《电磁波的发现及应用》课件

4.电磁波的发现及应用第十三章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.了解人类发现电磁波的历史,知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波的发现做出的贡献,领会在电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法和科学精神。(科学态度与责任)2.体验赫兹证明麦克斯韦预言电磁波存在的实验过程和实验方法,领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。(科学思维)3.了解电磁波是一种特殊物质,电磁波能传递能量和信息。(物理观念)4.了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。知道可见光是电磁波谱家族中的一个频段。(科学思维)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、电磁场1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点:变化的磁场产生电场;变化的电场产生磁场。2.变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一的电磁场。二、电磁波1.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。2.1886年赫兹通过实验捕捉到了电磁波,后来证实了麦克斯韦的电磁场理论。三、电磁波谱1.波速、波长、频率三者之间的关系是:波速=波长×频率。2.电磁波在真空中的传播速度c=3×108m/s。

3.电磁波谱: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。4.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。四、电磁波的能量和电磁波通信1.电磁场不仅仅是一种描述方式,而且是真正的物质存在。2.微波炉可以加热食物,说明电磁波具有能量;用收音机能够听到播音员的声音,是因为电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流,有电流就有能量。各种各样的仪器,能够探测到各种电磁波。所有这些都表明电磁波具有能量,电磁波是一种物质。3.人们可以通过接入互联网的手机看电影、聊天、购物、查阅资料、视频通话。这些信息都是通过电磁波来传递的。电磁波携带的信息,既可以有线传播,也可以无线传播。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)只有均匀变化的电场(磁场)才能产生均匀变化的磁场(电场)。(

)答案

×解析

均匀变化的电场(磁场)产生恒定的磁场(电场)。周期性变化的电场(磁场)产生同频率的周期性变化的磁场(电场)。(2)红外线、X射线、β射线和γ射线都属于电磁波。(

)答案

×解析

红外线、X射线、γ射线是电磁波,β射线是电子流,不是电磁波。(3)人体每时每刻都在发射红外线。(

)答案

√2.(2020湖南衡阳高二期末)下列各过程中,没有用到电磁波的是(

)A.用水银温度计测量体温B.用遥控器打开电视机C.用手机接听电话D.用微波炉加热面包答案

A解析

用水银温度计测量体温,用到了水银的热胀冷缩的性质,故A符合题意;用遥控器打开电视机,利用了红外线遥控技术,故B不符合题意;用手机接听电话,利用了电磁波通信,故C不符合题意;用微波加热面包,用到了微波,微波属于电磁波,故D不符合题意。课堂篇探究学习探究一对麦克斯韦电磁场理论的理解【情境导引】如图所示的实验演示了电磁波的发射和接收,通过此实验证实了什么问题?要点提示

实验演示了电磁波的发射和接收,验证了麦克斯韦电磁场理论。【知识归纳】1.电磁场的产生如果在空间某处有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场,这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。2.对麦克斯韦电磁场理论的理解

恒定的磁场不产生电场恒定的电场不产生磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场要点笔记

变化的磁场周围产生电场,与是否有闭合电路存在无关。

【典例示范】例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解析

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,只有选项D正确。规律方法

理解麦克斯韦的电磁场理论的关键掌握四个关键词:“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”,这些都是对时间来说的,是时间的函数。变式训练1如图所示的四种电场中,哪一种能产生电磁波(

)答案

D解析

由麦克斯韦电磁场理论,当空间出现恒定的电场时(如A图),由于它不激发磁场,故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场时(如B、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出电场,故也不会产生电磁波;只有周期性变化的电场(如D图),才会激发出周期性变化的磁场,周期性变化的磁场又激发出周期性变化的电场……如此周而复始,便会形成电磁波。探究二各种电磁波的共性及个性的比较【情境导引】在我们身边到处都有电磁波的影子,它的应用更是比比皆是。下面列出的设备中工作时所发出的波,哪些属于电磁波?(1)微波炉加热食物时发出的波。(2)电视发射塔发出的波。(3)互联网光缆中传播的波。(4)电视机遥控器发出的波。要点提示

均属于电磁波。【知识归纳】从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波,其行为遵从共同的规律,但因波长(频率)不同,又表现出不同的特点。1.共性(1)它们在本质上都是电磁波,它们的行为遵从相同的规律,各波段之间的区别并没有绝对的意义。(2)都遵守公式v=λf,它们在真空中的传播速度都是c=3.0×108m/s。(3)它们的传播都不需要介质。2.特性(1)不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性。波长越短穿透能力越强。(2)同频率的电磁波,在不同介质中速度不同。不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大,速度越小。(3)用途不同:无线电波用于通信和广播,红外线用于加热和遥感技术,紫外线用于杀菌消毒,X射线应用于医学上的X光照相,γ射线用于检查金属部件的缺陷,摧毁病变的细胞等。要点笔记

不同的电磁波由于具有不同的波长(频率),才具有不同的特性。【典例示范】例2下列有关电磁波的特性和应用,说法正确的是(

)A.红外线和X射线都有很高的穿透本领,常用于医学上透视人体B.过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康C.电磁波中频率最高的为γ射线,可用于消毒D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光答案

D解析

X射线有很高的穿透本领,医学上常用于透视人体,红外线不能,A错误;过强的紫外线照射对人的皮肤有害,B错误;电磁波中频率最高的为γ射线,可以摧毁病变的细胞,C错误;紫外线和X射线都可以使感光底片感光,D正确。归纳总结电磁波的特点和应用我们不仅要牢记电磁波谱中的不同的电磁波(如红外线、紫外线、X射线、γ射线)的特点和应用,还要记住电磁波谱中波长、频率的变化规律,如频率越高,波长越短,穿透性越强;频率越低,波长越长,穿透性越弱。变式训练2关于电磁波谱,下列说法正确的是(

)A.红外体温计的工作原理是人的体温越高,发射的红外线越强,有时物体温度较低,不发射红外线,导致无法使用B.紫外线的频率比可见光低,医学中常用于杀菌消毒,长时间照射人体可能损害健康C.卫星通信、电视等的信号传输一般用长波D.手机通信使用的是无线电波,其波长较长答案

D解析

人们利用红外线来测温,是利用红外线的热效应,体温越高人体发射的红外线越强,温度较低时仍发射红外线,故A错误;由电磁波长频率关系

知,紫外线的频率比可见光高,故B错误;卫星通信、电视等的信号传输一般用微波,故C错误;无线电波波长较长,故D正确。

随堂训练1.(多选)下列关于磁场、电场及电磁波的说法中正确的是(

)A.均匀变化的磁场在周围空间产生均匀变化的电场B.只要空间某处的电场或磁场发生变化,就会在其周围产生电磁波C.赫兹通过实验证实了电磁波的存在D.空间某个区域有振荡变化的电场或磁场,能产生电磁波答案

CD解析

均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场,故选项A错误;均匀变化的电场或磁场只能产生恒定的磁场或电场,不会产生电磁波,故选项B错误;电磁波由麦克斯韦预测,由赫兹通过实验证实,故选项C正确;电磁波可以由振荡变化的电场或磁场发出,故选项D正确。2.根据电磁波谱,从下列选项中选出电磁波的频率顺序由高到低排列且中间没有间断的是(

)A.X射线、紫外线、可见光B.X射线、紫外线、红外线C.紫外线、红外线、可见光D.无线电波、红外线、紫外线答案

A3.科学家发现地球大气层中的臭氧分子不断受到破坏。下列各项电磁波,会因臭氧层受损而对人类的健康构成最大危害的是(

)A.可见光 B.紫外线 C.γ射线

D.微波答案

B解析

由于太阳光中存在大量紫外线,而过多的紫外线会伤害眼睛和皮肤,臭氧层能吸收紫外线,故因臭氧层受损而对人类构成最大伤害的是紫外线。4.手机A拨打手机B时,手机B发出响声并且显示A的号码。若将手机A置于一透明真空罩中,再用手机B拨打手机A,则(

)A.听到响声,并显示B的号码B.听到响声,但不显示B的号码C.听不到响声,但显示B的号码D.既听不到响声,也不显示号码答案

C解析

手机之间通信靠电磁波,可以在真空中传播,但是在真空中声波不能传播,故听不到响声,但显示B的号码,C正确。知识点1

电磁场的产生及特点1.（多选）在电磁学发展的过程中，许多科学家做出了贡献。下列说法正确的是(

)

ABDA.奥斯特发现了电流的磁效应B.法拉第发现了电磁感应现象C.麦克斯韦预言了电磁波的存在，楞次用实验证实了电磁波的存在D.库仑发现了点电荷间的相互作用规律，密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值

2.（多选）下列说法正确的是(

)

BDA.均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场B.只要空间某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波C.电磁波必须依赖于介质传播D.电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直，且与波的传播方向垂直【解析】

只有变化的电场（磁场）周围才能产生磁场（电场），并且均匀变化的电场（磁场）周围产生的磁场（电场）是稳定的，A错误；只要空间某个区域有振荡的电场或磁场，电磁场就能由近及远地传播，形成电磁波，B正确；电磁波是周期性变化的电场与磁场交替激发由近及远传播的，所以传播不需要介质，C错误；变化的电场与变化的磁场共同产生电磁场，电磁波的电场强度与磁感应强度总是相互垂直的，且与传播方向垂直，D正确。3.已知穿过某一平面的磁通量随时间变化的规律，如图所示。则关于在该磁场周围的某位置产生的电场的电场强度(

)

C