第4節(jié)電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用(講案)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，也同樣會在空間產(chǎn)生電場．(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)生磁場，即變化的電場產(chǎn)生磁場．2．電磁場：變化的電場和磁場互相聯(lián)系，所形成的不可分割的統(tǒng)一體．二、電磁波1．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，由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波．2．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．三、電磁波譜電磁波的能量電磁波通信1．電磁波譜(1)概念：按電磁波的波長或頻率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＝3×108m/s.(4)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．(5)各種電磁波的特性①無線電波：用于廣播、衛(wèi)星通信、電視等的信號傳輸．②紅外線：用來加熱理療等．③可見光：照亮自然界，也可用于通信．④紫外線：用于消毒．⑤X射線：用于診斷病情．⑥γ射線：可以摧毀病變的細胞．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)．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1所示．圖1(2)變化的電場周圍會產(chǎn)生磁場麥克斯韋從場的觀點得出，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產(chǎn)生同頻率的周期性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例1(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(dāng)電場中有閉合電路時，電路中有電流，若無閉合電路，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．針對訓(xùn)練1(2022·四川·期中)下列關(guān)于麥克斯韋的電磁場理論說法正確的是()A．變化的磁場產(chǎn)生的電場一定是變化的B．不均勻變化的電場產(chǎn)生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場產(chǎn)生不均勻變化的電場C．穩(wěn)定的磁場產(chǎn)生不穩(wěn)定的電場D．振蕩的磁場在周圍空間產(chǎn)生的電場是振蕩的答案D解析根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論可知，變化的磁場周圍能產(chǎn)生電場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，故A錯誤；不均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，磁場有可能不是均勻變化的；均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，故B錯誤；穩(wěn)定的磁場其周圍不產(chǎn)生電場，故C錯誤；振蕩的磁場在周圍空間產(chǎn)生的電場是振蕩的，振蕩的電場在周圍空間產(chǎn)生的磁場也是振蕩的，故D正確．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)在傳播方向上，任意一點的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.圖2(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.例2(多選)(2022·山東·期中)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，赫茲最先用實驗證實了電磁波的存在C．電磁波和機械波都依賴于介質(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答案BD解析要想產(chǎn)生電磁波，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；麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在，赫茲最先用實驗證實了電磁波的存在，選項B正確；電磁波可以在真空中傳播，選項C錯誤；電磁波具有能量，電磁波的傳播過程，也就是能量的傳播過程，D正確．例3電磁波在真空中傳播的速度c＝3×108m/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)c＝λf可得，λ＝eq\f(3×108,90.0×106)m≈3.33m.三、電磁波譜1．電磁波譜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．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c＝3×108m/s頻率小→大例4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．紅外線具有顯著的熱效應(yīng)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答案(1)D(2)C(3)A解析(1)X光機是用來透視人體內(nèi)的器官的，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的傷害，因此采用了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A.針對訓(xùn)練4(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，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．(建議用時：40分鐘)1．(多選)在電磁學(xué)發(fā)展的過程中，許多科學(xué)家做出了貢獻．下列說法正確的是()A．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)B．法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象C．麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，楞次用實驗證實了電磁波的存在D．庫侖發(fā)現(xiàn)了點電荷間的相互作用規(guī)律，密立根通過油滴實驗測定了元電荷的數(shù)值答案ABD解析奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，A、B正確；麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，C錯誤；庫侖發(fā)現(xiàn)了點電荷間的相互作用規(guī)律，密立根通過油滴實驗測定了元電荷的數(shù)值，D正確．2．(多選)根據(jù)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．變化的電場周圍一定產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍一定產(chǎn)生電場C．變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場D．電磁波在真空中的傳播速度為3×108m/s答案BD解析根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，只有變化電場周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，但變化的電場周圍不一定產(chǎn)生變化的磁場，如均勻變化的電場產(chǎn)生的是穩(wěn)定的磁場，電磁波在真空中的傳播速度為3×108m/s.根據(jù)以上分析可知，選項B、D正確．3．(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．4．根據(jù)電磁波譜，從下列選項中選出電磁波的頻率順序由高到低排列且中間沒有間斷的是()A．X射線、紫外線、可見光B．X射線、紫外線、紅外線C．紫外線、紅外線、可見光D．無線電波、紅外線、紫外線答案A5．(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．6．(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．7．(2020·河南內(nèi)黃一中高二期中)下列說法中正確的是()A．變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場B．電磁波按波長從長到短順序排列依次是：γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波C．X射線的穿透本領(lǐng)比γ射線更強D．電磁波在真空中的傳播速度等于光速答案D解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，選項A錯誤；電磁波按波長從短到長順序排列依次是：γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波，選項B錯誤；γ射線的穿透本領(lǐng)比X射線更強，選項C錯誤；電磁波在真空中的傳播速度等于光速，選項D正確．8．(2020·宜賓市敘州區(qū)一中高二月考)下列說法正確的是()A．根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知變化的電場周圍存在變化的磁場B．紅外線遙感技術(shù)是利用紅外線的化學(xué)作用C．在醫(yī)院里常用紫外線對病房和手術(shù)室消毒，是因為紫外線比紅外線的熱效應(yīng)顯著D．工業(yè)上的金屬探傷是利用γ射線具有較強的穿透能力答案D解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知變化的電場周圍存在磁場，不一定是變化的磁場，選項A錯誤；紅外線遙感技術(shù)是利用紅外線的衍射作用和熱效應(yīng)，選項B錯誤；在醫(yī)院里常用紫外線對病房和手術(shù)室消毒，是因為紫外線具有殺菌消毒的化學(xué)作用，選項C錯誤；工業(yè)上的金屬探傷是利用γ射線具有較強的穿透能力，選項D正確．9．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射線都有很強的穿透本領(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射線有很強的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)透視人體，紅外線沒有穿透本領(lǐng)，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)效應(yīng)，可以使感光底片感光，故D正確．10．以下關(guān)于電磁波的說法不正確的是()A．無線電通信利用的是電磁波B．醫(yī)院B超發(fā)出的超聲波是電磁波C．遙控器發(fā)出的紅外線是電磁波D．透視使用的X射線是電磁波答案B解析無線電通信用的是無線電波，它是電磁波；超聲波是聲波，不是電磁波；遙控器發(fā)出的紅外線是電磁波；X射線也是電磁波．所以A、C、D正確，B錯誤．11．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，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．12．(多選)目前雷達發(fā)射的電磁波頻率多在200MHz至1000MHz的范圍內(nèi)．下列關(guān)于雷達和電磁波的說法正確的是()A．真空中上述雷達發(fā)射的電磁波的傳播速度為3×108m/sB．電磁波是由恒定不變的電場或磁場產(chǎn)生的C．測出從發(fā)射電磁波到接收到反射波的時間間隔可以確定雷達和目標的距離D．雷達使用的是無線電波的微