4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用[學(xué)習(xí)目標]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，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、電磁場與電磁波1．麥克斯韋電磁場理論(1)變化的磁場產(chǎn)生電場①在變化的磁場中放一個閉合的電路，由于穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流．這個現(xiàn)象的實質(zhì)是變化的磁場在空間產(chǎn)生了電場．②即使在變化的磁場中沒有閉合電路，也同樣要在空間產(chǎn)生電場．(2)變化的電場產(chǎn)生磁場變化的電場也相當于一種電流，也在空間產(chǎn)生磁場，即變化的電場在空間產(chǎn)生磁場．2．電磁場：變化的電場和變化的磁場所形成的不可分割的統(tǒng)一體．3．電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生：周期性變化的電場和周期性變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠向周圍傳播，形成電磁波．(2)電磁波的特點①電磁波可以在真空中傳播．②電磁波的傳播速度等于光速．③光在本質(zhì)上是一種電磁波．即光是以波動形式傳播的一種電磁振動．(3)電磁波的波速①波速、波長、頻率三者之間的關(guān)系：波速＝波長×頻率．電磁波的波速c與波長λ、頻率f的關(guān)系是c＝λf.②電磁波在真空中的傳播速度c＝3×108m/s.二、電磁波譜與電磁波的能量1．電磁波譜(1)概念：按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列成譜，叫作電磁波譜．(2)各種電磁波按波長由大到小排列順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線．(3)各種電磁波的特性①無線電波：用于廣播、衛(wèi)星通信、電視等信號的傳輸．②紅外線：用于加熱理療等．③可見光：照亮自然界，也可用于通信．④紫外線：用于滅菌消毒．⑤X射線和γ射線：用于診斷病情、摧毀病變的細胞．2．電磁波的能量(1)光是一種電磁波，光具有能量．(2)電磁波具有能量，電磁波是一種物質(zhì)．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、可見光、紅外線、紫外線都屬于電磁波．(√)一、麥克斯韋電磁場理論1．變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場也在周圍空間產(chǎn)生磁場．2．均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場．3．振蕩的磁場產(chǎn)生同頻率振蕩的電場，振蕩的電場產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場．4．周期性變化的電場和磁場相互聯(lián)系，形成一個統(tǒng)一的場，就是電磁場，而電磁場由近及遠地向周圍空間傳播形成電磁波．(多選)關(guān)于電磁場理論的敘述正確的是()A．變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關(guān)B．周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率變化的電場C．變化的電場和穩(wěn)定的磁場相互關(guān)聯(lián)，形成一個統(tǒng)一的場，即電磁場D．電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場答案AB解析變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，當電場中有閉合回路時，回路中有電流，若無閉合回路，電場仍然存在，A正確；周期性變化的磁場產(chǎn)生的電場一定也是周期性變化的，且頻率相同，B正確；若形成電磁場必須有周期性變化的電場和磁場，C錯誤；只有變化的電場才能產(chǎn)生磁場，只有變化的磁場才能產(chǎn)生電場，D錯誤．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，電磁場由近及遠傳播，形成電磁波．2．電磁波的特點(1)電磁波的傳播不需要介質(zhì)．在真空中傳播速度等于光速c＝3×108m/s.(2)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．(3)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．(4)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.(多選)下列關(guān)于電磁波的說法中正確的是()A．只要電場和磁場發(fā)生變化，就能產(chǎn)生電磁波B．電磁波的傳播需要介質(zhì)C．停止發(fā)射電磁波，發(fā)射出去的電磁波仍能獨立存在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答案CD解析要想產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，變化的電場(或磁場)產(chǎn)生的磁場(或電場)必須是周期性變化的，A錯誤；電磁波是物質(zhì)波，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，B錯誤；電磁波可以脫離“波源”而獨立存在，C正確；電磁波具有能量，電磁波傳播的過程，也就是能量的傳播過程，D正確．電磁波在真空中傳播的速度c＝3.00×108m/s，有一個廣播電臺的頻率f＝90.0MHz，這個電臺發(fā)射的電磁波的波長λ為()A．2.70m B．270mC．3.00m D．3.33m答案D解析根據(jù)λ＝eq\f(c,f)得，λ＝eq\f(3.00×108,90.0×106)m≈3.33m.三、電磁波譜1．電磁波譜電磁波譜的順序為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線．它們共同構(gòu)成了范圍廣闊的電磁波譜．2．不同波長的電磁波的比較名稱特性無線電波紅外線可見光紫外線X射線γ射線主要應(yīng)用通信、廣播紅外探測器、紅外體溫計引起視覺滅菌、消毒、防偽醫(yī)學(xué)透視、安檢治療疾病、金屬探傷真空中的速度都是c＝3×108m/s頻率小→大同介質(zhì)中速度大→小下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運用的物理現(xiàn)象．請將相應(yīng)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．光的全反射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E．紅外線具有顯著的熱效應(yīng)F．紅外線波長較長，易發(fā)生衍射答案(1)D(2)C(3)E解析(1)X光機是用來透視人的體內(nèi)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傷害，因此采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，因此選D.(2)紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應(yīng)用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，因此選C.(3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應(yīng)，使人體局部受熱，血液循環(huán)加快，因此選E.1．(電磁波)(多選)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()A．麥克斯韋用實驗成功地證明了電磁波的存在B．電磁波的傳播不需要借助任何介質(zhì)C．電磁波的傳播過程是電磁場能的傳播過程D．均勻變化的電場一定能形成電磁波答案BC解析麥克斯韋提出電磁場理論，赫茲用實驗證明了電磁波的存在，A錯誤；電磁波可以在真空中傳播，B正確；電磁波是將電磁場能傳播出去，C正確；均勻變化的電場形成的磁場是穩(wěn)定的，無法形成電磁波，D錯誤．2．(電磁波譜)下列各組電磁波中，按波長由長到短排列正確的是()A．紅外線、紫外線、可見光、γ射線B．γ射線、紫外線、紅外線、可見光C．γ射線、紫外線、可見光、紅外線D．紅外線、可見光、紫外線、γ射線答案D3．(電磁波的特性)(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是()A．X射線對生命物質(zhì)有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變B．γ射線是波長最短的電磁波，它的頻率比X射線還要高C．紫外線的頻率比紫光低D．在電磁波譜中，穿透能力最強的是X射線答案AB解析X射線對生命物質(zhì)有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變，選項A正確；γ射線是波長最短的電磁波，它的頻率比X射線還要高，選項B正確；在電磁波譜中從無線電波到γ射線，波長逐漸減小，頻率逐漸增大，紫外線的頻率比紫光高，在電磁波譜中γ射線的穿透能力最強，選項C、D錯誤.考點一麥克斯韋電磁場理論1．(多選)下列說法中，正確的有()A．最早發(fā)現(xiàn)電和磁有密切聯(lián)系的科學(xué)家是奧斯特B．電磁感應(yīng)現(xiàn)象是法拉第發(fā)現(xiàn)的C．建立完整的電磁場理論的科學(xué)家是麥克斯韋D．最早預(yù)言電磁波存在的科學(xué)家是赫茲答案ABC解析最早預(yù)言電磁波存在的科學(xué)家是麥克斯韋，赫茲用實驗證明了電磁波的存在，D錯誤；由物理學(xué)史的知識可知，A、B、C正確．2．(多選)關(guān)于電磁場的理論，下列說法中正確的是()A．變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場一定是變化的B．變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場不一定是變化的C．均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生的電場也是均勻變化的D．周期性變化的電場在周圍空間產(chǎn)生同樣頻率的周期性變化的磁場答案BD3．(多選)某電場中電場強度隨時間變化的圖像如選項圖所示，能產(chǎn)生磁場的電場是()答案ABC解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知變化的電場產(chǎn)生磁場，選項A、B、C正確．考點二電磁波譜及電磁波的應(yīng)用4．(多選)關(guān)于光波和無線電波，下列說法正確的是()A．都是電磁波B．都可以在真空中傳播C．在真空中的傳播速度都是3×108m/sD．二者的波長、頻率均相同答案ABC解析光波和無線電波本質(zhì)上都是電磁波，都可以在真空中傳播，在真空中傳播的速度都是3×108m/s，A、B、C對；光波和無線電波波長、頻率不同，D錯．5．(多選)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射線的波長有可能等于紫外線波長D．可見光波長一定比無線電波的短答案CD解析X射線和γ射線、X射線和紫外線有一部分頻率重疊，界限不明顯，故A、B錯誤，C正確；可見光波長一定比無線電波波長短，故D正確．6．關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用，下列說法正確的是()A．紅外線和X射線都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體B．過強的紫外線照射有利于人的皮膚健康C．電磁波中頻率最大的是X射線D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光答案D解析X射線有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)透視人體，紅外線沒有，A錯誤；過強的紫外線照射對人的皮膚有害，B錯誤；電磁波中頻率最大的是γ射線，C錯誤；紫外線和X射線都具有明顯的化學(xué)反應(yīng)，可以使感光底片感光，故D正確．7．關(guān)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，聲波不能傳遞信息B．手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C．太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同D．遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同答案B解析無論是電磁波還是聲波，都可以傳遞能量和信息，則A項錯誤；手機通話時，打電話人的手機將聲波轉(zhuǎn)化成電磁波，接收者的手機再將電磁波轉(zhuǎn)換成聲波，B項正確；太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波的傳播速度不相同，C項錯誤；遙控器發(fā)出的紅外線頻率和醫(yī)院“CT”中的X射線頻率不同，它們的波長也不相同，D項錯誤．8．間諜衛(wèi)星上裝有某種遙感照相機，可用來探測軍用和民用目標．這種照相機能拍到晚上關(guān)燈行駛的汽車，即使車隊離開，也瞞不過它．這種遙感照相機敏感的電磁波屬于()A．可見光波段 B．紅外線波段C．紫外線波段 D．X射線波段答案B解析一切物體在任何情況下都輻射紅外線，但不能隨意輻射可見光、紫外線和X射線，故這種遙感照相機敏感的電磁波屬于紅外線波段，B正確．9．頻率為5×1014Hz的紅光，從10m外的交通信號燈傳到你的眼睛，大約需要多長時間？在這個距離中有多少個波長？答案3.3×10－8s1.7×107個解析由c＝λf得，該紅光的波長λ＝eq\f(c,f)＝eq\f(3×108,5×1014)m＝6×10－7m．傳到眼睛需要的時間是t＝eq\f(x,c)＝eq\f(10,3×108)s≈3.3×10－8s，在這個距離中的波長數(shù)有n＝eq\f(x,λ)＝eq\f(10,6×10－7)≈1.7×107(個)．10．波長為50～100m的無線電波