2021-2022學(xué)年新教材粵教版必修第三冊(cè)-6.4-電磁波及其應(yīng)用-學(xué)案老頭

第四節(jié)電磁涉及其應(yīng)用核心素養(yǎng)點(diǎn)擊物理觀念(1)了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的內(nèi)容。(2)知道電磁波的形成及電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。(3)知道電磁波在電視播送、雷達(dá)、移動(dòng)中的應(yīng)用。科學(xué)思維理解電磁波的形成和傳播。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任能體會(huì)電磁技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類生活和社會(huì)開展帶來(lái)的影響，具有學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲。eq\a\vs4\al(一、電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)的物質(zhì)性)1．填一填(1)電磁場(chǎng)與電磁波英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋在研究了法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后，提出了電磁場(chǎng)理論：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可別離的統(tǒng)一的場(chǎng)，稱為電磁場(chǎng)。變化的電磁場(chǎng)在空間中的傳播形成了電磁波。(2)電磁場(chǎng)的物質(zhì)性①微波爐利用電磁波來(lái)加熱食物，這說(shuō)明電磁場(chǎng)具有能量。②俄國(guó)物理學(xué)家列別捷夫測(cè)量出光對(duì)被照射的物體有壓力，用實(shí)驗(yàn)證明了由電磁場(chǎng)理論預(yù)言的光壓。這說(shuō)明電磁場(chǎng)具有與其他物質(zhì)相互作用的屬性。③電磁場(chǎng)雖然沒(méi)有靜止質(zhì)量，但愛(ài)因斯坦提出的質(zhì)能關(guān)系，揭示出電磁場(chǎng)因具有能量而具有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。光壓現(xiàn)象也說(shuō)明電磁場(chǎng)是有質(zhì)量的，因?yàn)橛匈|(zhì)量的物質(zhì)才能對(duì)其他物體表現(xiàn)出壓力作用。2．判一判(1)穩(wěn)定的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)。(×)(2)周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)。(√)(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(chǎng)理論并首先預(yù)言電磁波存在的科學(xué)家是()A．法拉第B．奧斯特C．赫茲D．麥克斯韋解析：選D麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論并且預(yù)言了電磁波的存在，選項(xiàng)D正確。eq\a\vs4\al(二、電視播送雷達(dá)移動(dòng))填一填(1)電視播送：利用電磁波將電視信號(hào)先傳送給地球同步通信衛(wèi)星，然后由通信衛(wèi)星將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)回地面，大大增加了信號(hào)的覆蓋面積。(2)雷達(dá)：雷達(dá)是利用電磁波進(jìn)行測(cè)距、定位的儀器，主要由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和顯示器等局部組成。(3)移動(dòng)：無(wú)線、無(wú)線對(duì)講機(jī)、移動(dòng)均是通過(guò)電磁波實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)射與接收的。每臺(tái)都是一個(gè)小型電磁波發(fā)射臺(tái)，將用戶的聲音或數(shù)字信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號(hào)發(fā)射到空中，同時(shí)它又相當(dāng)于一個(gè)收音機(jī)，捕捉空中的電磁波，使用戶接收到對(duì)方發(fā)射來(lái)的信息。eq\a\vs4\al(探究一)eq\a\vs4\al(對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解)[重難釋解]1．對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)不均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)不均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)2．電磁場(chǎng)的產(chǎn)生：如果在空間某處有周期性變化的電場(chǎng)，那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)——變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)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(chǎng)。關(guān)于電磁場(chǎng)的理論，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)一定是變化的B．變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生的電場(chǎng)一定是變化的C．均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生的電場(chǎng)是均勻變化的D．振蕩電場(chǎng)周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是振蕩的[解析]非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，所以變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生電場(chǎng)，但不一定變化，故A、B錯(cuò)誤；均勻變化的磁場(chǎng)一定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)，而非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，故C錯(cuò)誤；周期性變化的振蕩電場(chǎng)一定產(chǎn)生同周期變化的振蕩磁場(chǎng)，故D正確。[答案]D[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．以下有關(guān)電磁場(chǎng)理論說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．法拉第預(yù)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(chǎng)一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C．均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)D．赫茲通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，證明了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論解析：選D麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，證明了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，并揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一性，A錯(cuò)誤，D正確；均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，B錯(cuò)誤；均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，C錯(cuò)誤。2．有關(guān)電磁場(chǎng)理論的以下說(shuō)法中，正確的選項(xiàng)是()A．任何變化的磁場(chǎng)都要在空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)B．任何電場(chǎng)都要在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)C．任何變化的電場(chǎng)都要在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)D．電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可別離的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)解析：選C根據(jù)麥克斯韋理論，均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生的電場(chǎng)是穩(wěn)定的，故A錯(cuò)誤。只有變化的電場(chǎng)才能在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，并不是任何電場(chǎng)都會(huì)在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，故B錯(cuò)誤，C正確。電場(chǎng)和磁場(chǎng)并不總是相互聯(lián)系著的，例如，靜止電荷周圍只有靜電場(chǎng)，靜止磁體周圍只有穩(wěn)定的磁場(chǎng)，只有變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)才能形成一個(gè)不可別離的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)，故D錯(cuò)誤。3．如下圖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(chǎng)中的某一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)E應(yīng)是()A．逐漸增強(qiáng)B．逐漸減弱C．不變D．無(wú)法確定解析：選C由題圖可知磁通量Φ隨時(shí)間t均勻變化，而Φ＝BS，所以磁場(chǎng)是均勻變化的，根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知C正確。eq\a\vs4\al(探究二)eq\a\vs4\al(對(duì)電磁波的理解)eq\a\vs4\al([問(wèn)題驅(qū)動(dòng)])為了防止雷達(dá)發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)機(jī)的行蹤，人們研制了隱形飛機(jī)。我們用肉眼能不能看到隱形飛機(jī)？為什么？提示：能看到。隱形飛機(jī)不反射敵方雷達(dá)的探測(cè)波，對(duì)雷達(dá)“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(diǎn)(1)電磁場(chǎng)中儲(chǔ)存電磁能，電磁波的發(fā)射過(guò)程就是輻射能量的過(guò)程。(2)只有周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)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?yàn)殡姶挪ū旧砭褪且环N物質(zhì)——場(chǎng)物質(zhì)，所以傳播時(shí)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×102．波長(zhǎng)、頻率與波速之間的關(guān)系波速＝波長(zhǎng)×頻率，即v＝λf。(1)頻率由波源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，波長(zhǎng)、波速的大小與介質(zhì)有關(guān)。所以同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率不變，波速、波長(zhǎng)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(shí)，傳播速度不同。(3)在真空中傳播時(shí)，不同頻率的電磁波的速度都相同：v＝c。波長(zhǎng)為0.6μm的紅光，從10m外的交通信號(hào)燈傳到你的眼睛，大約需要多長(zhǎng)時(shí)間？它的頻率是多少？(c＝3×108m[解析]由速度公式v＝eq\f(x,t)可求得時(shí)間，可根據(jù)電磁波波長(zhǎng)、頻率和波速關(guān)系式c＝λf可得頻率，其中t＝eq\f(x,c)＝eq\f(10,3×108)s≈3.33×10－8s由c＝λf得f＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,6×10－7)Hz＝5×1014Hz。[答案]×10－8s5×1014Hz[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．關(guān)于電磁波，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)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3×108解析：選D電磁波的頻率不一定相同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電磁波既能在真空中傳播，也能在介質(zhì)中傳播，選項(xiàng)B錯(cuò)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(xiàng)C錯(cuò)誤；電磁波在真空中的傳播速度是3×1082．關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波，以下說(shuō)法不正確的選項(xiàng)是()A．變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，兩者互相聯(lián)系，統(tǒng)稱為電磁場(chǎng)B．電磁場(chǎng)從發(fā)生區(qū)域由近及遠(yuǎn)地傳播形成電磁波C．電磁波是一種物質(zhì)，可在真空中傳播。所以，平時(shí)說(shuō)真空沒(méi)有實(shí)物粒子，但不等于什么都沒(méi)有，還有“場(chǎng)〞這種特殊物質(zhì)D．電磁波可在真空中傳播，也可在介質(zhì)中傳播解析：選A根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，非均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生的是穩(wěn)定的磁場(chǎng)，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤。3．[多項(xiàng)選擇]以下關(guān)于電磁波的說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A．只要電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(dú)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：選CD要想產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))產(chǎn)生的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))必須是非均勻變化的，A錯(cuò)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(cuò)誤；電磁波可以脫離“波源〞而獨(dú)立存在，C正確；電磁波具有能量，電磁波傳播的過(guò)程，也就是能量傳播的過(guò)程，D正確。eq\a\vs4\al(探究三)eq\a\vs4\al(電磁波的不同應(yīng)用)[重難釋解]不同電磁波的特性及應(yīng)用電磁波種類無(wú)線電波紅外線可見光紫外線X射線γ射線特性波動(dòng)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)用途通信播送、導(dǎo)航加熱、遙測(cè)遙感、紅外攝像、紅外制導(dǎo)照明、照相等殺菌消毒、治療皮膚病等檢查、探測(cè)、透視、治療探測(cè)、治療下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運(yùn)用的物理現(xiàn)象。請(qǐng)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。(1)X光機(jī)，________。(2)紫外線燈，________。(3)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射線的很強(qiáng)的穿透力E．紅外線具有顯著的熱作用[解析](1)X光機(jī)是用來(lái)透視人的體內(nèi)器官的，因此需要具有較強(qiáng)穿透力的電磁波，但又不能對(duì)人體造成太大的傷害，因此采用了穿透能力比擬強(qiáng)又不會(huì)給人體造成太大的傷害的X射線，應(yīng)選D。(2)紫外線燈主要是用來(lái)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，應(yīng)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，應(yīng)選E。[答案](1)D(2)C(3)E[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．紅外線、紫外線、無(wú)線電波、可見光、γ射線、X射線按波長(zhǎng)由大到小的排列順序是()A．無(wú)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(wú)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(wú)線電波D．紫外線、紅外線、γ射線、X射線、無(wú)線電波、可見光解析：選A在電磁波譜中以無(wú)線電波波長(zhǎng)最大，γ射線波長(zhǎng)最小，所以正確的順序?yàn)锳。2．[多項(xiàng)選擇]以下