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第四章 电磁波及应用第一节 电磁波的发现【知识要点】1 关于麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。如果电场或磁场的变化是均匀的，产生的磁场或电场是稳定的；如果电场是周期性（振荡）变化的，产生的磁场是同频率周期性变化的振荡。2 关于电磁场和电磁波电场和磁场本身就是一种物质，它们交替产生又相互联系，形成不可分割的统一体，并且由发生地向周围空间传播，形成电磁波，所以电磁波的传播有别于机械波，不需要介质，电磁波在真空中的传播速度跟光速相同，其值为C=3.00108米/秒。赫兹用实验证实了电磁波的存在。【典例分析】【例1】根据麦克斯韦的电磁场理论,下列说法中错误的是A变化的电场可产生磁场B均匀变化的电场可产生均匀变化的磁场C振荡电场能够产生振荡磁场D振荡磁场能够产生振荡电场【解析】麦克斯韦电磁场理论的含义是变化的电场可产生磁场，而变化的磁场能产生电场；产生的场的形式由原来的场的变化率决定，可由原来场随时间变化的图线的切线斜率判断，确定可见，均匀变化的电场的变化率恒定，产生不变的磁场，B说法错误；其余正确图41【例2】如下图4-1中磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况，如图所示，其中能产生电场的有_图示的磁场，能产生持续电磁波的有_图示的磁场。【解析】根据麦克期韦电磁场理论，A图的磁场是恒定的，不能产生新的电场，更不能产生电磁波；B.C图中的磁场都是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能再产生磁场，不能产生向外传播的电磁场，因此不能产生持续的电磁波；D图所示磁场是周期性变化的，能产生周期性变化的电场，能产生电磁波。答案 B.C ；D【基础训练】1建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家是（ ）A.法拉第 B.赫兹 C.麦克斯韦 D.安培2.下列哪些现象是由于所产生的电磁波而引起的（ ）A.用室内天线接收微弱电视信号时，人走过时电视机画面发生变化B.用天线接收电视信号时，汽车开过时电视机画面发生变化C.把半导体收音机放到开着的日光灯旁听到的噪声D.在边远地区用无线电话机通话，有时会发生信号中断的现象3以下有关在真空中传播的电磁波的说法正确的是（ ）A频率越大，传播的速度越大 B频率不同，传播的速度相同C频率越大，其波长越大D频率不同，传播速度也不同4.关于电磁场的理论，下面说法中正确的是（ ）A.变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B.变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的C.均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的D.振荡电场周围产生的磁场也是振荡的5.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C.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6.比较电磁波和机械波，下列说法正确的是( )A.电磁波可以在真空中传播，机械波的传播要依赖于介质B.电磁波在任何介质中传播速率都相同，机械波只在同一种介质中传播速率才相同C.电磁波和机械波都不能产生干涉D.电磁波和机械波都能产生衍射7.当电磁波的频率增加时，它在真空中的速度将（）A.减小 B.增大 C.不变 D. 以上都不对8 央电视台曾做过关于“深度撞击”探测器撞击坦普尔彗星的特别报道，使得人们坐在家中同样可以享受这一史无前例的探索之旅。在直播电视画面上可看到工程人员欢呼的时刻为13时57分零秒。已知撞击时，彗星距离地球1.336亿公里，只计电磁波从彗星传到地球的时间，忽略电视信号在地球上的传播时间，估算撞击器与彗星的撞击时刻为（ ）A 13时49分35秒B 13时57分零秒C 13时42分10秒D 14时04分零秒9.从地球向月球发射电磁波，经过2.56s收到它的反射波，月球、地球之间的距离是 km.第二节 电磁波谱【知识要点】1 波长.波速和频率及关系波长：相邻的波峰或波谷的距离，用“”表示。频率：在一秒钟内有多少次波峰或波谷通过。用“”表示，波的频率始终等于波源的振动频率，也是所有质点的振动的频率。波速：水波不停地向远方传播，用来描述传播快慢的物理量叫波速，用“”表示。三者关系：波速=波长频率，即=2.电磁波谱电磁波按频率从小到大的顺序在电磁波谱中的排列为：长波.中波.短波.微波.无线电波.红外线.可见光.紫外线.X射线.射线电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线射线产生机理LC电路中自由电子的周期性运动原子的外层电子受到激发原子的内层电子受到激发原子核受到激发特性波动性强热作用强感光性强化学作用穿透力强穿透力最强用途通讯广播导航红外探测红外遥感照明日光灯.杀菌消毒等透视.探测探测.治疗2 电磁波的能量电磁波是一种物质，它是客观存在的真实物质，是一种物质存在的另一种形式。电磁波具有能量，以电磁场的形式存在，也就是说电磁场的能量通过电磁波来传播。【典例分析】【例1】在真空中传播的波长为15米的电磁波，进入某一介质中传播时，若传播速度为 米/秒，该电磁波在介质中的波长是多少？【解析】应用关系式 因电磁波在介质中传播其频率不变，其波长比： ，则有： 米【例2】关于电磁波在真空中传播速度，下列说法中不正确的是（ ）A.频率越高，传播速度越大B.电磁波的能量越强，传播速度越大C.波长越长，传播速度越大D.频率.波长.强弱都不影响电磁波的传播速度【解析】电磁波在真空中的波速与任何因素均无关现代物理中称光速不变原理在其它介质中波速会变小答案：D【基础训练】1.对于声波.无线电波和红外线，以下说法正确的是（ ）A都能在真空中传播B都能发生反射C都能发生干涉D都是本质上相同的波，只是频率不同而已2 某电台发射500kHz的电磁波，则此电磁波的波长是 m；若距该电台6000km远处有一无线电接受机，则从发射台发出的信号经 s可被接受机收到。若该电台发射频率为800kHz的电磁波，则经 s信号可被接受机收到3验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光，电视机.空调等家电上的遥控器用它的光束来控制电视机.空调等家电，对于它发出的光，下列判断的是（ ）A.它们发出的都是红外线 B.它们发出的都是紫外线C验钞机发出的是红外线，遥控器发出的是紫外线D验钞机发出的是紫外线，遥控器发出的是红外线4下列各组电磁波，按波长由长到短排列正确的是A 射线.红外线.紫外线.可见光B 红外线.可见光.紫外线.射线C 可见光.红外线.紫外线.射线D 紫外线.可见光.红外线.射线5关于射线, 射线,以下说法正确的是 A 都是波长极短,频率很高的电磁波B 机场里用来进行安全检查的是射线C 射线的波长比X射线长D 都是波长很长的电磁波6近年来军事行动中，士兵都配带“红外夜视仪“在夜间也能清楚地看清目标，主要是因为（）A“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体。B一切物体均在不停地辐射红外线。C一切高温物体均在不停地辐射红外线。D“红外夜视仪”发射出X射线，被射物体受到激发而发出红外线。7电焊工在工作时必须戴上防护面罩，这是因为电焊的弧光中有强烈的( )（A）红外线 （B）紫外线 （C）伦琴射线 （D）射线8在应用电磁波的特性时，下列情况符合实际的是（ ）（A）医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒（B）医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒（C）人造卫星对地球拍摄是利用紫外线照相有较好的分辨能力（D）人造卫星对地球拍摄是利用紫外线照相有较好的穿透能力9红外线可以穿透云雾，是因为它的波长 ，所以它的 现象比较显著；射线可以穿透金属，是因为它的频率 ，所以它的光子能量 ，穿透能力强。10间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用或民用目标，这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，既使车队离开，也瞒不过它，这种遥感照相机的电磁波属于（）A 可见光波段 B 红外波段C 紫外波段D X光波段112006年春季，我国北方出现18次沙尘暴天气过程，其中强沙尘暴过程达5次，为2000年以来同期最多，其中北京在4月16-17日一夜总降尘量达33万吨。沙尘暴造成能见度急剧下降只有几十米甚至几米，天空变黄变暗，请问造成能见度剧降的原因是（）A 只有波长较短的一部分光才能到达地面B 只有波长较长的一部分光才能到达地面C 只有频率较高的一部分光才能到达地面D 只有频率较低的一部分光才能到达地面第三节 电磁波的发射和接收【知识要点】1 无线电波的发射：先将要传递的声音.图象转变为电信号，这些信号往往是低频的，发射能力很弱，必须将这些低频信号加到高频振荡电流上，这叫调制。经调制后的高频电流产生的电磁波就载着低频信号（声音.图象信号）发射出去，常见的调制方式有两种：调幅和调频。2 无线电波的接收：利用调谐来选择所需的电磁波，由调谐电路接收到载有信号的高频振荡电流经过解调，就可得到我们所需的信号了。3 电视：电视台通地无线电波同时把图象和声音信号向外界发射，电视机通过调谐电路来接收电视信号。【典例分析】【例1】发射的无线电波如何被接收到呢？答案：电磁波在空间传播时，如果遇到导体，会使导体产生感应电流，感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。因此利用放在电磁波传播空间中的导体，就可以接收到电磁波了。【例2】无线广播的中波段波长的范围是187m560m，为了避免临近电台的干扰，两个电台的频率范围至少相差 Hz，则在此波段中最多容纳的电台数约为多少？【分析】这是一道实例题，运用中波段波长范围，得到中波段频率范围，进而得到此波段中最多容纳的电台数。 ， 根据 可以得到： ， ，中波段频率范围是： 。这样此波段中能容纳的电台数为： 【基础训练】1.收音机的波段刻度盘中刻有kHz.MHz字样，它们分别表示（ ）A千赫，兆赫B千米，兆米C千秒，兆秒D千米/秒，兆米/秒2.一般女同学发出声音的最高频率约为1.1kHz，这样的声音通过中央人民广播电台第二套节目720 kHz向外广播时，发出的无线电波的频率是（ ）A721.1 Hz B720 kHz C718.9 HzD1.1 kHz3要接收到载有信号的电磁波，并通过耳机发出声音，在接收电路中必须经过下列过程中的（ ）A.调幅 B.调频 C.调谐 D.解调4.我们在选择收音机的电台时，常要旋动收音机上的某个旋钮，这实际上是调节（ ）A电流B波长 C波速 D频率5. 下列说法正确的是（ ）A. 发射的图象信号不需要调制过程B. 接收到的图象信号也要经过调谐.解调C. 电视信号包括图象信号和伴音信号两种D. 图象信号和伴音信号传播的速度不同6.用一台简易收音机收听某一电台的广播，必须经过的两个过程是 （ ）A.调制和解调 B.调谐和检波 C.检波和解调 D.调频和调幅7.下列说法正确的是 （ ）A.摄像机摄像管实际上是一种将光信号转变为电信号的装置B.电视机显像管实际上是一种将电信号转变为光信号的装置C.摄像机在一秒钟内要送出25张画面 D. 电视机接收的画面是连续的8下列说法正确的是（）A 发射出去的无线电波，可以传播到无限远处。B 无线电波遇到导体，就可以在导体中激起同频率的振荡电流。C 波长越短的无线电波，越接近直线传播。D 电视台发射的是带有信号的微波。第四节 信息化社会【知识要点】一信息的拾取和传感器传感器：把物理中非电学参量转化为便于测量的电学参量的一类元件。工作原理：某一元件对某一物理量敏感，将这一物理理转化为便于利用的信号。种类：双金属温度传感器.光敏电阻传感器.压力传感器等。二信息的传递.处理和记录信息传递：信息靠电磁波来传播，电磁波在空中传播形式有三种：沿地面传播.靠天空中的电离层的反射传播.靠天空卫星转发传播。数字信号特点：抗干扰能力强，容易加密，便于计算机处理；声音.图像及其他数据都可以通过处理变为数字信号，而且同一条线路可以综合各种信号一起传送。信息记录：把很大的常规信息压缩为不大的数字信号来存储和传送。【典例分析】【例1】在我们生活的小区楼道内装有自动开关：晚上有人经过楼道时，开关自动接通；白天，不管是否有人经过，开关都是断开的，请你解释其原理。【解析】这是因为在楼道内装有了声光控开关，在晚上，利用声音来控制开关，当人经过时，开关自动接通，而无人时，自动熄灭。而在白天，是利用光照强度来控制开关的由于白天光照强度大，所以不管是否有人经过，开关都是断开的【例2】.如图所示是电阻式温度计，一般是利用金属铂做的，已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的电阻就可以知道其温度.这实际上是一个传感器，它是将_转化为_来进行测量的.【解析】因为铂的温度变化了，铂的电阻的阻值就发生变化，所以测出铂的电阻，再根据铂电阻和温度的变化关系就可以间接测出温度，所以它实际上是将温度转化为电阻来进行测量的。【基础训练】1.现代信息技术的三大基础是（ ）A.信息的拾取B.信息的传输C.信息的记录D.信息的处理2.在信息化时代，下列那些技术应运而生（ ）A.传感技术B.无线电技术C.通信技术D.计算机技术3.数字信号比模拟信号具有的优点是（ ）A.抗干扰力强B.容易加密C.便以计算机处理D.传输简单4.数字电视与模拟电视相比较具有如下优点（ ）A.高清晰度B.网上浏览C.收发邮件D.信息处理5.在生活中打电话的电信号是 信号，而发电报的电信号是 信号。世界上最大的计算机互联网是 。6.光敏电阻传感器是利用光敏电阻的阻值随光照强度而变化这一特点制成的，有光照时，光敏电阻的阻值_（填“变大”或“变小”），电路中的电流_（填“变大”或“变小”）。7下列可作为传感器的来使用的是 ( )A受力而形变的弹簧 B实验室内养殖的兔子C用来砌房子的砖头 D自然界的风8大量信息的存储和多用户的使用对信息安全提出了严峻的挑战，下列四项中对计算机系统的信息危害最大的是 ( )A内存大小 B计算机病毒 C电脑的存储速度 D电脑的计算速度9用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是 ( )A红外报警装置 B走廊照明灯的声控开关C自动洗衣机中的压力传感装置 D电饭煲中控制加热和保温的温控器【知识结构】理论传播电磁波电磁场实例实例应用分类实验麦克斯韦电磁理论赫兹电火花实验电磁波波谱无线电波的发射与接收电视信息化社会移动通讯传感器数字电视因特网 【要点与例析】一 对电磁波的理解注意以下几方面：1 麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验成功地证实了电磁波的存在。2 在电磁波的传播过程，也是电磁能量的传播过程。3 机械波的传播需要介质，但电磁波的传播不需要介质。4 电磁波的波长.频率.波速的关系=.在真空中，电磁波的速度c=3.0108m/s二 对麦克斯韦电磁场理论的理解应注意以下几点：1 均匀变化的磁场产生恒定的的电场，均匀变化的电场产生恒定的磁场。而恒定的磁场不能产生电场，恒定的电场也不能产生磁场。2 非均匀变化的磁场产生变化的电场，振荡（按正弦规律变化）的磁场产生同频率振荡的电场，反之亦然。【例1】在电视节目中，我们经常看到主持人与派到世界热点地区的记者通过同步通讯卫星通话，他们之间的一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果有两个手持卫星电话的人通过同步通讯卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话（已知同步卫星距离地球为3.6107m）分析与解答：主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的。两个手手持卫星电话的人通过同步通讯卫星通话时，一方讲话，语音信息通过电磁波传给卫星，再由卫星传给另一方，所以另一方听到对方讲话的最少时间t=2H/c=0.24s【例2】某雷达工作时发射的电磁波的波长=20m，每秒脉冲数n=5000个，每个脉冲持续时间t=0.02s，问电磁波的振荡频率为多少？每个光脉冲的长度L是多少？最大的侦察距离是多少？ 分析与解答：电磁波的频率：f=1.5107 HZ每个光脉冲的长度：L=ct=0.0210-63108m=6m2L=Ct最大的侦察距离是：L=Ct=3108210-4 =3104 m【例3】.在医院里，常常应用各种电磁波进行疾病的检查与治疗，例如冬天生冻疮，可以用红外线照射；从传染病院出院时要用紫外线照射；用X射线可以检查胸肺、骨折等，请说明它们的道理。分析与解答：各种不同的波长的电磁波，除了具有电磁波的共性外，还具有各种不同的特性。医院里应用各种不同的电磁波进行疾病的检查和治疗正是运用了它们各自的特性。利用红外线照射冻疮，主要是利用红外线的热效应来促进血液循环；紫外线具有杀菌消毒的作用，用紫外线照射病人的衣服器具，可以防止传染病向外传播；X射线具有很强的穿透本领，而且其穿透性与物质的密度有关，可以用来做疾病的诊断。【单元综合测试】一.选择题 1 关于电磁场和电磁波的正确说法是 ( )A电场和磁场总是相互联系的，它们统称为电磁场B电磁场由发生的区域向远处的传播形成电磁波C在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场D电磁波是一种波，声波也是一种波，理论上它们是同种性质的波动2 如果你用心看书，就会发现机械波和电磁波有许多可比之处，小王同学对此作了一番比较后，得到如下结论，你认为是错误的是 ( ) A机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播 B机械波可能是纵波，也可能是横波，电磁波一定是横波 C机械波和电磁波都能产生反射.折射.干涉和衍射现象 D当机械波和电磁波从空气中进入水中时，频率不变，波长和波速都变小3 电磁波在传播过程中，保持不变的物理量是 ( ) A频率 B波长 C振幅 D波速4. 在电磁波谱中，红外线.可见光和伦琴射线（射线）三个波段的频率大小关系是 ( ) A红外线的频率最大，可见光的频率最小 B伦琴射线的频率最大，红外线的频率最小 C可见光的频率最大，红外线的频率最小 D伦琴射线频率最大，可见光的频率最小5. 关于紫外线，下列说法中正确的是 ( ) A一切物体都会发出紫外线 B紫外线可用于无线电通讯 C紫外线有较高的能量，足以破坏细胞中的物质 D在紫外线照射下，所有物质会发出荧光太阳光含碘溶液温度计6. 如图所示的球形容器中盛有含碘的二硫化碳溶液，在太阳光的照射下，地面呈现的是圆形黑影，在黑影中放一支温度计，可发现温度计显示的温度明显上升，则由此可断定 ( ) A含碘的二硫化碳溶液对于可见光是透明的 B含碘的二硫化碳溶液对于紫外线是不透明的 C含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的 D含碘的二硫化碳溶液对于红外线是不透明的7. 转换电视频道，选择自己喜欢的电视节目，称为( ) A调幅 B调频 C调制 D调谐8. 电磁波在空气中的传播速度为3108/，某广播电台能够发射波长为50的无线电波，那么收音机接收这个电台时调谐的频率应工作在 ( ) A150MHz B500MHz C6.00MHz D3.00MHz9. 下列可作为传感器的来使用的是 ( ) A受力而形变的弹簧 B实验室内养殖的兔子 C用来砌房子的砖头 D自然界的风10. 关于电磁波的发射与接收，下列说法中正确的是 ( )A调频与调幅都是用高频载波发送信号，原理相同，无本质区别B解调是将低频信号加载到高频电磁波上进行发射传送的过程C手持移动电话与其他用户通话时，要靠较大的固定的无线电台转送D调谐就是将接收电路的振幅调至与电磁载波的振幅相同11大量信息的存储和多用户的使用对信息安全提出了严峻的挑战，下列四项中对计算机系统的信息危害最大的是 ( ) A内存大小 B计算机病毒 C电脑的存储速度 D电脑的计算速度 12用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是 ( ) A红外报警装置 B走廊照明灯的声控开关 C自动洗衣机中的压力传感装置 D电饭煲中控制加热和保温的温控器信号处理系统B13如右图所示，为光敏电阻自动计数器的示意图，其中是发光仪器，是传送带上物品，1为光敏电阻，2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理应是( )A当有光照射1时，信号处理系统获得低电压 B. 光线被遮住时，信号处理系统无输出 C信号处理系统每获得一次高电压，就计数一次 D信号处理系统每获得一次低电压，就计数一次二.填空题14.电磁波可以通过电缆. 进行有线传播，也可以实现 传输。15.电磁波在真空中的传播速度大小为 /；地球上一发射器向月球发射电磁波，需经 的时间才能接受到反射波（已知地球与月球间的距离为3.84105km）。16.频率为600 kHz到1.5 MHz的电磁波其波长由 m到 m17.一列真空中的电磁波波长为=30，它的频率是 Hz。当它进入水中后，波速变为原来的3/4，此时它的频率是 Hz。18.把声音.图像等信号加载到高频电磁波上的过程，称为 。信号的调制方式有调幅信号和 两种方式。其中 信号由于抗干扰能力强，操作性强，因此高质量的音乐和语言节目，电视伴音采用这种信号调制方式。19.太阳辐射的能量集中在 . 和 三个区域内。波长在黄绿光附近，辐射的能量最 ，我们的眼睛正好能感受这个区域的电磁辐射。20.下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象。请将相应的字母填