13-4電磁波的發(fā)現及應用（原卷版）-2022-2023學年高二物理備課必備講義（人教2019必修第三冊）

第十三章電磁感應與電磁波初步13.4電磁波的發(fā)現及應用目標導航目標導航課程標準課標解讀1．知道麥克斯韋電磁場理論及其在物理學發(fā)展史上的意義。2．了解電磁波的基本特點、發(fā)現過程及傳播規(guī)律，知道電磁波與機械波的區(qū)別。1．了解人類發(fā)現電磁波的歷史，知道麥克斯韋、赫茲等物理學家對電磁波發(fā)現做出的巨大貢獻，領會在電磁波的發(fā)現過程中所蘊含的科學方法和科學精神。2．體驗赫茲證明麥克斯韋預言的電磁波存在的實驗過程及實驗方法，領會物理理論和實驗的相互配合對科學發(fā)展的巨大作用。3．了解電磁波本身是一種特殊物質，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、經濟和社會信息化等方面的主要應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，電路中會產生．這個現象的實質是變化的磁場在空間產生了．②即使在變化的磁場中沒有閉合電路，也同樣會在空間產生．(2)變化的電場產生磁場變化的電場就像導線中的電流一樣，會在空間產生，即的電場產生磁場．2．電磁場：變化的和互相聯系，所形成的不可分割的統(tǒng)一體．【即學即練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.恒定的電場周圍產生恒定的磁場,恒定的磁場周圍產生恒定的電場B.變化的電場周圍產生磁場,變化的磁場周圍產生電場C.均勻變化的電場周圍產生均勻變化的磁場,均勻變化的磁場周圍產生均勻變化的電場D.均勻變化的電場周圍產生穩(wěn)定的磁場,均勻變化的磁場周圍產生穩(wěn)定的電場知識點02電磁波1．產生：變化的電場和變化的磁場交替產生，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)光在本質上是一種電磁波．即光是以形式傳播的一種電磁振動．【即學即練2】(多選)關于電磁波，下列說法中正確的是()A．只要電場或磁場發(fā)生變化，就能產生電磁波B．麥克斯韋首先預言了電磁波的存在，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．【即學即練3】(多選)關于電磁波譜，下列說法中正確的是()A．X射線對生命物質有較強的作用，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，電路里會產生感應電流，其實質是變化的磁場在它周圍產生了電場，電路中的自由電荷在電場力作用下做定向運動，形成了感應電流，即使在變化的磁場周圍沒有閉合電路同樣可以產生電場。(2)電磁場理論的核心之二：變化的電場產生磁場麥克斯韋認為：由電現象和磁現象的相似性和變化的磁場能產生電場的觀點猜想變化的電場就像導線中的電流一樣，會在空間產生磁場。如圖所示，根據麥克斯韋電磁場理論，在給電容器充電的時候，不僅導體中的電流要產生磁場，而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產生磁場。2．對麥克斯韋電磁場理論的理解(1)恒定的電場不產生磁場。(2)恒定的磁場不產生電場。(3)均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場。(4)均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場。(5)周期性變化的電場產生同頻率的周期性變化的磁場。(6)周期性變化的磁場產生同頻率的周期性變化的電場?！镜淅?】根據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生電場B．在變化的電場周圍一定產生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產生變化的電場C．均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場D．周期性變化的磁場周圍空間一定產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——場物質．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)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(保留兩位有效數字)。考法03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基礎過關練1.人們?yōu)榱思o念德國科學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)現了磁場對通電導線有力的作用C.通過實驗發(fā)現了電荷之間相互作用力的規(guī)律D.通過實驗發(fā)現了電磁感應的規(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，能產生磁場的電場是()4.(多選)關于光波和無線電波，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，才能產生電磁波6.下列說法中正確的是()A．變化的電場一定產生變化的磁場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．紅外線遙感技術是利用紅外線的化學作用C．在醫(yī)院里常用紫外線對病房和手術室消毒，是因為紫外線比紅外線的熱效應顯著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．下列關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.磁場甲能夠產生電場B.磁場甲能夠產生電磁波C.磁場乙的磁感應強度最大時產生的電場最強D.磁場乙的磁感應強度為零時產生的電場最強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備,某防空雷達發(fā)現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