2024-2025學(xué)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(xué)案新人教版必修3

PAGE8-電磁波的發(fā)覺(jué)及應(yīng)用【學(xué)習(xí)目標(biāo)】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赫茲的試驗(yàn)結(jié)論。3．知道電磁波在真空中傳播速度及波長(zhǎng)、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(diǎn)、應(yīng)用?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實(shí)新知學(xué)問(wèn)點(diǎn)1電磁場(chǎng)1．麥克斯韋的電磁理論：變更的__磁場(chǎng)__產(chǎn)生電場(chǎng)，變更的__電場(chǎng)__產(chǎn)生磁場(chǎng)。2．電磁場(chǎng)：變更的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不行分割的統(tǒng)一的__電磁場(chǎng)__。學(xué)問(wèn)點(diǎn)2電磁波1．麥克斯韋推斷：周期性變更的電場(chǎng)在空間引起__周期性__變更的磁場(chǎng)，這個(gè)變更的磁場(chǎng)又引起新的__變更__的電場(chǎng)。2．麥克斯韋預(yù)言：__周期性__變更的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向四周傳播，形成__電磁波__。3．機(jī)械波的傳播離不開(kāi)__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(dòng)形式傳播的一種__電磁_(tái)_振動(dòng)，電磁波的速度等于__光速__。5．赫茲的貢獻(xiàn)：1886年德國(guó)科學(xué)家赫茲通過(guò)試驗(yàn)捕獲到了__電磁波__，證明白麥克斯韋的__電磁場(chǎng)__理論。學(xué)問(wèn)點(diǎn)3電磁波譜1．電磁波的波速c與波長(zhǎng)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(zhǎng)__或頻率大小的依次把它們排列起來(lái)，就是電磁波譜。4．各種電磁波的應(yīng)用(1)無(wú)線(xiàn)電波中的長(zhǎng)波、中波、短波可以用于廣播及其他信號(hào)的傳輸，__微波__可以用于衛(wèi)星通信、電視等的信號(hào)傳播。(2)紅外線(xiàn)可以用于__加熱__理療，可見(jiàn)光可以用于通信。(3)紫外線(xiàn)可以__消毒__，X射線(xiàn)片可以用于診斷病情，__γ射線(xiàn)__可以摧毀病變的細(xì)胞。學(xué)問(wèn)點(diǎn)4電磁波的能量1．光是一種電磁波——傳播著的__電磁場(chǎng)__，光具有能量。2．電磁波具有能量，電磁波是一種__物質(zhì)__。學(xué)問(wèn)點(diǎn)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_(kāi)_統(tǒng)一__的信息通信網(wǎng)絡(luò)。2．信息通信都是通過(guò)__電磁波__來(lái)傳遞的。3．電磁波攜帶的信息，既可以有線(xiàn)傳播，也可以__無(wú)線(xiàn)__傳播。預(yù)習(xí)自測(cè)『判一判』(1)電場(chǎng)四周肯定存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)四周肯定存在電場(chǎng)。(×)(2)周期性變更的磁場(chǎng)產(chǎn)生周期性變更的電場(chǎng)。(√)(3)電磁波可以在介質(zhì)中傳播，也可以在真空中傳播。(√)(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(duì)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(xué)高二下學(xué)期期中)某電路中電場(chǎng)隨時(shí)間變更的圖像有如圖所示幾種狀況，能放射電磁波的電場(chǎng)是(D)解析：圖A是穩(wěn)定的電場(chǎng)，不能產(chǎn)生磁場(chǎng)，圖B與圖C是勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)，產(chǎn)生恒定不變的磁場(chǎng)，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(chǎng)，會(huì)產(chǎn)生同頻率的周期性變更的磁場(chǎng)，能形成電磁場(chǎng)，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(qǐng)您不要在飛機(jī)上運(yùn)用手機(jī)和手提電腦?！边@句提示警示語(yǔ)是乘坐飛機(jī)的旅客都聽(tīng)過(guò)的語(yǔ)言，因?yàn)橛行┛针y事故就是由于某位乘客在飛行的飛機(jī)中運(yùn)用手機(jī)造成的。如圖所示是飛機(jī)上的警示標(biāo)記。1999年廣州白云機(jī)場(chǎng)飛機(jī)著陸時(shí)，機(jī)上有四位旅客同時(shí)運(yùn)用了手機(jī)，使飛機(jī)著陸偏離了8度，險(xiǎn)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(yùn)用手機(jī)，被處以五百元的治安罰款。請(qǐng)問(wèn)為什么在飛機(jī)上不能運(yùn)用手機(jī)和手提電腦呢(包括嬉戲機(jī))?答案：由于手機(jī)在運(yùn)用時(shí)要放射電磁波，對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生電磁干擾，而飛機(jī)上導(dǎo)航系統(tǒng)是特別困難的，抗干擾實(shí)力不是很強(qiáng)，所以假如飛機(jī)上的乘客運(yùn)用了手機(jī)，對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生電磁干擾，那么后果將特別可怕。所以，在飛機(jī)上不要運(yùn)用手機(jī)和手提電腦。課內(nèi)互動(dòng)探究細(xì)研深究·破疑解難探究麥克斯韋電磁場(chǎng)理論┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示，在變更的磁場(chǎng)中放置一個(gè)閉合線(xiàn)圈。(1)你能視察到什么現(xiàn)象？(2)這種現(xiàn)象說(shuō)明白什么？提示：(1)靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，有電流產(chǎn)生。(2)變更的磁場(chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)，使閉合線(xiàn)圈的自由電荷發(fā)生了定向運(yùn)動(dòng)而形成了電流。┃┃要點(diǎn)提煉__■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)勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)在四周空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)勻稱(chēng)變更的磁場(chǎng)在四周空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)不勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)在四周空間產(chǎn)生變更的磁場(chǎng)不勻稱(chēng)變更的磁場(chǎng)在四周空間產(chǎn)生變更的電場(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)生假如在空間某處有周期性變更的電場(chǎng)，那么這個(gè)變更的電場(chǎng)就在它四周空間產(chǎn)生周期性變更的磁場(chǎng)，這個(gè)變更的磁場(chǎng)又在它四周空間產(chǎn)生變更的電場(chǎng)——變更的電場(chǎng)和變更的磁場(chǎng)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(chǎng)。┃┃典例剖析__■典例1依據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法正確的是(D)A．有電場(chǎng)的空間肯定存在磁場(chǎng)，有磁場(chǎng)的空間也肯定能產(chǎn)生電場(chǎng)B．在變更的電場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生變更的磁場(chǎng)，在變更的磁場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生變更的電場(chǎng)C．勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生勻稱(chēng)變更的磁場(chǎng)D．振蕩的電場(chǎng)在四周空間肯定產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場(chǎng)思路引導(dǎo)：在理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論時(shí)，要留意靜電場(chǎng)(恒定磁場(chǎng))不產(chǎn)生磁場(chǎng)(電場(chǎng))，還要留意依據(jù)電場(chǎng)或磁場(chǎng)的變更狀況來(lái)確定會(huì)產(chǎn)生什么樣的磁場(chǎng)或電場(chǎng)。解析：依據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，只有變更的電場(chǎng)才能產(chǎn)生磁場(chǎng)，勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，非勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)產(chǎn)生變更的磁場(chǎng)，只有選項(xiàng)D正確。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■1．(多選)依據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，以下敘述中正確的是(ABD)A．教室中開(kāi)亮的日光燈四周空間必有磁場(chǎng)和電場(chǎng)B．工作時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必有磁場(chǎng)和電場(chǎng)C．穩(wěn)定的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，穩(wěn)定的磁場(chǎng)激發(fā)穩(wěn)定的電場(chǎng)D．電磁波在傳播過(guò)程中，電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向和傳播方向三者相互垂直解析：教室中開(kāi)亮的日光燈、工作時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用的振蕩電流，在其四周產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)和電場(chǎng)，故選項(xiàng)A、B正確；穩(wěn)定的電場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電磁波是橫波，電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向和傳播方向相互垂直，故選項(xiàng)D正確。探究對(duì)電磁波的理解┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示，某同學(xué)正在回答“神舟十號(hào)”航天員王亞平的問(wèn)題，請(qǐng)問(wèn)她們的通話(huà)是通過(guò)機(jī)械波進(jìn)行的還是通過(guò)電磁波進(jìn)行的？為什么？答案：電磁波。因?yàn)闄C(jī)械波的傳播離不開(kāi)介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播。┃┃要點(diǎn)提煉__■1.電磁波的特點(diǎn)(1)電磁場(chǎng)中儲(chǔ)存電磁能，電磁波的放射過(guò)程就是輻射能量的過(guò)程。(2)只有周期性變更的電場(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(zhǎng)、頻率與波速之間的關(guān)系波速＝波長(zhǎng)×頻率，即v＝λf。(1)頻率由波源確定，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(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。┃┃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(jìn)入水中時(shí)，電磁波速度變小，聲波速度變大C．由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波波長(zhǎng)變小，聲波波長(zhǎng)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(wú)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(xiàng)A、B均與事實(shí)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(zhǎng)變?。宦暡ㄋ俣茸兇?，頻率不變，波長(zhǎng)變大，所以選項(xiàng)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(xiàng)D錯(cuò)誤。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■2．(多選)下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法中，正確的是(AC)A．電磁波是電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)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(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí)，波長(zhǎng)將變短D．只要空間中某個(gè)區(qū)域有變更的電場(chǎng)或變更的磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波解析：電磁場(chǎng)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(zhǎng)變短，只有交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)才能產(chǎn)生電磁波，A、C正確，B、D錯(cuò)誤。探究電磁波譜及其應(yīng)用┃┃情境導(dǎo)入__■無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)合起來(lái)便構(gòu)成了范圍特別廣袤的電磁波譜。如圖所示是按波長(zhǎng)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(méi)有嚴(yán)格的分界線(xiàn)？提示：沒(méi)有。┃┃要點(diǎn)提煉__■1．電磁波譜：按電磁波的波長(zhǎng)或頻率大小的依次把他們排列成譜。無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、倫琴射線(xiàn)(X射線(xiàn))、γ射線(xiàn)等合起來(lái)，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?cè)诒举|(zhì)上都是電磁波，它們的行為聽(tīng)從相同的規(guī)律，都滿(mǎn)意公式v＝fλ，它們?cè)谡婵罩械膫鞑ニ俣榷际莄＝3.0×108(2)特性：不同電磁波的頻率或波長(zhǎng)不同，表現(xiàn)出不同的特性。3．電磁波譜及其應(yīng)用：波譜無(wú)線(xiàn)電波紅外線(xiàn)可見(jiàn)光紫外線(xiàn)X射線(xiàn)γ射線(xiàn)特性波動(dòng)性強(qiáng)熱作用產(chǎn)生視覺(jué)熒光效應(yīng)穿透實(shí)力強(qiáng)穿透實(shí)力強(qiáng)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(xué)透視工業(yè)探傷、醫(yī)學(xué)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(shuō)法正確的是(CD)A．紅外線(xiàn)和X射線(xiàn)都有很高的穿透本事，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體B．過(guò)強(qiáng)的紫外線(xiàn)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(xiàn)，可以摧毀病變的細(xì)胞D．紫外線(xiàn)和X射線(xiàn)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(xiàn)有很高的穿透本事，醫(yī)學(xué)上常用于透視人體，紅外線(xiàn)不能，A錯(cuò)誤；過(guò)強(qiáng)的紫外線(xiàn)照耀對(duì)人的皮膚有害，B錯(cuò)誤；電磁波中頻率最大的為γ射線(xiàn)，可以摧毀病變的細(xì)胞，C正確；紫外線(xiàn)和Χ射線(xiàn)都可以使感光底片感光，D正確。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■3．間諜衛(wèi)星上裝有某種遙感照相機(jī)，可用來(lái)探測(cè)軍用和民用目標(biāo)。這種照相機(jī)能拍到晚上關(guān)燈行駛的汽車(chē)，即使車(chē)隊(duì)離開(kāi)也瞞不過(guò)它。這種遙感照相機(jī)敏感的電磁波屬于(B)A．可見(jiàn)光波段B．紅外波段C．紫外波段D．X射線(xiàn)波段解析：任何物體都在向外輻射紅外線(xiàn)，溫度越高輻射越強(qiáng)，導(dǎo)彈放射、汽車(chē)行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度很高，會(huì)輻射出劇烈的紅外線(xiàn)。車(chē)隊(duì)離開(kāi)后，空氣中的熱還沒(méi)有立刻散發(fā)掉，遙感照相機(jī)還能探測(cè)到車(chē)隊(duì)剛剛走過(guò)的軌跡。核心素養(yǎng)提升以題說(shuō)法·啟智培優(yōu)電磁波的應(yīng)用實(shí)例——雷達(dá)1．雷達(dá)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(dá)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的天線(xiàn)放射微波信號(hào)，這種信號(hào)傳播的直線(xiàn)性好，遇到障礙物要發(fā)生反射，反射信號(hào)又被雷達(dá)天線(xiàn)接收。測(cè)出從放射信號(hào)到接收到目標(biāo)反射信號(hào)的時(shí)間t，就可以知道目標(biāo)到雷達(dá)的距離s＝eq\f(ct,2)。再依據(jù)放射無(wú)線(xiàn)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(dòng)測(cè)速儀裝置如圖1所示，雷達(dá)向汽車(chē)駛來(lái)方向放射不連續(xù)的電磁波，每次放射時(shí)間約為百萬(wàn)分之一秒，兩次放射時(shí)間間隔為t。當(dāng)雷達(dá)向汽車(chē)放射無(wú)線(xiàn)電波時(shí)，在指示器熒光屏上呈現(xiàn)出一個(gè)尖波形；在收到反射回來(lái)的無(wú)線(xiàn)電波時(shí)，在熒光屏上呈現(xiàn)其次個(gè)尖形波。依據(jù)兩個(gè)波的距離，可以計(jì)算出汽車(chē)距雷達(dá)的距離，依據(jù)自動(dòng)打下的紙帶如圖2所示，可求出該汽車(chē)的車(chē)速，請(qǐng)依據(jù)給出的t1、t2、t、c求出汽車(chē)車(chē)速表達(dá)式。解析：依據(jù)圖2所示