课时跟踪检测（二十四） 电磁波及其应用
A组—重基础·体现综合
1．在总结前人对电磁规律研究成果的基础上，预言了电磁波存在的科学家是( )
A．库仑 B．伽利略
C．牛顿 D．麦克斯韦
解析：选D 在总结前人对电磁规律研究成果的基础上，预言了电磁波存在的科学家是麦克斯韦。故选D。
2．关于电磁场，下列说法不正确的是( )
A．在一个磁铁旁放一带电体，则两者周围空间就形成了电磁场
B．电磁场既不同于静电场，也不同于静磁场
C．电磁场中的电场和磁场是不可分割的一个统一体
D．电磁场中的电场的变化频率和磁场的变化频率是相同的
解析：选A 电磁场是变化频率相同的电场和磁场形成的不可分割的统一体，而不是静电场和静磁场简单的复合。所以选项A错误。
3．(2024·广东1月学考)关于电磁场和电磁波，下列说法错误的是( )
A．变化的磁场能产生电场 B．变化的电场能产生磁场
C．电磁波可以在真空中传播 D．所有电磁波的波长是相同的
解析：选D 根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场能产生电场，变化的电场能产生磁场，故A、B正确；电磁波传播不需要介质，可以在真空中传播，故C正确；电磁波的频率不同，在真空中所有电磁波的波速相同，根据λ＝，可知所有电磁波的波长不都相同，故D错误。本题选错误的，故选D。
4．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
解析：选D 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。
5．下列说法正确的是( )
A．在变化的电场周围一定产生变化的磁场
B．紫外线有显著的热效应
C．一切物体都在不停地发射红外线
D．X射线的穿透本领比γ射线更强
解析：选C 在均匀变化的电场周围一定产生稳定的磁场，故A错误；红外线有显著的热效应，故B错误；物体都能产生热辐射，热辐射的电磁波包括红外线，故C正确；X射线的穿透本领比γ射线弱，故D错误。
6．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
解析：选D 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。
7．使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是：4.2×1014～7.8×1014 Hz，则蓝牙通信的电磁波( )
A．是蓝光
B．波长比手机通信的电磁波短
C．在真空中的传播速度大小为340 m/s
D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小
解析：选B 由题意可得，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，故不可能是蓝光，故A错误；由图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，由c＝λf可知，频率越大，波长越短，故蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波短，故B正确；在真空中电磁波的传播速度大小均为c＝3×108 m/s，故C、D错误。
8．在下图所示的四种磁场情况中，能产生恒定的感应电场的是( )
解析：选C 由电磁场理论，结合图像，则有：A中磁场不变，则不会产生电场，故A错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误；C中磁场随着时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随着时间非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误。
9．[多选]关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．电视遥控器利用的是红外线
B．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒
C．利用紫外线的荧光效应可设计防伪措施
D．红外线波长比紫外线波长短
解析：选AC 由于红外线波长较长，电视遥控器利用了红外线，A正确；紫外线有显著的化学作用，可利用紫外线消毒，所以医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，B错误；在紫外线的照射下，许多物质会发出荧光，根据这个特点可以设计防伪措施，C正确；紫外线波长比红外线波长短，D错误。
B组—重应用·体现创新
10.2024年5月28日，经过约8.5小时的出舱活动，神舟十八号航天员密切协同，在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下，圆满完成了出舱活动全部既定任务，出舱活动取得圆满成功。航天员出舱的画面是通过电磁波传输到地面接收站，空间站离地高度约为400 km，下列关于电磁波的说法正确的是( )
A．电磁波波长越长，其在真空中的波速越快
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．航天员出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014 s
D．赫兹通过实验捕捉到电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论
解析：选D 电磁波在真空中的波速均为光速，故A错误；根据麦克斯韦的电磁场理论可知，周期性变化的磁场或电场，其周围产生电磁波，故B错误；电磁波在真空中或空气中传播的速度v＝3.0×108 m/s，空间站到地球表面的距离s＝4×105 m，电磁波从空间站传播到地面的时间为t＝＝ s≈0.001 3 s，故C错误；麦克斯韦预言了电磁场理论，1886年，赫兹通过实验捕捉到电磁波，后来他又做了大量的实验，证明了电磁波的存在，故D正确。
11．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；宇宙空间的温度约为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
解析：选A 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3 K，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。
12．太阳风暴袭击地球时，不仅会影响通信，威胁卫星，而且会破坏臭氧层。臭氧层作为地球的保护伞，是因为臭氧能吸收太阳辐射中( )
A．波长较短的可见光 B．波长较长的可见光
C．波长较短的紫外线 D．波长较长的红外线
解析：选C 臭氧层的主要作用是吸收来自太阳的紫外线，以保护地球上的动植物，故选项C正确。
13．[多选]关于红外线的作用与来源，下列说法正确的是( )
A．一切物体都在不停地辐射红外线
B．红外线具有很强的热作用和荧光作用
C．红外线的显著作用是化学作用
D．红外线可用于遥感、红外制导
解析：选AD 荧光作用和化学作用都是紫外线的重要用途，红外线波长较可见光长，可用于加热理疗、遥感、红外制导等。
14．[多选]目前雷达发出的电磁波频率多在200～1 000 MHz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30～150 m之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．不同电磁波由于具有不同的频率，因此具有不同的特性
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
解析：选CD 据λ＝，电磁波频率在200～1 000 MHz的范围内，则电磁波的波长范围在0.3～1.5 m之间，故选项A错误。电磁波的产生是依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。不同电磁波具有不同的特性，故选项C正确。电磁波在空气中的传播速度约为3×108 m/s，只要测出时间就可以求距离，即s＝，故选项D正确。
15．手机A的号码为18888880001，手机B的号码为18888880002，手机A拨打手机B时，手机B发出响声并且来电显示A的号码为18888880001。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．发出响声，并显示B的号码18888880002
B．发出响声，但不显示B的号码
C．不发出响声，但显示B的号码18888880002
D．即不发出响声，也不显示号码
解析：选C 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，故不发出响声，但显示B的号码18888880002，C正确。
16．关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( )
A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
解析：选B 声波、电磁波都能传递能量和信息，A项错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波又涉及声波，B项正确；可见光属于电磁波，“B超”中的超声波是声波，波速不同，C项错误；红外线波长较X射线波长长，故D项错误。
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第四节 电磁波及其应用
核心素养点击
物理观念 (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电磁场的物质性
(3)知道电磁波在电视广播、雷达、移动电话中的应用
科学思维 理解电磁波的形成和传播
科学态度与责任 能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响，具有学习和研究物理的好奇心与求知欲
一、电磁场与电磁波 电磁场的物质性
1．填一填
(1)电磁场与电磁波。
英国物理学家__________在研究了法拉第电磁感应现象之后，提出了电磁场理论：变化的磁场产生______，变化的电场产生______，变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，称为_________。变化的电磁场在空间中的传播形成了________。
麦克斯韦
电场
磁场
电磁场
电磁波
(2)电磁场的物质性。
①微波炉利用________来加热食物，这说明电磁场具有_____。
②俄国物理学家列别捷夫测量出光对被照射的物体有压力，用实验证明了由电磁场理论预言的光压。这表明电磁场具有___________________的属性。
③电磁场虽然没有__________，但爱因斯坦提出的质能关系，揭示出电磁场因具有能量而具有__________。光压现象也说明电磁场是有质量的，因为有质量的物质才能对其他物体表现出______作用。
电磁波
能量
与其他物质相互作用
静止质量
运动质量
压力
2．判一判
(1)稳定的电场产生稳定的磁场。 ( )
(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。 ( )
3．选一选
建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是 ( )
A．法拉第 B．奥斯特
C．赫兹 D．麦克斯韦
解析：麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，选项D正确。
答案：D
×
√
√
二、电视广播 雷达 移动电话
填一填
(1)电视广播：利用电磁波将电视信号先传送给地球同步通信卫星，然后由通信卫星将信号转发回地面，大大增加了信号的覆盖面积。
(2)雷达：雷达是利用电磁波进行_____、_____的仪器，主要由发射机、_______和显示器等部分组成。
(3)移动电话：无线电话、无线对讲机、移动电话均是通过_______实现信号的发射与接收的。每台手机都是一个小型________发射台，将用户的声音或数字信息转变为_________发射到空中，同时它又相当于一个________，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方发射来的信息。
测距
定位
接收机
电磁波
电磁波
高频信号
收音机
探究(一) 对麦克斯韦电磁场理论的理解
[重难释解]
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
(1)恒定的电场不产生磁场，恒定的磁场不产生电场。
(2)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。
(3)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。
(4)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。
关于电磁场的理论，下列说法正确的是 ( )
A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的
B．变化的磁场周围产生的电场一定是变化的
C．均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的
D．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的
解析：非均匀变化的电场产生变化的磁场，而均匀变化的电场产生稳定的磁场，所以变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场，但不一定变化，故A、B错误；均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的电场产生变化的磁场，故C错误；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故D正确。
答案：D
[素养训练]
1．下列有关电磁场理论说法正确的是 ( )
A．法拉第预言了电磁波的存在，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性
B．变化的磁场一定产生变化的电场
C．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场
D．赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦的电磁场理论
解析：麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦的电磁场理论，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，A错误，D正确；均匀变化的磁场产生恒定的电场，B错误；均匀变化的电场产生恒定的磁场，C错误。
答案：D
2．有关电磁场理论的下列说法中，正确的是 ( )
A．任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场
B．任何电场都要在周围空间产生磁场
C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场
D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，即电磁场
解析：根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，故A错误。只有变化的电场才能在周围产生磁场，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，故B错误，C正确。电场和磁场并不总是相互联系着的，例如，静止电荷周围只有静电场，静止磁体周围只有稳定的磁场，只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，故D错误。
答案：C
3．如图所示是某一固定面的磁通量的变化图像，在它周围空间产生的电场中的某一点场强E应是 ( )
A．逐渐增强 B．逐渐减弱
C．不变 D．无法确定
解析：由题图可知磁通量Φ随时间t均匀变化，而Φ＝BS，所以磁场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知C正确。
答案：C
探究(二) 对电磁波的理解
[问题驱动]
为了避免雷达发现战机的行踪，人们研制了隐形飞机。我们用肉眼能不能看到隐形飞机？为什么？
提示：能看到。隐形飞机不反射敌方雷达的探测波，对雷达“隐形”，但可以反射可见光，肉眼能直接看到。
[重难释解]
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。
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。
波长为0.6 μm的红光，从10 m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？它的频率是多少？(c＝3×108 m/s)
答案：3.33×10－8 s 5×1014 Hz
[素养训练]
1．关于电磁波，下列说法正确的是 ( )
A．所有电磁波的频率相同
B．电磁波只能在真空中传播
C．电磁波在任何介质中的传播速度都相同
D．电磁波在真空中的传播速度是3×108 m/s
解析：电磁波的频率不一定相同，选项A错误；电磁波既能在真空中传播，也能在介质中传播，选项B错误；不同频率的电磁波在不同的介质中的传播速度不一定相同，选项C错误；电磁波在真空中的传播速度是3×108 m/s，选项D正确。
答案：D
2．关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是 ( )
A．变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场，两者互相联系，统称为电磁场
B．电磁场从发生区域由近及远地传播形成电磁波
C．电磁波是一种物质，可在真空中传播。所以，平时说真空没有实物粒子，但不等于什么都没有，还有“场”这种特殊物质
D．电磁波可在真空中传播，也可在介质中传播
解析：根据麦克斯韦电磁场理论，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生的是稳定的磁场，所以A项错误。
答案：A
3．[多选]下列关于电磁波的说法中正确的是 ( )
A．只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波
B．电磁波的传播需要介质
C．停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在
D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的
解析：要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，A错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要介质而在真空中传播，B错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C正确；电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量传播的过程，D正确。
答案：CD
探究(三) 电磁波的不同应用
[重难释解]
不同电磁波的特性及应用
电磁波种类 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 热作用强 感光性强 化学作用荧光效应 穿透力强 穿透力最强
用途 通信广播、导航 加热、遥测遥感、红外摄像、红外制导 照明、照相等 杀菌消毒、治疗皮肤病等 检查、探测、透视、治疗 探测、治疗
下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象。请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。
(1)X光机，________。
(2)紫外线灯，________。
(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好。这里的“神灯”是利用________。
A．光的全反射
B．紫外线具有很强的荧光作用
C．紫外线具有杀菌消毒作用
D．X射线的很强的穿透力
E．红外线具有显著的热作用
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，但又不能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的伤害的X射线，故选D。
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，故选C。
(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，故选E。
答案：(1)D (2)C (3)E
[素养训练]
1．航天员刘洋在太空授课，信号从中国空间站发至地面接收站，利用的是( )
A．无线电波 B．红外线 C．X射线
解析：电磁波可以在真空中传播，故太空中的信息是通过无线电波把信息传递到地面指挥中心，无线电波属于电磁波。故选A。
答案：A
2．[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
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X射线都可以使感光底片感光，D正确。
答案：CD
