人教高中物理同步講義練習(xí)必修三13.4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用（原卷版）

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)用課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)通過實(shí)驗(yàn)，了解電磁波，知道電磁場的物質(zhì)性。通過實(shí)例，了解電磁波的應(yīng)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(diǎn)，掌握電磁波波長、頻率、波速之間的關(guān)系.3.知道電磁波譜中各種電磁波的排列順序，了解各種電磁波的應(yīng)用，了解電磁波的能量．（一）課前閱讀：1．如圖所示，戰(zhàn)爭中，天上有衛(wèi)星，空中有戰(zhàn)機(jī)，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(jī)的整體的嗎？2.(1)觀察上面兩幅圖，變化的磁場所產(chǎn)生電場的電場線和以前所學(xué)靜電場的電場線有區(qū)別嗎？(2)變化的磁場一定能產(chǎn)生電磁波嗎？為什么？（二）基礎(chǔ)梳理一、電磁場1．麥克斯韋電磁場理論(1)變化的磁場產(chǎn)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(chǎn)生．這個現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是變化的磁場在空間產(chǎn)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(chǎn)生．(2)變化的電場產(chǎn)生磁場變化的電場就像導(dǎo)線中的電流一樣，會在空間產(chǎn)生，即的電場產(chǎn)生磁場．2．電磁場：變化的和互相聯(lián)系，所形成的不可分割的統(tǒng)一體．【拓展補(bǔ)充】赫茲的實(shí)驗(yàn)：如圖所示。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)感應(yīng)線圈的兩個金屬球間有火花跳過時，導(dǎo)線環(huán)的兩個金屬小球間也跳過電火花。(1)赫茲實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在。()(2)電磁波不需要介質(zhì)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(yù)言并驗(yàn)證了電磁波的存在。()(5)電磁波是帶有能量的，在介質(zhì)中傳播時能把部分能量傳遞給介質(zhì)。()二、電磁波1．產(chǎn)生：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成電磁波．2．特點(diǎn)(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(zhì)上是一種電磁波．即光是以形式傳播的一種電磁振動．【即學(xué)即練】判斷下列說法的正誤.判斷下列說法的正誤．(1)變化的磁場可以產(chǎn)生電場，但變化的電場不能產(chǎn)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順序把它們排列起來，就是電磁波譜．(2)電磁波的波速c與波長λ、頻率f的關(guān)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順序?yàn)椋骸⒓t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(zhì)．【拓展補(bǔ)充】光子刀“光子刀”具有附帶損傷小，術(shù)后恢復(fù)快等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)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(diǎn)嗎？一、麥克斯韋電磁場理論1．麥克斯韋電磁場理論(1)變化的磁場周圍會產(chǎn)生電場麥克斯韋提出，在變化的磁場周圍會激發(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)變化的電場周圍會產(chǎn)生磁場麥克斯韋從場的觀點(diǎn)得出，即使沒有電流存在，只要空間某處的電場發(fā)生變化，就會在其周圍產(chǎn)生磁場．2．對麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的磁場不產(chǎn)生電場恒定的電場不產(chǎn)生磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場周期性變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場周期性變化的電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場【典例精析】例1關(guān)于麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()A．電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場B．穩(wěn)定的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，穩(wěn)定的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場C．均勻變化的電場周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生均勻變化的電場D．周期性變化的電場周圍產(chǎn)生周期性變化的磁場，周期性變化的磁場周圍產(chǎn)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(chǎn)生，形成電磁場，電磁場由近及遠(yuǎn)傳播，形成電磁波．2．電磁波的特點(diǎn)(1)在傳播方向上，任意一點(diǎn)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，電磁波的發(fā)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(zhì)——場物質(zhì)．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(guān)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(chǎn)生電磁波B．麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在，赫茲最先用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在C．電磁波和機(jī)械波都依賴于介質(zhì)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順序?yàn)闊o線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線．它們共同構(gòu)成了范圍廣闊的電磁波譜．2．不同電磁波的特性和用途種類波長范圍特性應(yīng)用無線電波大于1mm波動能力強(qiáng)通信、廣播、射電望遠(yuǎn)鏡紅外線760～106nm熱作用強(qiáng)烘干、紅外遙感、測溫、夜視儀可見光400～760nm感光性強(qiáng)照明、照相紫外線10～400nm化學(xué)作用、熒光作用消毒、熒光效應(yīng)、促使人體合成維生素DX射線0.001～10nm較強(qiáng)的穿透能力透視人體、檢查金屬零件的質(zhì)量γ射線小于10－3nm穿透能力最強(qiáng)醫(yī)學(xué)上的γ刀技術(shù)、探測金屬內(nèi)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(yùn)用的物理現(xiàn)象．請將相應(yīng)的字母填寫在運(yùn)用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上．(1)X光機(jī)，.(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(yīng)B．紫外線具有很強(qiáng)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(qiáng)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(zhì)存在的一種特殊形式電磁波和我們學(xué)過的電場、磁場一樣，是一種特殊的物質(zhì)，不是由分子、原子所組成的，與通常的實(shí)物不同，但它是客觀存在的，具有通常物質(zhì)所具有的質(zhì)量和能量等客觀屬性．(2)電磁波具有能量從場的觀點(diǎn)來看，電場具有電場能，磁場具有磁場能，電磁場具有電磁能，電磁波發(fā)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(shí)現(xiàn)無線傳播．有線傳播利用金屬導(dǎo)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(wǎng)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(jī)、手機(jī)、GPS、無線鼠標(biāo)等．(2)傳輸特點(diǎn)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(shù)”的簡稱，目前世界各國正大力發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)(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(wǎng)絡(luò)的傳輸速率(指單位時間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大小)可達(dá)20Gbps.關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場2．電場、磁場的變化關(guān)系可用下面的框圖表示3．電磁波的特點(diǎn)(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，電磁波的發(fā)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(zhì)，但它可以在其他介質(zhì)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(guān)系(1)波速＝波長×頻率，即c＝λf。(2)頻率由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)，而波長、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，頻率不變，波速、波長發(fā)生改變。(3)不同頻率的電磁波在同一介質(zhì)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，又有個性(1)共性：本質(zhì)上都是電磁波，它們的行為遵循相同的規(guī)律。(2)個性：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(yīng)用：按電磁波的波長或頻率大小的順序把他們排列成譜。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(gòu)成了范圍非常廣闊的電磁波譜，但相鄰波譜之間并沒有嚴(yán)格的界限。波譜特性應(yīng)用無線電波波動性強(qiáng)通訊廣播、導(dǎo)航等紅外線熱作用加熱理療可見光感光性強(qiáng)照明、照相紫外線熒光效應(yīng)殺菌消毒、醫(yī)療等X射線穿透能力較強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)學(xué)透視γ射線穿透能力最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)學(xué)治療一、單選題1．電磁波在日常生活中有著廣泛的應(yīng)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(yīng)用在遙感技術(shù)中，是利用了它穿透本領(lǐng)強(qiáng)的特性C．醫(yī)院用X射線進(jìn)行透視，是因?yàn)樗歉鞣N電磁波中穿透能力最強(qiáng)的D．利用紫外線滅菌消毒，是因?yàn)樽贤饩€具有較高的能量2．關(guān)于電磁波的傳播速度表達(dá)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(dāng)電磁波的頻率減小時，它在真空中的波長不變D．當(dāng)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射線的頻率一定大于X射線的頻率C．X射線的波長一定大于可見光的波長D．可見光的波長一定比無線電波的波長短4．在物理學(xué)發(fā)展過程中，觀測、實(shí)驗(yàn)、假說和邏輯推理等方法都起到了重要作用。下列敘述符合史實(shí)的是（）A．奧斯特在實(shí)驗(yàn)中觀察到電流的磁效應(yīng)，揭示了電和磁存在聯(lián)系B．法拉第在實(shí)驗(yàn)中觀察到，在通有恒定電流的靜止導(dǎo)線附近的固定導(dǎo)線圈中會出現(xiàn)感應(yīng)電流C．麥克斯韋從場的角度總結(jié)電與磁的聯(lián)系，證實(shí)了電磁波的存在D．法拉第用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，并測出電磁波與光的傳播速度相同5．隱形飛機(jī)的原理是在飛機(jī)研制過程中設(shè)法降低其可探測性，使之不易被敵方發(fā)現(xiàn)、跟蹤和攻擊。根據(jù)你所學(xué)的物理知識，判斷下列說法正確的是（）A．運(yùn)用隱蔽色涂層，無論距你多近的距離，你也不能看到它B．使用吸收雷達(dá)電磁波的材料，在雷達(dá)屏幕上顯示的反射信息很小、很弱，很難被發(fā)現(xiàn)C．使用吸收雷達(dá)電磁波涂層后，傳播到復(fù)合金屬機(jī)翼上的電磁波在機(jī)翼上不會產(chǎn)生感應(yīng)電流D．主要是對發(fā)動機(jī)、噴氣尾管等因?yàn)楦邷厝菀桩a(chǎn)生紫外線輻射的部位采取隔熱、降溫等措施，使其不易被對方發(fā)現(xiàn)和攻擊6．5G是“第五代移動通信技術(shù)”的簡稱，其最顯著的特征之一是具有超高速的數(shù)據(jù)傳輸速率。5G信號一般采用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(shù)4G的頻段范圍是1.88×109~2.64×109Hz，則（）A．5G信號相比于4G信號更不容易繞過障礙物，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(chǎn)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。北京交通廣播電臺發(fā)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(xué)家麥克斯韋在前人研究電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)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(zhì)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(chǎn)生磁場，變化的磁場不能產(chǎn)生電場二、多選題9．關(guān)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(guān)B．雷達(dá)是利用電磁波來進(jìn)行定位和導(dǎo)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(shí)現(xiàn)無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸10．關(guān)于電磁場和電磁波，下列說法正確的是（）A．任何電場都會產(chǎn)生磁場B．任何磁場都會產(chǎn)生電場C．麥