4　電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用

4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應用核心素養(yǎng)點擊物理觀念(1)了解麥克斯韋電磁場理論的內(nèi)容。(2)知道電磁波的形成及赫茲的實驗結論。(3)知道電磁波在真空中傳播的速度及波長、頻率和波速的關系。(4)了解電磁波譜的組成及各種電磁波的特點、應用?？茖W思維理解電磁波的形成和傳播。1．填一填(1)電磁場①麥克斯韋的電磁理論：變化的

產(chǎn)生電場，變化的

產(chǎn)生磁場。②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

。磁場電場電磁場(2)電磁波①麥克斯韋推斷：周期性變化的電場在空間引起周期性變化的磁場，這個變化的磁場又引起新的變化的電場。②麥克斯韋預言：

變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠地向周圍傳播，形成

。③機械波的傳播離不開

，電磁波可以在

中傳播。④光的電磁理論：光是以波動形式傳播的一種

振動，電磁波的速度等于

。⑤赫茲的貢獻：1886年，德國科學家赫茲通過實驗捕捉到了

，證實了麥克斯韋的

理論。周期性電磁波介質(zhì)真空電磁光速電磁波電磁場2．判斷(1)穩(wěn)定的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場。

(

)(2)周期性變化的磁場產(chǎn)生周期性變化的電場。

(

)(3)電磁波可以在介質(zhì)中傳播，也可以在真空中傳播。

(

)×√√3．選一選建立完整的電磁場理論并首先預言電磁波存在的科學家是

(

)A．法拉第 B.奧斯特C．赫茲

D．麥克斯韋解析：麥克斯韋建立了電磁場理論并且預言了電磁波的存在，選項D正確。答案：D

1．填一填(1)電磁波譜①電磁波的波速c與波長λ、頻率f的關系：c＝

。②電磁波在真空中的速度：c＝

m/s。③電磁波譜：按電磁波的

或頻率大小的順序把它們排列起來，就是電磁波譜。λf3×108波長④各種電磁波的應用a．無線電波中的長波、中波、短波可以用于廣播及其他信號的傳輸，_____可以用于衛(wèi)星通信、電視等的信號傳播。b．紅外線可以用于

理療，可見光可以用于通信。c．紫外線可以

，X射線片可以用于診斷病情，

可以摧毀病變的細胞。(2)電磁波的能量①光是一種電磁波——傳播著的

，光具有能量。②電磁波具有能量，電磁波是一種

。微波加熱消毒γ射線電磁場物質(zhì)(3)電磁波通信①電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相互滲透、相互兼容，逐步整合成為統(tǒng)一的信息通信網(wǎng)絡。②信息通信都是通過

來傳遞的。③電磁波攜帶的信息，既可以有線傳播，也可以

傳播。電磁波無線2．判斷(1)光是一種電磁波。

(

)(2)電磁波的傳播速度一定為3×108m/s。

(

)(3)電磁波具有能量可用于對物體加熱，也可以攜帶信息，用于信息通信。(

)√×√3．選一選電磁波在真空中傳播的速度v＝3.00×108m/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【重難釋解】1．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2．電磁場的產(chǎn)生：如果在空間某處有周期性變化的電場，那么這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場——變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場。[解析]非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，而均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，所以變化的電場周圍一定產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍一定產(chǎn)生電場，但不一定變化，故A、B錯誤；均勻變化的磁場一定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，而非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，故C錯誤；周期性變化的振蕩電場一定產(chǎn)生同周期變化的振蕩磁場，故D正確。[答案]

D【針對訓練】1．下列有關電磁場理論說法正確的是

(

)A．法拉第預言了電磁波的存在，并揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一性B．變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場C．均勻變化的電場產(chǎn)生均勻變化的磁場D．赫茲通過一系列實驗，證明了麥克斯韋的電磁場理論解析：麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲通過一系列實驗，證明了麥克斯韋的電磁場理論，并揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一性，A錯誤，D正確；均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場，B錯誤；均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場，C錯誤。答案：D

2．有關電磁場理論的下列說法中，正確的是

(

)A．任何變化的磁場都要在空間產(chǎn)生變化的電場B．任何電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場C．任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場D．電場和磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分離的統(tǒng)一體，即電磁場解析：根據(jù)麥克斯韋理論，均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生的電場是穩(wěn)定的，故A錯誤。只有變化的電場才能在周圍產(chǎn)生磁場，并不是任何電場都會在周圍空間產(chǎn)生磁場，故B錯誤，C正確。電場和磁場并不總是相互聯(lián)系著的，例如，靜止電荷周圍只有靜電場，靜止磁體周圍只有穩(wěn)定的磁場，只有變化的電場和變化的磁場才能形成一個不可分離的統(tǒng)一體，即電磁場，故D錯誤。答案：C

3.如圖所示是某一固定面的磁通量的變化圖像，在它周圍空間產(chǎn)生的電場中的某一點場強E應是

(

)A．逐漸增強 B.逐漸減弱C．不變

D．無法確定解析：由題圖可知磁通量Φ隨時間t均勻變化，而Φ＝BS，所以磁場是均勻變化的，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知C正確。答案：C

[問題驅(qū)動]為了避免雷達發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)機的行蹤，人們研制了隱形飛機。我們用肉眼能不能看到隱形飛機？為什么？提示：能看到。隱形飛機不反射敵方雷達的探測波，對雷達“隱形”，但可以反射可見光，肉眼能直接看到。

【重難釋解】1．電磁波的特點(1)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。(2)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。(3)電磁波可以在真空中傳播，因為電磁波本身就是一種物質(zhì)——場物質(zhì)，所以傳播時不再需要其他介質(zhì)。(4)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＝3.0×108m/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。2．波長、頻率與波速之間的關系波速＝波長×頻率，即v＝λf。(1)頻率由波源決定，與介質(zhì)無關，波長、波速的大小與介質(zhì)有關。所以同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播時，頻率不變，波速、波長發(fā)生改變，在介質(zhì)中的速度都比在真空中速度小。(2)不同頻率的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時，傳播速度不同。(3)在真空中傳播時，不同頻率的電磁波的速度都相同：v＝c?！踞槍τ柧殹?．關于電磁波，下列說法正確的是

(

)A．所有電磁波的頻率相同B．電磁波只能在真空中傳播C．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度都相同D．電磁波在真空中的傳播速度是3×108m/s解析：電磁波的頻率不一定相同，選項A錯誤；電磁波既能在真空中傳播，也能在介質(zhì)中傳播，選項B錯誤；不同頻率的電磁波在不同的介質(zhì)中的傳播速度不一定相同，選項C錯誤；電磁波在真空中的傳播速度是3×108m/s，選項D正確。答案：D

5．(多選)下列關于電磁波的說法中正確的是

(

)A．只要電場和磁場發(fā)生變化，就能產(chǎn)生電磁波B．電磁波的傳播需要介質(zhì)C．停止發(fā)射電磁波，發(fā)射出去的電磁波仍能獨立存在D．電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的解析：要想產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，變化的電場(或磁場)產(chǎn)生的磁場(或電場)必須是非均勻變化的，A錯誤；電磁波是物質(zhì)波，電磁波的傳播可以不需要介質(zhì)而在真空中傳播，B錯誤；電磁波可以脫離“波源”而獨立存在，C正確；電磁波具有能量，電磁波傳播的過程，也就是能量傳播的過程，D正確。答案：CD

【重難釋解】1．電磁波譜是把電磁波按波長由大到小的順序排列起來的圖表。波長從大到小的順序為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。它們共同構成了范圍廣闊的電磁波譜。2．電磁波譜中不同電磁波的特性及應用電磁波譜無線電波紅外線可見光紫外線X射線γ射線特性波動性強熱作用強感光性強化學作用熒光效應穿透力強穿透力最強用途通信廣播、導航加熱、遙測遙感、紅外攝像、紅外制導照明、照相等殺菌消毒、治療皮膚病等檢查、探測、透視、治療探測、治療[解析]

(1)X光機是用來透視人的體內(nèi)器官的，因此需要具有較強穿透力的電磁波，但又不能對人體造成太大的傷害，因此采用了穿透能力比較強又不會給人體造成太大的傷害的X射線，故選D。(2)紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，故選C。(3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應，使人體局部受熱，血液循環(huán)加快，故選E。[答案]

(1)D

(2)C

(3)E【針對訓練】6．紅外線、紫外線、無線電波、可見光、γ射線、X射線按波長由大到小的排列順序是

(

)A．無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線B．紅外線、可見光、紫外線、無線電波、γ射線、X射線C．γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波D．紫外線、紅外線、γ射線、X射線、無線電波、可見光解析：在電磁波譜中以無線電波波長最大，γ射線波長最小，所以正確的順序為A。答案：A

7．(多選)下列有關電磁波的特性和應用，說法正確的是

(

)