第十三章電磁感應與電磁波初步第4節(jié)電磁波的發(fā)覺及應用課程標準學習目標通過試驗，了解電磁波，知道電磁場的物質性。通過實例，了解電磁波的應用及其帶來的影響1.了解麥克斯韋電磁場理論，知道電磁場的概念.2.知道電磁波的特點，把握電磁波波長、頻率、波速之間的關系.3.知道電磁波譜中各種電磁波的排列挨次，了解各種電磁波的應用，了解電磁波的能量．（一）課前閱讀：1．如圖所示，戰(zhàn)斗中，天上有衛(wèi)星，空中有戰(zhàn)機，地上有戰(zhàn)車，海里有戰(zhàn)艦。你知道是什么把這些戰(zhàn)場要素連成一個有機的整體的嗎？2.(1)觀看上面兩幅圖，變化的磁場所產生電場的電場線和以前所學靜電場的電場線有區(qū)分嗎？(2)變化的磁場肯定能產生電磁波嗎？為什么？（二）基礎梳理一、電磁場1．麥克斯韋電磁場理論(1)變化的磁場產生電場①在變化的磁場中放入一個閉合電路，由于穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中會產生．這個現(xiàn)象的實質是變化的磁場在空間產生了．②即使在變化的磁場中沒有閉合電路，也同樣會在空間產生．(2)變化的電場產生磁場變化的電場就像導線中的電流一樣，會在空間產生，即的電場產生磁場．2．電磁場：變化的和相互聯(lián)系，所形成的不行分割的統(tǒng)一體．【拓展補充】赫茲的試驗：如圖所示。試驗現(xiàn)象：當感應線圈的兩個金屬球間有火花跳過時，導線環(huán)的兩個金屬小球間也跳過電火花。(1)赫茲試驗證明白電磁波的存在。()(2)電磁波不需要介質可在真空中傳播。()(3)電磁波和光在真空中的傳播速度都是3.0×108m/s。()(4)麥克斯韋預言并驗證了電磁波的存在。()(5)電磁波是帶有能量的，在介質中傳播時能把部分能量傳遞給介質。()二、電磁波1．產生：變化的電場和變化的磁場交替產生，由近及遠地向四周傳播，形成電磁波．2．特點(1)電磁波在真空中傳播．(2)電磁波的傳播速度等于．(3)光在本質上是一種電磁波．即光是以形式傳播的一種電磁振動．【即學即練】推斷下列說法的正誤.推斷下列說法的正誤．(1)變化的磁場可以產生電場，但變化的電場不能產生磁場．()(2)電磁波在空氣中可以傳播，在真空中不能傳播．()(3)光在真空中的速度與電磁波在真空中的速度相同，光是一種電磁波．()(4)無線電波、紅外線、可見光、紫外線都屬于電磁波．()三、電磁波譜電磁波的能量電磁波通信1．電磁波譜(1)概念：按電磁波的或大小的挨次把它們排列起來，就是電磁波譜．(2)電磁波的波速c與波長λ、頻率f的關系是c＝λf.(3)電磁波在真空中的速度c＝.(4)各種電磁波按波長由大到小排列挨次為：、紅外線、——、、X射線、γ射線．(5)各種電磁波的特性①無線電波：用于、衛(wèi)星通信、等的信號傳輸．②紅外線：用來等．③可見光：照亮自然界，也可用于．④紫外線：用于．⑤X射線：用于診斷病情．⑥γ射線：可以摧毀．2．電磁波的能量(1)光是一種電磁波，光具有能量．(2)電磁波具有，電磁波是一種物質．【拓展補充】光子刀“光子刀”具有附帶損傷小，術后恢復快等特點，被廣泛應用于各種惡性腫瘤的治療中。那么，你知道這種“光子刀”工作在什么波段？該波段有什么特點嗎？一、麥克斯韋電磁場理論1．麥克斯韋電磁場理論(1)變化的磁場四周會產生電場麥克斯韋提出，在變化的磁場四周會激發(fā)出一種電場，不管有無閉合電路，變化的磁場激發(fā)的電場總是存在的，如圖所示．(2)變化的電場四周會產生磁場麥克斯韋從場的觀點得出，即使沒有電流存在，只要空間某處的電場發(fā)生變化，就會在其四周產生磁場．2．對麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的磁場不產生電場恒定的電場不產生磁場均勻變化的磁場在四周空間產生恒定的電場均勻變化的電場在四周空間產生恒定的磁場不均勻變化的磁場在四周空間產生變化的電場不均勻變化的電場在四周空間產生變化的磁場周期性變化的磁場在四周空間產生同頻率的周期性變化的電場周期性變化的電場在四周空間產生同頻率的周期性變化的磁場【典例精析】例1關于麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()A．電場四周肯定產生磁場，磁場四周肯定產生電場B．穩(wěn)定的電場四周產生穩(wěn)定的磁場，穩(wěn)定的磁場四周產生穩(wěn)定的電場C．均勻變化的電場四周產生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場四周產生均勻變化的電場D．周期性變化的電場四周產生周期性變化的磁場，周期性變化的磁場四周產生周期性變化的電場二、電磁波1．電磁波的形成周期性變化的電場和磁場交替產生，形成電磁場，電磁場由近及遠傳播，形成電磁波．2．電磁波的特點(1)在傳播方向上，任意一點的E和B都隨時間周期性變化，E和B相互垂直，且與電磁波的傳播方向垂直．如圖．(2)電磁波可以在真空中傳播．電磁波在真空中傳播速度等于光速c＝3×108m/s.(3)電磁場儲存電磁能，電磁波的放射過程就是輻射能量的過程．(4)只有周期性變化的電場和磁場相互激發(fā)才能形成電磁波．(5)電磁波是電磁場在空間中的傳播，電磁場是一種客觀存在的物質——場物質．3．電磁波的波速對于電磁波，用λ表示電磁波的波長、f表示頻率、c表示波速，則有c＝λf.【典例精析】例2．(多選)關于電磁波，下列說法中正確的是()A．只要電場或磁場發(fā)生變化，就能產生電磁波B．麥克斯韋首先預言了電磁波的存在，赫茲最先用試驗證明白電磁波的存在C．電磁波和機械波都依靠于介質才能傳播D．電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的三、電磁波譜1．電磁波譜電磁波按波長由大到小排列挨次為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線．它們共同構成了范圍寬敞的電磁波譜．2．不同電磁波的特性和用途種類波長范圍特性應用無線電波大于1mm波動力量強通信、廣播、射電望遠鏡紅外線760～106nm熱作用強烘干、紅外遙感、測溫、夜視儀可見光400～760nm感光性強照明、照相紫外線10～400nm化學作用、熒光作用消毒、熒光效應、促使人體合成維生素DX射線0.001～10nm較強的穿透力量透視人體、檢查金屬零件的質量γ射線小于10－3nm穿透力量最強醫(yī)學上的γ刀技術、探測金屬內部的缺陷例3．下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運用的物理現(xiàn)象．請將相應的字母填寫在運用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上．(1)X光機，.(2)紫外線燈，.(3)理療醫(yī)用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好．這里的“神燈”是利用．A．紅外線具有顯著的熱效應B．紫外線具有很強的熒光作用C．紫外線具有殺菌消毒作用D．X射線具有很強的穿透力四、電磁波的能量電磁波通信1．電磁波的能量(1)電磁波是物質存在的一種特殊形式電磁波和我們學過的電場、磁場一樣，是一種特殊的物質，不是由分子、原子所組成的，與通常的實物不同，但它是客觀存在的，具有通常物質所具有的質量和能量等客觀屬性．(2)電磁波具有能量從場的觀點來看，電場具有電場能，磁場具有磁場能，電磁場具有電磁能，電磁波放射的過程就是輻射能量的過程，電磁波在空間傳播，電磁能就隨之一起傳播．2．電磁波通信(1)傳播途徑電磁波攜帶的信息，既可以有線傳播，也可以實現(xiàn)無線傳播．有線傳播利用金屬導線、光纖等有形媒介傳送信息，如臺式電腦、電話等，具體的媒介有：光纖、電纜、電話線、網線等．無線傳播僅利用電磁波而不通過線纜傳遞信息，如收音機、手機、GPS、無線鼠標等．(2)傳輸特點電磁波的頻率越高，相同時間傳遞的信息量越大，由于光的頻率比無線電波的頻率高得多，因此光纜可以傳遞大量的信息．例4．5G是“第五代移動通信技術”的簡稱，目前世界各國正大力進展5G網絡，5G網絡使用的無線電波通信頻率在3.0GHz以上的超高頻段和極高頻段，比目前4G及以下網絡(通信頻率在0.3～3.0GHz的特高頻段)擁有更大的帶寬和更快的傳輸速率.5G網絡的傳輸速率(指單位時間傳輸的數據量大小)可達20Gbps.關于5G網絡使用的無線電波，下列說法正確的是()A．在真空中的傳播速度更快B．在真空中的波長更長C．在真空中的波長與4G網絡使用的無線電波相同D．頻率更高，相同時間傳遞的信息量更大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四周空間產生恒定的磁場均勻變化的磁場在四周空間產生恒定的電場不均勻變化的電場在四周空間產生變化的磁場不均勻變化的磁場在四周空間產生變化的電場周期性變化的電場產生同頻率的周期性變化的磁場周期性變化的磁場產生同頻率的周期性變化的電場2．電場、磁場的變化關系可用下面的框圖表示3．電磁波的特點(1)只有周期性變化的電場和磁場相互激發(fā)才能形成電磁波。(2)電磁場中儲存著能量，電磁波的放射過程就是輻射電磁能的過程。(3)電磁波可以在真空中傳播，且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傳播速度，即c＝3×108m/s。(4)電磁波傳播雖然不需要介質，但它可以在其他介質如光纖中傳播，且速度都比在真空中的小。4．波長、頻率與波速之間的關系(1)波速＝波長×頻率，即c＝λf。(2)頻率由波源打算，與介質無關，而波長、波速的大小與介質有關，所以同一電磁波在不同介質中傳播時，頻率不變，波速、波長發(fā)生轉變。(3)不同頻率的電磁波在同一介質中傳播時，傳播速度不同。5．各種頻率不同的電磁波既有共性，又有共性(1)共性：本質上都是電磁波，它們的行為遵循相同的規(guī)律。(2)共性：不同電磁波的頻率或波長不同，表現(xiàn)出不同的特性。6．電磁波譜及其應用：按電磁波的波長或頻率大小的挨次把他們排列成譜。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，便構成了范圍格外寬敞的電磁波譜，但相鄰波譜之間并沒有嚴格的界限。波譜特性應用無線電波波動性強通訊廣播、導航等紅外線熱作用加熱理療可見光感光性強照明、照相紫外線熒光效應殺菌消毒、醫(yī)療等X射線穿透力量較強工業(yè)探傷、醫(yī)學透視γ射線穿透力量最強工業(yè)探傷、醫(yī)學治療一、單選題1．電磁波在日常生活中有著廣泛的應用。下列說法正確的是（）A．微波爐加熱食物是利用了紅外線的熱作用B．紅外線應用在遙感技術中，是利用了它穿透本事強的特性C．醫(yī)院用X射線進行透視，是由于它是各種電磁波中穿透力量最強的D．利用紫外線滅菌消毒，是由于紫外線具有較高的能量2．關于電磁波的傳播速度表達式c=λf，下列理解正確的是（）A．電磁波在真空中的傳播速度隨波長增大而增大B．電磁波在真空中的傳播速度隨頻率增大而增大C．當電磁波的頻率減小時，它在真空中的波長不變D．當電磁波的頻率減小時，它在真空中的波長增大3．在電磁波譜中，下列說法正確的是（）A．各種電磁波有明顯的頻率和波長區(qū)域界限B．γ射線的頻率肯定大于X射線的頻率C．X射線的波長肯定大于可見光的波長D．可見光的波長肯定比無線電波的波長短4．在物理學進展過程中，觀測、試驗、假說和規(guī)律推理等方法都起到了重要作用。下列敘述符合史實的是（）A．奧斯特在試驗中觀看到電流的磁效應，揭示了電和磁存在聯(lián)系B．法拉第在試驗中觀看到，在通有恒定電流的靜止導線四周的固定導線圈中會消滅感應電流C．麥克斯韋從場的角度總結電與磁的聯(lián)系，證明白電磁波的存在D．法拉第用試驗證明白電磁波的存在，并測出電磁波與光的傳播速度相同5．隱形飛機的原理是在飛機研制過程中設法降低其可探測性，使之不易被敵方發(fā)覺、跟蹤和攻擊。依據你所學的物理學問，推斷下列說法正確的是（）A．運用隱蔽色涂層，無論距你多近的距離，你也不能看到它B．使用吸取雷達電磁波的材料，在雷達屏幕上顯示的反射信息很小、很弱，很難被發(fā)覺C．使用吸取雷達電磁波涂層后，傳播到復合金屬機翼上的電磁波在機翼上不會產生感應電流D．主要是對發(fā)動機、噴氣尾管等由于高溫簡潔產生紫外線輻射的部位實行隔熱、降溫等措施，使其不易被對方發(fā)覺和攻擊6．5G是“第五代移動通信技術”的簡稱，其最顯著的特征之一是具有超高速的數據傳輸速率。5G信號一般接受3.3×109~6×109Hz頻段的無線電波，而現(xiàn)行第四代移動通信技術4G的頻段范圍是1.88×109~2.64×109Hz，則（）A．5G信號相比于4G信號更不簡潔繞過障礙物，所以5G通信需要搭建更密集的基站B．5G信號比4G信號所用的無線電波在真空中傳播得更快C．空間中的5G信號和4G信號相遇會產生干涉現(xiàn)象D．5G信號是橫波，4G信號是縱波7．電磁波在空氣中的傳播速度為v。北京交通廣播電臺放射電磁波的頻率為f，該電磁波在空氣中傳播的波長λ為（）A．vf B． C． D．8．1864年，英國科學家麥克斯韋在前人爭辯電磁現(xiàn)象的基礎上，建立了完整的電磁場理論。下列說法正確的是（）A．電磁波是一種物質B．電磁波可以傳遞信息，但不能傳遞能量C．遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院CT中的X射線波長相同D．變化的電場產生磁場，變化的磁場不能產生電場二、多選題9．關于電磁波，下列說法正確的是（）A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率有關B．雷達是利用電磁波來進行定位和導航的C．移動電話是通過電磁波來傳遞信息的D．利用電磁波傳遞信息可以實現(xiàn)無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸10．關于電磁場和電磁波，下列說法正確的是（）A．任何電場都會產生磁場B．任何磁場都會產生電場C．麥