《电磁波的发现及应用》教学设计

《电磁波的发现及应用》教学设计模块一电磁场相关理论与应用一、核心理论：麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生电场①在变化的磁场中放入闭合电路时，穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流。这一现象的本质是：变化的磁场会在空间中激发电场。②即使不存在闭合电路，变化的磁场依然会在空间中产生电场，电场的存在与电路是否闭合无关。变化的电场产生磁场变化的电场等效于电流的磁效应，会在其周围空间激发磁场，即变化的电场是磁场产生的重要来源之一。电磁场的定义：变化的电场与变化的磁场相互关联、不可分割，共同构成的统一体称为电磁场。例题精讲关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（）A．某科学家预言了电磁波的存在，另一科学家通过实验证明了电磁波的存在B．变化的电场能够产生变化的磁场，变化的磁场能够产生变化的电场C．紫外线是一种波长比紫光更短的电磁波，具有灭菌消毒的作用D．红外线、X射线是电磁波，γ射线是中子流某商场引入5G室内导航系统，通过发射特定频率的电磁波实现顾客位置精准定位，该系统使用的电磁波频率高于4G网络。关于这些电磁波，下列说法正确的是（）A．相比4G网络的电磁波，5G室内导航使用的电磁波更容易发生衍射现象B．这些电磁波能在真空中传播，且传播速度随频率增大而增大C．5G室内导航使用的电磁波可以发生偏振现象D．某科学家预言并证实了电磁波的存在某电磁体通入50540A的电流时，产生了42.02T的稳态磁场（即磁感应强度不随时间变化），相关技术达到国际领先水平。下列说法正确的是（）A．磁感应强度的单位1特斯拉（T）的定义式为1T＝1kg·A⁻²·s⁻²B．该稳态磁场可能激发出电场C．该稳态磁场一定是匀强磁场D．无论是永磁体还是电磁体，磁场本质上都是由电流产生下列关于电磁波的说法正确的是（）A．γ射线波长比X射线长，可用于探测金属构件内部的缺陷B．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场周围一定产生变化的磁场C．无线电波的接收过程中，使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐D．频率越高的电磁波，在真空中传播的速度越大模块二电磁波的本质、特性与验证一、电磁波的核心特性与相关结论电磁波的产生：周期性变化的电场会激发周期性变化的磁场，该变化的磁场又会激发新的变化的电场，如此交替产生，由近及远向周围传播，最终形成电磁波。传播介质：电磁波的传播依赖电场与磁场的相互激发，无需依赖其他介质，可在真空中传播；同时也能在光纤等介质中传播，且在介质中的传播速度小于真空中的速度。光的电磁理论：光是以波动形式传播的电磁振动，电磁波在真空中的传播速度与光速相等，即c＝3×10⁸m/s。电磁波的验证：某科学家通过实验捕捉到电磁波，证实了电磁场理论的正确性。能量特性：电磁场中储存着电磁能，电磁波的发射过程本质上是电磁能的辐射过程，传播过程中伴随电磁能的传递。二、波长、频率与波速的关系定量关系：波速＝波长×频率，即c＝λf（其中c为真空中的传播速度，λ为波长，f为频率）。影响因素：①频率由波源决定，与传播介质无关；②波长和波速与传播介质相关，同一电磁波在不同介质中传播时，频率保持不变，波速和波长会发生改变；③不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。例题精讲“天宫课堂”太空授课的画面通过电磁波传输到地面接收站。下列有关电磁波的说法正确的是（）A．电磁波是一种理想化的模型B．电磁波是电场或者磁场的单独传播C．可见光和无线电波都是电磁波D．电磁波不能独立于场源而存在春晚舞台上部分演员使用动圈式无线麦克风设备，该设备能将声音信号转换为电信号，再通过无线传输发送到音响设备。关于其工作原理，下列说法正确的是（）A．动圈式麦克风利用电磁感应原理将声音信号转换为电信号B．无线传输过程中，电信号通过超声波传播C．音响设备将电信号转换为声音信号的过程利用了电流的热效应D．无线麦克风的信号传输速度比光速快关于电磁波及其应用，下列说法中正确的是（）A．手机既能接收电磁波，也能发射电磁波B．正在起飞和降落的飞机上不允许使用手机C．电磁波能够被发射和接收D．塑料薄膜袋不能屏蔽电磁波，金属薄膜袋、金属饼干盒等能屏蔽电磁波5G网络使用的无线电通信频率在超高频段和极高频段，相比4G及以下网络（通信频率在特高频段）拥有更大带宽，传输速率可达10Gbps，是4G网络的50～100倍。5G信号与4G信号相比（）A．在真空中传播速度更慢B．在真空中传播速度更快C．波长更长D．频率更高，传输速率更快某原子基态的两个超精细能级间跃迁时会辐射电磁波，国际计量大会将该电磁波的9192631770个周期所持续的时间定为1秒。已知可见光波长范围为400nm～700nm，光速为3×10⁸m/s，则（）A．秒在国际单位制中是基本单位B．该跃迁辐射出的电磁波波长在可见光波长范围内C．该跃迁辐射出的电磁波频率比可见光的频率低D．该跃迁辐射出的电磁波在真空中传播速度等于光速宇宙中中性氢可产生波长为21cm的谱线，某大型射电望远镜的重要任务之一是探索该谱线的踪迹。下列数据与中性氢谱线的频率最接近的是（）A．10⁶HzB．10⁷HzC．10⁸HzD．10⁹Hz模块三电磁波谱的分类、特性与应用一、电磁波谱的定义与排序定义：按电磁波的波长（或频率）大小顺序排列形成的谱系，称为电磁波谱。波长由大到小排序：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线（频率排序则相反）。二、不同电磁波的特性与应用汇总表种类波长范围核心特性主要应用领域无线电波>1mm衍射能力强、传播距离远无线通信、广播、射电望远镜观测红外线760nm～10⁶nm热效应显著、穿透能力较弱物体烘干、红外遥感、温度测量、夜视仪可见光400nm～760nm感光性强、能被人眼感知日常照明、摄影成像紫外线10nm～400nm化学作用强、荧光效应灭菌消毒、荧光防伪、促进维生素D合成X射线0.001nm～10nm穿透能力较强医学透视、金属零件质量检测γ射线<10⁻³nm穿透能力极强医学γ刀治疗、金属内部缺陷探测例题精讲某新型防空驱逐舰采用“双波段（X波段和S波段）”雷达系统，X波段电磁波频率为8GHz～12GHz，S波段电磁波频率为2GHz～4GHz。下列说法正确的是（）A．在空气中X波段与S波段的传播速度相等B．X波段能量子的能量比S波段能量子的能量大C．S波段和X波段的频率都比紫外线的小D．在空气中S波段的波长比X波段的长水声通信是水下长距离通信的主要手段，某潜水器深潜作业时利用水声通信和电磁通信进行指令传输与数据交换。下列说法正确的是（）A．地面设备与通信卫星的实时通信不能通过机械波实现B．地面设备之间通信的信息载体若为声波，则属于纵波C．潜水器与地面设备通过水声通信时，信息载体属于横波D．潜水器与其他设备通信的信息载体若为蓝绿光，其频率比红光频率高下列电磁波按波长由长到短排列正确的是（）A．短波、X射线、紫外线、微波B．微波、红外线、可见光、γ射线C．γ射线、紫外线、红外线、微波D．X射线、短波、紫外线、可见光下列说法中正确的是（）A．遥控器发出的红外线波长比医院“CT”中的X射线波长长B．某科学家预言了空间存在电磁波，另一科学家用实验证实了电磁波的存在C．电磁波传播过程中，电场和磁场相互关联、不可分割D．紫外线最显著的作用是荧光效应，红外线最显著的作用是热效应（多选）5.有源相控阵雷达的每个辐射器都配装发射/接收组件，可自主产生、接收微波。关于电磁波，下列说法正确的是（）A．X射线的波长比微波的波长短B．遥控器是利用红外线工作的C．电磁波中，红外线的热效应最显著D．红外线的频率比紫外线的频率小（多选）6.关于电与磁的相关情景，说法正确的是（）A．当线圈绕OO′轴匀速转动时，会产生感应电流B．当导线中通有从左向右的电流时，小磁针的N极向里偏转C．变化的电场和变化的磁场互相激发、交替产生，形成电磁波D．电磁波谱中，红外线、紫外线均不属于可见光模块四电磁波的能量与通信应用一、电磁波的能量本质物质属性：电磁波是一种特殊的物质形态，不同于由分子、原子构成的常规实物，但具有客观存在性，与电场、磁场属于同一类物质形态。能量载体：电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场整体具有电磁能；电磁波发射的过程是电磁能向外辐射的过程，电磁波在空间传播时，电磁能会随波一同传递。二、电磁波通信的原理与特点传播途径分类①有线传播：借助金属导线、光纤等有形媒介传递信息，例如台式电脑、固定电话等设备的通信方式。②无线传播：不依赖线缆，直接利用电磁波传递信息，例如收音机、手机、GPS导航、无线鼠标等设备的通信方式。传输能力特性：电磁波的频率越高，单位时间内能够传递的信息量越大；由于光的频率远高于无线电波，因此光缆通信具有超大信息传输容量的优势。例题精讲5G技术相比4G，使用的电磁波频率更高、频率资源更丰富，相同时间内传输信息量更大，具备更快网速和更大网络容载能力。与4G相比，5G使用的电磁波（）A．光子能量更大B．能透视人体C．在真空中传播的速度更大D．波长更长某新型战机配备的有源相控阵雷达，其辐射器可自主产生、接收微波。关于电磁波，下列说法正确的是（）A．电磁波波长越长，其能量子越小B．红外线的频率比紫外线的频率小C．红外线的波长比可见光的波长长D．只有周期性变化的电场或磁场，才能在周围产生电磁波军事行动中士兵配备的“红外夜视仪”，可在夜间清晰看清目标，其核心原理是（）A．“红外夜视仪”发射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．只有高温物体才会不停地辐射红外线D．“红外夜视仪”发射X射线，激发被照射物体发出红外线使用蓝牙耳机接听手机来电时，信号通过特定电磁波传输。关于该电磁波，下列说法正确的是（）A．该电磁波不是蓝光B．波长比手机通信的电磁波短C．比手机通信的电磁波更难发生明显衍射现象D．在真空中的传播速度与手机通信的电磁波速度相等验钞机鉴别纸币真伪的原理是：照射纸币上的荧光物质使其发光，该设备使用的光是（）A．红光B．白光C．红外线D．紫外线防控重点场所使用的人体感应紫外线灯，装有红外线感应开关，实现“人来灯灭，人走灯亮”。下列说法正确的是（）A．红外线和紫外线都是电磁波B．紫外线能消杀病毒是因为其能量高，而非波长更长C．红外线的波长比无线电波短D．一切物体都能辐射红外线，并非只有热物体课时精练一、选择题（共8小题）下列设备中，利用电磁波工作的是（）A．手机通话B．电熨斗C．电热水壶烧水D．电饭锅加热食物动圈式无线麦克风能将声音信号转换为电信号，再通过无线传输发送到音响设备。关于其工作原理，下列说法正确的是（）A．动圈式麦克风利用电磁感应原理将声音信号转换为电信号B．无线传输过程中，电信号通过超声波传播C．音响设备将电信号转换为声音信号的过程利用了电流的热效应D．无线麦克风的信号传输速度比光速快某商场的5G室内导航系统通过发射特定频率电磁波实现精准定位，该电磁波频率高于4G网络。关于这些电磁波，下列说法正确的是（）A．相比4G网络的电磁波，5G室内导航使用的电磁波更难发生衍射现象B．这些电磁波能在真空中传播，且传播速度与频率无关C．5G室内导航使用的电磁波可以发生偏振现象D．某科学家预言了电磁波的存在，另一科学家证实了电磁波的存在某电磁体通入大电流后产生稳态磁场（磁感应强度不随时间变化），技术水平处于领先地位。下列说法正确的是（）A．1T＝1kg·A⁻²·s⁻²B．该稳态磁场不能激发出电场C．该稳态磁场不一定是匀强磁场D．永磁体的磁场本质上不是由电流产生某区域磁场的磁感应强度B随时间t变化如图所示（图略），则该区域内（）A．能产生电场，能产生电磁波B．能产生电场，不能产生电磁波C．不能产生电场，能产生电磁波D．不能产生电场，不能产生电磁波下列关于温室效应的相关说法，正确的是（）A．红外线具有明显热效应是因为其光子能量与物体分子热运动能量匹配，而非频率大于可见光B．温室效应是指二氧化碳对可见光吸收较弱，可见光照射地面使地面升温，地面辐射的长波红外线难以透过二氧化碳，导致大气温度上升C．地球形成早期，火山活动频繁排出大量二氧化碳，温室效应显著，当时地球气温较高D．全球变暖的主要原因是大气中二氧化碳含量增加导致温室效应加剧，而非工业燃料燃烧直接放热关于红外线与X射线，下列说法正确的是（）A．红外线的频率小于X射线的频率B．红外线的波长大于X射线的波长C．真空中红外线与X射线的传播速度相等D．真空中红外线的传播速度不等于X射线的传播速度某区域磁场的磁感应强度B随时间t均匀变化，则该区域（）A．会产生恒定的电场B．会产生周期性变化的电场C．能产生电磁波D．电场线的方向与磁场变化率无关二、多选题（共5小题）（多选）9.北斗卫星导航系统通过定位卫星与用户间的信号传输时间差计算距离，导航信号为电磁波。关于电磁波的说法，正确的是（）A．电磁波可以传递信息和能量，既能在介质中传播，也能在真空中传播B．无线电台利用LC电路形成振荡电流，进而发射电磁波C．根据LC电路的振荡频率公式f＝1/(2π√(LC))，增大电容器的电