第十三章 第4节
课后知能作业
基础巩固练
1．关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．变化的电场和变化的磁场由近及远向外传播，形成电磁波
B．电磁波是一种物质不能在真空中传播
C．红外线的波长比X射线的波长短
D．电磁波能传播信息，但不能传播能量
答案：A
解析：变化的电场和变化的磁场由近及远向外传播，形成电磁波，A正确；电磁波是一种物质，能在真空中传播，B错误；红外线的波长比X射线的波长长，C错误；电磁波能传播信息，也能传播能量，D错误。故选A。
2．下列关于电磁污染的说法，不正确的是( )
A．电磁污染主要是指电磁辐射
B．电磁辐射会干扰其他仪器的正常工作
C．电磁辐射对人体和动物都有危害
D．频率越高的电磁波，电磁辐射的危害就越小
答案：D
解析：电磁污染主要是指各种电磁辐射；如手机、雷达等，故A正确；电磁辐射会干扰其他仪器并能对人和动物造成伤害，故B、C正确；频率越高的电磁波，电磁辐射的危害就越大，故D错误。故选D。
3．下列关于电磁场的说法正确的是( )
A．电磁场的本质是电场
B．电磁场的本质是磁场
C．电磁场是电场和磁场的统称
D．电磁场是周期性变化的电场和磁场交替产生而形成的不可分离的统一体
答案：D
解析：电磁场的本质不是电场，A错误；电磁场的本质不是磁场，B错误；电磁场不是电场和磁场的统称，C错误；电磁场是周期性变化的电场和磁场交替产生而形成的不可分离的统一体，与结论相符，D正确。故选D。
4．下列关于电磁波的说法正确的是( )
A．均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B．电磁波在真空和介质中传播的速度相同
C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
D．米波的频率比厘米波频率高
答案：A
解析：根据麦克斯韦电磁理论，均匀变化的磁场能够在空间产生稳定的电场，选项A正确；电磁波在真空中的传播速度大于在介质中传播的速度，选项B错误；只有周期性变化的电场和磁场，才能产生电磁波，选项C错误；米波的波长比厘米波的波长长，两波在真空中传播速度都等于光速c，由c＝λf分析可知，米波的频率比厘米波频率低，故D错误。故选A。
5．太阳表面温度约为6 000 K，主要发出可见光；人体温度约为310 K，主要发出红外线；宇宙间的温度约为3 K，所发出的辐射称为“3 K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“3 K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，其发出的电磁波的波长越短，宇宙间的温度约为3 K，则其发出的电磁波的波长应在无线电波波段，故A正确，B、C、D错误。故选A。
6．关于电磁波的传播速度表达式c＝λf，下列理解正确的是( )
A．电磁波在真空中的传播速度随波长增大而增大
B．电磁波在真空中的传播速度随频率增大而增大
C．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长不变
D．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大
答案：D
解析：电磁波在真空中的传播速度都相同，不随波长和频率的变化而变化，A、B错误；根据λ＝，当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大，C错误，D正确。故选D。
能力提升练
7．如图所示是中国天眼FAST－500 m口径球面射电望远镜，其主要工作波长在分米到米的范围，则天眼接收的电磁波的频率区间为( )
A．106 Hz～107 Hz B．108 Hz～109 Hz
C．1010 Hz～1011 Hz D．1012 Hz～1013 Hz
答案：B
解析：根据f＝，因工作波长在分米到米的范围，即0.1 m～1 m范围，而c＝3×108 m/s，则接收电磁波的频率区间为108 Hz～109 Hz。故选B。
8．(多选)下列说法正确的是( )
A．安培发现了电流的磁效应，提出了“分子电流假说”
B．法拉第发现了电磁感应现象，并用磁感线形象化地描述磁场
C．奥斯特发现了直线电流下面的小磁针发生了偏转，说明电流可以产生磁场
D．赫兹总结得出了电磁场理论，并证实了电磁波的存在
答案：BC
解析：奥斯特发现了电流的磁效应，安培提出了“分子电流假说”，A错误；法拉第发现了电磁感应现象，并用磁感线形象化地描述磁场，B正确；奥斯特发现了直线电流下面的小磁针发生了偏转，说明电流可以产生磁场，C正确；麦克斯韦提出了电磁场理论，并预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，D错误。故选BC。
9.(多选)如图所示，平行板电容器和电池组相连，用绝缘工具将电容器两板间的距离逐渐增大的过程中，关于电容器两极板间的电场和磁场，下列说法中正确的是( )
A．两极板间的电压和场强都将逐渐减小
B．两极板间的电压不变，场强逐渐减小
C．两极板间将产生顺时针方向(俯视)的磁场
D．两极板间将产生逆时针方向(俯视)的磁场
答案：BD
解析：电容器两极间电压一定，等于电源的电动势，根据U＝Ed，两板间的距离逐渐增大的过程中，电场强度逐渐减小，故A错误，B正确；电容器间距增加，C＝，故电容减小，根据Q＝CU，电容器要放电，等效电流向上，根据安培定则，两极板间将产生逆时针方向的磁场(俯视)，故C错误，D正确。故选BD。
10．(多选)当代人类的生活和电磁波紧密相关，关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．只要把带电体和永磁体放在一起，就会在周围空间产生电磁波
B．电磁波在传播过程中，随介质的变化其波速是变化的
C．电视机、收音机和手机所接收的信号都属于电磁波
D．微波炉内所产生的微波不是电磁波，而是波长很短的机械波
答案：BC
解析：周期性变化的磁场、电场才能产生电磁波，故A错误；电磁波的传播速度与介质有关，介质变化波速变化，故B正确；电磁波能够携带信号，用于通讯、广播等，所以电视机、收音机和手机所接收的信号都属于电磁波，故C正确；微波炉内的微波是波长较短的电磁波，故D错误。故选BC。
11．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C．5G信号比4G信号在真空中的传播速度更快
D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
答案：AB
解析：电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关，故A正确；周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，相互激发，形成电磁波，故B正确；5G信号与4G信号在真空中的传播速度一样快，故C错误；利用电磁波传递信号可以实现无线通信，电磁波也能通过电缆、光缆传输，故D错误。故选AB。
12．(多选)为了消杀病毒，防控重点场所使用一种人体感应紫外线灯。这种灯装有红外线感应开关，人来灯灭，人走灯亮，为人民的健康保驾护航。下列说法正确的是( )
A．只有热的物体才能辐射红外线
B．紫外线能消杀病毒是因为紫外线具有较高的能量
C．红外线的波长比无线电波长
D．红外线和紫外线都是电磁波
答案：BD
解析：一切物体都能辐射红外线，故A错误；紫外线能消杀病毒是因为紫外线具有较高的能量，故B正确；根据电磁波谱可知，红外线的波长比无线电波短，故C错误；根据电磁波谱可知，红外线和紫外线都是电磁波，故D正确。故选BD。
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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。
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＝3×108 m/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＝3×108 m/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1 s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
解析：电磁波可以在介质与真空中传播，A错误；红外线为非可见光，频率比红光低；紫外线也是非可见光，但频率比紫光高，因此红外线的频率低于紫外线的频率，所以红外线的波长比紫外线长，B正确；手机通话就是信息的传输，信息需要通过电磁波来传输，因此手机通话是利用电磁波来把信息传送的，C错误；任何电磁波在真空中传播速度均为3×108 m/s，D错误。故选B。
4．为防范和打击利用无线电技术手段进行考试作弊行为，确保2024年普通高考公平顺利进行，各市无线电管理处周密部署，多措并举，全力以赴确保高考期间无线电安全。关于电磁波的特性，下列说法正确的是( )
A．X射线有显著的化学作用，医院可用来杀菌消毒，也可用于进行人体透视
B．红外线波长短，分辨率高，侦察上可用红外线拍摄指纹照片
C．雷达发出或接收的电磁波受天气影响，在浓雾天能见度低的黑夜不能使用
D．空间站上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
答案：D
解析：X射线没有显著的化学作用，不能用来杀菌消毒，但X射线有较强的穿透能力，用来进行人体透视，故A错误；侦察上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高，故B错误；电磁波的使用不受天气影响，故雷达在能见度低的黑夜一样使用，故C错误；红外线的热作用很强，有较好的穿透云雾烟尘的能力，可以制成热谱仪、红外线夜视仪等等，所以在空间站上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力，故D正确。故选D。
