鲁科版高中物理必修第三册第5章初识电磁场与电磁波第3节初识电磁波及其应用课件（57页ppt）

(共57张PPT)
第5章　初识电磁场与电磁波
第3节　初识电磁波及其应用
核心素养：1.了解麦克斯韦的电磁场理论，知道电磁波的形成以及赫兹证明了电磁波 的存在. 2.知道电磁波在真空中传播的速度与波长、频率的关系. 3.了解电磁波谱的 组成和各波段电磁波的特点及应用. 4.通过探究捕捉电磁波的活动，让学生真实感受 到电磁波的存在. 5.能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响.
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研习任务一　电磁场
合作　讨论
如图所示，当磁铁相对闭合导体运动时，导体中的电子做定向移动，是因为受到 什么力的作用？若把闭合导体换成一个内壁光滑的绝缘环形管，管内有直径略小于环 内径的带正电的小球，则磁铁运动过程中会有什么现象？小球受到的是什么力？以上 现象说明了什么问题？
提示：电子受到电场力的作用做定向移动.磁铁运动过程中，带正电小球会做定 向滚动，小球受到的仍然是电场力.可见空间磁场变化，就会产生电场，与有没有闭 合导体无关.
教材　认知
1. 麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设
（1）变化的磁场能够在周围空间产生 .
电场　
（2）变化的电场能够在周围空间产生 .
图甲变化的磁场在其周围空间产生电场.
图乙变化的电场在其周围空间产生磁场.
磁场　
2. 电磁场：变化的 和变化的 相互联系在一起，就会在空间形成一 个统一的、不可分割的电磁场.
电场　
磁场　
核心　归纳
1. 麦克斯韦电磁场理论要点
（1）变化的磁场产生电场
在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流，其实质是变化的磁场在它 周围产生了电场，电路中的自由电荷在电场力作用下做定向运动，形成了感应电流， 即使在变化的磁场周围没有闭合电路同样也可以产生电场，如图所示.
（2）变化的电场产生磁场
既然变化的磁场能够产生电场，麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场 与磁场的对称之美，大胆地假设：变化的电场会产生磁场.根据麦克斯韦电磁场理 论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间 变化着的电场周围也要产生磁场，如图所示.
2. 对麦克斯韦电磁场理论中“变化”的理解
如何变化 电场 磁场
恒定 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场
均匀变化 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
非均匀变化 非均匀变化的电场在周围空间产生 变化的磁场 非均匀变化的磁场在周围空间产生 变化的电场
周期性变化 周期性变化的电场产生同频率周期 性变化的磁场 周期性变化的磁场产生同频率周期 性变化的电场
BC
理解麦克斯韦电磁场理论的两点注意
（1）静电场不产生磁场，静磁场也不产生电场.
（2）变化的电场一定能产生磁场，但不一定能产生变化的磁场，如均匀变化的 电场产生恒定的磁场；同理，变化的磁场也不一定产生变化的电场.
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. 变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
解析：根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场周围才能产生磁场，只有变化的磁 场周围才能存在电场，选项A错误；根据麦克斯韦电磁场理论，在均匀变化的电场周 围产生恒定的磁场，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，在均匀变化的磁场周围 产生恒定的电场，非均匀变化的磁场周围产生变化的电场，选项B、C均错误；变化 的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关，电路只是显示出电流的存在， 选项D正确.
D
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研习任务二　电磁波的产生、特点及应用
合作　讨论
“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）？
提示：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，在飞机上不能使用手机和手提电脑.
教材　认知
一、电磁波
（1）电磁波的产生：如图所示，在空间 的电磁场传播出去就形成了电 磁波.
（2）电磁波的特点：电磁波的传播速度恰好与真空中的光速 .
（3）电磁波的验证：1888年，德国物理学家 通过实验证实了电磁波的存在.
交替变化　
相同　
赫兹　
二、电磁波的应用
1. 广播、电视：用无线电波传递的声音或画面信号被送到发射天线发出，收音机或 电视机接收到信号后，再将 转化为原来的声音或图像，我们就能收听到广 播、看到电视画面了.
2. 手机：手机通话是靠一种特殊的 系统来实现的.
3. 雷达：雷达系统由天线、 和接收机组成.
4. 卫星通信：卫星通信主要分为国际卫星通信、 和国内卫星通信.
电信号　
无线通信　
发射机　
区域卫星通信　
三、电磁污染及防护
1. 电磁污染又称 或射频辐射污染.
2. 防护
可以从 、电磁波的传播途径及 这三个方面进行防护.
[思考]　频率较高的电磁波为什么会对人体产生损伤？
提示：频率较高的电磁波可以具有很大的能量.
电磁波污染　
电磁波源　
受辐射的人　
核心　归纳
1. 电磁波的共性
（1）它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并 没有绝对的意义.
（2）都遵守公式c＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s.
（3）它们的传播都不需要介质.
（4）它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性.
2. 不同电磁波的特点及其应用
特点 应用
无线电波 波动性强 通讯、广播、导航
红外线 热作用强 加热、遥测、遥感
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
X射线 穿透力强 检查、探测、透视、治疗
γ射线 穿透力最强 探测、治疗
A. 电磁波是一种物质，也具有能量
B. 电磁波跟声波一样，其传播都需要介质
C. 麦克斯韦预言了电磁波的存在，并通过实验捕捉到了电磁波
D. 航天员讲话时画面与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度
A
[解析]　电磁波是一种物质，也具有能量，选项A正确；电磁波的传播不依赖介质， 可在真空中传播，声波是机械波，只能在介质中传播，选项B错误；麦克斯韦预言了 电磁波的存在，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，选项C错误；航天员讲话时画面能与 声音同步，那是因为画面与声音同时转化成电信号，通过电磁波传回到地面接收器再 转化成画面和声音.电磁波的传播速度为光速，声波在空气中的传播速度约为340 m/s，选项D错误.
1. 从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，遵循共同的规律，但因波长（或 频率）不同又表现出不同的特点.
2. 波长越长的电磁波频率越低，能量越低，衍射能力越强，穿透力越差.波长越 短的电磁波频率越高，能量越高，衍射能力越弱，穿透力越强.
A. 米波的频率比厘米波频率高
B. 和声波一样需靠介质传播
C. 同光波一样会发生反射现象
D. 雷达发射的无线电波只传递信息不传递能量
C
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研习任务三　电磁波的能量及通信
合作　讨论
“神舟号”系列飞船的成功发射及正常运行，载人航天测控通信系统立下了很大 的功劳，它通过国内外的地面测控站和遍布三大洋的4艘远洋测量船，保证地面指挥 员及时与飞船取得联系.你知道各测控站点是通过什么途径对飞船传递指令的吗？
提示：各测控站点和飞船之间通过发射和接收载有指令信号的电磁波实现对飞船 的测控.
核心　归纳
1. 电磁波的能量
（1）电磁波是物质存在的一种特殊形式
电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子 所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的，具有通常物质所具有的能 量等客观属性.
（2）电磁波具有能量
从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发 射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播.
2. 电磁波通信
（1）传播途径
电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以实现无线传播.
有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息.如台式电脑、电话等，具体的媒 介有：光纤、电缆、电话线、网线等.
无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠 标等.
（2）传输特点
电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大.由于光的频率比无线电波的频率高 得多，因此光缆可以传递大量的信息.
A. 在真空中的传播速度更快
B. 在真空中的波长更长
C. 与4G网络使用的无线电波具有相等的能量
D. 频率更高，相同时间传递的信息量更大
D
[解析]　无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，其速度与频率没有关 系，A错误；由c＝λf，知频率变大，波长变短，B错误；电磁波的频率越高，能量越 高，C错误；无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越大，D正确.
　　电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输.电磁波的频率越 高，相同时间内传递的信息量越大.
每一部移动电话就是一个无线电台，它将用户的声音转变为高频电信号发射到空中；同时它又相当于一台收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方送来的信息.
[训练3]　微波炉的工作应用了一种电磁波——微波（微波的频率为2.45×109 Hz）. 食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高，食物增加的能 量是微波给它的.下表是某微波炉的部分技术参数，问：
微波炉
MG—5021 MW
额定电压：220V　50 Hz
微波额定功率：1 100 W
微波输出功率：700 W
内腔容积：20 L
振荡频率：2 450 MHz
（1）该微波炉内磁控管产生的微波波长是多少？
答案：（1）0.12 m
（2）该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少？
答案：（2）5 A
（3）如果做一道菜，使用微波挡需要正常工作30 min，则做这道菜需消耗多少 电能？
解析：（3）消耗的电能ΔE＝W＝Pt＝1 100×1 800 J＝1.98×106 J.
答案：（3）1.98×106 J
微波炉
MG—5021 MW
额定电压：220V　50 Hz
微波额定功率：1 100 W
微波输出功率：700 W
内腔容积：20 L
振荡频率：2 450 MHz
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课后提素养
基础　题组
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A. 任何电场周围都要产生磁场
B. 任何变化的电场都要在周围空间产生变化的磁场
C. 任何变化的电场都要在周围空间产生恒定的磁场
D. 周期性变化的电场要在周围空间产生周期性变化的磁场
解析：由麦克斯韦电磁场理论可知，变化的电场在周围空间产生磁场，均匀变化的电 场在周围空间产生恒定的磁场，周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁 场，D正确.
D
A. 2.70 m B. 270 m
C. 333 m D. 3.33 m
D
A. 麦克斯韦认为电场周围总能产生磁场，磁场周围总能产生电场，并用实验证实了 电磁波的存在
B. 医院里“γ手术刀”和B超“超声波”都能在真空中传播
C. 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波
D. 红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线
解析：麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故 A错误；超声波是机械波，必须有介质才能传播，所以无法在真空中传播，故B错 误；无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波，故C正确； 红外线的显著作用是热作用，所有物体都能辐射红外线，故D错误.
C
A. 2.0 m B. 3.0 m
C. 4.0 m D. 6.0 m
A
A. 5G信号的波长比4G信号的波长更短
B. 5G信号与4G信号相遇能发生干涉现象
C. 在真空中5G信号比4G信号传播的更快
D. 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在
AD
解析：5G信号的频率比4G信号的频率更高，则5G信号的波长比4G信号的波长更短， 选项A正确；5G信号与4G信号频率不同，则相遇时不能发生干涉现象，选项B错误； 在真空中5G信号与4G信号传播的速度相同，均为3×108 m/s，选项C错误；麦克斯韦 预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，选项D正确.
A. 赫兹最早预言了电磁波的存在，并通过自己的实验证实了电磁波的存在
B. 无线电波的传播速度是340 m/s，司机收听到的新闻信息比在人民大会堂实时信息 有所滞后
C. 无线电波与光一样都是电磁波，都能发生干涉、衍射现象
D. 由于汽车外壳是金属，则在雷雨天气，在空旷地面上人在车子里比在木屋里危险
C
解析：麦克斯韦最早预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，选项 A错误；无线电波的传播速度是光速，选项B错误；无线电波与光一样都是电磁波， 都能发生干涉、衍射现象，选项C正确；由于汽车外壳是金属，则在雷雨天气，汽车 是等势体，金属外壳起屏蔽作用，人在车子里比在木屋里安全，选项D错误.
A. 当电场和磁场在某一区域同时存在时，可称为电磁场
B. 电磁场由发生区域向远处传播形成电磁波
C. 在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
D. 电磁波是一种波，声波也是一种波，它们是同种性质的波动
B
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A. 波长越长，传播速度就越大
B. 频率越高，传播速度就越大
C. 发射能量越大，传播速度就越大
D. 电磁波的传播速度与传播介质有关
解析：电磁波在真空中传播速度均相同，在介质中电磁波的传播速度与介质有关，还 与频率有关.
A. 频率 B. 波长 C. 能量 D. 波速
解析：不同电磁波在真空中传播时，只有速度相同，即为波速.
D
D
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A. 在电场的周围一定存在着由该电场产生的磁场
B. 非均匀变化的电场产生的磁场一定是均匀变化的
C. 均匀变化的磁场一定产生变化的电场
D. 均匀变化的电场一定产生恒定的磁场
解析：A错：在稳定的电场周围不会产生磁场.B错：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恒定的磁场.C错，D对：均匀变化的磁场一定产生恒定的 电场，均匀变化的电场一定产生恒定的磁场.
D
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A. λ＝cf B. c＝λf
D. f＝cλ
A. 无线电波 B. 红外线
C. γ射线 D. 紫外线
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A. 真空中电磁波的传播速度等于光速
B. 光是以波动形式传播的一种电磁振动
C. 一束红光从空气传入水中，光的频率发生变化
D. 电磁波具有能量
ABD
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解析：电磁波是电磁场的传播，光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波在真空 中的传播速度等于光速，故A、B正确；一束红光从空气传入水中，光的颜色不变， 即光的频率不变，故C错误；电磁波具有能量，如微波炉发出的微波可以加热食物， 故D正确.
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A. X射线 B. 红外线
C. 紫外线 D. 可见光
解析：X射线具有较强的穿透能力，常在医疗上用来检查身体.红外线具有显著的热 效应，能制成热谱仪、红外线夜视仪，红外线还可以用来遥控，制成电视遥控器.紫 外线化学效应强，能制成消毒灯，还具有荧光效应，能制成验钞机来验钞.红橙黄绿 蓝靛紫等光都属于可见光，可见光的穿透性还不及紫外线.A符合题意.
A
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A. 电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
B. 超声波属于电磁波
C. 光属于电磁波
D. 电磁波不能在真空中传播
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C
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解析：由麦克斯韦电磁场理论，当空间出现恒定的电流时，由于其激发恒定的磁场， 故无电磁波产生，故A错误；当出现均匀变化的电流或电压时会激发出均匀变化的磁 场，再在较远处激发起恒定的电场，故也不会产生电磁波，故B、D错误；只有周期 性变化的电压，才会激发出周期性变化的磁场，其又激发出周期性变化的电场……如 此不断激发，便会形成电磁波，故C正确.
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A. 电磁波是以波动的形式由发生区域向远处传播的电磁场
B. 电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s
C. 电磁波由真空进入介质中传播时，波长将变短
D. 电磁波由真空进入介质中传播时，频率将变大
AC
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A. 雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波衍射效应较为明显
B. 移动电话选择微波作为工作波段，是因为微波比其他波段的电磁波的波速更快
C. X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构，是因为X射线的波长与原子间距相近
D. 工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线具有频率高、波动性强的特点
解析：雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波的波长短，衍射现 象不明显，传播的方向性好，有利于定位，A错；移动电话选择微波作为工作波段， 是因为微波的波长短，方向性强，频带范围广，与波速无关，且所有波段的电磁波在 真空中的传播速度均和光速一样，B错；X射线的波长与原子间距相近，衍射现象明 显，能探测晶体内原子的排列结构，C对；工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为 γ射线能量大，波动性弱，穿透本领强的特点，D错.
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答案：电磁波传递信息需要时间　0.24 s
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