2019-2020学年高中物理 第四章 电磁波及其应用 1 第一节 电磁波的发现 第二节 电磁波谱学案 新人教版选修1-1

第一节电磁波的发现 第二节电磁波谱1.了解麦克斯韦电磁场理论，了解电磁波的形成和传播(重点难点)2.知道波长、频率和波速的关系知道电磁波在真空中的传播速度(重点)3.了解电磁波谱是由无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线组成的，知道它们各自的特点与主要应用, 学生用书p59)一、伟大的预言1变化的磁场产生电场2变化的电场产生磁场二、电磁波1产生：如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场；这个变化的磁场又会引起新的变化的电场和磁场于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播，这种电场和磁场的传播是一种波动过程，这就是电磁波2传播速度：电磁波可以在真空中传播，它的传播速度等于光速，光也是一种电磁波三、赫兹的电火花物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在及麦克斯韦电磁理论的正确性1手机发射的是电磁波还是机械波？提示：是电磁波因为手机信号能在真空中传播四、波长、频率和波速1概念(1)在波的传播中，凸起的最高处，叫做波峰凹下的最低处叫做波谷相邻的两个波峰(或波谷)的距离叫波长(2)在一秒内所通过波峰或波谷的次数叫波的频率(3)波的传播快慢用波速来表示2波长、频率和波速的关系波长、频率和波速三者的关系式为波速波长频率，即cf.3电磁波在真空中传播的速度为c3.00108 m/s.五、电磁波谱按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱按波长由大到小的顺序，它们分别是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线和射线六、电磁波的能量1电磁波具有能量，电磁波是物质存在的一种形式2微波炉的工作应用了一种电磁波微波，食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高七、太阳辐射1太阳光中含有可见光、红外线、紫外线、x射线、射线、无线电波2辐射的能量主要集中在可见光、红外线和紫外线三个区域内眼睛正好接收可见光这个区域的辐射2太阳光是包含各种颜色的白光，为什么清晨和傍晚的时候，我们看到太阳发红呢？提示：清晨或傍晚时，太阳光几乎平行于地平面，穿过的大气层最厚，波长较短的蓝光、紫光等侧向散射较多，剩下波长较长的红光、橙光透过大气射入我们的眼睛，所以看起来太阳就是红色的了当天空中有云块时，云块为阳光所照射，也呈红色，从而形成了朝霞和晚霞而正午时大气层最薄，散射不多，因此阳光仍然呈白色对电磁场理论的理解学生用书p601电磁场的产生(1)变化的磁场产生电场(如图甲所示)，这是电磁场理论的核心之一在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里将会产生感应电流，这是法拉第发现的电磁感应现象麦克斯韦认为：这个现象的实质是变化的磁场周围产生电场，也正是由于这个电场的产生使得放在它里面的闭合电路出现电流(如图乙所示)这是一种普遍存在的现象，就算闭合电路不存在，电场也照样产生，而闭合电路的作用只是用来显示电场的存在(2)变化的电场产生磁场，这是电磁场理论的核心之二这个假设没有直接的实验做基础，它出于麦克斯韦对自然规律的洞察力，是一个大胆而且富有创造性的假设自然规律有着和谐美和对称美根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流会产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场(极板上的电荷量不断改变造成电场变化)周围也会产生磁场2对麦克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)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；(4)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；(5)如果在空间某处有周期性变化的电场，就在空间产生周期性变化的磁场；这个周期性变化的磁场又会引起新的周期性变化的电场，如此下去，变化的电场和磁场交替产生，从而形成由近至远传播的电磁波某电路中电场随时间变化的图象如图所示，能发射电磁波的电场是()关键提醒 解答本题应注意以下两点：(1)均匀变化的电场(磁场)产生恒定的磁场(电场)；(2)非均匀变化的电场(磁场)产生变化的磁场(电场)解析变化的电场可产生磁场，产生磁场的性质是由电场的变化情况决定的均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场a中电场不随时间变化，不会产生磁场b和c中电场都随时间做均匀变化，在周围空间产生稳定的磁场，这个磁场不能再激发电场，所以不能激起电磁波d中是一振荡电场，它将在周围空间产生振荡的磁场，振荡的磁场又产生振荡的电场，从而形成一个不可分割的统一体，即电磁场，它由近及远的传播即为电磁波故选项d正确答案d1关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()a稳定的电场产生稳定的磁场b均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场c变化的电场产生的磁场一定是变化的d振荡电场周围空间产生的磁场也是振荡的解析：选d.麦克斯韦电磁场理论的要点是：变化的磁场(电场)要在周围空间产生电场(磁场)，若磁场(电场)的变化是振荡的，产生的电场(磁场)也是振荡的；稳定的电场不产生磁场，均匀变化的电场产生的是稳定的磁场，变化的电场产生的磁场不一定是变化的，也可能是稳定的电磁波的特点学生用书p601电磁波传播时不需要介质，机械波传播必须在介质中传播2电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射现象，也能发生反射、吸收、折射等现象它是物质存在的一种形式，也是能量传递的一种方式3波长、频率、波速的关系：电磁波和机械波的波速、波长、频率关系相同都是vf，式中表示波长，频率与周期的关系是f或t，频率的单位是赫(hz)，也常用千赫(khz)或兆赫(mhz)作单位.1 khz103hz，1 mhz106hz.4在真空中传播时，不同频率的电磁波的传播速度相同，都等于光速，即vc3.00108 m/s.(1)电磁波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度，在一般计算中认为电磁波在空气中的传播速度与真空中的传播速度相等(2)机械波和电磁波的频率取决于波源，从一种介质进入另一种介质时，波的频率不变(多选)下列关于电磁波的说法中正确的是()a只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波b电磁波传播需要介质c停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在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解析对电磁波的产生机制及传播途径要搞清，如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，就不能产生新的电场(或磁场)，也就不能产生电磁波电磁波不同于机械波，它的传播不需要介质，故应选c、d项答案cd2关于电磁波，下列说法正确的是()a所有电磁波的频率相同b电磁波只能在真空中传播c电磁波在任何介质中的传播速度相同d电磁波在真空中的传播速度是3.0108 m/s答案：d电磁波谱及应用学生用书p61波长特征用途无线电波大小波动性强通信广播、导航等无线电技术红外线热效应强加热、遥测、遥感、红外制导可见光引起视觉照明、摄影等紫外线化学效应日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等x射线贯穿性强检查、探测、医用透视、治疗等射线贯穿本领最强工业探伤、探测、治疗等电磁波在生活中有着广泛的应用不同波长的电磁波具有不同的特性，因此也有不同的应用下列器件与其所应用的电磁波对应关系不正确的是()a雷达无线电波b手机x射线c紫外消毒柜紫外线d遥控器红外线关键提醒 熟记各种电磁波的特点和应用是解题的关键解析由电磁波的不同特性可知，雷达、手机利用无线电波，消毒柜利用紫外线，遥控器则利用红外遥感技术，由此可知选项b不正确答案b3我国进行第三次大熊猫普查时，首次使用了全球卫星定位系统和rs卫星红外遥感技术，详细调查了珍稀动物大熊猫的种群、数量、栖息地周边情况等，红外遥感利用了红外线的()a热效应b相干性c反射性能好 d波长较长，易衍射解析：选d.红外线的波长较长，衍射现象明显，容易穿透云雾、烟尘，因此被广泛应用于红外遥感和红外高空摄影，故d对机械波和电磁波的比较学生用书p61电磁波和机械波不同：机械波的传播速度与介质有关，电磁波的传播速度与介质和电磁波的频率均有关1在同一均匀介质中传播时，机械波的传播速度相同；在同一均匀介质中频率不同的电磁波传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大，当波从一种介质进入另一种介质时频率不变2在不同的介质中传播时，频率相同的电磁波和机械波传播速度不同(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是()a机械波与电磁波本质上是一致的b机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关c机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波d它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象审题指导 解答本题应注意电磁波和机械波的本质，波长、波速和频率与哪些因素有关，并注意电磁波和机械波的共性解析机械波由振动产生，机械波传播需要介质，速度由介质决定；电磁波传播不需要介质，波速由介质和本身频率共同决定，机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，故选项b、c、d正确答案bcd(1)电磁波和机械波都是波，都具有波的共性，能发生干涉、衍射等现象；(2)电磁波和机械波又有自己不同的特点，传播时有的需要介质有的不需要介质，波速的影响因素也不同 随堂检测 学生用书p621在物理学史上，最先建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家是()a赫兹b爱因斯坦c麦克斯韦 d法拉第解析：选c.法拉第发现了电磁感应现象，麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，赫兹用电火花实验证明了电磁波的存在，爱因斯坦建立了相对论，故选项c正确2(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论，判断如图所示的表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是()解析：选bc.a图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，a图中的下图是错误的；b图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图中的磁场是稳定的，所以b图正确；c图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差，c图是正确的；d图中的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图象与上图相比较，相位相差，故d图错误3关于电磁波，下列说法中不正确的是()a频率越高，传播速度越大b无线电波的传播不需要介质c无线电波在真空中的传播速度是3.0108 m/sd振荡的电场与振荡的磁场相互激发，由近及远传播，形成电磁波解析：选a.在真空中，电磁波的传播速度与频率无关，a错无线电波可以在真空中传播，传播速度为3.0108 m/s，电场与磁场相互激发，形成电磁波b、c、d正确4(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是()a电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波b红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的c伦琴射线和射线是原子的内层电子受激发后产生的d红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线解析：选ab.射线是原子核受到激发产生的，选项c错误；一切物体都在发射红外线，选项d错误5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写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上(1)x光机_；(2)紫外线灯_；(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好这里的“神灯”是利用_a光的全反射b紫外线具有很强的荧光作用c紫外线具有杀菌消毒作用dx射线具有很强的贯穿能力e红外线具有显著的热作用f红外线波长较长，易发生衍射解析：(1)x光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透能力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了x射线(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快答案：(1)d(2)c(3)e课时作业 学生用书p109(单独成册)一、单项选择题1第一个用实验证实电磁波存在的物理学家是()a赫兹 b爱因斯坦c麦克斯韦 d法拉第解析：选a.麦克斯韦是第一个提出电磁场理论、预言电磁波存在的物理学家，但用实验作出证明的是赫兹，所以a正确2下列设备不是利用电磁波来传递信息的是()a电视b手机c无线广播 d有线电话解析：选d.有线电话是利用电磁感应的原理，通过电线传递信息，不需要发射电磁波3电磁波包含了射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是()a无线电波、红外线、紫外线、射线b红外线、无线电波、射线、紫外线c射线、红外线、紫外线、无线电波d紫外线、无线电波、射线、红外线解析：选a.在电磁波谱中，无线电波波长最长，射线波长最短4对电磁波传播速度表达式cf的理解正确的是()a波长越长，传播速度就越快b频率越高，传播速度就越快c发射能量越大，传播速度就越快d电磁波的传播速度与传播介质有关解析：选d.电磁波在介质中传播时的速度由介质和电磁波的频率决定，在真空中电磁波的速度都是光速选项d正确5现代军事行动中，士兵都佩戴有“红外夜视仪”，以便在夜间也能清楚地看清目标，这主要是因为()a“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体b一切物体均不停地辐射红外线c一切高温物体不停地辐射红外线d“红外夜视仪”发射出射线，放射物体受到激发而发出红外线解析：选b.一切物体都不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同采用红外线接收器，可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，而不受白天和夜晚的影响选项b正确6如图所示的四种磁场变化情况中，能产生图中电场的是()解析：选b.变化的磁场产生电场，a选项中的磁场是恒定磁场，不产生电场，a选项错；均匀变化的磁场产生恒定的磁场，选项b正确；选项c、d中的磁场是周期性变化的磁场，产生周期性变化的电场，选项c、d错误二、多项选择题7关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是()a变化的电场和变化的磁场由近及远地向外传播，形成电磁波b电磁场是一种物质，不能在真空中传播c电磁波由真空进入介质中，传播速度变小，频率不变d电磁波的传播过程就是能量传播的过程解析：选acd.变化的电场和变化的磁场由近及远地向外传播，形成电磁波；电磁波可以在真空中传播，且传播速度大于在介质中的传播速度；电磁波的传播过程同时也是能量的传播过程8关于波长为0.6 m的红光，下列说法中正确的是()a其在真空中的传播速度为3.0108 m/sb其频率是51014hzc传播10 m的距离需要的时间是1.0105sd在10 m的距离中约有1.7107个波长解析：选abd.电磁波在真空中的传播速度是光速，所以a正确；0.6 m0.6106m，f51014hz，b正确；t3.3108 s，所以c错误；在10 m的距离中有波长的个数n1.7107，d正确9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波长范围在0.3 m至1.5 m之间b电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的c测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离d波长越短的电磁波，频