新教材人教版高中物理必修第三册 13.4　电磁波的发现及应用（导学案 解析版）

1、精品文档 精心整理精品文档 可编辑的精品文档13- 4电磁波的发现及应用一、学习目标1.了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念.2.知道电磁波的特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系.3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量二、学习过程【问题探究】打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量。接着，按照如图所示的方式在收音机附近将电池盒的两引线反复碰触，你会听到收音机中发出“咔咔咔”的响声。为什么会产生这种现象？【答案】电池盒的两根引线反复碰触时，电流迅速变化，产生的电场迅速变化，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场形成电

2、磁波向外传播，当电磁波遇到收音机时被接收到，从而发出咯咯的声响。【知识点1】电磁场与电磁波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的电路，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，也同样要在空间产生电场(2)变化的电场产生磁场：变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场2电磁场：变化的电场和磁场所形成的不可分割的统一体3电磁波：(1)电磁波的产生：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)电磁波的特点：电磁波可以

3、在真空中传播电磁波的传播速度等于光速光在本质上是一种电磁波即光是以波动形式传播的一种电磁振动(3)电磁波的波速：波速、波长、频率三者之间的关系：波速波长频率电磁波的波速c与波长、频率f的关系是cf.电磁波在真空中的传播速度c3108 m/s.例题1、（多选）根据麦克斯韦电磁场理论，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均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场C周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场D变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波【答案】CD【详解】AB均匀变化的电场产生恒定的磁场，所以A、B均错误；C由麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的

4、电场一定产生同频率的周期性变化的磁场，故C正确；D由麦克斯韦电磁场理论可知，故D正确。例题2、根据麦克斯韦电磁场理论，在如图所示的四种变化电场中，能产生电磁波的是（）ABCD【答案】CD【详解】根据麦克斯韦电磁理论可知，周期性变化的电场能产生周期性变化的磁场，从而产生电磁波，根据图像可知，CD所示的变化电场能产生电磁波。例题3、如图所示是沿z轴方向传播的电磁波的模型图，箭头线段长度表示了场强大小，已知光速为c。下列关于电磁波说法正确的有（）A电磁波传播空间，一定存在均匀变化的电场B电磁波传播空间，一定存在均匀变化的磁场C图示电磁波在真空中传播的速度为cD图示电磁波若在真空中传播则说明光频率为E

5、.从图示电磁波模型来看电磁波属于横波【答案】CDE【详解】AB根据麦克斯韦电磁学理论，均匀变化的电场激发恒定的磁场，均匀变化的磁场激发恒定的电场，恒定的磁场不能激发电场，恒定的电场不能激发磁场，因此只有非均匀变化的电磁场才能激发电磁波，故AB错误；C所有电磁波在真空中传播的速度都为光速，故C正确；D根据波长、波速和频率之间的关系，得知光频率为，故D正确；E所有电磁波都是横波，故E正确。跟踪训练：是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一为具有超高速的数据传播速率。信号一般采用频段的无线电波，而第四代移动通信技术的频段范围是，则（）A信号比信号所用的无线电波在真空中传播的更快B信号相比于

6、信号更不容易绕过障碍物，所以通信需要搭建更密集的基站C空间中的信号和信号会产生干涉现象D信号是横波，信号是纵波【答案】B【详解】A所有电磁波在真空中的传播速度都是3108m/s，与频率无关，A错误；B根据v=f由于5G信号频率更高，波长更短，更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，B正确；C由于5G信号和4G信号频率不同，因此不会产生干涉现象，C错误；D所有的电磁波都是横波，因此5G信号和4G信号都是横波，D错误。【问题探究】电磁波在我们日常生活中应用相当广泛，请你列举出下列电磁波的应用实例：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线？【答案】无线电波：收音机；红外线：红外线

7、理疗仪；可见光：人看到的五彩缤纷的世界；紫外线：紫外线消毒灯；X射线：X光透视机；射线：射线探伤【知识点2】电磁波谱与电磁波的能量1电磁波谱(1)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)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、射线(3)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，光具有能量(2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质例题4、一般雷达发出的电磁波频率多在

8、200MHz-1000MHz的范围内，下列说法正确的是（）A电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的B上述频率范围的电磁波的波长约在0.3m1.5m之间C波长越短的电磁波，越容易绕过障碍物，便于远距离传播D若测出雷达从发射电磁波到接收反射回来的电磁波的时间，就可以确定障碍物的体积【答案】B【详解】A由麦克斯韦电磁理论，周期性变化的电场或磁场才能产生电磁波，A错误；B由波长=cf知200MHz电磁波的波长为1=1.5m，1000MHz电磁波的波长为2=0.3m B正确；C波长越短的电磁波波动性越小，越不易绕过障碍物，C错误；D测出雷达从发射电磁波到接收反射回来的电磁波的时间，可以测出障碍物与雷达间的

9、距离，并不能确定障碍物的体积，D错误。例题5、电磁波的频率范围很广，无线电波、可见光、射线、红外线、紫外线、X射线都是电磁波。下列电磁波按频率由大到小的排列顺序正确的是（）A无线电波、可见光、射线、红外线、紫外线、X射线B无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线C射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波D射线、紫外线、红外线、X射线、可见光、无线电波【答案】C【详解】电磁波按频率由大到小的排列顺序是射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波。 13- 4电磁波的发现及应用 作业班级： 学号： 姓名： 一、选择题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

10、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【详解】根据麦克斯韦电磁场理论，只有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，选项D正确ABC错误。故选D。2关于电磁场和电磁波的说法中正确的是（）A紫外线是一种波长比紫光波长更长的电磁波，能够灭菌B变化的磁场一定产生变化的电场，变化的电场一定产生变化的磁场C电磁波是横波，可以在真空中传播D麦克斯韦第一次在实验室通过实验验证了电磁波的存在【答案】

11、C【详解】A紫外线是一种波长比紫光波长更短的电磁波，能够灭菌，故A错误；B变化的电场产生的磁场不一定是变化的，当均匀变化时，则产生恒定的。当非均匀变化时，则产生非均匀变化的。故B错误；C电磁波是横波，可以在真空中传播，故C正确；D赫兹第一次在实验室通过实验验证了电磁波的存在，故D错误。故选C。3下列图中所示的四种磁场变化情况，能产生如图所示的电场的是（）ABCD【答案】C【详解】由图可知，产生的电场为匀强电场，根据麦克斯韦的电磁场理论可知，只有磁场随着时间均匀变化，才会产生恒定的电场，故C正确，A、B、D错误。故选C。4电磁波在真空中的速度。滕州广播电台的频率，则该电台所发射电磁波的波长约为（

12、）A3mBCD【答案】A【详解】根据光速、频率、波长之间关系有v=f所以=vf=310899.5106m3.0m故A正确，BCD错误。故选A。5如图所示是我国口径球面射电望远镜（FAST），它可以接收来自宇宙深处的电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是（）A电磁波是纵波B麦克斯韦通过实验捕捉到电磁波C频率越高的电磁波，波长越长D电磁波可以传递信息和能量【答案】D【详解】A电磁波是横波，所以A错误；B赫兹是最早用实验证实电磁波存在、证明麦克斯韦电磁场理论的科学家，所以B错误；C频率越高的电磁波，波长越短，所以C错误；D电磁波可以传递信息和能量，所以D正确；故选D。6红外线、紫外线、无线电波、可见光

13、、射线、伦琴射线按波长由大到小的排列顺序是（）A无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线B红外线、可见光、紫外线、无线电波、射线、伦琴射线C射线、伦琴射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波D紫外线、红外线、射线、伦琴射线、无线电波、可见光【答案】A【详解】按波长由大到小的排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线。故选A。7在电磁波谱中，红外线、可见光和X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可见光的频率最大，红外线的频率最小CX射线频率最大，红外线的频率最小DX射线频率最大，可见光的频率最小【答案】C【详解】红外线、可见光和伦琴射线（

14、X射线）三个波段的波长是从长到短，所以其频率是从低到高。则频率最高的是伦琴射线（X射线），频率最小的红外线。故选C。8电磁波谱家族有众多的成员。关于电磁波的应用，下列说法不正确的是（）A电磁炉是利用电磁波来工作的B微波炉是利用电磁波的能量来快速煮熟食物的C雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的D夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的【答案】A【详解】A电磁炉是利电磁感应原理和电流的热效应来工作的，故A错误，符合题意；B微波时电磁波的一部分，食物分子在微波的作用下剧烈震动，内能增大，温度升高，达到加热的目的，故B正确，不符合题意；C雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的，故C正确，不符合题意；D不

15、同温度的物体发出的红外线特征不同，夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的，故D正确，不符合题意。故选A。9如图为公交车上车时刷卡的情景，当听到“嘀”的声音，表示刷卡成功。刷卡所用的IC卡内部有电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路。刷卡时，读卡机向外发射某一特定频率的电磁波，IC卡内的LC振荡电路产生电谐振，线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是（）A读卡机发射的电磁波不能在真空中传播BIC卡工作所需要的能量来源于卡内的电源C若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则IC卡内不会产生感应电流DIC卡既能接收读卡机发射的电磁波，也有

16、向读卡机传输数据功能【答案】D【详解】A读卡机发射的电磁波能在真空中传播，选项A错误；BIC卡工作所需要的能量来源于卡内产生的感应电流，选项B错误；C若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则IC卡内仍会产生感应电流，只不过不能产生电谐振，从而不能产生较大的感应电流，选项C错误；DIC卡既能接收读卡机发射的电磁波，也有向读卡机传输数据功能，选项D正确。故选D。二、非选择题10电磁场与电磁波（1）麦克斯韦电磁场理论a.变化的磁场产生电场在变化的磁场中放入一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生_。这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了_。即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空

17、间产生_ 。b变化的电场产生磁场变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生_，即_的电场在空间产生磁场。（2）电磁场：变化的_ 和_所形成的不可分割的统一体。（3）电磁波a.电磁波的产生：_变化的电场和_变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。b.电磁波的特点电磁波_在真空中传播。电磁波的传播速度等于_。光在本质上是一种电磁波。即光是以_形式传播的一种电磁振动。c.电磁波的波速波速、波长、频率三者之间的关系：波速=_ _。电磁波的波速c与波长、频率f的关系是c=_。电磁波在真空中的传播速度c=3108 m/s。【答案】感应电流 电场 电场 生磁场 变化 电场 磁场 周期性 周期性

18、可以 光速 波动 波长 频率 f 【详解】 略11中国航天员在天宫一号上成功进行了太空授课（如图）。已知天宫一号空间实验室轨道半径为，地球半径为，试计算航天员讲课的实时画面从天宫一号空间实验室发至地面接收站，最少需要多少时间？【答案】1.1310-3s【详解】根据运动公式得t=sc=6740-64003108103s1.1310-3s12若某种电磁波在真空中的频率为，试回答下列问题：(1)该电磁波的波长为多少？（电磁波在真空中的传播速度为）(2)该电磁波属于哪个波段？（红外线波长范围为，紫外线的波长范围为5370nm）(3)现代科技可以使电磁波在特定介质中的传播速度大大减小。当频率为的电磁波以900m/s的速度传播时，电磁波的波长变为多少？【答案】(1)210-7m；(2)紫外线波段；(3)610-13m【详解】（1）由波速公式c=f得=cf=31081.51015m=210-7m（2）该电磁波属于紫外线波段。（3）由v=f得=vf=9001.51015m=610-13m13某高速公路自动测速仪装置如图2甲所示，雷达向汽车驶来的方向发射不连续的电磁波，每次发射时间约为106 s，相邻