2024-2025學(xué)年新教材高中物理第13章電磁感應(yīng)與電磁波初步4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用學(xué)案新人教版必修第三冊(cè)

PAGE7-4.電磁波的發(fā)覺(jué)及應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]在電磁波譜中波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短的排列依次為：無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線；知道電磁波具有能量；知道電磁波通訊的原理。2.[科學(xué)思維]會(huì)分析電磁波產(chǎn)生過(guò)程中，電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律。3.[科學(xué)探究]探究電磁波在科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展中的作用。4.[科學(xué)看法與責(zé)任]能體會(huì)電磁技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類(lèi)生活和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的影響。閱讀本節(jié)教材，回答第119頁(yè)“問(wèn)題”并梳理必要學(xué)問(wèn)點(diǎn)。教材P119問(wèn)題提示：電磁波是赫茲通過(guò)試驗(yàn)發(fā)覺(jué)的。一、電磁場(chǎng)1．變更的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。2．變更的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。3．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)。二、電磁波1．麥克斯韋的預(yù)言(1)電磁波的預(yù)言：變更的電場(chǎng)和變更的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向四周傳播形成電磁波。(2)電磁波可以在真空中傳播。(3)光的電磁理論：光是以波動(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng)，電磁波的速度等于光速。2．赫茲的貢獻(xiàn)：赫茲證明了電磁波的存在，證明了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。三、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．電磁波譜的概念：按電磁波的波長(zhǎng)或頻率大小的依次把它們排列起來(lái)，形成電磁波譜。4．電磁波譜組成5．各種電磁波的應(yīng)用(1)無(wú)線電波中的長(zhǎng)波、中波、短波用于廣播及其他信號(hào)的傳播。(2)微波用于衛(wèi)星通信、電視等信號(hào)傳輸。(3)紅外線用來(lái)加熱理療。(4)可見(jiàn)光讓我們望見(jiàn)這個(gè)世界，也可用于通信。(5)紫外線可以消毒。(6)X射線用于診斷病情。(7)γ射線可以摧毀病變的細(xì)胞。四、電磁波的能量1．電磁波具有能量，電磁波是物質(zhì)存在的一種形式。2．微波爐加熱食物應(yīng)用了一種電磁波——微波，食物中的水分子在微波的作用下熱運(yùn)動(dòng)加劇，內(nèi)能增加，溫度上升。3．光是一種電磁波——傳播著的電磁場(chǎng)，光具有能量。五、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．以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的信息服務(wù)都是通過(guò)電磁波來(lái)傳遞的。1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)變更的電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。 (√)(2)電磁波的傳播不須要介質(zhì)。 (√)(3)赫茲用試驗(yàn)證明了電磁波的存在。 (√)(4)紫外線可以用來(lái)滅菌消毒。 (√)2．(多選)關(guān)于電磁場(chǎng)理論的敘述正確的是()A．變更的磁場(chǎng)四周肯定存在著電場(chǎng)，與是否有閉合電路無(wú)關(guān)B．周期性變更的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率變更的電場(chǎng)C．變更的電場(chǎng)和變更的磁場(chǎng)相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)統(tǒng)一的場(chǎng)，即電磁場(chǎng)D．電場(chǎng)四周肯定存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)四周肯定存在電場(chǎng)ABC[變更的磁場(chǎng)四周產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)電場(chǎng)中有閉合回路時(shí)，回路中有電流，若無(wú)閉合回路，電場(chǎng)仍舊存在，A對(duì)；若形成電磁場(chǎng)必需有周期性變更的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，B、C對(duì)，D錯(cuò)。]3．電磁波在真空中傳播的速度c是3.00×108m/s，有一個(gè)廣播電臺(tái)的頻率f＝90.0MHz，這個(gè)臺(tái)放射的電磁波的波長(zhǎng)A．2.70m B．270mC．333m D．3.33mD[依據(jù)λ＝eq\f(c,f)得，λ＝eq\f(3.00×108,90.0×106)m≈3.33m，D正確。]對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解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)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)?！纠?】下列有關(guān)電磁場(chǎng)理論的說(shuō)法正確的是()A．任何變更的磁場(chǎng)都要在空間產(chǎn)生變更的電場(chǎng)B．任何電場(chǎng)都要在四周空間產(chǎn)生磁場(chǎng)C．任何變更的電場(chǎng)都要在四周空間產(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)不行分別的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)C[依據(jù)麥克斯韋理論，勻稱(chēng)變更的磁場(chǎng)在四周空間產(chǎn)生的電場(chǎng)是穩(wěn)定的，故A錯(cuò)；同理，并不是任何電場(chǎng)都會(huì)在四周空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，故B錯(cuò)；電場(chǎng)和磁場(chǎng)并不總是相互聯(lián)系著的，例如，靜止電荷四周只有靜電場(chǎng)，靜止磁體四周只有穩(wěn)定的磁場(chǎng)。只有變更的電場(chǎng)和變更的磁場(chǎng)才能形成一個(gè)不行分別的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)，故D錯(cuò)。]eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．關(guān)于電磁場(chǎng)的理論，下列說(shuō)法正確的是()A．變更的電場(chǎng)四周產(chǎn)生的磁場(chǎng)肯定是變更的B．變更的磁場(chǎng)四周產(chǎn)生的電場(chǎng)肯定是變更的C．勻稱(chēng)變更的磁場(chǎng)四周產(chǎn)生的電場(chǎng)是勻稱(chēng)變更的D．振蕩電場(chǎng)四周產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是振蕩的D[非勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)產(chǎn)生非勻稱(chēng)變更的磁場(chǎng)，而勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，所以變更的電場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生磁場(chǎng)，變更的磁場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生電場(chǎng)，但不肯定變更，故A、B錯(cuò)誤；勻稱(chēng)變更的磁場(chǎng)肯定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)，而非勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)產(chǎn)生非勻稱(chēng)變更的磁場(chǎng)，故C錯(cuò)誤；周期性變更的振蕩電場(chǎng)肯定產(chǎn)生同周期變更的振蕩磁場(chǎng)，故D正確。]對(duì)電磁波的理解如圖所示，圖甲和圖乙中變更的磁場(chǎng)，能形成電磁波的是哪個(gè)？甲乙提示：圖乙。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c＝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?！纠?】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，大約須要多長(zhǎng)時(shí)間？它的頻率是多少？[解析]由速度公式v＝eq\f(x,t)可求得時(shí)間，可依據(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]3.33×10－8s5×1014Hzeq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波，下列說(shuō)法不正確的是()A．變更的電場(chǎng)四周產(chǎn)生變更的磁場(chǎng)，變更的磁場(chǎng)四周產(chǎn)生變更的電場(chǎng)，兩者相互聯(lián)系，統(tǒng)稱(chēng)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，平常說(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)”這種特別物質(zhì)D．電磁波可在真空中傳播，也可在介質(zhì)中傳播A[依據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，非勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)四周產(chǎn)生變更的磁場(chǎng)，勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)四周產(chǎn)生的是穩(wěn)定的磁場(chǎng)，故A錯(cuò)誤。]對(duì)電磁波譜的理解在我們身邊到處都有電磁波的影子，它的應(yīng)用更是比比皆是。下面列出的設(shè)備中工作時(shí)所發(fā)出的波，哪些屬于電磁波？(1)微波爐加熱食物時(shí)發(fā)出的波。(2)電視放射塔發(fā)出的波。(3)互聯(lián)網(wǎng)光纜中傳播的波。(4)電視機(jī)遙控器發(fā)出的波。提示：均屬于電磁波。1．電磁波譜是把電磁波按波長(zhǎng)由大到小的依次排列起來(lái)的圖表。依次為無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線。它們共同構(gòu)成了范圍廣袤的電磁波譜。2．電磁波譜中各種波段的特征用途比較(如下表)電磁波譜無(wú)線電波紅外線可見(jiàn)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)穿透力大穿透力最強(qiáng)用途通信廣播、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【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()A．紅外線和X射線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(xì)胞D．紫外線和X射線都使感光底片感光CD[X射線有很高的穿透本事，醫(yī)學(xué)上常用于透視人體，紅外線不能，A錯(cuò)誤；過(guò)強(qiáng)的紫外線照耀對(duì)人的皮膚有害，B錯(cuò)誤；電磁波中頻率最大的為γ射線，可以摧毀病變的細(xì)胞，C正確；紫外線和X射線都可以使感光底片感光，D正確。]eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])3．關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說(shuō)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(jī)在通話時(shí)涉及的波既有電磁波又有聲波C．太陽(yáng)光中的可見(jiàn)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(zhǎng)和醫(yī)院“CT”中的X射線波長(zhǎng)相同B[聲波、電磁波都能傳遞能量和信息，A錯(cuò)誤；在手機(jī)通話過(guò)程中，既涉及電磁波又涉及聲波，B正確；可見(jiàn)光屬于電磁波，“B超”中的超聲波是聲波，波速不同，C錯(cuò)誤；紅外線波長(zhǎng)較X射線波長(zhǎng)長(zhǎng)，D錯(cuò)誤。]1．第一個(gè)用試驗(yàn)驗(yàn)證電磁波客觀存在的科學(xué)家是()A．法拉第B．奧斯特C．赫茲D．麥克斯韋C[麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用試驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在，故C正確。]2．關(guān)于電磁場(chǎng)，下列說(shuō)法不正確的是()A．在一個(gè)磁鐵旁放一帶電體，則兩者四周空間就形成了電磁場(chǎng)B．電磁場(chǎng)既不同于靜電場(chǎng)，也不同于靜磁場(chǎng)C．電磁場(chǎng)中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)是不行分割的一個(gè)統(tǒng)一體D．電磁場(chǎng)中的電場(chǎng)的變更頻率和磁場(chǎng)的變更頻率是相同的A[電磁場(chǎng)是變更的電場(chǎng)和變更的磁場(chǎng)形成的不行分割的統(tǒng)一場(chǎng)，而不是靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)簡(jiǎn)潔的復(fù)合。所以選項(xiàng)A錯(cuò)。A符合題意。]3．關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法正確的是()A．全部電磁波的頻率相同B．電磁波只能在真空中傳播C．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度相同D．電磁波在真空中的傳播速度是3×108D[電磁波的頻率不肯定相同，就是無(wú)線電電磁波也有很多頻道和頻率，選項(xiàng)A錯(cuò)；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)；不同頻率的電磁波在不同的介質(zhì)中的傳播速度都不相同，選項(xiàng)C錯(cuò)；電磁波在真空中的傳播速度是3×1084．(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說(shuō)法正確的是()A．電視遙控器利用的是紅外線B．醫(yī)院里常用X射線對(duì)病房和手術(shù)室進(jìn)行消毒C．利用紫外線的熒光效應(yīng)可設(shè)計(jì)防偽措施D．γ射線波長(zhǎng)比X射線波長(zhǎng)短ACD[由于紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，簡(jiǎn)潔發(fā)生衍射，所以電視遙控器利用了紅外線，A正確；紫外線有顯著的化學(xué)作用，可利用紫外線消毒，所以醫(yī)院里常用紫外線對(duì)病房和手術(shù)室進(jìn)行消毒，B錯(cuò)誤；在紫外線的照耀下，很多物質(zhì)會(huì)發(fā)出熒光，依據(jù)這個(gè)特點(diǎn)可以設(shè)計(jì)防偽措施，C正確；γ射線波長(zhǎng)比X射線波長(zhǎng)短，D正確。]5．情境：赫茲的試驗(yàn)：如圖所示。試驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)感應(yīng)線圈的兩個(gè)金屬球間有火花跳過(guò)時(shí)，導(dǎo)線環(huán)的兩個(gè)金屬小球間也跳過(guò)電火花。問(wèn)題：(1)當(dāng)感應(yīng)線圈的兩個(gè)金屬