《電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)模塊一電磁場相關(guān)理論與應(yīng)用一、核心理論：麥克斯韋電磁場理論變化的磁場產(chǎn)生電場①在變化的磁場中放入閉合電路時，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。這一現(xiàn)象的本質(zhì)是：變化的磁場會在空間中激發(fā)電場。②即使不存在閉合電路，變化的磁場依然會在空間中產(chǎn)生電場，電場的存在與電路是否閉合無關(guān)。變化的電場產(chǎn)生磁場變化的電場等效于電流的磁效應(yīng)，會在其周圍空間激發(fā)磁場，即變化的電場是磁場產(chǎn)生的重要來源之一。電磁場的定義：變化的電場與變化的磁場相互關(guān)聯(lián)、不可分割，共同構(gòu)成的統(tǒng)一體稱為電磁場。例題精講關(guān)于電磁場和電磁波，下列說法正確的是（）A．某科學(xué)家預(yù)言了電磁波的存在，另一科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在B．變化的電場能夠產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場能夠產(chǎn)生變化的電場C．紫外線是一種波長比紫光更短的電磁波，具有滅菌消毒的作用D．紅外線、X射線是電磁波，γ射線是中子流某商場引入5G室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)，通過發(fā)射特定頻率的電磁波實(shí)現(xiàn)顧客位置精準(zhǔn)定位，該系統(tǒng)使用的電磁波頻率高于4G網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于這些電磁波，下列說法正確的是（）A．相比4G網(wǎng)絡(luò)的電磁波，5G室內(nèi)導(dǎo)航使用的電磁波更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象B．這些電磁波能在真空中傳播，且傳播速度隨頻率增大而增大C．5G室內(nèi)導(dǎo)航使用的電磁波可以發(fā)生偏振現(xiàn)象D．某科學(xué)家預(yù)言并證實(shí)了電磁波的存在某電磁體通入50540A的電流時，產(chǎn)生了42.02T的穩(wěn)態(tài)磁場（即磁感應(yīng)強(qiáng)度不隨時間變化），相關(guān)技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。下列說法正確的是（）A．磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位1特斯拉（T）的定義式為1T＝1kg·A?2·s?2B．該穩(wěn)態(tài)磁場可能激發(fā)出電場C．該穩(wěn)態(tài)磁場一定是勻強(qiáng)磁場D．無論是永磁體還是電磁體，磁場本質(zhì)上都是由電流產(chǎn)生下列關(guān)于電磁波的說法正確的是（）A．γ射線波長比X射線長，可用于探測金屬構(gòu)件內(nèi)部的缺陷B．根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場C．無線電波的接收過程中，使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧D．頻率越高的電磁波，在真空中傳播的速度越大模塊二電磁波的本質(zhì)、特性與驗(yàn)證一、電磁波的核心特性與相關(guān)結(jié)論電磁波的產(chǎn)生：周期性變化的電場會激發(fā)周期性變化的磁場，該變化的磁場又會激發(fā)新的變化的電場，如此交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)向周圍傳播，最終形成電磁波。傳播介質(zhì)：電磁波的傳播依賴電場與磁場的相互激發(fā)，無需依賴其他介質(zhì)，可在真空中傳播；同時也能在光纖等介質(zhì)中傳播，且在介質(zhì)中的傳播速度小于真空中的速度。光的電磁理論：光是以波動形式傳播的電磁振動，電磁波在真空中的傳播速度與光速相等，即c＝3×10?m/s。電磁波的驗(yàn)證：某科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)捕捉到電磁波，證實(shí)了電磁場理論的正確性。能量特性：電磁場中儲存著電磁能，電磁波的發(fā)射過程本質(zhì)上是電磁能的輻射過程，傳播過程中伴隨電磁能的傳遞。二、波長、頻率與波速的關(guān)系定量關(guān)系：波速＝波長×頻率，即c＝λf（其中c為真空中的傳播速度，λ為波長，f為頻率）。影響因素：①頻率由波源決定，與傳播介質(zhì)無關(guān)；②波長和波速與傳播介質(zhì)相關(guān)，同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播時，頻率保持不變，波速和波長會發(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。例題精講“天宮課堂”太空授課的畫面通過電磁波傳輸?shù)降孛娼邮照?。下列有關(guān)電磁波的說法正確的是（）A．電磁波是一種理想化的模型B．電磁波是電場或者磁場的單獨(dú)傳播C．可見光和無線電波都是電磁波D．電磁波不能獨(dú)立于場源而存在春晚舞臺上部分演員使用動圈式無線麥克風(fēng)設(shè)備，該設(shè)備能將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，再通過無線傳輸發(fā)送到音響設(shè)備。關(guān)于其工作原理，下列說法正確的是（）A．動圈式麥克風(fēng)利用電磁感應(yīng)原理將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號B．無線傳輸過程中，電信號通過超聲波傳播C．音響設(shè)備將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號的過程利用了電流的熱效應(yīng)D．無線麥克風(fēng)的信號傳輸速度比光速快關(guān)于電磁波及其應(yīng)用，下列說法中正確的是（）A．手機(jī)既能接收電磁波，也能發(fā)射電磁波B．正在起飛和降落的飛機(jī)上不允許使用手機(jī)C．電磁波能夠被發(fā)射和接收D．塑料薄膜袋不能屏蔽電磁波，金屬薄膜袋、金屬餅干盒等能屏蔽電磁波5G網(wǎng)絡(luò)使用的無線電通信頻率在超高頻段和極高頻段，相比4G及以下網(wǎng)絡(luò)（通信頻率在特高頻段）擁有更大帶寬，傳輸速率可達(dá)10Gbps，是4G網(wǎng)絡(luò)的50～100倍。5G信號與4G信號相比（）A．在真空中傳播速度更慢B．在真空中傳播速度更快C．波長更長D．頻率更高，傳輸速率更快某原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間躍遷時會輻射電磁波，國際計(jì)量大會將該電磁波的9192631770個周期所持續(xù)的時間定為1秒。已知可見光波長范圍為400nm～700nm，光速為3×10?m/s，則（）A．秒在國際單位制中是基本單位B．該躍遷輻射出的電磁波波長在可見光波長范圍內(nèi)C．該躍遷輻射出的電磁波頻率比可見光的頻率低D．該躍遷輻射出的電磁波在真空中傳播速度等于光速宇宙中中性氫可產(chǎn)生波長為21cm的譜線，某大型射電望遠(yuǎn)鏡的重要任務(wù)之一是探索該譜線的蹤跡。下列數(shù)據(jù)與中性氫譜線的頻率最接近的是（）A．10?HzB．10?HzC．10?HzD．10?Hz模塊三電磁波譜的分類、特性與應(yīng)用一、電磁波譜的定義與排序定義：按電磁波的波長（或頻率）大小順序排列形成的譜系，稱為電磁波譜。波長由大到小排序：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線（頻率排序則相反）。二、不同電磁波的特性與應(yīng)用匯總表種類波長范圍核心特性主要應(yīng)用領(lǐng)域無線電波>1mm衍射能力強(qiáng)、傳播距離遠(yuǎn)無線通信、廣播、射電望遠(yuǎn)鏡觀測紅外線760nm～10?nm熱效應(yīng)顯著、穿透能力較弱物體烘干、紅外遙感、溫度測量、夜視儀可見光400nm～760nm感光性強(qiáng)、能被人眼感知日常照明、攝影成像紫外線10nm～400nm化學(xué)作用強(qiáng)、熒光效應(yīng)滅菌消毒、熒光防偽、促進(jìn)維生素D合成X射線0.001nm～10nm穿透能力較強(qiáng)醫(yī)學(xué)透視、金屬零件質(zhì)量檢測γ射線<10?3nm穿透能力極強(qiáng)醫(yī)學(xué)γ刀治療、金屬內(nèi)部缺陷探測例題精講某新型防空驅(qū)逐艦采用“雙波段（X波段和S波段）”雷達(dá)系統(tǒng)，X波段電磁波頻率為8GHz～12GHz，S波段電磁波頻率為2GHz～4GHz。下列說法正確的是（）A．在空氣中X波段與S波段的傳播速度相等B．X波段能量子的能量比S波段能量子的能量大C．S波段和X波段的頻率都比紫外線的小D．在空氣中S波段的波長比X波段的長水聲通信是水下長距離通信的主要手段，某潛水器深潛作業(yè)時利用水聲通信和電磁通信進(jìn)行指令傳輸與數(shù)據(jù)交換。下列說法正確的是（）A．地面設(shè)備與通信衛(wèi)星的實(shí)時通信不能通過機(jī)械波實(shí)現(xiàn)B．地面設(shè)備之間通信的信息載體若為聲波，則屬于縱波C．潛水器與地面設(shè)備通過水聲通信時，信息載體屬于橫波D．潛水器與其他設(shè)備通信的信息載體若為藍(lán)綠光，其頻率比紅光頻率高下列電磁波按波長由長到短排列正確的是（）A．短波、X射線、紫外線、微波B．微波、紅外線、可見光、γ射線C．γ射線、紫外線、紅外線、微波D．X射線、短波、紫外線、可見光下列說法中正確的是（）A．遙控器發(fā)出的紅外線波長比醫(yī)院“CT”中的X射線波長長B．某科學(xué)家預(yù)言了空間存在電磁波，另一科學(xué)家用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在C．電磁波傳播過程中，電場和磁場相互關(guān)聯(lián)、不可分割D．紫外線最顯著的作用是熒光效應(yīng)，紅外線最顯著的作用是熱效應(yīng)（多選）5.有源相控陣?yán)走_(dá)的每個輻射器都配裝發(fā)射/接收組件，可自主產(chǎn)生、接收微波。關(guān)于電磁波，下列說法正確的是（）A．X射線的波長比微波的波長短B．遙控器是利用紅外線工作的C．電磁波中，紅外線的熱效應(yīng)最顯著D．紅外線的頻率比紫外線的頻率小（多選）6.關(guān)于電與磁的相關(guān)情景，說法正確的是（）A．當(dāng)線圈繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動時，會產(chǎn)生感應(yīng)電流B．當(dāng)導(dǎo)線中通有從左向右的電流時，小磁針的N極向里偏轉(zhuǎn)C．變化的電場和變化的磁場互相激發(fā)、交替產(chǎn)生，形成電磁波D．電磁波譜中，紅外線、紫外線均不屬于可見光模塊四電磁波的能量與通信應(yīng)用一、電磁波的能量本質(zhì)物質(zhì)屬性：電磁波是一種特殊的物質(zhì)形態(tài)，不同于由分子、原子構(gòu)成的常規(guī)實(shí)物，但具有客觀存在性，與電場、磁場屬于同一類物質(zhì)形態(tài)。能量載體：電場具有電場能，磁場具有磁場能，電磁場整體具有電磁能；電磁波發(fā)射的過程是電磁能向外輻射的過程，電磁波在空間傳播時，電磁能會隨波一同傳遞。二、電磁波通信的原理與特點(diǎn)傳播途徑分類①有線傳播：借助金屬導(dǎo)線、光纖等有形媒介傳遞信息，例如臺式電腦、固定電話等設(shè)備的通信方式。②無線傳播：不依賴線纜，直接利用電磁波傳遞信息，例如收音機(jī)、手機(jī)、GPS導(dǎo)航、無線鼠標(biāo)等設(shè)備的通信方式。傳輸能力特性：電磁波的頻率越高，單位時間內(nèi)能夠傳遞的信息量越大；由于光的頻率遠(yuǎn)高于無線電波，因此光纜通信具有超大信息傳輸容量的優(yōu)勢。例題精講5G技術(shù)相比4G，使用的電磁波頻率更高、頻率資源更豐富，相同時間內(nèi)傳輸信息量更大，具備更快網(wǎng)速和更大網(wǎng)絡(luò)容載能力。與4G相比，5G使用的電磁波（）A．光子能量更大B．能透視人體C．在真空中傳播的速度更大D．波長更長某新型戰(zhàn)機(jī)配備的有源相控陣?yán)走_(dá)，其輻射器可自主產(chǎn)生、接收微波。關(guān)于電磁波，下列說法正確的是（）A．電磁波波長越長，其能量子越小B．紅外線的頻率比紫外線的頻率小C．紅外線的波長比可見光的波長長D．只有周期性變化的電場或磁場，才能在周圍產(chǎn)生電磁波軍事行動中士兵配備的“紅外夜視儀”，可在夜間清晰看清目標(biāo)，其核心原理是（）A．“紅外夜視儀”發(fā)射強(qiáng)大的紅外線照射被視物體B．一切物體均在不停地輻射紅外線C．只有高溫物體才會不停地輻射紅外線D．“紅外夜視儀”發(fā)射X射線，激發(fā)被照射物體發(fā)出紅外線使用藍(lán)牙耳機(jī)接聽手機(jī)來電時，信號通過特定電磁波傳輸。關(guān)于該電磁波，下列說法正確的是（）A．該電磁波不是藍(lán)光B．波長比手機(jī)通信的電磁波短C．比手機(jī)通信的電磁波更難發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象D．在真空中的傳播速度與手機(jī)通信的電磁波速度相等驗(yàn)鈔機(jī)鑒別紙幣真?zhèn)蔚脑硎牵赫丈浼垘派系臒晒馕镔|(zhì)使其發(fā)光，該設(shè)備使用的光是（）A．紅光B．白光C．紅外線D．紫外線防控重點(diǎn)場所使用的人體感應(yīng)紫外線燈，裝有紅外線感應(yīng)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)“人來燈滅，人走燈亮”。下列說法正確的是（）A．紅外線和紫外線都是電磁波B．紫外線能消殺病毒是因?yàn)槠淠芰扛?，而非波長更長C．紅外線的波長比無線電波短D．一切物體都能輻射紅外線，并非只有熱物體課時精練一、選擇題（共8小題）下列設(shè)備中，利用電磁波工作的是（）A．手機(jī)通話B．電熨斗C．電熱水壺?zé)瓺．電飯鍋加熱食物動圈式無線麥克風(fēng)能將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，再通過無線傳輸發(fā)送到音響設(shè)備。關(guān)于其工作原理，下列說法正確的是（）A．動圈式麥克風(fēng)利用電磁感應(yīng)原理將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號B．無線傳輸過程中，電信號通過超聲波傳播C．音響設(shè)備將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號的過程利用了電流的熱效應(yīng)D．無線麥克風(fēng)的信號傳輸速度比光速快某商場的5G室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)通過發(fā)射特定頻率電磁波實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，該電磁波頻率高于4G網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于這些電磁波，下列說法正確的是（）A．相比4G網(wǎng)絡(luò)的電磁波，5G室內(nèi)導(dǎo)航使用的電磁波更難發(fā)生衍射現(xiàn)象B．這些電磁波能在真空中傳播，且傳播速度與頻率無關(guān)C．5G室內(nèi)導(dǎo)航使用的電磁波可以發(fā)生偏振現(xiàn)象D．某科學(xué)家預(yù)言了電磁波的存在，另一科學(xué)家證實(shí)了電磁波的存在某電磁體通入大電流后產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)磁場（磁感應(yīng)強(qiáng)度不隨時間變化），技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位。下列說法正確的是（）A．1T＝1kg·A?2·s?2B．該穩(wěn)態(tài)磁場不能激發(fā)出電場C．該穩(wěn)態(tài)磁場不一定是勻強(qiáng)磁場D．永磁體的磁場本質(zhì)上不是由電流產(chǎn)生某區(qū)域磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t變化如圖所示（圖略），則該區(qū)域內(nèi)（）A．能產(chǎn)生電場，能產(chǎn)生電磁波B．能產(chǎn)生電場，不能產(chǎn)生電磁波C．不能產(chǎn)生電場，能產(chǎn)生電磁波D．不能產(chǎn)生電場，不能產(chǎn)生電磁波下列關(guān)于溫室效應(yīng)的相關(guān)說法，正確的是（）A．紅外線具有明顯熱效應(yīng)是因?yàn)槠涔庾幽芰颗c物體分子熱運(yùn)動能量匹配，而非頻率大于可見光B．溫室效應(yīng)是指二氧化碳對可見光吸收較弱，可見光照射地面使地面升溫，地面輻射的長波紅外線難以透過二氧化碳，導(dǎo)致大氣溫度上升C．地球形成早期，火山活動頻繁排出大量二氧化碳，溫室效應(yīng)顯著，當(dāng)時地球氣溫較高D．全球變暖的主要原因是大氣中二氧化碳含量增加導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇，而非工業(yè)燃料燃燒直接放熱關(guān)于紅外線與X射線，下列說法正確的是（）A．紅外線的頻率小于X射線的頻率B．紅外線的波長大于X射線的波長C．真空中紅外線與X射線的傳播速度相等D．真空中紅外線的傳播速度不等于X射線的傳播速度某區(qū)域磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t均勻變化，則該區(qū)域（）A．會產(chǎn)生恒定的電場B．會產(chǎn)生周期性變化的電場C．能產(chǎn)生電磁波D．電場線的方向與磁場變化率無關(guān)二、多選題（共5小題）（多選）9.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通過定位衛(wèi)星與用戶間的信號傳輸時間差計(jì)算距離，導(dǎo)航信號為電磁波。關(guān)于電磁波的說法，正確的是（）A．電磁波可以傳遞信息和能量，既能在介質(zhì)中傳播，也能在真空中傳播B．無線電臺利用LC電路形成振蕩電流，進(jìn)而發(fā)射電磁波C．根據(jù)LC電路的振蕩頻率公式f＝1/(2π√(LC))，增大電容器的電