电磁波的发现及应用-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

第十三章电磁感应与电磁波初步第4节电磁波的发现及应用

核心素养学习重点物理观念(1)知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。(2)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。电磁波的发现历史概况，物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用；电磁波是一种特殊物质，能传播能量和信息；电磁波谱中各波段的主要特性以及在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。科学思维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，会分析电场与磁场相互转化的规律。

核心素养学习重点科学探究探究电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。电磁波的发现历史概况，物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用；电磁波是一种特殊物质，能传播能量和信息；电磁波谱中各波段的主要特性以及在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。科学态度与责任(1)领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。(2)体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。素养能力提升课后知能作业探究点课堂效果反馈探究点电磁场电磁波●新知导学情境：(1)如今，电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。那么，电磁波是如何产生的呢？(2)如图所示，战争中，天上有卫星，空中有战机，地上有战车，海里有战舰。你知道是什么把这些战场要素连成一个有机的整体的吗？

[提示][提示](1)变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它们形成一个不可分离的统一场，这就是电磁场。它既不是电场也不是磁场，更不是电场和磁场的叠加，而是电场和磁场相互依赖，形成不可分割的整体。(2)是电磁波。战场各个要素通过电磁波互通有无，传递信息，构成一个有机的战场系统。●基础梳理一、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①在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的__________________，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________。②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生________。磁通量发生变化电场电场(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________，即________的电场在空间产生磁场。磁场变化2．电磁场：变化的________和变化的________所形成的不可分割的统一体。3.电磁波(1)电磁波的产生：__________变化的电场和__________变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。(2)电磁波的特点①电磁波________在真空中传播。②电磁波的传播速度等于________。③光在本质上是一种__________。即光是以________形式传播的一种电磁振动。电场磁场周期性周期性可以光速电磁波波动(3)电磁波的波速①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λ、频率f的关系是c＝________。②电磁波在真空中的传播速度c＝3×108m/s。波长×频率λf二、电磁波谱与电磁波的能量1．电磁波谱(1)概念：按电磁波的________或________大小的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。(2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：____________________________________、X射线、γ射线。波长频率

无线电波、红外线、可见光、紫外线(3)各种电磁波的特性①无线电波：用于________、卫星通信、________等信号的传输。②红外线：用于____________等。③可见光：照亮自然界，也可用于________。④紫外线：用于____________。⑤X射线和γ射线：用于诊断病情、摧毁______________。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________，电磁波是一种物质。广播电视加热理疗通信灭菌消毒病变的细胞能量●重难解读一、电磁场1．对变化的磁场产生电场的理解(1)恒定的磁场不产生电场。(2)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。(3)不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场。(4)周期性变化的磁场产生同频率变化的电场。①变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。②在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的，源于变化的磁场；而静电场中的电场线是不闭合的，源于电荷，由正电荷起到负电荷止。2．变化的电场产生磁场(1)现象及分析：电荷运动时，周围的小磁针摆动，说明小磁针所在处产生了另一个磁场，使小磁针发生摆动，这个磁场是由电荷运动在周围空间产生的变化的电场引起的，如图所示。(2)假设：麦克斯韦根据自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场是对称的，他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。二、电磁波1．电磁波的产生根据上述两个基本论点，麦克斯韦推断：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场。于是，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。2．电磁波的特点(1)电磁波是横波，在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相垂直且均与电磁波的传播方向垂直、如图所示。(2)电磁波的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c＝3×108m/s。电磁波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度。(3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。3．赫兹实验1886年，赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了电磁波。(1)赫兹的实验装置：如图所示。(2)实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过了火花。(3)现象分析：当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙中也产生了火花。(4)赫兹的其他成果：赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，通过测量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度c，证实了麦克斯韦的电磁场理论。三、电磁波谱1．波的相关知识(1)波峰、波谷：在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰；凹下的最低处叫作波谷。(2)波长、频率、波速：邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长λ；频率f是指在1s内波峰(或波谷)通过的次数；水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速v。三者之间的关系是v＝λf。2．电磁波谱及排列按电磁波的波长或频率大小的顺序把电磁波排列起来，就是电磁波谱。按波长由长到短依次为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。3．电磁波的能量及电磁波通信(1)电磁波的能量各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波，说明电磁波具有能量，电磁波是一种物质。(2)电磁波通信随着计算机网络的发展和智能手机的出现，负责通话的电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息通信网络。而这些信息都是通过电磁波来传递的。类型一对电磁场的理解典题1：(多选)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(

)

[思维点拨][思维点拨]均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。答案：CD解析：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，C、D所示的变化电场能产生电磁波。故选CD。

[规律方法][规律方法]对变化的电场产生磁场的理解(1)恒定的电场不产生磁场。(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。(3)非均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场。(4)周期性变化的电场产生同频率变化的磁场。跟踪训练1：根据麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是(

)A．磁场周围一定存在电场B．电场周围一定存在磁场C．点电荷的电场周围一定没有磁场D．变化的磁场周围不一定存在变化的电场答案：D解析：变化的磁场可以激发电场，恒定的磁场不会产生电场，故A错误；变化的电场可以激发磁场，恒定的电场不会产生磁场，故B错误；运动的电荷可以产生磁场，故C错误；变化的磁场周围不一定存在变化的电场，只有非均匀变化的磁场才能产生变化的电场，故D正确。故选D。类型二电磁波典题2：关于电磁场理论，下列说法中正确的是(

)A．在电场的周围空间一定产生磁场B．任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场C．均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场D．周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁场

[思维点拨][思维点拨]注意变化二字，只有不断变化才有不断激发。答案：D解析：只有变化的电场才能产生磁场，同样，只有变化的磁场才能产生电场，故A错误；根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的电场周围只能产生稳定的磁场，故B错误；变化的电场周围不一定产生变化的磁场，例如均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，故C错误；根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的电场周围一定产生同频率的周期性变化的磁场，故D正确。故选D。

[规律方法][规律方法](1)电场与磁场在空间相交不能称为电磁场，判断是否是电磁场的关键是变化的电场和变化的磁场交替产生，是不可分割的统一体。(2)变化的电场和变化的磁场交替产生而形成的电磁场由近及远地传播形成了电磁波。(3)光是一种电磁波，传播不一定有介质。(4)E和B随时间和空间做周期性(正弦规律)的变化。跟踪训练2：关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是(

)A．变化的磁场产生电场B．各种频率的电磁波在真空中以不同的速度传播C．电磁波依赖于介质才能传播D．光不是电磁波答案：A解析：变化的磁场产生电场，故A正确；各种频率的电磁波在真空中的速度相同，大小为c，故B错误；电磁波可以在真空中传播，电磁波的传播不需要介质，故C错误；光是一种电磁波，故D错误。故选A。类型三电磁波谱典题3：下列关于电磁波的说法正确的是(

)A．X射线穿透力较强，可用来进行人体透视B．紫外线能在磁场中偏转，有很强的荧光效应，可用于防伪C．麦克斯韦建立了电磁场理论并证实了电磁波的存在D．红外体温计是依据体温计发射红外线来测量体温的

[思维点拨][思维点拨]按照波长依次变短的顺序去理解记忆。答案：A解析：X射线穿透力较强，可用来进行人体透视，故A正确；紫外线有很强的荧光效应，可用于防伪，但不带电，不能在磁场中偏转，故B错误；麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故C错误；红外体温计是依据探测人体发射的红外线来测量体温的，不是体温计发射红外线，故D错误。故选A。

[规律方法][规律方法]

产生的机理特点用途无线电波振荡电路中电子周期性运动产生波动性强通信、广播、导航等红外线原子的外层电子受激发后产生热作用强加热、遥测、遥感、红外线制导等可见光感光性强照明、照相等紫外线化学作用荧光效应杀菌消毒、治疗皮肤病等

产生的机理特点用途X射线原子的内层电子受激发后产生穿透力强检查、探测、透视、治疗等γ射线原子核受激发后产生穿透力最强探测、治疗等跟踪训练3：有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置。下列说法正确的是(

)A．X射线的波长比红外线的波长更长B．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关C．医院里经常利用红外线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗D．变化的磁场会产生电场，均匀变化的磁场会产生均匀变化的电场答案：B解析：由电磁波谱可知，红外线的波长比X射线的波长长，A错误；电磁波在真空中传播时的速度为光速c，与电磁波的频率无关，B正确；医院里经常利用γ射线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗，C错误；麦克斯韦认为周期性变化的电场在周围能够引起周期性变化的磁场，而均匀变化的电场只能激发恒定的磁场，D错误。故选B。素养能力提升拓展整合•启智培优课堂效果反馈内化知识•对点验收1．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：由图可知，产生的电场为稳定的电场，由麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的磁场才能产生稳定的电场。故选B。2．关于电磁波的应用，下列说法不正确的是(

)A．雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备B．铁路，民航等安检口使用红外线对行李内物品进行检测C．医院里常用紫外线照射对病房和手术室进行消毒D．γ射线具有很强的穿透本领，可以用来治疗某些癌症答案：B解析：雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，故A正确；铁路，民航等安检口使用X光对行李内物品进行检测，故B错误；医院里常用紫外线照射对病房和手术室进行消毒，故C正确；γ射线具有很强的穿透本领，可以用来进行工业探伤，对细胞具有较强的杀伤能力，可以用来治疗某些癌症，故D正确。3．“中国天眼”位于贵州的大山深处，它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。关于电磁波下列说法正确的是(

)A．电磁波不能在水中传播B．红外线的波长比紫外线的长C．用手机通话时没有利用电磁波D．不同电磁波在真空中传播速度不同答案：B