人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案：4 2-4 4 電磁場(chǎng)與電磁波 無(wú)線電波的發(fā)射和接收 電磁波譜

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE1第2節(jié)電磁場(chǎng)與電磁波第3節(jié)無(wú)線電波的發(fā)射和接收第4節(jié)電磁波譜〖學(xué)習(xí)目標(biāo)要求〗1.知道電磁場(chǎng)的概念及產(chǎn)生過(guò)程。2.了解電磁波的傳播規(guī)律和特點(diǎn)，知道與機(jī)械波的區(qū)別。3.了解無(wú)線電波的發(fā)射和接收過(guò)程。4.了解電磁波譜，知道不同電磁波的特性和應(yīng)用。一、電磁場(chǎng)和電磁波1．麥克斯韋電磁場(chǎng)理論(1)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)；變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。(2)變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。(3)變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)地向四周傳播，形成了電磁波。2．電磁波(1)麥克斯韋預(yù)言：電磁波在真空中的傳播速度等于光速c；光是電磁波。(2)赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在?！寂幸慌小?1)變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。(×)(2)磁場(chǎng)一定可以產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)也一定可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。(×)(3)電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同。(×)(4)只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波。(×)(5)電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播。(×)二、無(wú)線電波的發(fā)射和接收1．有效發(fā)射電磁波的條件(1)要有足夠高的振蕩頻率。(2)振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到盡可能大的空間。2．電磁波的調(diào)制(1)載波：用于攜帶信號(hào)的高頻電磁波。(2)調(diào)制：使載波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)。(3)調(diào)幅(AM)：使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變。(4)調(diào)頻(FM)：使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變。3．無(wú)線電波的接收(1)電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)。(2)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程。(3)解調(diào)：把聲音或圖像信號(hào)從高頻電流中還原出來(lái)。4．電視廣播的發(fā)射和接收(1)高頻電視信號(hào)的傳播方式主要有三種無(wú)線電傳輸、有線網(wǎng)絡(luò)傳輸以及衛(wèi)星傳輸。(2)不同的傳播方式使用不同頻率范圍的電磁波，采取不同的調(diào)制方式?！寂幸慌小?1)頻率越高，振蕩電路發(fā)射電磁波本領(lǐng)越大。(√)(2)電視臺(tái)發(fā)射的電磁波都經(jīng)過(guò)了調(diào)制。(√)(3)當(dāng)接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時(shí)，出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。(√)(4)收音機(jī)能夠直接接收聲波。(×)(5)要使電視機(jī)的屏幕上出現(xiàn)圖像，必須將電視機(jī)接收到的無(wú)線信號(hào)解調(diào)。(√)三、電磁波譜1．電磁波譜：按電磁波的波長(zhǎng)大小或頻率高低的順序排列成譜，叫作電磁波譜。2．按照波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短依次排列為無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線。不同的電磁波由于具有不同的波長(zhǎng)(頻率)，具有不同的特性。3．紅外線(1)紅外線是一種光波，波長(zhǎng)比無(wú)線電波短，比可見(jiàn)光長(zhǎng)。(2)所有物體都發(fā)射紅外線，熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強(qiáng)。(3)紅外線的應(yīng)用主要有紅外遙感和紅外體溫計(jì)。4．紫外線(1)波長(zhǎng)范圍在5～370__nm之間，不能引起人的視覺(jué)。(2)具有較高的能量，應(yīng)用于滅菌消毒，具有較強(qiáng)的熒光效應(yīng)，用來(lái)激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光。5．X射線和γ射線(1)X射線波長(zhǎng)比紫外線短，有很強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，用來(lái)檢查金屬構(gòu)件內(nèi)部有無(wú)裂紋或氣孔，醫(yī)學(xué)上用于檢查人體的內(nèi)部器官。(2)γ射線波長(zhǎng)比X射線更短，具有很高的能量，穿透力更強(qiáng)，醫(yī)學(xué)上用來(lái)治療某些癌癥，工業(yè)上也可用于探測(cè)金屬構(gòu)件內(nèi)部是否有缺陷。探究1麥克斯韋電磁場(chǎng)理論1．變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)(1)均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)。(2)非均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。(3)周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場(chǎng)。2．變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)(1)均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。(2)非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。(3)周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場(chǎng)?！祭?〗(2021·河南許昌市高二期末)手機(jī)無(wú)線充電是比較新穎的充電方式。如圖所示電磁感應(yīng)式無(wú)線充電的原理與變壓器類似，通過(guò)分別安裝在充電基座和接收能量裝置上的線圈，利用產(chǎn)生的磁場(chǎng)傳遞能量。當(dāng)充電基座上的送電線圈(原線圈)兩端接上正弦式交變電壓后，就會(huì)在鄰近的受電線圈(副線圈)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)為手機(jī)電池充電。則關(guān)于受電線圈(副線圈)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)情況，下列說(shuō)法正確的是()A．受電線圈(副線圈)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定不變B．受電線圈(副線圈)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)周期性變化C．受電線圈(副線圈)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變、極性不斷變化D．受電線圈(副線圈)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性不變、大小不斷變化〖答案〗B〖解析〗由于送電線圈中通入正弦式交變電流，根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知送電線圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)呈周期性變化，周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)，所以受電線圈中感應(yīng)電流仍是正弦交流電，即受電線圈(副線圈)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)周期性變化。故選項(xiàng)B正確。〖針對(duì)訓(xùn)練1〗(2021·首師大附中期末)用麥克斯韋電磁場(chǎng)理論判斷如圖所示的四組電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)(或磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng))隨時(shí)間t的變化規(guī)律，其中錯(cuò)誤的是()〖答案〗C〖解析〗恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)，選項(xiàng)A正確；均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，選項(xiàng)B正確；周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場(chǎng)，產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率成正比，對(duì)于正弦曲線，t＝0時(shí)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率最大，故產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。探究2電磁波的特點(diǎn)、發(fā)射和接收〖例2〗(多選)關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波，下列敘述中正確的是()A．均勻變化的電場(chǎng)在它周圍空間產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)B．電磁波和機(jī)械波一樣依賴于介質(zhì)傳播C．電磁波中每一處的電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向總是互相垂直，且與波的傳播方向垂直D．只要空間某個(gè)區(qū)域有振蕩的電場(chǎng)或磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波〖答案〗CD〖解析〗均勻變化的電場(chǎng)和恒定電流一樣，只能產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，所以A錯(cuò)誤；電磁波不需要介質(zhì)就能傳播；振蕩的電場(chǎng)和振蕩的磁場(chǎng)總是交替產(chǎn)生，且能由發(fā)生的區(qū)域向周圍空間傳播，產(chǎn)生電磁波，B錯(cuò)誤，D正確；理論分析和實(shí)驗(yàn)都證明電磁波是橫波，電磁場(chǎng)中E、B的方向跟波的傳播方向是互相垂直的，C正確?！祭?〗在無(wú)線電廣播的接收中，調(diào)諧和檢波是兩個(gè)必須經(jīng)歷的過(guò)程，下列關(guān)于接收過(guò)程的順序，正確的是()A．調(diào)諧→高頻放大→檢波→音頻放大B．檢波→高頻放大→調(diào)諧→音頻放大C．調(diào)諧→音頻放大→檢波→高頻放大D．檢波→音頻放大→調(diào)諧→高頻放大〖答案〗A〖解析〗調(diào)諧是從眾多的電磁波中選出所需頻率的高頻信號(hào)，然后進(jìn)行高頻放大，再?gòu)姆糯蠛蟮母哳l信號(hào)中“檢”出高頻信號(hào)所承載的低頻聲音信號(hào)，最后將這些低頻聲音信號(hào)放大后通過(guò)揚(yáng)聲器播放出來(lái)，綜上所述，A正確?！坚槍?duì)訓(xùn)練2〗(多選)關(guān)于電磁波和機(jī)械波，下列說(shuō)法正確的是()A．電磁波和機(jī)械波的傳播都需要借助于介質(zhì)B．電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相同，而機(jī)械波的波速大小與介質(zhì)密切相關(guān)C．電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D．根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)〖答案〗CD〖解析〗機(jī)械波的傳播需要借助于介質(zhì)，但電磁波的傳播不需要借助介質(zhì)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電磁波和機(jī)械波的傳播速度都與介質(zhì)有關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確；變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，選項(xiàng)D正確。探究3電磁波譜〖例4〗新冠肺炎疫情突發(fā)，中華兒女風(fēng)雨同舟、守望相助，筑起了抗擊疫情的巍峨長(zhǎng)城。志愿者用非接觸式體溫測(cè)量?jī)x，通過(guò)人體輻射的紅外線測(cè)量體溫，防控人員用紫外線燈在無(wú)人的環(huán)境下消殺病毒，為人民健康保駕護(hù)航。紅外線和紫外線相比較()A．紅外線的光子能量比紫外線的大B．真空中紅外線的波長(zhǎng)比紫外線的長(zhǎng)C．真空中紅外線的傳播速度比紫外線的大D．紅外線能發(fā)生偏振現(xiàn)象，而紫外線不能〖答案〗B〖解析〗因?yàn)榧t外線的頻率小于紫外線，根據(jù)E＝hν，可知紅外線的光子能量比紫外線的小，故A錯(cuò)誤；根據(jù)λ＝eq\f(c,ν)，可知紅外線的波長(zhǎng)比紫外線的波長(zhǎng)長(zhǎng)，故B正確；真空中紅外線和紫外線的傳播速度是一樣的，故C錯(cuò)誤；光都具有偏振現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤?！坚槍?duì)訓(xùn)練3〗(2021·湖南益陽(yáng)市箴言中學(xué)高二期末)在新冠肺炎疫情防控中，體溫監(jiān)測(cè)尤為重要。常用的手持式無(wú)接觸測(cè)溫槍工作時(shí)探測(cè)的是()A．紅外線 B．可見(jiàn)光C．紫外線 D．X射線〖答案〗A〖解析〗與溫度有關(guān)的是紅外線，故選項(xiàng)A正確。1．(麥克斯韋電磁場(chǎng)理論)(多選)用麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論判斷，圖中表示電場(chǎng)(或磁場(chǎng))產(chǎn)生磁場(chǎng)(或電場(chǎng))的正確圖像是()〖答案〗BC〖解析〗A項(xiàng)中的左圖磁場(chǎng)是穩(wěn)定的，由麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論可知，其周圍空間不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)中的左圖是均勻變化的電場(chǎng)，應(yīng)該產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，所以B項(xiàng)正確；C項(xiàng)中的左圖是振蕩的磁場(chǎng)，它能產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)，且相位相差eq\f(π,2)，C項(xiàng)正確；同理D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．(麥克斯韋電磁場(chǎng)理論)根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法正確的是()A．有電場(chǎng)的空間一定存在磁場(chǎng)，有磁場(chǎng)的空間也一定能產(chǎn)生電場(chǎng)B．在變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，在變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C．均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)D．周期性變化的磁場(chǎng)周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)〖答案〗D〖解析〗根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，只有變化的電場(chǎng)才能產(chǎn)生磁場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，選項(xiàng)D正確，A、B、C錯(cuò)誤。3．(電磁波的特點(diǎn)、發(fā)射和接收)(多選)關(guān)于電磁波的發(fā)射和接收，下列說(shuō)法中正確的是()A．為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，電路必須是閉合的B．音頻電流的頻率比較低，不能直接用來(lái)發(fā)射電磁波C．當(dāng)接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)D．要使電視機(jī)的屏幕上有圖像，必須要有檢波過(guò)程〖答案〗BCD〖解析〗有效發(fā)射電磁波，必須采用開放電路和高頻發(fā)射，A錯(cuò)誤；一般的音頻電流的頻率較低，不能直接用來(lái)發(fā)射電磁波，B正確；接收電磁波時(shí)會(huì)在接收電路中產(chǎn)生電諧振，與機(jī)械振動(dòng)中的共振有些相似，C正確；電視機(jī)顯示圖像時(shí)，必須通過(guò)檢波過(guò)程，把有用的信號(hào)從高頻調(diào)制信號(hào)中取出來(lái)，否則就不能顯示，故D正確。4．(電磁波的特點(diǎn)、發(fā)射和接收)(多選)(2021·北京海淀區(qū)期末)第五代移動(dòng)通信技術(shù)(簡(jiǎn)稱5G)是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、大規(guī)模設(shè)備連接等。與4G相比，5G使用的電磁波頻率更高。下列說(shuō)法中正確的是()A．5G和4G使用的電磁波都是橫波B．5G和4G使用的電磁波在真空中的傳播速度相同C．5G和4G使用的電磁波都可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象D．在真空中5G使用的電磁波波長(zhǎng)比4G的長(zhǎng)〖答案〗ABC〖解析〗5G和4G使用的電磁波都是橫波，故A正確；5G和4G使用的電磁波在真空中的傳播速度相同，均為光速3×108m/s，故B正確；任何波均能發(fā)生干涉及衍射現(xiàn)象，故5G和4G使用的電磁波都可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，故C