《电磁波的发现及应用》教案

PAGE1§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：①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．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：①电磁波可以在真空中传播．②电磁波的传播速度等于光速．③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：①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λ、频率f的关系是c＝λf.②电磁波在真空中的传播速度c＝3×108m/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（）A． B．C． D．【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.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3×108B．根据v=λf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γ射线？【答案】无线电波：收音机；红外线：红外线理疗仪；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；γ射线：γ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、γ射线．(3)各种电磁波的特性①无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输．②红外线：用来加热理疗等．③可见光：照亮自然界，也可用于通信．④紫外线：用于消毒．⑤X射线：用于诊断病情⑥γ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0.3m~1.5m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λ=cf知200MHz电磁波的波长为λ1λ2=0.3mC．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、γ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、γ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、γ射线C．γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波D．γ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γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波。合格考达标练1.关于麦克斯韦电磁场理论,以下说法正确的是()A.在赫兹发现电磁波的实验基础上,麦克斯韦提出了完整的电磁场理论B.麦克斯韦第一个预言了电磁波的存在,赫兹第一个用实验证实了电磁波的存在C.变化的电场可以在周围的空间产生电磁波D.变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场答案B解析麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,而后赫兹用实验证明了电磁波的存在,故A错误,B正确;均匀变化的电场在周围产生稳定的磁场,不产生电磁波,均匀变化的磁场在周围空间产生稳定的电场,故C、D错误。2.关于电磁波传播速度表达式v=λf,下列说法正确的是()A.波长越长,传播速度越快B.频率越高,传播速度越快C.发射能量越大,传播速度越快D.电磁波的传播速度与传播介质有关答案D解析在真空中传播时,各类电磁波的传播速度相同。在介质中传播时,传播速度与介质有关。3.某处产生了一电磁波,该电磁波()A.一定是横波B.不能在真空中传播C.只能沿着某一方向传播D.在空气中的传播速度约为3×107m/s答案A解析根据电磁波的特点可知,电磁波为横波,故A正确;电磁波的传播不需要介质,可以在真空中传播,故B错误;电磁波产生后,可以在任意方向传播,故C错误;电磁波传播的速度在真空中等于光速,在空气中的传播速度约为3×108m/s,故D错误。4.验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光,电视机、空调的遥控器发出的光能控制电视机、空调的工作状态。对于它们发出的光,以下判断正确的是()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答案D解析紫外线有较强的荧光作用,能使荧光物质发出荧光,故验钞机发出的是紫外线;红外线能很方便地遥控家用电器,故D正确。5.关于电磁波谱,下列说法正确的是()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.γ射线是波长最长的电磁波,它比X射线的频率还要高C.紫外线比紫光波长长,可以用来消毒D.在电磁波谱中红外线穿透力最强,可以摧毁病变的细胞答案A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,故选项A正确;γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高,故选项B错误;在电磁波谱中从无线电波到γ射线,波长逐渐减小,频率逐渐增大,紫外线比紫光波长短,C错误;γ射线穿透力最强,可以摧毁病变的细胞,D错误。等级考提升练6.某广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光,都是电磁波,它们的频率分别为f1,f2,f3,f4,则()A.f1>f2>f3>f4B.f1<f2<f3<f4C.f1<f3<f2<f4D.f1>f2<f3<f4答案B解析广播电台发射“中波”、微波炉中的微波、可见光光波、X射线,它们的波长关系λ1>λ2>λ3>λ4,频率关系f1<f2<f3<f4,选项B正确。7.太阳表面温度约为6000K,主要发出可见光;人体温度约为310K,主要发出红外线;宇宙空间的温度约为3K,所发出的辐射称为“3K背景辐射”,它是宇宙“大爆炸”之初在空间上保留下的余热,若要进行“3K背景辐射”的观测,应该选择下列哪一个波段()A.无线电波 B.紫外线C.X射线 D.γ射线答案A解析电磁波谱按波长由长到短的顺序排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,由题意知,物体温度越高,其发出的电磁波波长越短,宇宙间的温度约为3K,则其发出的电磁波的波长应在无线电波波段,故选项A正确。8.下列关于电磁波的说法错误的是()A.一切物体都在不停地发射红外线B.红外线的波长比紫外线短C.医学上用X射线透视人体,检查体内病变等D.红外线可以用来加热理疗答案B解析红外线辐射即热辐射,一切物体都在不停地发射红外线,故A正确;红外线的波长比紫外线长,故B错误;X射线的穿透能力比较强,医学上用X射线透视人体,检查体内病变等,故C正确;红外线向外辐射热量,可以用来加热理疗,故D正确。本题选错误的,故选B。9.目前雷达发出的电磁波频率多在200~1000MHz的范围内,下列关于电磁波的说法正确的是()A.真空中,上述频率范围的电磁波的波长在30~150mB.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的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.测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间,就可以确定障碍物的距离答案D解析据λ=cf,电磁波频率在200~1000MHz的范围内,则电磁波的波长范围在0.3~1.5m,故选项A错误。根据麦克斯韦的电磁场理论,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,故选项B错误。波长越长的电磁波,越容易绕过障碍物,便于远距离传播,故选项C错误。电磁波在空气中的传播速度约为3×108m/s,只要测出时间就可以求距离,即s=ct2§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】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（）A．B．C． D．【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（）A．3m B． C． D．【答案】A【详解】根据光速、频率、波长之间关系有v=λf所以λ=v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、γ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、γ射线B．红外线、可见光、紫外线、无线电波、γ射线、伦琴射线C．γ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、γ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、γ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C．X射线频率最大，红外线的频率最小D．X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（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B．IC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D．IC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【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；B．IC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；D．IC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①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____。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___。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①波速、波长、频率三者之间的关系：波速=___×_____。电磁波的