新教材高中物理第13章电磁感应与电磁波初步4电磁波的发现及应用课件新人教版必修第三册（51张PPT）

(共51张PPT)
第十三章　电磁感应与电磁波初步
4．电磁波的发现及应用
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．了解麦克斯韦电磁场理论的内容。
2．知道电磁波的形成及赫兹的实验结论。
3．知道电磁波在真空中传播速度及波长、频率和波速的关系。
4．了解电磁波谱的组成及各种电磁波的特点、应用。
5．了解电磁波的能量及电磁波通信。
【学习目标】
【思维脉络】
课前预习反馈
1．麦克斯韦的电磁场理论：变化的_______产生电场，变化的_______产生磁场。
2．电磁场：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_________。
知识点 1
电磁场
磁场　
电场　
电磁场　
1．麦克斯韦推断：周期性变化的电场在空间引起_________变化的磁场，这个变化的磁场又引起新的_______的电场。
2．麦克斯韦预言：_________变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成_________。
3．机械波的传播离不开_______，电磁波可以在_______中传播。
4．光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种_______振动，电磁波的速度等于_______。
5．赫兹的贡献：1886年德国科学家赫兹通过实验捕捉到了_________，证实了麦克斯韦的_________理论。
知识点 2
电磁波
周期性　
变化　
周期性　
电磁波　
介质　
真空　
电磁　
光速　
电磁波　
电磁场　
1．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝_____。
2．电磁波在真空中的速度：c＝_________ m/s。
3．电磁波谱：按电磁波的_______或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。
知识点 3
电磁波谱
λf　
3×108　
波长　
4．各种电磁波的应用
(1)无线电波中的长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，_______可以用于卫星通信、电视等的信号传播。
(2)红外线可以用于_______理疗，可见光可以用于通信。
(3)紫外线可以_______，X射线片可以用于诊断病情，________可以摧毁病变的细胞。
微波　
加热　
消毒　
γ射线　
1．光是一种电磁波——传播着的_________，光具有能量。
2．电磁波具有能量，电磁波是一种_______。
知识点 4
电磁波的能量
电磁场　
物质　
1．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_______的信息通信网络。
2．信息通信都是通过_________来传递的。
3．电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以_______传播。
知识点 5
电磁波通信
统一
电磁波　
无线　
预习自测
『判一判』
(1)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。 (　　)
(2)周期性变化的磁场产生周期性变化的电场。 (　　)
(3)电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播。 (　　)
(4)光是一种电磁波。 (　　)
(5)电磁波的传播速度一定为3×108 m/s。 (　　)
(6)电磁波具有能量可用于对物体加热，也可以携带信息，用于信息通信。 (　　)
×　
√　
√　
√　
×　
√　
『选一选』
(2021·吉林省扶余市第一中学高二下学期期中)某电路中电场随时间变化的图像有如图所示几种情况，能发射电磁波的电场是 (　　)
D　
解析：图A是稳定的电场，不能产生磁场，图B与图C是均匀变化的电场，产生恒定不变的磁场，也不能形成电磁波；图D是按正弦函数规律周期性变化的电场，会产生同频率的周期性变化的磁场，能形成电磁场，向外发射电磁波。故应选D。
『想一想』
“为了您和他人的安全，请您不要在飞机上使用手机和手提电脑。”这句提醒警示语是乘坐飞机的旅客都听过的语言，因为有些空难事故就是由于某位乘客在飞行的飞机中使用手机造成的。如图所示是飞机上的警示标志。1999年广州白云机场飞机降落时，机上有四位旅客同时使用了手机，使飞机降落偏离了8度，险些造成事故；
2015年4月27日下午一位旅客在飞往乌鲁木齐的途中使
用手机，被处以五百元的治安罚款。请问为什么在飞机
上不能使用手机和手提电脑呢(包括游戏机)
答案：由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机产生电磁干扰，而飞机上导航系统是非常复杂的，抗干扰能力不是很强，所以如果飞机上的乘客使用了手机，对飞机产生电磁干扰，那么后果将十分可怕。所以，在飞机上不要使用手机和手提电脑。
课内互动探究
如图所示，在变化的磁场中放置一个闭合线圈。
(1)你能观察到什么现象？
(2)这种现象说明了什么？
提示：(1)灵敏电流计的指针发生偏转，有电流产生。
(2)变化的磁场产生了电场，使闭合线圈的自由电荷发生了定向运动而形成了电流。
麦克斯韦电磁场理论
情景导入
探究
一
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
要点提炼
恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场
均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场
2．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。
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．振荡的电场在周围空间一定产生同频率振荡的磁场
典例1
典例剖析
D　
思路引导：在理解麦克斯韦电磁场理论时，要注意静电场(恒定磁场)不产生磁场(电场)，还要注意根据电场或磁场的变化情况来确定会产生什么样的磁场或电场。
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。
1．(多选)各磁场的磁感应强度B随时间t变化的情况如图所示，其中能产生持续电磁波的是 (　　)
对点训练
BD　
解析：根据麦克斯韦的电磁场理论，恒定的磁场不能产生电场，更不能产生电磁波，故A错误；根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的磁场可以产生周期性变化的电场，周期性变化的电场又可以产生周期性变化的磁场，因而可以产生持续的电磁波，故B、D正确；均匀变化的磁场产生恒定的电场，而恒定的电场不能再产生磁场，因此不能产生持续的电磁波，故C错误。
如图所示，某同学正在回答“神舟十号”航天员王亚平的问题，请问她们的通话是通过机械波进行的还是通过电磁波进行的？为什么？
答案：电磁波。因为机械波的传播离不开介质，而电磁波可以在真空中传播。
对电磁波的理解
情景导入
探究
二
1．电磁波的特点
(1)电磁场中储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。
(2)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。
(3)电磁波可以在真空中传播，因为电磁波本身就是一种物质——场物质，所以传播时不再需要其他介质。
(4)任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度，即c＝3.0×108 m/s，电磁波传播虽然不需要介质，但在其他介质中的速度都比在真空中的小。
要点提炼
2．波长、频率与波速之间的关系
波速＝波长×频率，即v＝λf。
(1)频率由波源决定，与介质无关，波长、波速的大小与介质有关。所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中速度小。
(2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。
(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：v＝c。
(多选)电磁波与声波比较，下列叙述中正确的是 (　　)
A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质
B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大
C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大
D．电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定，与频率无关
典例 2
典例剖析
ABC　
思路引导：(1)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中，不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。
(2)不同频率的电磁波，在同一种介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。
2．(多选)下列关于电磁波的说法中，正确的是 (　　)
A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s
C．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短
D．只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波
对点训练
AC　
解析：电磁场向外部空间的传播形成了电磁波，电磁波只有在真空中的传播速度才为3.0×108 m/s，在其他介质中的传播速度小于3.0×108 m/s，波长变短，只有交变的电场和磁场才能产生电磁波，A、C正确，B、D错误。
无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来便构成了范围非常广阔的电磁波谱。如图所示是按波长由大到小(频率由小到大)顺序排列的电磁波谱。
电磁波谱及其应用
情景导入
探究
三
电磁波谱中的各部分有没有严格的分界线？
提示：没有。
1．电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序把他们排列成谱。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射线)、γ射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱。
2．各种不同的电磁波既有共性，又有个性：
(1)共性：它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，都满足公式v＝fλ，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s，它们的传播都不需要介质，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)个性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性。
要点提炼
3．电磁波谱及其应用：
波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
特性 波动 性强 热作用 产生 视觉 荧光 效 应 穿透 能力 强 穿透
能力
强
应用 通讯广播、 导航等 加热 理疗 照明 照相 杀菌消 毒、医 疗等 工业探 伤、医 学透视 工业探
伤、医
学治疗
(多选)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．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
思路引导：按照各种不同的电磁波的特性解答。
典例 3
典例剖析
CD　
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；电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞，C正确；紫外线和Χ射线都可以使感光底片感光，D正确。
3．下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理知识，请将相应的字母填写在后面的空格上。
(1)X光机____。
(2)紫外线灯____。
对点训练
C　
B　
(3)用理疗“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用了____。
A．紫外线具有很强的荧光作用
B．紫外线具有杀菌消毒作用
C．X射线具有很强的穿透能力
D．红外线具有显著的热效应
E．红外线波长较长，能在云雾、烟尘中传播得更远
D　
解析：(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不会对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线，选择C。(2)紫外线灯主要是用来杀菌消毒的，因此它应用的是紫外线的杀菌消毒作用而非荧光作用，因此选择B。(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择D。
核心素养提升
电磁波的应用实例——雷达
某高速公路自动测速仪装置如图1所示，雷达向汽车驶来方向发射不连续的电磁波，每次发射时间约为百万分之一秒，两次发射时间间隔为t。当雷达向汽车发射无线电波时，在指示器荧光屏上呈现出一个尖波形；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现第二个尖形波。根据两个波的距离，可以计算出汽车距雷达的距离，根据自动打下的纸带如图2所示，可求出该汽车的车速，请根据给出的t1、t2、t、c求出汽车车速表达式。
案例
课堂达标检测
1．(多选)(2021·福建厦门高二上期末)体温检测是疫情防控的第一道防线。同学进入校园时常用如图所示的额温枪进行测温，其原理是通过传感器接受红外线测得体温。关于红外线的说法正确的是 (　　)
A．红外线具有荧光效应
B．红外线的波长大于紫外线的波长
C．红外线的频率大于X射线的频率
D．红外线穿透能力比γ射线弱
BD　
解析：红外线不具有荧光效应，紫外线才具有荧光效应，故A错误；根据电磁波谱可知，红外线的波长大于紫外线的波长，红外线的频率小于X光的频率，故B正确，C错误；频率越大穿透能力越强，所以红外线穿透能力比γ射线弱，故D正确。故选BD。
2．(2021·安徽省蚌埠市第五中学高二下学期检测)按频率由小到大，电磁波谱的排列顺序是 (　　)
A．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线
B．无线电波、可见光、红外线、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．红外线、无线电波、可见光、紫外线、γ射线、X射线
解析：根据电磁波谱，按频率由小到大，排列顺序正确的是选项A。
A　
3．(多选)(2021·浙江绍兴一中月考)第四代移动通信技术(4G)采用1 800 MHz～2 635 MHz频段的无线电波；2021年我国正在全面推行第五代移动通信技术(5G)，采用3 300 MHz～5 000 MHz频段的无线电波。未来5G网络的传输速率是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是
(　　)
A．5G信号和4G信号都是电磁波
B．在真空中5G信号比4G信号传播速度大
C．在真空中5G信号比4G信号的波长小
D．5G信号和4G信号在空间产生的磁场的磁感应强度随时间是均匀变化的
AC　
解析：5G和4G信号都是电磁波，A正确；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故5G信号和4G信号在真空中的传播速度相同，B错误；根据题意，在真空中5G信号比4G信号的频率大，结合c＝λf可知，5G信号比4G信号的波长小，C正确；根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电(磁)场只能产生恒定不变的磁(电)场，不能形成电磁波，故5G信号和4G信号在空间产生的磁场的磁感应强度随时间不是均匀变化的，D错误。