2024-2025學年新教材高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步第4節(jié)電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用學案新人教版必修3

PAGE8-電磁波的發(fā)覺及應(yīng)用【學習目標】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試驗結(jié)論。3．知道電磁波在真空中傳播速度及波長、頻率和波速的關(guān)系。4．了解電磁波譜的組成及各種電磁波的特點、應(yīng)用?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習反饋教材梳理·落實新知學問點1電磁場1．麥克斯韋的電磁理論：變更的__磁場__產(chǎn)生電場，變更的__電場__產(chǎn)生磁場。2．電磁場：變更的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不行分割的統(tǒng)一的__電磁場__。學問點2電磁波1．麥克斯韋推斷：周期性變更的電場在空間引起__周期性__變更的磁場，這個變更的磁場又引起新的__變更__的電場。2．麥克斯韋預(yù)言：__周期性__變更的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠地向四周傳播，形成__電磁波__。3．機械波的傳播離不開__介質(zhì)__，電磁波可以在__真空__中傳播。4．光的電磁理論：光是以波動形式傳播的一種__電磁__振動，電磁波的速度等于__光速__。5．赫茲的貢獻：1886年德國科學家赫茲通過試驗捕獲到了__電磁波__，證明白麥克斯韋的__電磁場__理論。學問點3電磁波譜1．電磁波的波速c與波長λ、頻率f的關(guān)系：c＝__λf__。2．電磁波在真空中的速度：c＝__3×108__m/s。3．電磁波譜：按電磁波的__波長__或頻率大小的依次把它們排列起來，就是電磁波譜。4．各種電磁波的應(yīng)用(1)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，__微波__可以用于衛(wèi)星通信、電視等的信號傳播。(2)紅外線可以用于__加熱__理療，可見光可以用于通信。(3)紫外線可以__消毒__，X射線片可以用于診斷病情，__γ射線__可以摧毀病變的細胞。學問點4電磁波的能量1．光是一種電磁波——傳播著的__電磁場__，光具有能量。2．電磁波具有能量，電磁波是一種__物質(zhì)__。學問點5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(luò)。2．信息通信都是通過__電磁波__來傳遞的。3．電磁波攜帶的信息，既可以有線傳播，也可以__無線__傳播。預(yù)習自測『判一判』(1)電場四周肯定存在磁場，磁場四周肯定存在電場。(×)(2)周期性變更的磁場產(chǎn)生周期性變更的電場。(√)(3)電磁波可以在介質(zhì)中傳播，也可以在真空中傳播。(√)(4)光是一種電磁波。(√)(5)電磁波的傳播速度肯定為3×108(6)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。(√)『選一選』(2024·吉林省扶余市第一中學高二下學期期中)某電路中電場隨時間變更的圖像有如圖所示幾種狀況，能放射電磁波的電場是(D)解析：圖A是穩(wěn)定的電場，不能產(chǎn)生磁場，圖B與圖C是勻稱變更的電場，產(chǎn)生恒定不變的磁場，也不能形成電磁波；圖D是按正弦函數(shù)規(guī)律周期性變更的電場，會產(chǎn)生同頻率的周期性變更的磁場，能形成電磁場，向外放射電磁波。故應(yīng)選D?！合胍幌搿弧盀榱四退说钠桨?，請您不要在飛機上運用手機和手提電腦?！边@句提示警示語是乘坐飛機的旅客都聽過的語言，因為有些空難事故就是由于某位乘客在飛行的飛機中運用手機造成的。如圖所示是飛機上的警示標記。1999年廣州白云機場飛機著陸時，機上有四位旅客同時運用了手機，使飛機著陸偏離了8度，險些造成事故；2015年4月27日下午一位旅客在飛往烏魯木齊的途中運用手機，被處以五百元的治安罰款。請問為什么在飛機上不能運用手機和手提電腦呢(包括嬉戲機)?答案：由于手機在運用時要放射電磁波，對飛機產(chǎn)生電磁干擾，而飛機上導(dǎo)航系統(tǒng)是特別困難的，抗干擾實力不是很強，所以假如飛機上的乘客運用了手機，對飛機產(chǎn)生電磁干擾，那么后果將特別可怕。所以，在飛機上不要運用手機和手提電腦。課內(nèi)互動探究細研深究·破疑解難探究麥克斯韋電磁場理論┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示，在變更的磁場中放置一個閉合線圈。(1)你能視察到什么現(xiàn)象？(2)這種現(xiàn)象說明白什么？提示：(1)靈敏電流計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，有電流產(chǎn)生。(2)變更的磁場產(chǎn)生了電場，使閉合線圈的自由電荷發(fā)生了定向運動而形成了電流。┃┃要點提煉__■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)生電場勻稱變更的電場在四周空間產(chǎn)生恒定的磁場勻稱變更的磁場在四周空間產(chǎn)生恒定的電場不勻稱變更的電場在四周空間產(chǎn)生變更的磁場不勻稱變更的磁場在四周空間產(chǎn)生變更的電場振蕩電場產(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)生假如在空間某處有周期性變更的電場，那么這個變更的電場就在它四周空間產(chǎn)生周期性變更的磁場，這個變更的磁場又在它四周空間產(chǎn)生變更的電場——變更的電場和變更的磁場是相互聯(lián)系著的，形成不行分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場。┃┃典例剖析__■典例1依據(jù)麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是(D)A．有電場的空間肯定存在磁場，有磁場的空間也肯定能產(chǎn)生電場B．在變更的電場四周肯定產(chǎn)生變更的磁場，在變更的磁場四周肯定產(chǎn)生變更的電場C．勻稱變更的電場四周肯定產(chǎn)生勻稱變更的磁場D．振蕩的電場在四周空間肯定產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場思路引導(dǎo)：在理解麥克斯韋電磁場理論時，要留意靜電場(恒定磁場)不產(chǎn)生磁場(電場)，還要留意依據(jù)電場或磁場的變更狀況來確定會產(chǎn)生什么樣的磁場或電場。解析：依據(jù)麥克斯韋電磁場理論，只有變更的電場才能產(chǎn)生磁場，勻稱變更的電場產(chǎn)生恒定的磁場，非勻稱變更的電場產(chǎn)生變更的磁場，只有選項D正確。┃┃對點訓練__■1．(多選)依據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，以下敘述中正確的是(ABD)A．教室中開亮的日光燈四周空間必有磁場和電場B．工作時打點計時器必有磁場和電場C．穩(wěn)定的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，穩(wěn)定的磁場激發(fā)穩(wěn)定的電場D．電磁波在傳播過程中，電場方向、磁場方向和傳播方向三者相互垂直解析：教室中開亮的日光燈、工作時打點計時器用的振蕩電流，在其四周產(chǎn)生振蕩磁場和電場，故選項A、B正確；穩(wěn)定的電場不會產(chǎn)生磁場，故選項C錯誤；電磁波是橫波，電場方向、磁場方向和傳播方向相互垂直，故選項D正確。探究對電磁波的理解┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示，某同學正在回答“神舟十號”航天員王亞平的問題，請問她們的通話是通過機械波進行的還是通過電磁波進行的？為什么？答案：電磁波。因為機械波的傳播離不開介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播。┃┃要點提煉__■1.電磁波的特點(1)電磁場中儲存電磁能，電磁波的放射過程就是輻射能量的過程。(2)只有周期性變更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)，所以傳播時不再須要其他介質(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＝3.0×1082.波長、頻率與波速之間的關(guān)系波速＝波長×頻率，即v＝λf。(1)頻率由波源確定，與介質(zhì)無關(guān)，波長、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，頻率不變，波速、波長發(fā)生變更，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。┃┃典例剖析__■典例2(多選)電磁波與聲波比較，下列敘述中正確的是(ABC)A．電磁波的傳播不須要介質(zhì)，聲波的傳播須要介質(zhì)B．由空氣進入水中時，電磁波速度變小，聲波速度變大C．由空氣進入水中時，電磁波波長變小，聲波波長變大D．電磁波和聲波在介質(zhì)中的傳播速度，都是由介質(zhì)確定，與頻率無關(guān)思路引導(dǎo)：(1)電磁波的傳播不須要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中，不同頻率的電磁波傳播速度是相同的(都等于光速)。(2)不同頻率的電磁波，在同一種介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小。解析：選項A、B均與事實相符，所以A、B正確；依據(jù)λ＝eq\f(v,f)，電磁波波速變小，頻率不變，波長變??；聲波速度變大，頻率不變，波長變大，所以選項C正確；電磁波在介質(zhì)中的速度，與介質(zhì)有關(guān)，也與頻率有關(guān)，在同一種介質(zhì)中，頻率越大，波速越小，所以選項D錯誤。┃┃對點訓練__■2．(多選)下列關(guān)于電磁波的說法中，正確的是(AC)A．電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3.0×108C．電磁波由真空進入介質(zhì)傳播時，波長將變短D．只要空間中某個區(qū)域有變更的電場或變更的磁場，就能產(chǎn)生電磁波解析：電磁場向外部空間的傳播形成了電磁波，電磁波只有在真空中的傳播速度才為3.0×108m/s，在其他介質(zhì)中的傳播速度小于3.0×108m/s，波長變短，只有交變的電場和磁場才能產(chǎn)生電磁波，A、C正確，B、D錯誤。探究電磁波譜及其應(yīng)用┃┃情境導(dǎo)入__■無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線合起來便構(gòu)成了范圍特別廣袤的電磁波譜。如圖所示是按波長由大到小(頻率由小到大)依次排列的電磁波譜。電磁波譜中的各部分有沒有嚴格的分界線？提示：沒有。┃┃要點提煉__■1．電磁波譜：按電磁波的波長或頻率大小的依次把他們排列成譜。無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線(X射線)、γ射線等合起來，便構(gòu)成了范圍特別廣袤的電磁波譜。2．各種不同的電磁波既有共性，又有特性：(1)共性：它們在本質(zhì)上都是電磁波，它們的行為聽從相同的規(guī)律，都滿意公式v＝fλ，它們在真空中的傳播速度都是c＝3.0×108(2)特性：不同電磁波的頻率或波長不同，表現(xiàn)出不同的特性。3．電磁波譜及其應(yīng)用：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產(chǎn)生視覺熒光效應(yīng)穿透實力強穿透實力強應(yīng)用通訊廣播、導(dǎo)航等加熱理療照明照相殺菌消毒、醫(yī)療等工業(yè)探傷、醫(yī)學透視工業(yè)探傷、醫(yī)學治療┃┃典例剖析__■典例3(多選)下列有關(guān)電磁波的特性和應(yīng)用，說法正確的是(CD)A．紅外線和X射線都有很高的穿透本事，常用于醫(yī)學上透視人體B．過強的紫外線照耀有利于人的皮膚健康C．電磁波中頻率最大的為γ射線，可以摧毀病變的細胞D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光思路引導(dǎo)：依據(jù)各種不同的電磁波的特性解答。解析：X射線有很高的穿透本事，醫(yī)學上常用于透視人體，紅外線不能，A錯誤；過強的紫外線照耀對人的皮膚有害，B錯誤；電磁波中頻率最大的為γ射線，可以摧毀病變的細胞，C正確；紫外線和Χ射線都可以使感光底片感光，D正確。┃┃對點訓練__■3．間諜衛(wèi)星上裝有某種遙感照相機，可用來探測軍用和民用目標。這種照相機能拍到晚上關(guān)燈行駛的汽車，即使車隊離開也瞞不過它。這種遙感照相機敏感的電磁波屬于(B)A．可見光波段B．紅外波段C．紫外波段D．X射線波段解析：任何物體都在向外輻射紅外線，溫度越高輻射越強，導(dǎo)彈放射、汽車行駛時發(fā)動機溫度很高，會輻射出劇烈的紅外線。車隊離開后，空氣中的熱還沒有立刻散發(fā)掉，遙感照相機還能探測到車隊剛剛走過的軌跡。核心素養(yǎng)提升以題說法·啟智培優(yōu)電磁波的應(yīng)用實例——雷達1．雷達的工作原理：利用電磁波遇到障礙物發(fā)生反射的特性工作。2．確定位置的方法：雷達通過轉(zhuǎn)動的天線放射微波信號，這種信號傳播的直線性好，遇到障礙物要發(fā)生反射，反射信號又被雷達天線接收。測出從放射信號到接收到目標反射信號的時間t，就可以知道目標到雷達的距離s＝eq\f(ct,2)。再依據(jù)放射無線電波的方向和傾角，便可以確定障礙物的位置了。案例某高速馬路自動測速儀裝置如圖1所示，雷達向汽車駛來方向放射不連續(xù)的電磁波，每次放射時間約為百萬分之一秒，兩次放射時間間隔為t。當雷達向汽車放射無線電波時，在指示器熒光屏上呈現(xiàn)出一個尖波形；在收到反射回來的無線電波時，在熒光屏上呈現(xiàn)其次個尖形波。依據(jù)兩個波的距離，可以計算出汽車距雷達的距離，依據(jù)自動打下的紙帶如圖2所示，可求出該汽車的車速，請依據(jù)給出的t1、t2、t、c求出汽車車速表達式。解析：依據(jù)圖2所示