13-4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用（原卷版）-2022-2023學(xué)年高二物理備課必備講義（人教2019必修第三冊）

第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步13.4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用目標(biāo)導(dǎo)航目標(biāo)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)課標(biāo)解讀1．知道麥克斯韋電磁場理論及其在物理學(xué)發(fā)展史上的意義。2．了解電磁波的基本特點、發(fā)現(xiàn)過程及傳播規(guī)律，知道電磁波與機械波的區(qū)別。1．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)家對電磁波發(fā)現(xiàn)做出的巨大貢獻，領(lǐng)會在電磁波的發(fā)現(xiàn)過程中所蘊含的科學(xué)方法和科學(xué)精神。2．體驗赫茲證明麥克斯韋預(yù)言的電磁波存在的實驗過程及實驗方法，領(lǐng)會物理理論和實驗的相互配合對科學(xué)發(fā)展的巨大作用。3．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。4．了解電磁波譜中各波段的主要特性及其在科技、經(jīng)濟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。知識精講知識精講知識點01電磁場1．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．這個現(xiàn)象的實質(zhì)是變化的磁場在空間產(chǎn)生了．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．(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，即的電場產(chǎn)生磁場．2．電磁場：變化的和互相聯(lián)系，所形成的不可分割的統(tǒng)一體．【即學(xué)即練1】(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)定的電場知識點02電磁波1．產(chǎn)生：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波．2．特點(1)電磁波在真空中傳播．(2)電磁波的傳播速度等于．(3)光在本質(zhì)上是一種電磁波．即光是以形式傳播的一種電磁振動．【即學(xué)即練2】(多選)關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是()A．只要電場或磁場發(fā)生變化，就能產(chǎn)生電磁波B．麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在，赫茲最先用實驗證實了電磁波的存在C．電磁波和機械波都依賴于介質(zhì)才能傳播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知識點03電磁波譜電磁波的能量電磁波通信1．電磁波譜(1)概念：按電磁波的或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＝(3)電磁波在真空中的速度c＝.(4)各種電磁波按波長由大到小排列順序為：、紅外線、、、X射線、γ射線．(5)各種電磁波的特性①無線電波：用于、衛(wèi)星通信、等的信號傳輸．②紅外線：用來等．③可見光：照亮自然界，也可用于．④紫外線：用于．⑤X射線：用于診斷病情．⑥γ射線：可以摧毀．2．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，電磁波是一種物質(zhì)．【即學(xué)即練3】(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，穿透能力最強的是X射線能力拓展能力拓展考法01麥克斯韋電磁場理論及實驗驗證1．麥克斯韋電磁場理論(1)電磁場理論的核心之一：變化的磁場產(chǎn)生電場如圖所示，在變化的磁場中放一個閉合電路，電路里會產(chǎn)生感應(yīng)電流，其實質(zhì)是變化的磁場在它周圍產(chǎn)生了電場，電路中的自由電荷在電場力作用下做定向運動，形成了感應(yīng)電流，即使在變化的磁場周圍沒有閉合電路同樣可以產(chǎn)生電場。(2)電磁場理論的核心之二：變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋認為：由電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的相似性和變化的磁場能產(chǎn)生電場的觀點猜想變化的電場就像導(dǎo)線中的電流一樣，會在空間產(chǎn)生磁場。如圖所示，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，在給電容器充電的時候，不僅導(dǎo)體中的電流要產(chǎn)生磁場，而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場。2．對麥克斯韋電磁場理論的理解(1)恒定的電場不產(chǎn)生磁場。(2)恒定的磁場不產(chǎn)生電場。(3)均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場。(4)均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場。(5)周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場。(6)周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場。【典例1】根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()A．有電場的空間一定存在磁場，有磁場的空間也一定能產(chǎn)生電場B．在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場C．均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場D．周期性變化的磁場周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場考法02電磁波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，電磁場是一種客觀存在的物質(zhì)——場物質(zhì)．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.【典例2】具有NFC(近距離無線通信技術(shù))功能的兩只手機在間距小于10cm時可以通過電磁波直接傳輸信息,其載波頻率為1.4×107Hz,電磁波在空氣中的傳播速度為3.0×108m/s,則該載波的波長為m(保留兩位有效數(shù)字)?？挤?3電磁波譜1．電磁波譜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．它們共同構(gòu)成了范圍廣闊的電磁波譜．2．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【典例3】紅外線、無線電波、γ射線、可見光等都屬于電磁波,則下列選項中,按照波長由大到小順序排列正確的是 ()A.紅外線、無線電波、γ射線、可見光B.紅外線、可見光、γ射線、無線電波C.無線電波、紅外線、可見光、γ射線D.γ射線、可見光、紅外線、無線電波分層提分分層提分題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1.人們?yōu)榱思o(jì)念德國科學(xué)家赫茲對人類的貢獻,把頻率的單位定為“赫茲”。赫茲對人類的突出貢獻是 ()A.通過實驗證實了電磁波的存在B.通過實驗發(fā)現(xiàn)了磁場對通電導(dǎo)線有力的作用C.通過實驗發(fā)現(xiàn)了電荷之間相互作用力的規(guī)律D.通過實驗發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)的規(guī)律2.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．3.33m3.(多選)某電場中電場強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()4.(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5.(多選)下列關(guān)于磁場、電場及電磁波的說法中正確的是()A．均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生均勻變化的電場B．只要空間某處的電場或磁場發(fā)生變化，就會在其周圍產(chǎn)生電磁波C．赫茲通過實驗證實了電磁波的存在D．只有空間某個區(qū)域有振蕩變化的電場或磁場，才能產(chǎn)生電磁波6.下列說法中正確的是()A．變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場B．電磁波按波長從長到短順序排列依次是：γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波C．X射線的穿透本領(lǐng)比γ射線更強D．電磁波在真空中的傳播速度等于光速7.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射線具有較強的穿透能力8.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)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同題組B能力提升練9.(多選)目前雷達發(fā)射的電磁波頻率多在200MHz至1000MHz的范圍內(nèi)．下列關(guān)于雷達和電磁波的說法正確的是()A．真空中上述雷達發(fā)射的電磁波的傳播速度為3×108m/sB．電磁波是由恒定不變的電場或磁場產(chǎn)生的C．測出從發(fā)射電磁波到接收到反射波的時間間隔可以確定雷達和目標(biāo)的距離D．雷達使用的是無線電波的微波波段10.下列四個選項中的四種磁場變化情況,能產(chǎn)生如圖所示電場的是 ()11.如圖所示的四種電場變化情況,能發(fā)射電磁波的是 ()12.(多選)甲、乙兩種磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖所示,下列說法正確的是 ()A.磁場甲能夠產(chǎn)生電場B.磁場甲能夠產(chǎn)生電磁波C.磁場乙的磁感應(yīng)強度最大時產(chǎn)生的電場最強D.磁場乙的磁感應(yīng)強度為零時產(chǎn)生的電場最強13.頻率為5×1014Hz的紅光，從10m外的交通信號燈直接傳到你的眼睛，大約需要多長時間？在這個距離中有多少個波長？題組C培優(yōu)拔尖練14.雷達是一種利用電磁波來測定物體位置和速度的設(shè)備,某防空雷達發(fā)現(xiàn)一架飛機正在以水平速度朝雷達正上方勻速飛來,已知該雷達發(fā)射相鄰兩次電磁波之間的時間間隔為5×10-4s,某時刻在雷達監(jiān)視屏上顯示的波形如圖甲所示