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

學(xué)習(xí)目標(biāo)

課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解電磁波，1.了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，知道電磁場(chǎng)的概念.

知道電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。道2.知道電磁波的特點(diǎn)，掌握電磁波波長(zhǎng)、頻率、波速之間的關(guān)系.

過(guò)實(shí)例，了解電磁波的應(yīng)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.

用及其帶來(lái)的影響

預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)

(一)課前閱讀:

1.如圖所示，戰(zhàn)爭(zhēng)中，天上有衛(wèi)星，空中有戰(zhàn)機(jī)，地上有戰(zhàn)車(chē)，海里有戰(zhàn)艦。你知道

是什么把這些戰(zhàn)場(chǎng)要素連成?個(gè)有機(jī)的整體的嗎？

2.

(1)觀(guān)察上面兩幅圖，變化的磁場(chǎng)所產(chǎn)生電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn)和以前所學(xué)靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn)有區(qū)

別嗎？

(2)變化的磁場(chǎng)一定能產(chǎn)生電磁波嗎？為什么？

(二)基礎(chǔ)梳理

①在變化的磁場(chǎng)中放入一個(gè)閉合電路，由于穿過(guò)電路的磁通量發(fā)

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)感應(yīng)線(xiàn)圈的

生變化，電路中會(huì)產(chǎn)生.這個(gè)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是變化的磁場(chǎng)在空

兩個(gè)金屬球間有火花跳過(guò)時(shí)，

間產(chǎn)生了一.

導(dǎo)線(xiàn)環(huán)的兩個(gè)金屬小球間也跳

②即使在變化的磁場(chǎng)中沒(méi)有閉合電路，也同樣會(huì)在空間產(chǎn)生

(2)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)過(guò)電火花。

變化的電場(chǎng)就像導(dǎo)線(xiàn)中的電流一樣，會(huì)在空間產(chǎn)生即—的電(1)赫茲實(shí)驗(yàn)證明了電磁

場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng).

波的存在。()

2.電磁場(chǎng)：變化的—和—互相聯(lián)系，所形成的不可分割的統(tǒng)

(2)電磁波不需要介質(zhì)可

一體.

在真空中傳播。()

(3)電磁波和光在真空中

的傳播速度都是3.0X108m/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(shí)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(chǎng)和____變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及【即學(xué)即練】

遠(yuǎn)地向周?chē)鷤鞑?，形成電磁?

1.判斷下列說(shuō)法的正誤.

2.特點(diǎn)判斷下列說(shuō)法的正誤.

(1)電磁波—在真空中傳播.(1)變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)，

(2)電磁波的傳播速度等于_.但變化的電場(chǎng)不能產(chǎn)生磁

(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場(chǎng).()

振動(dòng).(2)電磁波在空氣中可以傳播，

在其空中不能傳播.()

(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(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、

紫外線(xiàn)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【拓展補(bǔ)充】光子刀

(1)概念：按電磁波的—或—大小的順序把它們排列起來(lái)，就

是電磁波譜.

(2)電磁波的波速。與波長(zhǎng)以頻率/的關(guān)系是。="

(3)電磁波在真空中的速度。=_____.

(4)各種電磁波按波長(zhǎng)由大到小排列順序?yàn)椋?、紅外線(xiàn)、一

—_、、X射線(xiàn)、了射線(xiàn).“光子刀”具有附帶損傷

(5)各種電磁波的特性

小，術(shù)后恢復(fù)快等特點(diǎn)，被廣

①無(wú)線(xiàn)電波：用于_、衛(wèi)星通信、一等的信號(hào)傳輸.

泛應(yīng)用于各種惡性腫瘤的治療

②紅外線(xiàn)：用來(lái)______等.

③可見(jiàn)光：照亮白然界,也可用于—.中。那么，你知道這種“光子

④紫外線(xiàn)：用于—.刀”工作在什么波段？該波段

⑤X射線(xiàn)：用于診斷病情.有什么特點(diǎn)嗎？

⑥Y射線(xiàn)：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).

探究提升

一、麥克斯韋電磁場(chǎng)理論

I.麥克斯韋電磁場(chǎng)埋論

(1)變化的磁場(chǎng)周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生電場(chǎng)

麥克斯韋提出，在變化的磁場(chǎng)周?chē)鷷?huì)激發(fā)出一種電場(chǎng)，不管有無(wú)閉合電路，變化的磁場(chǎng)激發(fā)

的電場(chǎng)總是存在的，如圖所示.

8(增大)

C.電磁波和機(jī)械波都依賴(lài)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(zhǎng)由大到小排列順序?yàn)闊o(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、丫射線(xiàn).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(lèi)波長(zhǎng)范圍特性應(yīng)用

通信、廣播、射電望遠(yuǎn)

無(wú)線(xiàn)電波大于1mm波動(dòng)能力強(qiáng)

鏡

烘干、紅外遙感、測(cè)

紅外線(xiàn)760?IO,nm熱作用強(qiáng)

溫、夜視儀

可見(jiàn)光400?760nm感光性強(qiáng)照明、照相

消毒、熒光效應(yīng)、促使

紫外線(xiàn)10?4)0nm化學(xué)作用、熒光作用

人體合成維生素D

透視人體、檢查金屬零

X射線(xiàn)0.001~10nm較強(qiáng)的穿透能力

件的質(zhì)量

醫(yī)學(xué)上的丫刀技術(shù)、探

Y射線(xiàn)小于10~3nm穿透能力最強(qiáng)

測(cè)金屬內(nèi)部的缺陷

例3.下面列出一些醫(yī)療器械的名稱(chēng)和這些器械運(yùn)用的物理現(xiàn)象.請(qǐng)將相應(yīng)的字母填寫(xiě)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(xiàn)燈，.

⑶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(xiàn)具有顯著的熱效應(yīng)

B.紫外線(xiàn)具有很強(qiáng)的熒光作用

C.紫外線(xiàn)具有殺菌消毒作用

D.X射線(xiàn)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(guò)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)一樣，是?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(guān)存在的，具有通常物質(zhì)所具有的質(zhì)量和能量等客觀(guān)屬性.

(2)電磁波具有能量

從場(chǎng)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，電場(chǎng)具有電場(chǎng)能，磁場(chǎng)具有磁場(chǎng)能，電磁場(chǎng)具有電磁能，電磁波發(fā)射的過(guò)

程就是輻射能量的過(guò)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(xiàn)傳播，也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳播.

有線(xiàn)傳播利用金屬導(dǎo)線(xiàn)、光纖等有形媒介傳送信息，如臺(tái)式電腦、電話(huà)等，具體的媒介有:

光纖、電纜、電話(huà)線(xiàn)、網(wǎng)線(xiàn)等.

無(wú)線(xiàn)傳播僅利用電磁波而不通過(guò)線(xiàn)纜傳遞信息，如收音機(jī)、手機(jī)、GPS、無(wú)線(xiàn)鼠標(biāo)等.

(2)傳輸特點(diǎn)

電磁波的頻率越高，相同時(shí)間傳遞的信息量越大，由于光的頻率比無(wú)線(xiàn)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(dòng)通信技術(shù)”的簡(jiǎn)稱(chēng)，目前世界各國(guó)正大力發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)

使用的無(wú)線(xiàn)電波通信頻率在3.0GHz以上的超高頻段和極高頻段，比H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(shí)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(wú)線(xiàn)電波，下列說(shuō)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(zhǎng)更長(zhǎng)

C.在真空中的波長(zhǎng)與4G網(wǎng)絡(luò)使用的無(wú)線(xiàn)電波相同

D.頻率更高，相同時(shí)間傳遞的信息量更大

體系構(gòu)建

記憶清單

1.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解

恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)

均勻變化的電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)

不均勻變化的電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生變化的磁不均勻變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生變化的電

場(chǎng)場(chǎng)

周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化

的磁場(chǎng)的電場(chǎng)

2.電場(chǎng)、磁場(chǎng)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(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)才能形成電磁波。

(2)電磁場(chǎng)中儲(chǔ)存著能量，電磁波的發(fā)射過(guò)程就是輻射電磁能的過(guò)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=3XIO8m/so

(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(zhǎng)、頻率與波速之間的關(guān)系

(1)波速=波長(zhǎng)X頻率，即

(2)頻率由波源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，而波長(zhǎng)、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(shí)，頻率不變，波速、波長(zhǎng)發(fā)生改變。

(3)不同頻率的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，傳播速度不同。

5.各種頻率不同的電磁波既有共性，又有個(gè)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(gè)性：不同電磁波的頻率或波長(zhǎng)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(zhǎng)或頻率大小的順序把他們排列成譜。無(wú)線(xiàn)電波、

紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、倫琴射線(xiàn)(X射線(xiàn))、Y射線(xiàn)等合起來(lái)，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(méi)有嚴(yán)格的界限。

波譜特性應(yīng)用

無(wú)線(xiàn)電波波動(dòng)性強(qiáng)通訊廣播、導(dǎo)航等

紅外線(xiàn)熱作用加熱理療

可見(jiàn)光感光性強(qiáng)照明、照相

紫外線(xiàn)熒光效應(yīng)殺菌消毒、醫(yī)療等

X射線(xiàn)穿透能力較強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)學(xué)透視

Y射線(xiàn)穿透能力最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)學(xué)治療

強(qiáng)化訓(xùn)練

一、單選題

1.電磁波在口常生活中有著廣泛的應(yīng)用。下列說(shuō)法正確的是（）

A.微波爐加熱食物是利用了紅外線(xiàn)的熱作用

B.紅外線(xiàn)應(yīng)用在遙感技術(shù)中，是利用了它穿透本領(lǐng)連的特性

C.醫(yī)院用X射線(xiàn)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(xiàn)滅菌消毒，是因?yàn)樽贤饩€(xiàn)具有較高的能量

2.關(guān)于電磁波的傳播速度表達(dá)式。=以；下列理解正確論是（）

A.電磁波在真空中的傳播速度隨波長(zhǎng)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(shí)，它在真空中的波長(zhǎng)不變

D.當(dāng)電磁波的頻率減小時(shí)，它在真空中的波長(zhǎng)增大

3.在電磁波譜中，下列說(shuō)法正確的是（）

A.各種電磁波有明顯的頻率和波長(zhǎng)區(qū)域界限

B.Y射線(xiàn)的頻率一定大于X射線(xiàn)的頻率

C.X射線(xiàn)的波長(zhǎng)一定大于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)

D.可見(jiàn)光的波長(zhǎng)一定比無(wú)線(xiàn)電波的波長(zhǎng)短

4.在物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中，觀(guān)測(cè)、實(shí)驗(yàn)、假說(shuō)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(guān)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(guān)察到，在通有恒定電流的靜止導(dǎo)線(xiàn)附近的固定導(dǎo)線(xiàn)圈中會(huì)出現(xiàn)感

應(yīng)電流

C.麥克斯韋從場(chǎng)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(cè)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(guò)程中設(shè)法降低其可探測(cè)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(shí)，判斷下列說(shuō)法正確的是（）

A.運(yùn)用防蔽色涂層，無(wú)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(huì)產(chǎn)生感

應(yīng)甩流

D.主要是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、噴氣尾管等因?yàn)楦邷厝菀桩a(chǎn)生紫外線(xiàn)輻射的部位采取隔熱、降溫

等措施，使其不易被對(duì)方發(fā)現(xiàn)和攻擊

6.5G是"第五代移動(dòng)通信技術(shù)〃的簡(jiǎn)稱(chēng)，其最顯著的特征之?是具有超高速的數(shù)據(jù)傳輸速

率。5G信號(hào)一般采用3.3x109?6x109Hz頻段的無(wú)線(xiàn)電波，而現(xiàn)行第四代移動(dòng)通信技術(shù)4G

的頻段范圍是1.88X109~2.64X109HZ,則（）

A.5G信號(hào)相比于4G信號(hào)更不容易繞過(guò)障礙物，所以5G通信需要搭建更密集的基站

B.5G信號(hào)比4G信號(hào)所用的無(wú)線(xiàn)電波在真空中傳播得更快

C.空間中的5G信號(hào)和4G信號(hào)相遇會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象

D.5G信號(hào)是橫波，4G信號(hào)是縱波

7.電磁波在空氣中的傳播速度為外北京交通廣播電臺(tái)發(fā)射電磁波的頻率為了,該電磁波

在空氣中傳播的波長(zhǎng)2為（）

1fv

A.vfB.—C.—D.—

vfvf

8.1864年，英國(guó)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(chǎng)理

論。下列說(shuō)法正確的是（）

沿二軸傳播的電磁波

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)出的紅外淺波長(zhǎng)和醫(yī)院CT中的X射線(xiàn)波長(zhǎng)相同

D.變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電場(chǎng)

二、多選題

9.關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法正確的是（）

A.甩磁波在真空中的傳播