2024-2025學(xué)年新教材高中物理第5章初識(shí)電磁場(chǎng)與電磁波3初識(shí)電磁波及其應(yīng)用學(xué)案魯科版必修3

PAGE10-第3節(jié)初識(shí)電磁波及其應(yīng)用必備學(xué)問(wèn)·自主學(xué)習(xí)一、電磁波的產(chǎn)生1.麥克斯韋電磁理論的兩個(gè)基本假設(shè):(1)改變的磁場(chǎng)能夠在四周空間產(chǎn)生電場(chǎng)。(2)改變的電場(chǎng)能夠在四周空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。圖甲改變的磁場(chǎng)在其四周空間產(chǎn)生電場(chǎng)。圖乙改變的電場(chǎng)在其四周空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。2.電磁場(chǎng):改變的電場(chǎng)和改變的磁場(chǎng)相互聯(lián)系在一起,就會(huì)在空間形成一個(gè)統(tǒng)一的、不行分割的電磁場(chǎng)。3.電磁波:(1)電磁波的產(chǎn)生:如圖所示,在空間交替改變的電磁場(chǎng)傳播出去就形成了電磁波。(2)電磁波的特點(diǎn):電磁波的傳播速度恰好與真空中的光速相同。(3)電磁波的驗(yàn)證:1888年,德國(guó)物理學(xué)家赫茲通過(guò)試驗(yàn)證明了電磁波的存在。4.關(guān)于電磁波下列說(shuō)法正確的是②③④。①恒定電流四周產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)又產(chǎn)生電場(chǎng)。②電磁波和光在真空中的傳播速度都是3.0×108③在空間交替改變的電磁場(chǎng)傳播出去就形成了電磁波。④改變的磁場(chǎng)能夠在四周空間產(chǎn)生電場(chǎng)。二、電磁波的應(yīng)用國(guó)際間的電視節(jié)目交換須要運(yùn)用太空中的衛(wèi)星中轉(zhuǎn),請(qǐng)問(wèn)節(jié)目信息是以怎樣的形式傳遞的?提示:是以電磁波的形式傳遞的。1.廣播、電視:用無(wú)線電波傳遞的聲音或畫(huà)面信號(hào)被送到放射天線發(fā)出,收音機(jī)或電視機(jī)接收到信號(hào)后,再將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為原來(lái)的聲音或圖像,我們就能收聽(tīng)到廣播、看到電視畫(huà)面了。2.手機(jī):手機(jī)通話是靠一種特別的無(wú)線通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3.雷達(dá):雷達(dá)系統(tǒng)由天線、放射機(jī)和接收機(jī)組成。4.衛(wèi)星通信:衛(wèi)星通信主要分為國(guó)際衛(wèi)星通信、區(qū)域衛(wèi)星通信和國(guó)內(nèi)衛(wèi)星通信。三、電磁污染及防護(hù)病人在拍片或者做CT時(shí)陪伴人員須要在門外等候,以避開(kāi)電磁輻射帶來(lái)的副作用,請(qǐng)問(wèn)防輻射門屬于電磁污染防護(hù)的哪個(gè)方面?提示:屬于從電磁波的傳播途徑來(lái)進(jìn)行防護(hù)。1.電磁污染又稱電磁波污染或射頻輻射污染。2.可以從電磁波源、電磁波的傳播途徑及受輻射的人這三個(gè)方面進(jìn)行防護(hù)。(1)磁場(chǎng)肯定可以產(chǎn)生電場(chǎng),電場(chǎng)也肯定可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。 (×)(2)在改變的電場(chǎng)四周,肯定存在著和它聯(lián)系著的磁場(chǎng)。 (√)(3)在改變的磁場(chǎng)四周肯定會(huì)產(chǎn)生改變的電場(chǎng)。 (×)(4)光是一種電磁波。 (√)(5)麥克斯韋預(yù)言并驗(yàn)證了電磁波的存在。 (×)(6)電磁波對(duì)人體沒(méi)有損傷。 (×)關(guān)鍵實(shí)力·合作學(xué)習(xí)學(xué)問(wèn)點(diǎn)一電磁波的產(chǎn)生條件1.電場(chǎng)、磁場(chǎng)的改變關(guān)系:提示:要留意電場(chǎng)或磁場(chǎng)是如何改變的,改變規(guī)律不同,產(chǎn)生的場(chǎng)的特點(diǎn)也不相同。2.周期性改變的電場(chǎng)和周期性改變的磁場(chǎng)相互聯(lián)系在一起,就會(huì)在空間形成一個(gè)統(tǒng)一的、不行分割的電磁場(chǎng)。3.對(duì)電磁波的理解:電磁波的傳播不須要介質(zhì),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)。電子感應(yīng)加速器就是用來(lái)獲得高速電子的裝置,其基本原理如圖所示,上、下為電磁鐵的兩個(gè)磁極,磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室,電磁鐵線圈中通入改變的電流,真空室中的帶電粒子就會(huì)被加速,其速率會(huì)越來(lái)越大。請(qǐng)思索:帶電粒子受到什么力的作用而被加速?假如線圈中通以恒定電流會(huì)使粒子加速嗎?這個(gè)現(xiàn)象告知我們什么道理?提示:帶電粒子受到電場(chǎng)力作用做加速運(yùn)動(dòng)。線圈中通入恒定電流時(shí),帶電粒子不會(huì)被加速。改變的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)?！镜淅筷P(guān)于電磁場(chǎng)理論,下列說(shuō)法正確的是 ()A.在電場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生磁場(chǎng),改變的磁場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生電場(chǎng)B.在改變的電場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生改變的磁場(chǎng),改變的磁場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生改變的電場(chǎng)C.勻稱改變的電場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生勻稱改變的磁場(chǎng)D.周期性改變的電場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生周期性改變的磁場(chǎng)【解析】選D。依據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,只有改變的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng),勻稱改變的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),非勻稱改變的電場(chǎng)才產(chǎn)生改變的磁場(chǎng),D正確,A、B、C錯(cuò)誤。1.某電路中電場(chǎng)隨時(shí)間改變的圖像如下列各圖所示,能放射電磁波的電場(chǎng)是 ()【解析】選D。圖A中電場(chǎng)不隨時(shí)間改變,不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng);圖B和圖C中電場(chǎng)都隨時(shí)間做勻稱的改變,只能在四周產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),也不會(huì)產(chǎn)生和放射電磁波;圖D中電場(chǎng)隨時(shí)間做不勻稱的改變,能在四周空間產(chǎn)生改變的磁場(chǎng),而這磁場(chǎng)的改變也是不勻稱的,又能產(chǎn)生改變的電場(chǎng),從而交織成一個(gè)不行分割的統(tǒng)一體,即形成電磁場(chǎng),能放射電磁波。2.(多選)依據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論,以下敘述中正確的是()A.教室中亮著的日光燈四周空間必有磁場(chǎng)和電場(chǎng)B.工作時(shí)的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器四周必有磁場(chǎng)和電場(chǎng)C.穩(wěn)定的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),穩(wěn)定的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)D.只要空間某處的電場(chǎng)或磁場(chǎng)發(fā)生改變,就會(huì)在其四周產(chǎn)生電磁波【解析】選A、B。教室中亮著的日光燈、工作時(shí)的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器中的電流是交變電流,在其四周產(chǎn)生交變磁場(chǎng)和電場(chǎng),故選項(xiàng)A、B正確;穩(wěn)定的電場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;只有周期性改變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生,才能由發(fā)生區(qū)域向外傳播形成電磁波,選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,帶電的平行板電容器C的兩個(gè)極板,在用絕緣工具將兩板間的距離勻速增大的過(guò)程中,電容器四周空間將 ()A.會(huì)產(chǎn)生改變的磁場(chǎng)B.會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)C.不產(chǎn)生磁場(chǎng)D.會(huì)產(chǎn)生周期性振蕩的磁場(chǎng)【解析】選A。電容器始終與電源相連,極板間的電勢(shì)差不變。依據(jù)板間電場(chǎng)強(qiáng)度E=可知,當(dāng)d增大時(shí),電場(chǎng)強(qiáng)度E減小,由于E與d成反比,隨d的增大,E與d不是線性關(guān)系,所以E的減小是不勻稱的,依據(jù)電磁場(chǎng)的理論可知,會(huì)產(chǎn)生改變的磁場(chǎng)。故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。學(xué)問(wèn)點(diǎn)二電磁波的應(yīng)用1.無(wú)線電波:無(wú)線電波用于通信和廣播。如手機(jī)、衛(wèi)星通訊等。2.紅外線:紅外線是一種光波,它的波長(zhǎng)比無(wú)線電波短,比可見(jiàn)光長(zhǎng)。全部物體都放射紅外線。主要用于加熱、遙測(cè)等。3.紫外線:人眼看不到比紫光波長(zhǎng)更短的電磁波。主要應(yīng)用:日光燈、殺菌消毒、治療皮膚病等。4.X射線和γ射線:波長(zhǎng)比紫外線更短的電磁波就是X射線和γ射線。主要應(yīng)用:探測(cè)、治療等。5.雷達(dá)的原理及特點(diǎn):(1)利用電磁波遇到障礙物發(fā)生反射的特性。(2)一般由天線系統(tǒng)、放射裝置、接收裝置、輸出裝置(顯示器)、電源、用于限制雷達(dá)工作和處理信號(hào)的計(jì)算機(jī)以及防干擾設(shè)備等構(gòu)成。紅外體溫計(jì)不用與人體接觸便可以快速測(cè)量體溫,如圖所示,你知道它的工作原理嗎?提示:依據(jù)體溫越高,輻射紅外線越強(qiáng)的原理?！镜淅繛榱梭w現(xiàn)高考的公允、公正,高考時(shí)很多地方在考場(chǎng)運(yùn)用手機(jī)信號(hào)屏蔽器,該屏蔽器在工作過(guò)程中以肯定的速度由低端頻率向高端頻率掃描,該掃描速度可以在手機(jī)接收?qǐng)?bào)文信號(hào)時(shí)形成亂碼干擾,手機(jī)不能檢測(cè)從基站發(fā)出的正常數(shù)據(jù),使手機(jī)不能與基站建立連接,達(dá)到屏蔽手機(jī)信號(hào)的目的,手機(jī)表現(xiàn)為搜尋網(wǎng)絡(luò)、無(wú)信號(hào)、無(wú)服務(wù)系統(tǒng)等現(xiàn)象。由以上信息可知 ()A.由于手機(jī)信號(hào)屏蔽器的作用,考場(chǎng)內(nèi)沒(méi)有電磁波了B.電磁波必需在介質(zhì)中才能傳播C.手機(jī)信號(hào)屏蔽器工作時(shí)基站發(fā)出的電磁波不能傳播到考場(chǎng)內(nèi)D.手機(jī)信號(hào)屏蔽器是通過(guò)放射電磁波干擾手機(jī)工作來(lái)達(dá)到目的的【解析】選D。電磁波在空間的存在,不會(huì)因手機(jī)信號(hào)屏蔽器而消逝,故A錯(cuò)誤;電磁波可以在真空中傳播,B錯(cuò)誤;由題意知手機(jī)信號(hào)屏蔽器工作過(guò)程中以肯定的速度由低端頻率向高端頻率掃描,干擾由基站發(fā)出的電磁波信號(hào),使手機(jī)不能正常工作,故C錯(cuò)誤,D正確。1.【母題追問(wèn)】在【典例】的情境中,考場(chǎng)內(nèi)的監(jiān)控?cái)z像頭能否正常運(yùn)用?提示:能正常運(yùn)用,監(jiān)控?cái)z像頭的信號(hào)是通過(guò)網(wǎng)線或者光纖傳輸?shù)摹?.(教材二次開(kāi)發(fā)·P146【節(jié)練習(xí)】T2變式)請(qǐng)你列舉出裝有屏蔽器的教室內(nèi),哪些儀器不能正常工作?【解析】屏蔽器會(huì)干擾無(wú)線傳輸,手機(jī)無(wú)法正常接收信號(hào),還會(huì)干擾老師教學(xué)時(shí)話筒與藍(lán)牙音箱的連接,教室內(nèi)的WiFi信號(hào)也會(huì)被干擾。答案:手機(jī)、藍(lán)牙音箱、無(wú)線路由器?！炯庸逃?xùn)練】在電視信號(hào)發(fā)送和接收的過(guò)程中,要用到很多電學(xué)部件,將元件名稱和它們?cè)陔娐分械淖饔眠B接起來(lái)。攝像機(jī) 將聲信號(hào)還原后放出話筒 向空中放射電磁波放射天線 接收空中的電磁波顯像管 將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)揚(yáng)聲器 將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)接收天線 將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)【解析】相應(yīng)的連線如下:答案:見(jiàn)解析【拓展例題】考查內(nèi)容:電磁波的放射與接收【典例】圖中A為某火箭放射場(chǎng),B為山區(qū),C為城市。放射場(chǎng)正在進(jìn)行某型號(hào)火箭的放射試驗(yàn)。為了傳播火箭放射的實(shí)況,在放射站建立了放射臺(tái),用于放射廣播與電視信號(hào)。已知傳輸無(wú)線電廣播所用的電磁波波長(zhǎng)為550m,而傳輸電視信號(hào)所用的電磁波波長(zhǎng)為0.566m,為了不讓山區(qū)攔住信號(hào)的傳播,使城市居民能收聽(tīng)和收看火箭放射的實(shí)況,必需通過(guò)建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)(選填“無(wú)線電廣播信號(hào)”或“電視信號(hào)”)。這是因?yàn)椤?/p>

【解析】從題中知,傳輸無(wú)線電廣播所用電磁波波長(zhǎng)為550m,簡(jiǎn)單繞過(guò)山坡而傳播到城市所在的C區(qū),因而不須要轉(zhuǎn)發(fā)裝置。電視信號(hào)所用的電磁波波長(zhǎng)為0.566m,其波長(zhǎng)很短,幾乎沿直線傳播,能傳播到山頂卻不能傳播到城市所在的C區(qū),要想使信號(hào)傳到C區(qū),必需通過(guò)建在山頂?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)。答案:電視信號(hào)電視信號(hào)頻率高,波長(zhǎng)短,幾乎沿直線傳播情境·模型·素養(yǎng)蕪湖步行街旁中和路新裝52盞“才智路燈”,除基本照明外,每盞路燈將安裝WiFi信號(hào)放射、手機(jī)充電接口等設(shè)備。探究:(1)WiFi信號(hào)的本質(zhì)是什么?(2)WiFi信號(hào)會(huì)不會(huì)產(chǎn)生污染?平安嗎?【解析】(1)WiFi信號(hào)是頻率較小的電磁波。(2)WiFi信號(hào)有肯定的污染,在功率比較小的狀況下是平安的。答案:見(jiàn)解析珠海國(guó)際航展會(huì)上,中國(guó)展出了先進(jìn)概念機(jī)“殲-31”,標(biāo)記著中國(guó)繼美國(guó)之后,成為世界上其次個(gè)同時(shí)研發(fā)兩款第四代隱形戰(zhàn)機(jī)的國(guó)家。隱形飛機(jī)的原理是在飛機(jī)研制過(guò)程中設(shè)法降低其可探測(cè)性,使之不易被敵方發(fā)覺(jué)、跟蹤和攻擊。探究:(1)雷達(dá)是如何定位飛機(jī)的?(2)“殲-31”是如何實(shí)現(xiàn)隱形的?【解析】(1)雷達(dá)向外放射電磁波,當(dāng)電磁波遇到飛機(jī)時(shí)就要發(fā)生反射,雷達(dá)通過(guò)接收反射回來(lái)的電磁波,就可以測(cè)定飛機(jī)的位置。(2)運(yùn)用汲取雷達(dá)電磁波材料,在雷達(dá)屏幕上顯示的反射信號(hào)很小、很弱,很難被發(fā)覺(jué)。答案:見(jiàn)解析課堂檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.(教材二次開(kāi)發(fā)·P152【單元自我檢測(cè)】T1變式)關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波,下列說(shuō)法中正確的是 ()A.電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播就是電磁波B.電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著,統(tǒng)稱為電磁場(chǎng)C.電磁波是一種物質(zhì),只能在真空中傳播D.電磁波傳播的速度總是3×108【解析】選A。電磁波的傳播不須要介質(zhì),在有介質(zhì)的空間內(nèi)可以傳播,在真空中也可以傳播,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;在真空中,任何頻率的電磁波的傳播速度跟光速相等,但是在不同的介質(zhì)中,電磁波的傳播速度一般不同,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤;改變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的,形成一個(gè)不行分別的統(tǒng)一體,這就是電磁場(chǎng),但是在某一區(qū)域存在獨(dú)立的電場(chǎng)和磁場(chǎng),不能叫電磁場(chǎng),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】關(guān)于電磁場(chǎng)、電磁波的相識(shí),下列說(shuō)法正確的是()A.電磁波的傳播須要介質(zhì)B.電磁波傳播的速度是光速C.電磁波傳播的過(guò)程中也傳遞了能量D.在電場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)四周肯定產(chǎn)生電場(chǎng)【解析】選C。周期性改變的電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互感應(yīng)產(chǎn)生,并向外傳播,從而形成電磁波,電磁波中含有能量,電磁波的傳播不須要介質(zhì),A錯(cuò)誤,C正確;電磁波在真空中傳播的速度是光速,故B錯(cuò)誤;只有改變的電場(chǎng)(磁場(chǎng))才能產(chǎn)生磁場(chǎng)(電場(chǎng)),D錯(cuò)誤。2.科學(xué)家曾經(jīng)設(shè)想通過(guò)高聳的天線塔,以無(wú)線電波的形式將電能輸送到指定地點(diǎn),但始終沒(méi)有在應(yīng)用層面上獲得勝利,其主要緣由是這類無(wú)線電波 ()A.在傳輸中很多能量被汲取B.在傳播中易受山脈阻隔C.向各個(gè)方向傳輸能量D.傳輸能量易造成電磁污染【解析】選C。電磁波可以向各個(gè)方向傳播,而電能的輸送須要定向傳播,則C正確,A、B、D錯(cuò)誤。3.如圖所示的四種磁場(chǎng)改變狀況,能產(chǎn)生圖中電場(chǎng)的是 ()【解析】選B。勻稱改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng),故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。4.科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍。電磁波的應(yīng)用也是這樣。它在使人類的生活發(fā)生日新月異改變的同時(shí)也存在副作用——電磁污染。頻率超過(guò)0.1MHz的電磁波的強(qiáng)度足夠大時(shí)就會(huì)對(duì)人體構(gòu)成威逼。依據(jù)有關(guān)規(guī)定,人體所受到的電磁輻射強(qiáng)度(即單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的電磁波的能量)不得