1、第4節電磁波的發現及應用核心素養物理觀念科學思維科學探究1.知道麥克斯韋電磁場理論，理解麥克斯韋電磁理論的兩個要點。2.了解電磁波的形成。掌握波長、頻率和波速的關系。3.了解電磁波的特點，知道電磁場的物質性。4.知道電磁波與機械波的區別。1.了解電磁波的發現對人類文明的影響，體會科學家研究物理問題的思維方法。2.了解麥克斯韋電磁場理論在物理學發展史上的意義。3.了解麥克斯韋和赫茲在物理學發展中的貢獻。4.通過實例認識電磁波譜，了解電磁波的組成，知道它們各自的特點及重要應用。1.探究電磁波產生的條件。2.電磁波的特性及應用。知識點一電磁場及電磁波觀圖助學電磁波在日常生活中的應用越來越多，思考電磁

2、波是怎樣形成的？1.麥克斯韋的電磁場理論(1)變化的磁場產生電場麥克斯韋認為，磁場隨時間變化快，產生的電場強；磁場隨時間的變化不均勻時，產生變化的電場；穩定的磁場周圍不產生電場。(2)變化的電場產生磁場麥克斯韋認為，若電場隨時間變化快，則產生的磁場強；若電場隨時間的變化不均勻，則會產生變化的磁場。穩定的電場周圍不產生磁場。2.電磁場如果在空間某區域有周期性變化的電場，那么這個變化的電場在它周圍空間產生周期性變化的磁場；這個變化的磁場又在它周圍空間產生新的周期性變化的電場變化的電場和磁場相互聯系，形成了不可分割的統一體，這就是電磁場。3.電磁波的產生：變化的電場和磁場交替產生而形成的電磁場是由近

3、及遠地傳播的，這種變化的電磁場在空間的傳播稱為電磁波。麥克斯韋預言電磁波的速度等于光速。思考判斷(1)在電場周圍，一定存在著和它聯系著的磁場。()(2)在變化的磁場周圍一定會產生變化的電場。()(3)恒定電流周圍產生磁場，磁場又產生電場。()(4)麥克斯韋預言并驗證了電磁波的存在。()知識點二電磁波譜、電磁波的能量及電磁波通信觀圖助學思考生活中除了電視、雷達、移動電話外，還有哪些現象應用了電磁波？1.電磁波譜電磁波的頻率范圍很廣，包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線等，把這些電磁波按波長或頻率順序排列起來，就構成了電磁波譜。電磁波譜中的各種波在真空中的傳播速度均等于光速。不同電磁

4、波具有不同的特性，例如，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，微波可以用于衛星通信、電視等的信號傳輸。紅外線可以用來加熱理療，可見光讓我們看見這個世界，也可以用于通信。紫外線可以消毒，X射線片可以用于診斷病情，射線可以摧毀病變的細胞。2.電磁波的能量紅外線和紫外線的應用赫茲通過實驗證實了電磁波的存在，這意味著，電磁場是真正的物質存在。電磁波具有能量，電磁波是一種物質。3.電磁波通信電信網、廣播電視網和互聯網逐步整合成為統一的信息通信網絡，這些信息都是通過電磁波來傳遞的。電磁波攜帶的信息，既可以有線傳播，也可以無線傳播。思考判斷(1)可見光是整個電磁波譜中極狹窄的一段，其中紅

5、光波長最長。()(2)紅外線屬于可見光。()(3)紫外線有明顯的熱效應。()麥克斯韋電磁場理論把電磁學發展成為完整的、優美的理論體系，統一了人們對電磁和光現象的認識，為電和磁的利用開辟了理論前景，為深入研究物質的電磁結構及客觀性提供理論基礎。不均勻變化的磁場和電場相互耦連，形成不可分離的統一的電磁場。變化的電場與變化的磁場相互激發，由近及遠地向周圍空間傳播，就形成了電磁波。麥克斯韋在理論上預言了電磁波的存在。生活鏈接微波爐紫外線消毒柜核心要點 對麥克斯韋電磁場理論的理解觀察探究如圖所示，在變化的磁場中放置一個閉合線圈。(1)你能觀察到什么現象？(2)這種現象說明了什么？答案(1)靈敏電流計的指

6、針發生偏轉，有電流產生。(2)變化的磁場產生了電場，使閉合線圈的自由電荷發生了定向運動而形成了電流。探究歸納1.對麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的電場不產生磁場恒定的磁場不產生電場均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場振蕩電場產生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產生同頻率的振蕩電場2.電場、磁場的變化關系可用下面的框圖表示試題案例例1 關于電磁場理論，下列說法正確的是()A.在電場周圍一定產生磁場，變化的磁場周圍一定產生電場B.在變化的電場周圍一定產生變化的磁場，變化的磁場周圍一定產生變

7、化的電場C.均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場D.周期性變化的電場周圍一定產生周期性變化的磁場思路點撥要注意電場或磁場是如何變化的，變化規律不同，產生的場的特點也不相同。解析根據麥克斯韋電磁場理論，只有變化的電場能產生磁場，均勻變化的電場產生穩定的磁場，非均勻變化的電場才產生變化的磁場，A、B、C錯誤，D正確。答案D方法總結麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產生電場；變化的電場產生磁場，而產生的電場或磁場如何變化，與原磁場或電場的變化規律有關。針對訓練1 (多選)根據麥克斯韋的電磁場理論，以下敘述中正確的是()A.教室中亮著的日光燈周圍空間必有磁場和電場B.工作時的電磁打點計時器周

8、圍必有磁場和電場C.穩定的電場產生穩定的磁場，穩定的磁場產生穩定的電場D.只要空間某處的電場或磁場發生變化，就會在其周圍產生電磁波解析教室中亮著的日光燈、工作時的電磁打點計時器中流的電流是交變電流，在其周圍產生交變磁場和電場，故選項A、B正確；穩定的電場不會產生磁場，故選項C錯誤；只有周期性變化的電場和磁場才能交替產生，由發生區域向外傳播形成電磁波，選項D錯誤。答案AB核心要點 電磁波、電磁波譜及電磁波的應用觀察探究1.如圖所示，中國女航天員王亞平在“天宮一號”為中小學生授課。思考一下，王亞平授課的視頻是怎樣傳到地面上的？答案通過電磁波來傳遞。2.紅外體溫計不用與人體接觸便可以迅速測量體溫，如

9、圖所示，你知道它的工作原理嗎？答案根據體溫越高，輻射紅外線越強的原理。探究歸納1.不同電磁波的比較電磁波名稱波長、頻率特點應用許多自然過程也輻射無線電波廣播和通訊，天體衛星研究無線電波所有物體都會發射紅外線，熱物體的紅外線輻射比冷物體強紅外線攝影紅外線遙感紅外線復色光(紅)eq o(,sup7(大波長小),sdo5(小頻率大)(紫)eq blc rc(avs4alco1(太空黑暗，,天空明亮)eq o(,sup7(原因)沒有大氣，天空藍色eq o(,sup7(原因)短波散射，傍晚陽光紅色eq o(,sup7(原因)短波吸收可見光能量較高滅菌消毒促進人體對鈣的吸收，利用熒光效應防偽紫外線對生命物

10、質有較強作用，過量會引起病變，穿透本領強檢查人體內部器官、零件內部缺陷X射線能量很高，破壞生命物質治療疾病探測金屬部件內部缺陷射線2.電磁波的波速、波長與頻率的關系：cf，eq f(c,f)同一種電磁波在不同介質中傳播時，頻率不變(頻率由波源決定)，波速、波長發生改變。在介質中的速度都比真空中的速度小。不同電磁波在同一種介質中傳播時，傳播速度不同，頻率越高波速越小，頻率越低波速越大。試題案例例2 (多選)電磁波與聲波比較，下列敘述中正確的是()A.電磁波的傳播不需要介質，聲波的傳播需要介質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

11、磁波和聲波在介質中的傳播速度，都是由介質決定，與頻率無關解析選項A、B均與事實相符，所以A、B正確；根據eq f(v,f)，電磁波波速變小，頻率不變，波長變小；聲波速度變大，頻率不變，波長變大，所以選項C正確；電磁波在介質中的速度，與介質有關，也與頻率有關，在同一種介質中，頻率越大，波速越小，所以選項D錯誤。答案ABC方法總結對電磁波的理解(1)電磁波的傳播不需要介質，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，在同一種介質中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小。例3 下面列出一些醫療器械的名稱和這些器械應用的物理現象，請將相應的字母填

12、寫在應用這種現象的醫療器械后面的空格上。(1)X光機，_。(2)紫外線燈，_。(3)用理療“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好，這里的“神燈”是利用_。A.紫外線具有很強的熒光作用B.紫外線具有殺菌消毒作用C.X射線的很強的貫穿力D.紅外線具有顯著的熱效應解析(1)X光機是用來透視人的體內器官的，因此需要具有較強穿透力的電磁波，但又不能對人體造成太大的傷害，因此應用了穿透能力比較強又不會給人體造成太大傷害的X射線，選擇C。(2)紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，因此選擇B。(3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進局部血液循環，它利用的是紅外線的熱效應，使人

13、體局部受熱，血液循環加快，因此選擇D。答案(1)C(2)B(3)D針對訓練2 (多選)下列關于電磁波的說法中，正確的是()A.電磁波是電磁場由發生區域向遠處的傳播B.電磁波在任何介質中的傳播速度均為3.0108 m/sC.電磁波由真空進入介質傳播時，波長將變短D.只要空間中某個區域有變化的電場或變化的磁場，就能產生電磁波解析電磁波在真空中的傳播速度為光速c3.0108 m/s，且cf，從一種介質進入另一種介質，頻率不變，但速度、波長會變化。電磁波仍具有波的特征，電磁波只有在真空中的傳播速度才為3.0108 m/s，在其他介質中的傳播速度小于3.0108 m/s，波長變短，只有交變的電場和磁場才

14、能產生電磁波，A、C正確，B、D錯誤。答案AC針對訓練3 無線電波的中波波長范圍為2003 000 m。求該波段的頻率范圍。解析根據頻率公式feq f(c,)得f1eq f(c,1)eq f(3108,200) Hz1.5106 Hz，f2eq f(c,2)eq f(3108,3 000) Hz1.0105 Hz，即該波段的頻率范圍為1.01051.5106 Hz。答案1.01051.5106 Hz1.(關于麥克斯韋電磁場理論的理解)(多選)關于麥克斯韋的電磁場理論及其成就，下列說法正確的是()A.變化的電場可以產生磁場B.變化的磁場可以產生電場C.證實了電磁波的存在D.預見了真空中電磁波的傳

15、播速度大于光速解析選項A和B是電磁場理論的兩大支柱，所以A和B正確；麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲最早證實了電磁波的存在，C錯誤；麥克斯韋預見了真空中電磁波的傳播速度等于光速，D錯誤。答案AB2.(對電磁波譜的認識)電磁波包含了射線、紅外線、紫外線、無線電波等，按波長由長到短的排列順序是()A.無線電波、紅外線、紫外線、射線B.紅外線、無線電波、射線、紫外線C.射線、紅外線、紫外線、無線電波D.紫外線、無線電波、射線、紅外線解析在電磁波家族中，按波長由長到短分別為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線等，所以A項正確。答案A3.(麥克斯韋電磁場理論的應用)(多選)根據麥克斯韋電磁場理

16、論，變化的磁場可以產生電場。當產生的電場的電場線如圖所示時，可能是()A.向上方向的磁場在增強B.向上方向的磁場在減弱C.向上方向的磁場先增強，然后反向減弱D.向上方向的磁場減弱，然后反向增強解析向上方向的磁場增強時，感應電場的磁場阻礙原磁場的增強而方向向下，根據安培定則知感應電場方向如圖中E的方向，選項A正確，B錯誤；同理，當磁場反向即向下的磁場減弱時，也會得到如圖中E的方向，選項C正確，D錯誤。答案AC4.(電磁波的利用)(多選)目前雷達發射的電磁波頻率多在200 MHz至1 000 MHz的范圍內。下列關于雷達和電磁波的說法正確的是()A.真空中上述雷達發射的電磁波的波長范圍在0.3 m

17、至1.5 m之間B.電磁波是由恒定不變的電場或磁場產生的C.測出從發射電磁波到接收到反射波的時間間隔可以確定雷達和目標的距離D.雷達使用的無線電波的微波波段解析由公式vf可得，mineq f(v,fmax)eq f(3108,1 000106) m0.3 m，maxeq f(v,fmin)eq f(3108,200106) m1.5 m，A正確；電磁波是由周期性變化的電場或磁場產生的，B錯誤；由雷達的工作原理可知，C正確；雷達使用的無線電波的微波波段，D正確。答案ACD 基礎過關1.(多選)按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是()A.恒定的電場周圍產生恒定的磁場，恒定的磁場周圍產生恒定

18、的電場B.變化的電場周圍產生磁場，變化的磁場周圍產生電場C.均勻變化的電場周圍產生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場周圍產生均勻變化的電場D.均勻變化的電場周圍產生穩定的磁場，均勻變化的磁場周圍產生穩定的電場解析麥克斯韋電磁場理論的核心內容是：變化的電場產生磁場；變化的磁場產生電場，對此理論全面正確理解為：不變化的電場周圍不產生磁場；變化的電場可以產生變化的磁場，也可產生不變化的磁場；均勻變化的電場產生穩定的磁場；周期性變化的電場產生同頻率的周期性變化的磁場，由變化的磁場產生電場的規律與上相似，由此可知，選項B、D正確，A、C錯誤。答案BD2.在下圖所示的四種磁場情況中能產生恒定的電場的是()解析

19、A中磁場不變，則不會產生電場，故A錯誤；B中磁場方向變化，而大小不變，則不會產生恒定的電場，故B錯誤；C中磁場隨時間均勻變化，則會產生恒定的電場，故C正確；D中磁場隨時間做非均勻變化，則會產生非均勻變化的電場，故D錯誤。答案C3.(多選)下列說法中正確的是()A.夏天太陽光把地面曬得發熱是因為可見光的熱效應在各種電磁波中是最弱的B.醫院里用X射線進行人體透視，是因為它是各種電磁波中穿透本領最大的C.科學家關注南極臭氧層空洞是因為它將使氣候惡化D.在熱學中所說的熱輻射就是指紅外線輻射解析熱效應最強的是紅外線，熱輻射即紅外線輻射，A錯誤，D正確；穿透本領最強的是射線，B錯誤；臭氧層可吸收、阻擋過強

20、的紫外線，使地球上的動植物免受過強紫外線的傷害，另外臭氧層空洞可引起氣候惡化，C正確。答案CD4.(多選)關于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是()A.電磁波可以傳遞信息B.聲波不能傳遞信息C.手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波D.太陽光中的可見光和醫院“B超”中的超聲波傳播速度不相同解析聲波、電磁波都能傳遞能量和信息，A項正確，B項錯誤；在手機通話過程中，既涉及電磁波又涉及聲波，C項正確；可見光屬于電磁波，B超中的超聲波是聲波，波速不同，D項正確。答案ACD5.如圖所示是某一固定面積的磁通量的變化圖線，它在周圍空間某一點激發的電場的場強E應是()A.逐漸增強 B.逐漸減弱C.不變 D.

21、無法確定解析由題圖知，磁通量均勻變化，而面積一定，故磁感應強度B均勻變化，故在其周圍產生穩定的電場，故C正確。答案C6.關于電磁波，下列說法中正確的是()A.電磁波是電磁場由發生區域向遠處的傳播B.電磁波在任何介質中的傳播速度均為3108 m/sC.電磁波由真空進入某種介質傳播時，波長將變長D.電磁波只能在真空中傳播解析電磁波是交替變化的電磁場由發生區域向遠處的傳播，在真空中的傳播速度是3108 m/s。在其他介質中的傳播速度小于3108 m/s。電磁波在傳播的過程中，頻率f不變，由vf可知傳播速度變小時，波長變短，故B、C、D均錯誤。答案A7.(多選)關于電磁波，下列說法正確的是()A.只要

22、有電場和磁場，就能產生電磁波B.電磁波在真空和介質中傳播速度不相同C.均勻變化的磁場能夠在空間形成電磁波D.赫茲證實了電磁波的存在解析若只有電場和磁場，而電場和磁場都穩定或電場、磁場僅均勻變化都不能產生電磁波，A、C錯誤；光也是電磁波，在真空和介質中傳播的速度不同，可判斷B正確；赫茲證實了電磁波的存在，D正確。答案BD8.以下關于電磁波的說法不正確的是()A.無線通信是用電磁波進行傳播的B.醫院B超發出的超聲波是電磁波C.遙控器發出的紅外線是電磁波D.透視使用的X射線是電磁波解析無線通信用的是頻率為數百千赫至數百兆赫的無線電波，它是電磁波；超聲波是聲波(機械波)，不是電磁波；遙控器發出的紅外線

23、是電磁波；X射線也是電磁波。所以A、C、D正確，B不正確。答案B9.電磁波由真空中進入介質中時，其波速變為原來的一半，則波長將變為原來的多少倍？解析電磁波由真空進入介質中時，周期不變。由vT可知，eq f(,0)eq f(v,v0)eq f(1,2)即eq f(1,2)00.50。答案0.5倍能力提升10.(多選)應用麥克斯韋的電磁場理論判斷如圖所示的表示電場產生磁場(或磁場產生電場)的關系圖像中(每個選項中的上圖是表示變化的場，下圖是表示變化的場產生的另外的場)，正確的是()解析A圖中的上圖磁場是穩定的，由麥克斯韋的電磁場理論可知，其周圍空間不會產生電場，A圖中的下圖是錯誤的；B圖中的上圖是均勻變化的電場，應該產生