人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE1第2節電磁場與電磁波第3節無線電波的發射和接收第4節電磁波譜〖學習目標要求〗1.知道電磁場的概念及產生過程。2.了解電磁波的傳播規律和特點，知道與機械波的區別。3.了解無線電波的發射和接收過程。4.了解電磁波譜，知道不同電磁波的特性和應用。一、電磁場和電磁波1．麥克斯韋電磁場理論(1)變化的磁場產生電場；變化的電場產生磁場。(2)變化的電場和磁場總是相互聯系的，形成一個不可分割的統一的電磁場。(3)變化的電場和磁場由近及遠地向四周傳播，形成了電磁波。2．電磁波(1)麥克斯韋預言：電磁波在真空中的傳播速度等于光速c；光是電磁波。(2)赫茲通過實驗證實了電磁波的存在。〖判一判〗(1)變化的電場一定產生變化的磁場。(×)(2)磁場一定可以產生電場，電場也一定可以產生磁場。(×)(3)電磁波在真空和介質中傳播速度相同。(×)(4)只要有電場和磁場，就能產生電磁波。(×)(5)電磁波在同種介質中只能沿直線傳播。(×)二、無線電波的發射和接收1．有效發射電磁波的條件(1)要有足夠高的振蕩頻率。(2)振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間。2．電磁波的調制(1)載波：用于攜帶信號的高頻電磁波。(2)調制：使載波隨各種信號而改變的技術。(3)調幅(AM)：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變。(4)調頻(FM)：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變。3．無線電波的接收(1)電諧振：當接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產生的振蕩電流最強。(2)調諧：使接收電路產生電諧振的過程。(3)解調：把聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來。4．電視廣播的發射和接收(1)高頻電視信號的傳播方式主要有三種無線電傳輸、有線網絡傳輸以及衛星傳輸。(2)不同的傳播方式使用不同頻率范圍的電磁波，采取不同的調制方式。〖判一判〗(1)頻率越高，振蕩電路發射電磁波本領越大。(√)(2)電視臺發射的電磁波都經過了調制。(√)(3)當接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時，出現諧振現象。(√)(4)收音機能夠直接接收聲波。(×)(5)要使電視機的屏幕上出現圖像，必須將電視機接收到的無線信號解調。(√)三、電磁波譜1．電磁波譜：按電磁波的波長大小或頻率高低的順序排列成譜，叫作電磁波譜。2．按照波長從長到短依次排列為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。不同的電磁波由于具有不同的波長(頻率)，具有不同的特性。3．紅外線(1)紅外線是一種光波，波長比無線電波短，比可見光長。(2)所有物體都發射紅外線，熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強。(3)紅外線的應用主要有紅外遙感和紅外體溫計。4．紫外線(1)波長范圍在5～370__nm之間，不能引起人的視覺。(2)具有較高的能量，應用于滅菌消毒，具有較強的熒光效應，用來激發熒光物質發光。5．X射線和γ射線(1)X射線波長比紫外線短，有很強的穿透本領，用來檢查金屬構件內部有無裂紋或氣孔，醫學上用于檢查人體的內部器官。(2)γ射線波長比X射線更短，具有很高的能量，穿透力更強，醫學上用來治療某些癌癥，工業上也可用于探測金屬構件內部是否有缺陷。探究1麥克斯韋電磁場理論1．變化的磁場產生電場(1)均勻變化的磁場產生恒定的電場。(2)非均勻變化的磁場產生變化的電場。(3)周期性變化的磁場產生同頻率的周期性變化的電場。2．變化的電場產生磁場(1)均勻變化的電場產生恒定的磁場。(2)非均勻變化的電場產生變化的磁場。(3)周期性變化的電場產生同頻率的周期性變化的磁場。〖例1〗(2021·河南許昌市高二期末)手機無線充電是比較新穎的充電方式。如圖所示電磁感應式無線充電的原理與變壓器類似，通過分別安裝在充電基座和接收能量裝置上的線圈，利用產生的磁場傳遞能量。當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，就會在鄰近的受電線圈(副線圈)中產生感應電動勢，最終實現為手機電池充電。則關于受電線圈(副線圈)中產生的感應電動勢情況，下列說法正確的是()A．受電線圈(副線圈)中的感應電動勢恒定不變B．受電線圈(副線圈)中的感應電動勢周期性變化C．受電線圈(副線圈)中的感應電動勢大小不變、極性不斷變化D．受電線圈(副線圈)中的感應電動勢極性不變、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，根據麥克斯韋電磁場理論可知送電線圈中電流產生的磁場呈周期性變化，周期性變化的磁場產生周期性變化的電場，所以受電線圈中感應電流仍是正弦交流電，即受電線圈(副線圈)中的感應電動勢周期性變化。故選項B正確。〖針對訓練1〗(2021·首師大附中期末)用麥克斯韋電磁場理論判斷如圖所示的四組電場產生的磁場(或磁場產生的電場)隨時間t的變化規律，其中錯誤的是()〖答案〗C〖解析〗恒定的電場不產生磁場，選項A正確；均勻變化的電場產生恒定的磁場，選項B正確；周期性變化的磁場產生同頻率周期性變化的電場，產生的電場的電場強度與磁場的磁感應強度的變化率成正比，對于正弦曲線，t＝0時，磁場的磁感應強度的變化率最大，故產生的電場的電場強度最大，選項C錯誤，D正確。探究2電磁波的特點、發射和接收〖例2〗(多選)關于電磁場和電磁波，下列敘述中正確的是()A．均勻變化的電場在它周圍空間產生均勻變化的磁場B．電磁波和機械波一樣依賴于介質傳播C．電磁波中每一處的電場方向和磁場方向總是互相垂直，且與波的傳播方向垂直D．只要空間某個區域有振蕩的電場或磁場，就能產生電磁波〖答案〗CD〖解析〗均勻變化的電場和恒定電流一樣，只能產生恒定的磁場，所以A錯誤；電磁波不需要介質就能傳播；振蕩的電場和振蕩的磁場總是交替產生，且能由發生的區域向周圍空間傳播，產生電磁波，B錯誤，D正確；理論分析和實驗都證明電磁波是橫波，電磁場中E、B的方向跟波的傳播方向是互相垂直的，C正確。〖例3〗在無線電廣播的接收中，調諧和檢波是兩個必須經歷的過程，下列關于接收過程的順序，正確的是()A．調諧→高頻放大→檢波→音頻放大B．檢波→高頻放大→調諧→音頻放大C．調諧→音頻放大→檢波→高頻放大D．檢波→音頻放大→調諧→高頻放大〖答案〗A〖解析〗調諧是從眾多的電磁波中選出所需頻率的高頻信號，然后進行高頻放大，再從放大后的高頻信號中“檢”出高頻信號所承載的低頻聲音信號，最后將這些低頻聲音信號放大后通過揚聲器播放出來，綜上所述，A正確。〖針對訓練2〗(多選)關于電磁波和機械波，下列說法正確的是()A．電磁波和機械波的傳播都需要借助于介質B．電磁波在任何介質中傳播的速度都相同，而機械波的波速大小與介質密切相關C．電磁波和機械波都能產生干涉和衍射現象D．根據麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場產生磁場〖答案〗CD〖解析〗機械波的傳播需要借助于介質，但電磁波的傳播不需要借助介質，選項A錯誤；電磁波和機械波的傳播速度都與介質有關，選項B錯誤；電磁波和機械波都能產生干涉和衍射現象，選項C正確；變化的電場產生磁場，選項D正確。探究3電磁波譜〖例4〗新冠肺炎疫情突發，中華兒女風雨同舟、守望相助，筑起了抗擊疫情的巍峨長城。志愿者用非接觸式體溫測量儀，通過人體輻射的紅外線測量體溫，防控人員用紫外線燈在無人的環境下消殺病毒，為人民健康保駕護航。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比紫外線的長C．真空中紅外線的傳播速度比紫外線的大D．紅外線能發生偏振現象，而紫外線不能〖答案〗B〖解析〗因為紅外線的頻率小于紫外線，根據E＝hν，可知紅外線的光子能量比紫外線的小，故A錯誤；根據λ＝eq\f(c,ν)，可知紅外線的波長比紫外線的波長長，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錯誤；光都具有偏振現象，故D錯誤。〖針對訓練3〗(2021·湖南益陽市箴言中學高二期末)在新冠肺炎疫情防控中，體溫監測尤為重要。常用的手持式無接觸測溫槍工作時探測的是()A．紅外線 B．可見光C．紫外線 D．X射線〖答案〗A〖解析〗與溫度有關的是紅外線，故選項A正確。1．(麥克斯韋電磁場理論)(多選)用麥克斯韋的電磁場理論判斷，圖中表示電場(或磁場)產生磁場(或電場)的正確圖像是()〖答案〗BC〖解析〗A項中的左圖磁場是穩定的，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項錯誤；B項中的左圖是均勻變化的電場，應該產生穩定的磁場，所以B項正確；C項中的左圖是振蕩的磁場，它能產生同頻率的振蕩電場，且相位相差eq\f(π,2)，C項正確；同理D項錯誤。2．(麥克斯韋電磁場理論)根據麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()A．有電場的空間一定存在磁場，有磁場的空間也一定能產生電場B．在變化的電場周圍一定產生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產生變化的電場C．均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場D．周期性變化的磁場周圍空間一定產生周期性變化的電場〖答案〗D〖解析〗根據麥克斯韋電磁場理論，只有變化的電場才能產生磁場，均勻變化的電場產生恒定的磁場，非均勻變化的電場產生變化的磁場，選項D正確，A、B、C錯誤。3．(電磁波的特點、發射和接收)(多選)關于電磁波的發射和接收，下列說法中正確的是()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，不能直接用來發射電磁波C．當接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產生的振蕩電流最強D．要使電視機的屏幕上有圖像，必須要有檢波過程〖答案〗BCD〖解析〗有效發射電磁波，必須采用開放電路和高頻發射，A錯誤；一般的音頻電流的頻率較低，不能直接用來發射電磁波，B正確；接收電磁波時會在接收電路中產生電諧振，與機械振動中的共振有些相似，C正確；電視機顯示圖像時，必須通過檢波過程，把有用的信號從高頻調制信號中取出來，否則就不能顯示，故D正確。4．(電磁波的特點、發射和接收)(多選)(2021·北京海淀區期末)第五代移動通信技術(簡稱5G)是最新一代蜂窩移動通信技術，5G的性能目標是高數據速率、減少延遲、大規模設備連接等。與4G相比，5G使用的電磁波頻率更高。下列說法中正確的是()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生干涉和衍射現象D．在真空中5G使用的電磁波波長比4G的長〖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；任何波均能發生干涉及衍射現象，故5G和4G使用的電磁波都可以發生干涉和衍射現象，故C正確；根據公式v＝λf得，當速度一樣時，波長與頻率成反比，即5G使用的電磁波的波長比4G的短，故D錯誤。5．(電磁波譜)電磁波包含了γ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、γ射線B．紅外線、無線電波、γ射線、紫外線C．γ射線、紅外線、紫外線、無線電波D．紫外線、無線電波、γ射線、紅外線〖答案〗A〖解析〗電磁波的頻率由小到大的順序依次是無線電波、紅外線、紫外線和γ射線，這也是波長由長到短的順序。故A正確。第2節電磁場與電磁波第3節無線電波的發射和接收第4節電磁波譜〖學習目標要求〗1.知道電磁場的概念及產生過程。2.了解電磁波的傳播規律和特點，知道與機械波的區別。3.了解無線電波的發射和接收過程。4.了解電磁波譜，知道不同電磁波的特性和應用。一、電磁場和電磁波1．麥克斯韋電磁場理論(1)變化的磁場產生電場；變化的電場產生磁場。(2)變化的電場和磁場總是相互聯系的，形成一個不可分割的統一的電磁場。(3)變化的電場和磁場由近及遠地向四周傳播，形成了電磁波。2．電磁波(1)麥克斯韋預言：電磁波在真空中的傳播速度等于光速c；光是電磁波。(2)赫茲通過實驗證實了電磁波的存在。〖判一判〗(1)變化的電場一定產生變化的磁場。(×)(2)磁場一定可以產生電場，電場也一定可以產生磁場。(×)(3)電磁波在真空和介質中傳播速度相同。(×)(4)只要有電場和磁場，就能產生電磁波。(×)(5)電磁波在同種介質中只能沿直線傳播。(×)二、無線電波的發射和接收1．有效發射電磁波的條件(1)要有足夠高的振蕩頻率。(2)振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間。2．電磁波的調制(1)載波：用于攜帶信號的高頻電磁波。(2)調制：使載波隨各種信號而改變的技術。(3)調幅(AM)：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變。(4)調頻(FM)：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變。3．無線電波的接收(1)電諧振：當接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產生的振蕩電流最強。(2)調諧：使接收電路產生電諧振的過程。(3)解調：把聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來。4．電視廣播的發射和接收(1)高頻電視信號的傳播方式主要有三種無線電傳輸、有線網絡傳輸以及衛星傳輸。(2)不同的傳播方式使用不同頻率范圍的電磁波，采取不同的調制方式。〖判一判〗(1)頻率越高，振蕩電路發射電磁波本領越大。(√)(2)電視臺發射的電磁波都經過了調制。(√)(3)當接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時，出現諧振現象。(√)(4)收音機能夠直接接收聲波。(×)(5)要使電視機的屏幕上出現圖像，必須將電視機接收到的無線信號解調。(√)三、電磁波譜1．電磁波譜：按電磁波的波長大小或頻率高低的順序排列成譜，叫作電磁波譜。2．按照波長從長到短依次排列為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。不同的電磁波由于具有不同的波長(頻率)，具有不同的特性。3．紅外線(1)紅外線是一種光波，波長比無線電波短，比可見光長。(2)所有物體都發射紅外線，熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強。(3)紅外線的應用主要有紅外遙感和紅外體溫計。4．紫外線(1)波長范圍在5～370__nm之間，不能引起人的視覺。(2)具有較高的能量，應用于滅菌消毒，具有較強的熒光效應，用來激發熒光物質發光。5．X射線和γ射線(1)X射線波長比紫外線短，有很強的穿透本領，用來檢查金屬構件內部有無裂紋或氣孔，醫學上用于檢查人體的內部器官。(2)γ射線波長比X射線更短，具有很高的能量，穿透力更強，醫學上用來治療某些癌癥，工業上也可用于探測金屬構件內部是否有缺陷。探究1麥克斯韋電磁場理論1．變化的磁場產生電場(1)均勻變化的磁場產生恒定的電場。(2)非均勻變化的磁場產生變化的電場。(3)周期性變化的磁場產生同頻率的周期性變化的電場。2．變化的電場產生磁場(1)均勻變化的電場產生恒定的磁場。(2)非均勻變化的電場產生變化的磁場。(3)周期性變化的電場產生同頻率的周期性變化的磁場。〖例1〗(2021·河南許昌市高二期末)手機無線充電是比較新穎的充電方式。如圖所示電磁感應式無線充電的原理與變壓器類似，通過分別安裝在充電基座和接收能量裝置上的線圈，利用產生的磁場傳遞能量。當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，就會在鄰近的受電線圈(副線圈)中產生感應電動勢，最終實現為手機電池充電。則關于受電線圈(副線圈)中產生的感應電動勢情況，下列說法正確的是()A．受電線圈(副線圈)中的感應電動勢恒定不變B．受電線圈(副線圈)中的感應電動勢周期性變化C．受電線圈(副線圈)中的感應電動勢大小不變、極性不斷變化D．受電線圈(副線圈)中的感應電動勢極性不變、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，根據麥克斯韋電磁場理論可知送電線圈中電流產生的磁場呈周期性變化，周期性變化的磁場產生周期性變化的電場，所以受電線圈中感應電流仍是正弦交流電，即受電線圈(副線圈)中的感應電動勢周期性變化。故選項B正確。〖針對訓練1〗(2021·首師大附中期末)用麥克斯韋電磁場理論判斷如圖所示的四組電場產生的磁場(或磁場產生的電場)隨時間t的變化規律，其中錯誤的是()〖答案〗C〖解析〗恒定的電場不產生磁場，選項A正確；均勻變化的電場產生恒定的磁場，選項B正確；周期性變化的磁場產生同頻率周期性變化的電場，產生的電場的電場強度與磁場的磁感應強度的變化率成正比，對于正弦曲線，t＝0時，磁場的磁感應強度的變化率最大，故產生的電場的電場強度最大，選項C錯誤，D正確。探究2電磁波的特點、發射和接收〖例2〗(多選)關于電磁場和電磁波，下列敘述中正確的是()A．均勻變化的電場在它周圍空間產生均勻變化的磁場B．電磁波和機械波一樣依賴于介質傳播C．電磁波中每一處的電場方向和磁場方向總是互相垂直，且與波的傳播方向垂直D．只要空間某個區域有振蕩的電場或磁場，就能產生電磁波〖答案〗CD〖解析〗均勻變化的電場和恒定電流一樣，只能產生恒定的磁場，所以A錯誤；電磁波不需要介質就能傳播；振蕩的電場和振蕩的磁場總是交替產生，且能由發生的區域向周圍空間傳播，產生電磁波，B錯誤，D正確；理論分析和實驗都證明電磁波是橫波，電磁場中E、B的方向跟波的傳播方向是互相垂直的，C正確。〖例3〗在無線電廣播的接收中，調諧和檢波是兩個必須經歷的過程，下列關于接收過程的順序，正確的是()A．調諧→高頻放大→檢波→音頻放大B．檢波→高頻放大→調諧→音頻放大C．調諧→音頻放大→檢波→高頻放大D．檢波→音頻放大→調諧→高頻放大〖答案〗A〖解析〗調諧是從眾多的電磁波中選出所需頻率的高頻信號，然后進行高頻放大，再從放大后的高頻信號中“檢”出高頻信號所承載的低頻聲音信號，最后將這些低頻聲音信號放大后通過揚聲器播放出來，綜上所述，A正確。〖針對訓練2〗(多選)關于電磁波和機械波，下列說法正確的是()A．電磁波和機械波的傳播都需要借助于介質B．電磁波在任何介質中傳播的速度都相同，而機械波的波速大小與介質密切相關C．電磁波和機械波都能產生干涉和衍射現象D．根據麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場產生磁場〖答案〗CD〖解析〗機械波的傳播需要借助于介質，但電磁波的傳播不需要借助介質，選項A錯誤；電磁波和機械波的傳播速度都與介質有關，選項B錯誤；電磁波和機械波都能產生干涉和衍射現象，選項C正確；變化的電場產生磁場，選項D正確。探究3電磁波譜〖例4〗新冠肺炎疫情突發，中華兒女風雨同舟、守望相助，筑起了抗擊疫情的巍峨長城。志愿者用非接觸式體溫測量儀，通過人體輻射的紅外線測量體溫，防控人員用紫外線燈在無人的環境下消殺病毒，為人民健康保駕護航。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比紫外線的長C．真空中紅外線的傳播速度比紫外線的大D．紅外線能發生偏振現象，而紫外線不能〖答案〗B〖解析〗因為紅外線的頻率小于紫外線，根據E＝hν，可知紅外線的光子能量比紫外線的小，故A錯誤；根據λ＝eq\f(c,ν)，可知紅外線的波長比紫外線的波長長，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錯誤；光都具有偏振現象，故D錯誤。〖針對訓練3〗(2021·湖南益陽市箴言中學高二期末)在新冠肺炎疫情防控中，體溫監測尤為重要。常用的手持式無接觸測溫槍工作時探測的是()A．紅外線 B．可見光C．紫外線 D．X射線〖答案〗A〖解析〗與溫度有關的是紅外線，故選項A正確。1．(麥克斯韋電磁場理論)(多選)用麥克斯韋的電磁場理論判斷，圖中表示電場(或磁場)產生磁場(或電場)的正確圖像是()〖答案〗BC〖解析〗A項中的左圖磁場是穩定的，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項錯誤；B項中的左圖是均勻變化的電場，應該產生穩定的磁場，所以B項正確；C項中的左圖是振蕩的磁場，它能產生同頻率的振蕩電場，且相位相差eq\f(π,2)，C項正確；同理D項錯誤。2．(麥克斯韋電磁場理論)根據麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()A．有電場的空間一定存在磁場，有磁場的空間也一定能產生電場B．在變化的電場周圍一定產生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產生變化的電場C．均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場D．周期性變化的磁場周圍空間一定產生周期性變化的電場〖答案〗D〖解析〗根據麥克斯韋電