)(1)在傳播方向上，任意一點(diǎn)的E和B都隨時間周期性變化,E和B彼此垂直，且與電磁波的傳播方向垂直。如圖所示。⑵電磁場中儲存電磁能，電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程。⑶任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都等于光在真空中的速度,即c=3.0X10'm/s,電磁波傳播雖然不需要介質(zhì)，但在其他介質(zhì)中的速度都比在真空中的小。⑷只有周期性變化的電場和磁場相互激發(fā)才能形成電磁波。⑸光也是一種電磁波。［例1］關(guān)于電磁場理論，下列說法正確的是（D）A.在電場周圍一定產(chǎn)生磁場,磁場周圍一定產(chǎn)生電場B.麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在并且實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在C.和聲波一樣，電磁波也需要通過介質(zhì)來傳播D.電磁波是由變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地傳播出去解析:恒定的電場周圍不產(chǎn)生磁場，恒定的磁場周圍也不產(chǎn)生電場，故A錯誤;麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在,赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在,故B錯誤;聲波屬于機(jī)械波,必須通過介質(zhì)來傳播，電磁波不需要通過介質(zhì)來傳播，電磁波可以在真空中傳播，故C錯誤;根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知,周期性變化的電場和周期性變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地傳播出去形成電磁波，故D正確。［即時訓(xùn)練1］下列說法正確的是（C）A.任何變化的磁場都要在周圍空間產(chǎn)生變化的電場，振蕩磁場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場B.任何電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場，振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場C.任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場,振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場D.電場和磁場總是相互聯(lián)系著,形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場解析:根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,如果電場（磁場）的變化是均勻的,產(chǎn)生的磁場（電場）是穩(wěn)定的；如果電場（磁場）的變化是不均勻的,產(chǎn)生的磁場（電場）是變化的;振蕩電場（磁場）在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場（電場）；變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系著,形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場。故選C。要點(diǎn)二對電磁波譜的認(rèn)識1.電磁波譜電磁波按波長由長到短順序?yàn)闊o線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、Y射線,它們共同構(gòu)成了范圍廣闊的電磁波譜。2.不同電磁波的應(yīng)用提醒：（1）波長越長的電磁波頻率越低,能量越低，穿透力越差。電磁波譜無線電波紅外線可見光紫外線X射線丫射線頻率(Hz)由左向右,頻率由低到高真空中波長由左向右,波長由長到短特性波動性強(qiáng)熱作用強(qiáng)感光性強(qiáng)化學(xué)作用，熒光效應(yīng)穿透力強(qiáng)穿透力最強(qiáng)用途通信、廣加熱、遙測、遙感、照明、照相等日光燈、殺菌消毒、治療皮膚病等檢測、探測、透視、治療探測、治療播、導(dǎo)航紅外攝像、紅外制導(dǎo)⑵波長越短的電磁波頻率越高,能量越高,穿透力越強(qiáng)。［例2］下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運(yùn)用的物理現(xiàn)象。請將相應(yīng)的字母填寫在運(yùn)用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上。⑴X光機(jī),。⑵紫外線燈，。⑶理療醫(yī)用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好。這里的“神燈”是利用。A.光的全反射B.紫外線具有很強(qiáng)的熒光作用C.紫外線具有殺菌消毒作用D.X射線具有很強(qiáng)的穿透力E.紅外線具有顯著的熱效應(yīng)解析：（1）X光機(jī)是用來透視人體內(nèi)的器官的，因此需要具有較強(qiáng)穿透力的電磁波,但又不能對人體造成太大的傷害，因此采用了X射線，因此選Do⑵紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應(yīng)用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，因此選C。(3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進(jìn)局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應(yīng)，使人體局部受熱，血液循環(huán)加快,因此選Eo答案：(1)D(2)C(3)E［即時訓(xùn)練2］電磁波在日常生活和生產(chǎn)中已經(jīng)被大量應(yīng)用了，下列說法正確的是(A)A.機(jī)場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀利用了X射線的穿透本領(lǐng)B.銀行的驗(yàn)鈔機(jī)和家用電器的遙控器發(fā)出的光都是紫外線C.微波爐能快速加熱食物是因?yàn)榧t外線具有顯著的熱效應(yīng)D.手機(jī)通話使用的無線電波,其波長比可見光的波長短解析:機(jī)場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀利用了X射線的穿透本領(lǐng),故A正確;遙控器發(fā)出的光是紅外線,不是紫外線,故B錯誤;微波爐是利用微波的頻率與水分子的頻率相接近,從而使水分子振動而發(fā)熱的，故C錯誤;手機(jī)通話使用的無線電波,其波長要大于可見光的波長，故D錯誤。【情境創(chuàng)設(shè)】雷達(dá)是利用無線電波來測定物體位置的無線電設(shè)備。電磁波遇到障礙物會發(fā)生反射,雷達(dá)就是利用電磁波的這個特性工作的,波長短的電磁波，傳播的直線性好,有利于用電磁波定位,因此雷達(dá)用的是微波。雷達(dá)有一個可以轉(zhuǎn)動的天線,它能向一定方向發(fā)射無線電脈沖,每次發(fā)射的時間短于1us,兩次發(fā)射的時間間隔大約是0.1mso這樣，發(fā)射出去的無線電波遇到障礙物時，可以在這個時間間隔內(nèi)反射回來被天線接收。無線電波的傳播速度是C,測出從發(fā)射無線電波到接收反射波的時間t,就可以確定障礙物的距離1,再根據(jù)發(fā)射無線電波的方向和仰角，便可以確定障礙物的位置了。實(shí)際上，障礙物的距離等數(shù)據(jù)由電子電路自動計(jì)算并在熒光屏上顯示。【素養(yǎng)訓(xùn)練】某雷達(dá)工作時所發(fā)射的無線電波波長為1m,它可以定向發(fā)出脈沖波,連續(xù)兩個脈沖的時間間隔為W4So一飛機(jī)始終在雷達(dá)的某一方位上沿直線飛行，圖為雷達(dá)屏幕,屏幕上方有時間尺,Pi、Pz是雷達(dá)發(fā)出的電波信號,小、窕是P、P2由飛機(jī)反射回來后雷達(dá)接收的信號。設(shè)雷達(dá)勻速掃描,根據(jù)圖分析，回答下列問題。⑴飛機(jī)是朝著雷達(dá)飛行,還是遠(yuǎn)離雷達(dá)飛行？⑵當(dāng)信號Pi傳播到飛機(jī)處時，飛機(jī)距雷達(dá)多遠(yuǎn)？解析：(1)由標(biāo)尺上的時間刻度可以看出，第一個雷達(dá)信號Pi從發(fā)出至返回歷時為10個小格