2022-2023学年高二物理人教必修三备课必备讲义 电磁波的发现及应用（解析版）.pdf

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1、第十三章电磁感应与电磁波初步1 3.4电磁波的发现及应用课程标准课标解读1.知道麦克斯韦电磁场理论及其在物理学发展史上的意义。2.了解电磁波的基本特点、发现过程及传播规律，知道电磁波与机械波的区别。1.了解人类发现电磁波的历史，知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波发现做出的巨大贡献，领会在电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法和科学精神。2.体验赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。3.了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息。4.了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用知道可见光是电磁

2、波谱家族中的一个频段。知识点0 1电磁场1.麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场产生电场在变化的磁场中放入一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流.这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场.即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样会在空间产生电场.(2)变化的电场产生磁场变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁 场,即变化的电场产生磁场.2.电磁场：变化的电场和磁场互相联系,所形成的不可分割的统一体.【即学即练1 (多选)按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是()A.恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场B.变化的电场周围产生磁场,变化的磁

3、场周围产生电场C.均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场D.均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场【答案】BD【解析】根据麦克斯韦的电磁场理论可知，恒定的电场周围不产生磁场,恒定的磁场周围也不产生电场。变化的电场周围才产生磁场，变化的磁场周围才产生电场，故 A 错误;均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，只有非均匀变化的电场产生变化的磁场，故C 错误,B、D 正确。知识点0 2 电磁波1.产生：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播，形成电磁波.2.特点 电磁波可以在真空中传

4、播.(2)电磁波的传播速度等于比速.(3)光在本质上是一种电磁波.即光是以遗动形式传播的一种电磁振动.【即学即练2 (多选)关于电磁波，下列说法中正确的是()A.只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在C.电磁波和机械波都依赖于介质才能传播D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的【答案】BD【解析】要想产生电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是周期性变化的，A 错误;麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在，选项B 正确；电磁波可以在真空中传播，选项C 错误；电磁波具有能量，

5、电磁波的传播过程，也就是能量的传播过程，D 正确.知识点0 3 电磁波谱电磁波的能量电磁波通信1.电磁波谱概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来,就是电磁波谱.(2)电磁波的波速c 与波长入 频率/的关系是c=/(3)电磁波在真空中的速度c=3x108 m/s.(4)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、Y射线.各种电磁波的特性无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输.红外线：用来加热理疗等.可见光：照亮自然界，也可用于通信.紫外线：用于消毒.X 射线：用于诊断病情.y 射线：可以摧毁病变的细胞.2.电磁波的能量(1)光是一种电磁波，

6、光具有能量.(2)电磁波具有能 量,电磁波是一种物质.【即学即练3 (多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是()A.X 射线对生命物质有较强的作用，过量的X 射线辐射会引起生物体的病变B.丫射线是波长最短的电磁波C.紫外线的频率比紫光低D.在电磁波谱中，穿透能力最强的是X 射线【答案】AB【解析】X 射线对生命物质有较强的作用，过 量 的 X 射线辐射会引起生物体的病变，选 项 A 正确；丫射线是波长最短的电磁波，选 项 B 正确；在电磁波谱中从无线电波到y 射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，紫外线的频率比紫光高，在电磁波谱中丫射线的穿透能力最强，选项 C、D 错误.考法0 1 麦克斯韦电磁场

7、理论及实验验证1.麦克斯韦电磁场理论(1)电磁场理论的核心之一：变化的磁场产生电场如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流，其实质是变化的磁场在它周围产生了电场，电路中的自由电荷在电场力作用下做定向运动，形成了感应电流，即使在变化的磁场周围没有闭合电路同样可以产生电场。(2)电磁场理论的核心之二：变化的电场产生磁场麦克斯韦认为：由电现象和磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的观点猜想变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。如图所示，根据麦克斯韦电磁场理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。2.对麦克

8、斯韦电磁场理论的理解(1)恒定的电场不产生磁场。(2)恒定的磁场不产生电场。(3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。(4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。(5)周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。(6)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。【典例1】根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A.有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场【答案】D【解析】根据麦克斯韦电磁场理论，只有

9、变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，D 正确。考法02电磁波1.电磁波的形成周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波.2.电磁波的特点在传播方向上，任意一点的E 和 8 都随时间周期性变化，E 和8 相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直.如图E.EII二 一、B/y 11 1 1 1 1 1 1 1/j 电磁波可以在真空中传播.电磁波在真空中传播速度等于光速0=3x108向，电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.(4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波.(5)电磁波是电磁场在空间中的

10、传播，电磁场是一种客观存在的物质-场物质.3.电磁波的波速对于电磁波，用人表示电磁波的波长、/表示频率、c 表示波速，则有c=:【典例2具有NFC(近距离无线通信技术)功能的两只手机在间距小于10 cm 时可以通过电磁波直接传输信息,其载波频率为L4xl()7 Hz,电磁波在空气中的传播速度为3.0 xl()8 m/s,则该载波的波长为 m(保留两位有效数字)。【答案】21【解析】由波速公式c=4/得波长2=若片 mu21 m考法0 3 电磁波谱1.电磁波谱电磁波按波长由大到小排列顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、Y射线.它们共同构成了范围广阔的电磁波谱.2.不同波长的电磁波的

11、比较称无线电波红外线可见光紫外线X 射线丫射线主要应用通信、广播红外探测器、红外体温计引起视觉灭菌、消毒、防伪医学透视、安检治疗疾病、金属探伤真空中的速度c=3xl08 m/s频率小T大【典例3】红外线、无线电波、丫射线、可见光等都属于电磁波，则下列选项中,按照波长由大到小顺序排列正确的是()A.红外线、无线电波、丫 射线、可见光B.红外线、可见光、丫 射线、无线电波C.无线电波、红外线、可见光、丫射线D.y射线、可见光、红外线、无线电波【答案】C【解析】电磁波按照波长由大到小的顺序排列为:无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、丫射线，选项C 正确,A、B、D 错误。M分层提分题组

12、A基础过关练1.人们为了纪念德国科学家赫兹对人类的贡献，把频率的单位定为“赫兹”。赫兹对人类的突出贡献是（）A.通过实验证实了电磁波的存在B.通过实验发现了磁场对通电导线有力的作用C.通过实验发现了电荷之间相互作用力的规律D.通过实验发现了电磁感应的规律【答案】A【解析】1886年，德国科学家赫兹通过实验捕捉到了电磁波,证实了电磁波的存在，人们为了纪念他，把频率的单位定为赫兹，选项A 正确。2.电磁波在真空中传播的速度c=3xl（）8m/s,有一个广播电台的频率/=90.0M H z,这个电台发射的电磁波的波长2 为（）A.2.70 m B.270 mC.3.00 m D.3.33 m【答案】

13、D【解析】根据c=y 可得，A=90.0X106 m=3.33 m.3.（多选）某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示，能产生磁场的电场是（）o t oAt O t oC D【答案】ABC【解析】根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场产生磁场，选项A、B、C 正确.4.（多选）关于光波和无线电波，下列说法正确的是（）A.都是电磁波B.都可以在真空中传播C.在真空中的传播速度都是3xl（）8 m/sD.二者的波长、频率均相同【答案】ABC【解析】光波和无线电波本质上都是电磁波，都可以在真空中传播，在真空中传播的速度都是 3xl（）8 m/s,A、B、C 对；光波和无线电波波长、频率不同，D

14、错.5.（多选）下列关于磁场、电场及电磁波的说法中正确的是（）A.均匀变化的磁场在周围空间产生均匀变化的电场B.只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波C.赫兹通过实验证实了电磁波的存在D.只有空间某个区域有振荡变化的电场或磁场，才能产生电磁波【答案】CD【解析】均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，故 A 错误；均匀变化的电场或磁场只能产生恒定的磁场或电场，不会产生电磁波，故 B 错误；电磁波最早由麦克斯韦预测，由赫兹通过实验证实，故C 正确；电磁波由振荡变化的电场或磁场产生，故D 正确。6.下列说法中正确的是（）A.变化的电场一定产生变化的磁场B.电磁波按波长从长到短顺序

15、排列依次是：丫射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波C.X 射线的穿透本领比Y射线更强D.电磁波在真空中的传播速度等于光速【答案】D【解析】根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电场产生稳定的磁场，选项A 错误；电磁波按波长从短到长顺序排列依次是：丫射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波，选项B 错误；丫射线的穿透本领比X 射线更强，选项C 错误；电磁波在真空中的传播速度等于光速，选项D 正确.7.下列说法正确的是（）A.根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场周围存在变化的磁场B.红外线遥感技术是利用红外线的化学作用C.在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线比红外

16、线的热效应显著D.工业上的金属探伤是利用丫 射线具有较强的穿透能力【答案】D【解析】根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场周围存在磁场，不一定是变化的磁场，选项 A 错误；红外线遥感技术是利用红外线的衍射作用和热效应，选项B 错误；在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线具有杀菌消毒的化学作用，选项C 错误；工业上的金属探伤是利用Y射线具有较强的穿透能力，选项D 正确.8.关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是（）A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.太阳光中的可见光和医院B超 中的超声波传播速度相同D.遥控器发出的红外线波长和医院“C

17、T”中的X 射线波长相同【答案】B【解析】无论是电磁波还是声波，都可以传递能量和信息，A 项错误；手机通话时，打电话人的手机将声波转化成电磁波，接收者的手机再将电磁波转换成声波，B 项正确；太阳光中的可见光和医院“B 超”中的超声波的传播速度不相同，C 项错误；遥控器发出的红外线频率和医院“CT”中的X 射线频率不同，它们的波长也不相同，D 项错误.题组B能力提升练9.（多选）目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至 1 000 MHz的范围内.下列关于雷达和电磁波的说法正确的是（）A.真空中上述雷达发射的电磁波的传播速度为3x108 m/sB.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C.测出

18、从发射电磁波到接收到反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离D.雷达使用的是无线电波的微波波段【答案】ACD【解析】真空中电磁波的传播速度为3xl（）8m/s,A 正确；电磁波是由周期性变化的电场和磁场产生的，B 错误；由雷达的工作原理可知，C 正确；雷达使用的是无线电波的微波波段，D 正确.10.下列四个选项中的四种磁场变化情况，能产生如图所示电场的是（）【答案】B【解析】由麦克斯韦电磁场理论知:均匀变化的磁场才能产生稳定的电场，选项B正确。1 1 .如图所示的四种电场变化情况，能发射电磁波的是（）【答案】D【解析】图A是稳定的电场，不能产生磁场;图B与图C是均匀变化的电场，产生恒定的磁场,

19、也不能形成电磁波;图D是周期性变化的电场，会产生同频率的周期性变化的磁场，能形成电磁场，向外发射电磁波，选项D正确,A、B、C错误。1 2 .（多选）甲、乙两种磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，下列说法正确的是A.磁场甲能够产生电场B.磁场甲能够产生电磁波C.磁场乙的磁感应强度最大时产生的电场最强D.磁场乙的磁感应强度为零时产生的电场最强【答案】A D【解析】根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的磁场甲能产生稳定的电场，不能产生电磁波,选项A正确,B错误;周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，磁场乙的磁感应强度最大时，产生的电场最弱,磁场乙的磁感应强度为零时，产生的电场最强，选

20、项C错误,D正确。13.频率为5xl()i4 Hz的红光，从 10 m 外的交通信号灯直接传到你的眼睛，大约需要多长时间？在这个距离中有多少个波长？【答案】3.3x10-8$1.7x107 个【解析】传到眼睛需要的时间是尸甘就东sM W OY s,由 c f/得，该红光的波长力=尸 哥 而x 10m=6xl0 7 m.在这个距离中的波长数有=,=N 为言产1.71()7(个).题组C培优拔尖练14.雷达是一种利用电磁波来测定物体位置和速度的设备,某防空雷达发现一架飞机正在以水平速度朝雷达正上方匀速飞来，已知该雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5X10-4 s,某时刻在雷达监视屏上显示的波形

21、如图甲所示，经过U173 s 后雷达向正上方发射和接收到的波形如图乙所示，已知雷达屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为1X104 s,则该飞机的飞行速度大小约为(电磁波的波速为c=3xl()8m/s)()A.12 000 m/s B.900 m/sC.500 m/s D.300 m/s【答案】D【解析】已知雷达监视屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为IO4 s,由题图甲可知，雷达第一次发现飞机时，飞机与雷达的距离5=$4=*3*108*4*10-4 m=6xl()4 m,由题图乙可知，雷达第二次发现飞机时，飞机和雷达的竖直距离 HC/24X3X108X2X10_4 m=3xl()4 m,设该段时间内飞机水平飞行的距离为S2,则 SI、S2、在空间构成一个直角三角形,由几何关系得52=后 不，则飞机的飞行速度大小V=M00 m/s,选项D 正确。15.波长为50100 m 的无线电波可通过电离层的反射向远处传播，这些无线电波的频率范围是多大？若传到相隔1 500 km的远处至少需要多长时间？【答案】3x1066xl()6取5x10%【解析】c3xlO8由 c=得，力=万=-Hz=6x 106 Hz,C 3X108,f 2=h=W0 HZ=3X10HZ,所以频率范围为3x106-6x1()6 H z,r e X 1 500 x1 o3 由 x=ct 可信，=io8 s=5xlO s.