第4節(jié)-電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用

第4節(jié)電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解麥克斯韋的電磁場理論。2.知道電磁波是如何形成的。3.知道電磁波在真空中的傳播速度及波長、頻率和波速的關(guān)系。4.知道電磁波譜的組成及各波段的特點、應(yīng)用。知識點一電磁場?麥克斯韋電磁場理論(1)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)象的實質(zhì)是變化的磁場在空間產(chǎn)生了電場。②即使在變化的磁場中沒有閉合電路，也同樣會在空間產(chǎn)生電場。(2)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：變化的電場和磁場互相聯(lián)系，所形成的不可分割的統(tǒng)一體。1.麥克斯韋電磁場理論(1)變化的磁場周圍會產(chǎn)生電場麥克斯韋提出，在變化的磁場周圍會激發(fā)出一種電場，不管有無閉合電路，變化的磁場激發(fā)的電場總是存在的，如圖所示。(2)變化的電場周圍會產(chǎn)生磁場麥克斯韋從場的觀點得出，即使沒有電流存在，只要空間某處的電場發(fā)生變化，就會在其周圍產(chǎn)生磁場。2.對麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場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電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場【例1】(多選)關(guān)于電磁場理論的敘述正確的是()A.變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關(guān)B.周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率變化的電場C.變化的電場和穩(wěn)定的磁場相互關(guān)聯(lián)，形成一個統(tǒng)一的場，即電磁場D.電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場答案AB解析變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，當(dāng)電場中有閉合回路時，回路中有電流，若無閉合回路，電場仍然存在，A正確；周期性變化的磁場產(chǎn)生的電場一定也是周期性變化的，且頻率相同，B正確；若形成電磁場必須有周期性變化的電場和磁場，C錯誤；只有變化的電場才能產(chǎn)生磁場，只有變化的磁場才能產(chǎn)生電場，D錯誤。【訓(xùn)練1】關(guān)于麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()A.在電場周圍空間一定存在著磁場B.任何變化的電場周圍一定存在著變化的磁場C.均勻變化的磁場周圍一定存在著變化的電場D.交變電場在它的周圍空間一定產(chǎn)生同頻率的交變磁場答案D解析均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，而非均勻變化的電場產(chǎn)生非均勻變化的磁場，恒定的電場不會產(chǎn)生磁場，A、B錯誤；均勻變化的磁場一定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，而非均勻變化的磁場將產(chǎn)生非均勻變化的電場，恒定的磁場不會產(chǎn)生電場，C錯誤；周期性變化的電場在它的周圍空間產(chǎn)生同頻率周期性變化的磁場，D正確。知識點二電磁波?產(chǎn)生：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)地向周圍傳播，形成電磁波。?特點(1)電磁波可以在真空中傳播。(2)電磁波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。1.電磁波的形成周期性變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，形成電磁場，電磁場由近及遠(yuǎn)傳播，形成電磁波。2.電磁波的特點(1)在傳播方向上，任意一點的E和B都隨時間周期性變化，E和B相互垂直，且與電磁波的傳播方向垂直，如圖。(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播。電磁波在真空中傳播速度等于光速c＝3×108m/s。(3)電磁場儲存電磁能，電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程。(4)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。(5)電磁波是電磁場在空間中的傳播。3.電磁波的波速對于電磁波，用λ表示電磁波的波長、f表示頻率、c表示波速，則有c＝λf。【例2】(多選)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()A.電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān)B.周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波C.電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強(qiáng)度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向均垂直D.利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸答案ABC解析電磁波在真空中的傳播速度均相同，與電磁波的頻率無關(guān)，故A正確；周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，由近及遠(yuǎn)的傳播形成電磁波，故B正確；電磁波在每一處的電場方向和磁場方向總是相互垂直的，且與波的傳播方向垂直，故C正確；利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信，電磁波也能通過電纜、光纜傳輸，故D錯誤?！纠?】電磁波在真空中傳播的速度c＝3×108m/s，有一個廣播電臺的頻率f＝90.0MHz，這個電臺發(fā)射的電磁波的波長λ為()A.2.70m B.270mC.3.00m D.3.33m答案D解析根據(jù)c＝λf可知，λ＝eq\f(3×108,90.0×106)m＝3.33m，D正確?！居?xùn)練2】某電路中電場隨時間變化的圖像如下列選項所示，能發(fā)射電磁波的電場是()答案D解析A中電場不隨時間變化，不會產(chǎn)生磁場；B和C中電場都隨時間均勻變化，只能在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，不會產(chǎn)生和發(fā)射電磁波；D中電場隨時間做不均勻的變化，能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，而磁場的變化也是不均勻的，又能產(chǎn)生變化的電場，從而交織成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場，發(fā)射電磁波，故D項正確。知識點三電磁波譜電磁波的能量電磁波通信在我們身邊到處都有電磁波的影子，它的應(yīng)用更是比比皆是。下面列出的設(shè)備中工作時所發(fā)出的波，哪些屬于電磁波？(1)微波爐加熱食物時發(fā)出的波。(2)電視發(fā)射塔發(fā)出的波。(3)互聯(lián)網(wǎng)光纜中傳播的波。(4)電視機(jī)遙控器發(fā)出的波。提示以上都是電磁波。?電磁波譜(1)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)電磁波的波速c與波長λ、頻率f的關(guān)系是c＝λf。(3)電磁波在真空中的速度c＝3×108__m/s。(4)各種電磁波按波長由大到小排列順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。(5)各種電磁波的特性①無線電波：用于廣播、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。⑥γ射線：可以摧毀病變的細(xì)胞。?電磁波的能量(1)光是一種電磁波，光具有能量。(2)電磁波具有能量，電磁波是一種物質(zhì)。?電磁波通信電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)逐步整合成為統(tǒng)一的信息通信網(wǎng)絡(luò)，這些信息都是通過電磁波來傳遞的。電磁波攜帶的信息，既可以有線傳播，也可以無線傳播。不同波長的電磁波的比較名稱特性無線電波紅外線可見光紫外線X射線γ射線主要應(yīng)用通信、廣播紅外探測器、紅外體溫計引起視覺滅菌、消毒、防偽醫(yī)學(xué)透視、安檢治療疾病、金屬探傷真空中的速度c＝3×108m/s頻率小→大【例4】(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是()A.X射線對生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變B.γ射線是波長最短的電磁波C.紫外線的頻率比紫光低D.在電磁波譜中，穿透能力最強(qiáng)的是X射線答案AB解析X射線對生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變，選項A正確；γ射線是波長最短的電磁波，選項B正確；在電磁波譜中從無線電波到γ射線，波長逐漸減小，頻率逐漸增大，紫外線的頻率比紫光高，在電磁波譜中γ射線的穿透能力最強(qiáng)，選項C、D錯誤?！居?xùn)練3】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.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為紅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答案A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。1.(麥克斯韋電磁場理論)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t變化的四種情況如圖所示，其中能產(chǎn)生電場的磁場和能產(chǎn)生持續(xù)電磁波的磁場分別為()A.②③④、③④ B.①③④、③④C.②③④、②④ D.①③④、②④答案C解析根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的磁場產(chǎn)生電場，故②③④都可以產(chǎn)生電場；周期性變化的磁場產(chǎn)生周期性變化的電場，周期性變化的電場產(chǎn)生周期性變化的磁場，從而產(chǎn)生電磁波，故只有②④可以產(chǎn)生電磁波，故C正確。2.(電磁波)下列關(guān)于電磁波的說法，正確的是()A.電磁波只能在真空中傳播B.電場隨時間變化時一定產(chǎn)生電磁波C.做變速運動的電荷會在空間產(chǎn)生電磁波D.麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在答案C解析雖然電磁波在傳播過程中可以不需要介質(zhì)，但并不是只能在真空中傳播，故選項A錯誤；產(chǎn)生電磁波需要一定的條件，當(dāng)電場隨時間做周期性變化時才會產(chǎn)生電磁波，故選項B錯誤；做變速運動的電荷會在空間產(chǎn)生電磁波，故選項C正確；麥克斯韋只是預(yù)言了電磁波的存在，赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在，故選項D錯誤。3.(電磁波譜)電磁波包含了γ射線、紅外線、紫外線、無線電波等，按波長由長到短的排列順序是()A.無線電波、紅外線、紫外線、γ射線B.紅外線、無線電波、γ射線、紫外線C.γ射線、紅外線、紫外線、無線電波D.紫外線、無線電波、γ射線、紅外線答案A解析在電磁波家族中，按波長由長到短分別為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線，所以A項正確。4.(電磁波的利用)關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用，下列說法正確的是()A.紅外線和X射線都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體B.過強(qiáng)的紫外線照射有利于人的皮膚健康C.電磁波中頻率最大的是X射線D.紫外線和X射線都可以使感光底片感光答案D解析X射線有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)透視人體，紅外線沒有很高的穿透本領(lǐng)，A錯誤；過強(qiáng)的紫外線照射對人的皮膚有害，B錯誤；電磁波中頻率最大的是γ射線，C錯誤；紫外線和X射線都具有明顯的化學(xué)效應(yīng)，可以使感光底片感光，D正確。題組一麥克斯韋電磁場理論1.第一個用實驗驗證電磁波客觀存在的科學(xué)家是()A.法拉第 B.奧斯特C.赫茲 D.麥克斯韋答案C解析麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實驗驗證了電磁波的存在，故C正確。2.(多選)在電磁學(xué)發(fā)展的過程中，許多科學(xué)家做出了貢獻(xiàn)。下列說法正確的是()A.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)B.法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象C.麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，楞次用實驗證實了電磁波的存在D.庫侖發(fā)現(xiàn)了點電荷間的相互作用規(guī)律，密立根通過油滴實驗測定了元電荷的數(shù)值答案ABD解析奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，A、B正確；麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，C錯誤；庫侖發(fā)現(xiàn)了點電荷間的相互作用規(guī)律，密立根通過油滴實驗測定了元電荷的數(shù)值，D正確。3.(多選)按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是()A.恒定的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場B.變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生電場C.均勻變化的電場周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生均勻變化的電場D.均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場答案BD解析麥克斯韋電磁場理論的核心內(nèi)容是：變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場。對此理論全面正確理解為：不變化的電場周圍不產(chǎn)生磁場；變化的電場可以產(chǎn)生變化的磁場，也可產(chǎn)生不變化的磁場；均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場；周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場，由變化的磁場產(chǎn)生電場的規(guī)律與上相似。由此可知，選項B、D正確，A、C錯誤。4.(多選)某電場中電場強(qiáng)度隨時間變化的圖像如選項圖所示，能產(chǎn)生磁場的電場是()答案ABC解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知變化的電場產(chǎn)生磁場，選項A、B、C正確。題組二電磁波5.關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是()A.電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播B.電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3×108m/sC.電磁波由真空進(jìn)入某種介質(zhì)傳播時，波長將變長D.電磁波只能在真空中傳播答案A解析電磁波是交替變化的電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播，在真空中的傳播速度是3×108m/s。在其他介質(zhì)中的傳播速度小于3×108m/s。電磁波在傳播的過程中，頻率f不變，由v＝λf可知傳播速度變小時，波長變短，故A正確，B、C、D均錯誤。6.(多選)關(guān)于光波和無線電波，下列說法正確的是()A.都是電磁波B.都可以在真空中傳播C.在真空中的傳播速度都是3×108m/sD.二者的波長、頻率均相同答案ABC解析光波和無線電波本質(zhì)上都是電磁波，都可以在真空中傳播，在真空中傳播的速度都是3×108m/s，A、B、C正確；光波和無線電波波長、頻率不同，D錯誤。題組三電磁波譜電磁波的能量7.(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是()A.電視遙控器利用的是紅外線B.醫(yī)院里常用X射線對病房和手術(shù)室進(jìn)行消毒C.利用紫外線的熒光效應(yīng)可設(shè)計防偽措施D.γ射線波長比X射線波長短答案ACD解析由于紅外線波長較長，容易發(fā)生衍射，所以電視遙控器利用了紅外線，A正確；紫外線有顯著的化學(xué)作用，可利用紫外線消毒，所以醫(yī)院里常用紫外線對病房和手術(shù)室進(jìn)行消毒，B錯誤；在紫外線的照射下，許多物質(zhì)會發(fā)出熒光，根據(jù)這個特點可以設(shè)計防偽措施，C正確；γ射線波長比X射線波長短，D正確。8.(多選)下列說法中正確的是()A.夏天太陽光把地面曬得發(fā)熱是因為可見光的熱效應(yīng)在各種電磁波中是最弱的B.醫(yī)院里用X射線進(jìn)行人體透視，是因為它是各種電磁波中穿透本領(lǐng)最大的C.科學(xué)家關(guān)注南極臭氧層空洞是因為它將使氣候惡化D.在熱學(xué)中所說的熱輻射就是指紅外線輻射答案CD解析熱效應(yīng)最強(qiáng)的是紅外線，熱輻射即紅外線輻射，A錯誤，D正確；穿透本領(lǐng)最強(qiáng)的是γ射線，B錯誤；臭氧層可吸收、阻擋過強(qiáng)的紫外線，使地球上的動植物免受過強(qiáng)紫外線的傷害，另外臭氧層空洞可引起氣候惡化，C正確。9.下列說法正確的是()A.根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知變化的電場周圍存在變化的磁場B.紅外線遙感技術(shù)是利用紅外線的化學(xué)作用C.在醫(yī)院里常用紫外線對病房和手術(shù)室消毒，是因為紫外線比紅外線的熱效應(yīng)顯著D.工業(yè)上的金屬探傷是利用γ射線具有較強(qiáng)的穿透能力答案D解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知變化的電場周圍存在磁場，不一定是變化的磁場，選項A錯誤；紅外線遙感技術(shù)是利用紅外線的衍射作用和熱效應(yīng)，選項B錯誤；在醫(yī)院里常用紫外線對病房和手術(shù)室消毒，是因為紫外線具有殺菌消毒的化學(xué)作用，選項C錯誤；工業(yè)上的金屬探傷是利用γ射線具有較強(qiáng)的穿透能力，選項D正確。10.關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是()A.電磁波可以傳遞信息，聲波不能傳遞信息B.手機(jī)在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C.太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同D.遙控器發(fā)出的紅外線波長和