(共36张PPT)
4.电磁波的发现及应用
01
02
03
高端教学引领
课前自主学习
课堂合作探究
04
课堂学业达标
课标准 素养目标
1.通过实验,了解电磁波,知道电磁场的物质性。 2.通过实例,了解电磁波的应用及其带来的影响。 1.电磁场和电磁波及电磁波谱。(物理观念)
2.通过类比机械波,知道电磁波的特点。(科学思维)
3.通过演示实验了解电磁波谱。(科学探究)
4.学会用所学电磁波的知识解释生活中的有关现象。(科学态度与责任)
01
高端教学引领
【教学建议】
1.电磁波的性质:
任务 建议
电磁场 读教材了解麦克斯韦的电磁场理论。
电磁波的产生 读教材了解电磁波是如何产生的以及传播速度是多少。
2.电磁波谱的性质:
任务 建议
电磁波谱 通过对比法理解电磁波和机械波的不同和联系
电磁波的能量 读教材理解电磁波具有能量,是一种物质
【情境导引】
电磁波为信息的传递插上了翅膀,使古代的“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。
问题导引:
(1)电磁波是如何产生的
(2)电磁波传播的过中有哪些规律
02
课前自主学习
1.电磁波的发现:
(1)麦克斯韦的电磁场理论:
①变的磁场产生电场。实验基础:如图所示,在变的磁场中放一个闭合电
路,电路里就会产生_________。麦克斯韦对该问题的见解:回路里有_________
产生,一定是变的磁场产生了_____,自由电荷在电场的作用下发生了定向移
动。
该现象的实质:变的磁场产生了_____。
②变的电场产生磁场。麦克斯韦大胆地假设,既然变的磁场能产生电场,
那么变的电场也会在空间产生_____。
感应电流
感应电流
电场
电场
磁场
(2)电磁波的产生:如果在空间某区域中有周期性变的电场,那么,这个变的电
场就在它周围空间产生周期性变的_____,这个变的磁场又在它周围空间产
生新的周期性变的_____……可见,变的电场和变的磁场_________,由近
及远地向周围传播,形成_______。
(3)电磁波的特点:
①电磁波中的电场强度与磁感应强度互相_____,而且二者均与波的传播向
_____,所以电磁波是_____。
②电磁波的速度等于_____,光的本质是_______。
(4)1888年,_____通过实验证实了电磁波的存在,证实了麦克斯韦的电磁场理论,
为无线电技术的发展开拓了道路。
磁场
电场
交替产生
电磁波
垂直
垂直
横波
光速
电磁波
赫兹
2.电磁波谱:
(1)电磁波谱:按电磁波的_____或_____大小的顺序把它们排列成谱。
(2)按波长从长到短依次为:无线电波、_______、_______、紫外线、______、
______。
(3)电磁波传递能量:从场的观点来看电场具有电能,磁场具有磁能,电磁场
具有_______。电磁波的发射过就是辐射_____的过。电磁波在空间传
播,_______就随着一起传播。
波长
频率
红外线
可见光
X射线
γ射线
电磁能
能量
电磁能
【易错辨析】
(1)任何变的电场都要在周围空间产生变的磁场。( )
(2)电磁波的传播不需要介质。( )
(3)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s。( )
(4)无线电波中的长波、中波、短波可以用于广播信号的传输。( )
提示:(1)×。均匀变的电场在周围空间产生恒定的磁场。 (2)√ (3)√ (4)√
03
课堂合作探究
主题一 电磁波的发现
任务1 伟大的预言
【问题探究】
(1)在电场周围一定产生磁场吗
提示:不一定。变的电场周围一定产生磁场,不变的电场周围不产生磁场。
(2)变的磁场一定产生变的电场吗
提示:不一定。均匀变的磁场产生恒定的电场,非均匀变的磁场产生变的电场。
(3)麦克斯韦提出“变的磁场产生电场”“变的电场产生磁场”的依据是什么
提示:麦克斯韦是在法拉第电磁感应现象的基础上提出“变的磁场产生电场”的假设。“变的电场产生磁场”是他相信自然规律和谐统一而假设的,他相信磁场和电场有对称之美。他认为:既然变的磁场能够在空间产生电场,那么变的电场也能够在空间产生磁场。
(4)麦克斯韦关于电磁场理论的主要论点是什么
提示:麦克斯韦关于电磁场理论的两大论点:
①变的磁场产生电场;②变的电场产生磁场。
任务2 电磁波的特点
【问题探究】
(1)电磁波是如何产生的
提示:根据两个基本点,麦克斯韦进一步推断:如果在空间某处有变的电场,那么这个变的电场就在空间产生变的磁场;这个变的磁场又会引起新的变的电场,如此下去,变的电场和磁场交替产生,从而形成由近至远传播的电磁波。
(2)电场和磁场同时存在的空间就是电磁场吗
提示:不是。周期性变的电场产生周期性变的磁场,而周期性变的磁场又产生周期性变的电场,二者形成不可分割的统一体。
【结论生成】
1.麦克斯韦电磁场理论:
(1)变的磁场周围产生电场,这是一种普遍存在的现象,跟闭合电路是否存在无关。
(2)在变的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的,而静电场中的电场线是不闭合的。
(3)有单独存在的静电场,也有单独存在的静磁场,但没有静止的电磁场。
2.电磁波与机械波的区别:
(1)电磁波是横波,机械波有横波和纵波两类。
(2)电磁波的速度(在真空中等于光速)远大于机械波的波速(例如,空气中的声速在常温下只有340 m/s)。
(3)电磁波的传播不需要介质(在真空中也能传播),机械波的传播必须有介质。
(4)电磁波向外传播的是电磁能,机械波传播的是机械能。
[特别提醒]
(1)电场和磁场在空间形成不可分割的统一体。
(2)电磁场具有运动质量、能量以及与其他物质相互作用的属性,电磁场具有物质性,是物质存在的基本形态之一。
(3)有单独存在的静电场,也有单独存在的静磁场,但不存在静止的电磁场。
【典例示范】
如图所示,水平面内有一环形导线通以俯视为顺时针的恒定电流,环形导线内有一可在水平面内自由转动的细杆,细杆带正电荷,若从某一时刻起,环形导线中电流逐渐减小,俯视细杆,下列说法中正确的是( )
A.细杆仍然保持静止 B.细杆将顺时针转动
C.细杆将逆时针转动 D.无法确定细杆是否转动
√
【解析】选B。 根据麦克斯韦电磁理论,当环形导线中电流逐渐减小时,环内将产生俯视为顺时针的感应电场,则细杆将在此电场作用下顺时针转动。故B正确。
【探究训练】
(2025·北京丰台区高二检测)关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是( )
A.变的电场一定在周围空间产生变的磁场
B.各种频率的电磁波在真空中以相同的速度传播
C.电磁波和机械波都要依赖于介质才能传播
D.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在并通过实验进行了证实
√
【解析】选B。根据麦克斯韦电磁场理论,变的电场一定在周围空间产生磁场,但不一定产生变的磁场,非均匀变的电场才在周围空间产生变的磁场,A错误;根据麦克斯韦电磁场理论,各种频率的电磁波在真空中以相同的速度传播,B正确;电磁波不依赖于介质就能传播,但机械波只能在介质中传播,C错误;麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,而赫兹通过实验进行了证实,D错误。
主题二 电磁波谱
任务1 电磁波谱、无线电波
【生活情境】
【问题探究】
(1)按电磁波的波长从长到短分布的电磁波谱是怎样的
提示:按电磁波的波长从长到短分布的电磁波谱是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
(2)简述电磁波谱中各类不同电磁波的特性与应用。
提示:无线电波波动性强,主要用于无线通信;红外线热效应显著,衍射性强,主要用于加热、高空摄影、红外遥感等;可见光引起视觉产生色彩效应,用于照明等;紫外线学、生理作用显著,能产生荧光效应,用于日光灯、杀菌消毒等;X射线、γ射线穿透本领强,用于医疗探伤等。
任务2 红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、电磁波传递能量
【问题探究】
(1)天空为什么是亮的,看起来是蓝色的,傍晚的阳光却比较红
提示:由于大气把阳光向四面八散射,所以看到天空是亮的。在没有大气的太空,即使太阳高悬在空中,它周围的天空也是黑暗的。由于波长较短的光比波长较长的光更容易被大气散射,所以天空看起来是蓝色的。大气对波长较短的光吸收能力比较强,傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时,蓝光、紫光大部分被吸收掉了,剩下红光、橙光通过大气射入我们的眼睛,所以傍晚的阳光比较红。
(2)医学上常用于透视人体的是哪种射线 为什么
提示:X射线,X射线的穿透本领强。
(3)哪些现象能说明电磁波具有能量 试举例。
提示:例如:放在红外线区域的温度计升温很快;γ射线具有很强的贯穿能力等。
【结论生成】
各种电磁波的共性
(1)它们在本质上都是电磁波,它们遵循相同的规律,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=3×108 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。
【典例示范】
电磁波谱家族有众多的成员。关于电磁波的应用,下列说法不正确的
是( )
A.电磁炉是利用电磁波来工作的
B.微波炉是利用电磁波的能量来快速加热食物的
C.雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的
D.夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的
√
【解析】选A。电磁炉是利电磁感应原理和电流的热效应来工作的,A错误,符合题意;微波是电磁波的一部分,食物分子在微波的作用下剧烈震动,内能增大,温度升高,达到加热的目的,B正确,不符合题意;雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的,C正确,不符合题意;不同温度的物体发出的红外线特征不同,夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的,D正确,不符合题意。
【探究训练】
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错误;在手机通话过中,既涉及电磁波又涉及声波,B正确;可见光属于电磁波,“B超”中的超声波是声波,传播速度不同,C错误;红外线波长较X射线波长长,D错误。
√
【课堂回眸】
04
课堂学业达标
1.在烤箱中能看见一种淡红色的光,下列关于这种光的说法中正确的是( )
A.是电热丝发出的红外线
B.是电热丝发出的红光
C.主要是利用这种光为食物加热
D.给食物加热是利用比这种光波长更短的电磁波
【解析】选B。烤箱中看到的淡红色的光是可见的红光,起加热作用的主要是波
长较长的红外线,而不是红光,故正确选项为B。
√
2.下列不属于电磁波的是 ( )
A.消毒用的紫外线 B.透视用的X射线
C.教室里的读书声 D.遥控器发出的红外线
【解析】选C。教室里的读书声是声波,声波是机械波,不属于电磁波,故选C。
√
3.(多选)关于电磁波谱,下列说法中正确的是 ( )
A.红外线比红光波长长,它的热作用很强
B.X射线就是伦琴射线
C.阴极射线是一种频率极高的电磁波
D.紫外线的波长比伦琴射线的长,它的显著作用是荧光作用
【解析】选A、B、D。红外线比红光波长长,它的热作用很强,A正确;X射线就是伦琴射线,B正确;阴极射线不属于电磁波,而γ射线是一种频率极高的电磁波,故C错误;紫外线具有杀菌作用,可利用紫外线消毒与荧光作用,且紫外线的波长比伦琴射线长,故D正确。
√
√
√
4.下列所举的电磁波中,电磁波的波长最长的是 ( )
A.收音机收到的短波 B.医院透视人体用的X射线
C.微波炉使用的微波 D.人体发出的红外线
【解析】选A。根据电磁波谱知,波长关系:短波>微波>红外线>X射线,可知波长最长的是短波,故选A。
√4.电磁波的发现及应用
课标准 素养目标
1.通过实验,了解电磁波,知道电磁场的物质性。 2.通过实例,了解电磁波的应用及其带来的影响。 1.电磁场和电磁波及电磁波谱。 (物理观念) 2.通过类比机械波,知道电磁波的特点。 (科学思维) 3.通过演示实验了解电磁波谱。 (科学探究) 4.学会用所学电磁波的知识解释生活中的有关现象。 (科学态度与责任)
高端教学引领
【教学建议】
1.电磁波的性质:
任务 建议
电磁场 读教材了解麦克斯韦的电磁场理论。
电磁波的产生 读教材了解电磁波是如何产生的以及传播速度是多少。
2.电磁波谱的性质:
任务 建议
电磁波谱 通过对比法理解电磁波和机械波的不同和联系
电磁波的能量 读教材理解电磁波具有能量,是一种物质
【情境导引】
电磁波为信息的传递插上了翅膀,使古代的“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。
问题导引:
(1)电磁波是如何产生的
(2)电磁波传播的过中有哪些规律
课前自主学习
1.电磁波的发现:
(1)麦克斯韦的电磁场理论:
①变的磁场产生电场。实验基础:如图所示,在变的磁场中放一个闭合电路,电路里就会产生感应电流。麦克斯韦对该问题的见解:回路里有感应电流产生,一定是变的磁场产生了电场,自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。
该现象的实质:变的磁场产生了电场。
②变的电场产生磁场。麦克斯韦大胆地假设,既然变的磁场能产生电场,那么变的电场也会在空间产生磁场。
(2)电磁波的产生:如果在空间某区域中有周期性变的电场,那么,这个变的电场就在它周围空间产生周期性变的磁场,这个变的磁场又在它周围空间产生新的周期性变的电场……可见,变的电场和变的磁场交替产生,由近及远地向周围传播,形成电磁波。
(3)电磁波的特点:
①电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直,而且二者均与波的传播向垂直,所以电磁波是横波。
②电磁波的速度等于光速,光的本质是电磁波。
(4)1888年,赫兹通过实验证实了电磁波的存在,证实了麦克斯韦的电磁场理论,为无线电技术的发展开拓了道路。
2.电磁波谱:
(1)电磁波谱:按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱。
(2)按波长从长到短依次为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
(3)电磁波传递能量:从场的观点来看电场具有电能,磁场具有磁能,电磁场具有电磁能。电磁波的发射过就是辐射能量的过。电磁波在空间传播,电磁能就随着一起传播。
【易错辨析】
(1)任何变的电场都要在周围空间产生变的磁场。 ( )
(2)电磁波的传播不需要介质。 ( )
(3)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s。 ( )
(4)无线电波中的长波、中波、短波可以用于广播信号的传输。 ( )
提示:(1)×。均匀变的电场在周围空间产生恒定的磁场。 (2)√ (3)√ (4)√
课堂合作探究
主题一 电磁波的发现
任务1 伟大的预言
【问题探究】
(1)在电场周围一定产生磁场吗
提示:不一定。变的电场周围一定产生磁场,不变的电场周围不产生磁场。
(2)变的磁场一定产生变的电场吗
提示:不一定。均匀变的磁场产生恒定的电场,非均匀变的磁场产生变的电场。
(3)麦克斯韦提出“变的磁场产生电场”“变的电场产生磁场”的依据是什么
提示:麦克斯韦是在法拉第电磁感应现象的基础上提出“变的磁场产生电场”的假设。“变的电场产生磁场”是他相信自然规律和谐统一而假设的,他相信磁场和电场有对称之美。他认为:既然变的磁场能够在空间产生电场,那么变的电场也能够在空间产生磁场。
(4)麦克斯韦关于电磁场理论的主要论点是什么
提示:麦克斯韦关于电磁场理论的两大论点:
①变的磁场产生电场;②变的电场产生磁场。
任务2 电磁波的特点
【问题探究】
(1)电磁波是如何产生的
提示:根据两个基本点,麦克斯韦进一步推断:如果在空间某处有变的电场,那么这个变的电场就在空间产生变的磁场;这个变的磁场又会引起新的变的电场,如此下去,变的电场和磁场交替产生,从而形成由近至远传播的电磁波。
(2)电场和磁场同时存在的空间就是电磁场吗
提示:不是。周期性变的电场产生周期性变的磁场,而周期性变的磁场又产生周期性变的电场,二者形成不可分割的统一体。
【结论生成】
1.麦克斯韦电磁场理论:
(1)变的磁场周围产生电场,这是一种普遍存在的现象,跟闭合电路是否存在无关。
(2)在变的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的,而静电场中的电场线是不闭合的。
(3)有单独存在的静电场,也有单独存在的静磁场,但没有静止的电磁场。
2.电磁波与机械波的区别:
(1)电磁波是横波,机械波有横波和纵波两类。
(2)电磁波的速度(在真空中等于光速)远大于机械波的波速(例如,空气中的声速在常温下只有340 m/s)。
(3)电磁波的传播不需要介质(在真空中也能传播),机械波的传播必须有介质。
(4)电磁波向外传播的是电磁能,机械波传播的是机械能。
[特别提醒]
(1)电场和磁场在空间形成不可分割的统一体。
(2)电磁场具有运动质量、能量以及与其他物质相互作用的属性,电磁场具有物质性,是物质存在的基本形态之一。
(3)有单独存在的静电场,也有单独存在的静磁场,但不存在静止的电磁场。
【典例示范】
如图所示,水平面内有一环形导线通以俯视为顺时针的恒定电流,环形导线内有一可在水平面内自由转动的细杆,细杆带正电荷,若从某一时刻起,环形导线中电流逐渐减小,俯视细杆,下列说法中正确的是 ( )
A.细杆仍然保持静止 B.细杆将顺时针转动
C.细杆将逆时针转动 D.无法确定细杆是否转动
【解析】选B。 根据麦克斯韦电磁理论,当环形导线中电流逐渐减小时,环内将产生俯视为顺时针的感应电场,则细杆将在此电场作用下顺时针转动。故B正确。
【探究训练】
(2025·北京丰台区高二检测)关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是 ( )
A.变的电场一定在周围空间产生变的磁场
B.各种频率的电磁波在真空中以相同的速度传播
C.电磁波和机械波都要依赖于介质才能传播
D.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在并通过实验进行了证实
【解析】选B。根据麦克斯韦电磁场理论,变的电场一定在周围空间产生磁场,但不一定产生变的磁场,非均匀变的电场才在周围空间产生变的磁场,A错误;根据麦克斯韦电磁场理论,各种频率的电磁波在真空中以相同的速度传播,B正确;电磁波不依赖于介质就能传播,但机械波只能在介质中传播,C错误;麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,而赫兹通过实验进行了证实,D错误。
主题二 电磁波谱
任务1 电磁波谱、无线电波
【生活情境】
【问题探究】
(1)按电磁波的波长从长到短分布的电磁波谱是怎样的
提示:按电磁波的波长从长到短分布的电磁波谱是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
(2)简述电磁波谱中各类不同电磁波的特性与应用。
提示:无线电波波动性强,主要用于无线通信;红外线热效应显著,衍射性强,主要用于加热、高空摄影、红外遥感等;可见光引起视觉产生色彩效应,用于照明等;紫外线学、生理作用显著,能产生荧光效应,用于日光灯、杀菌消毒等;X射线、γ射线穿透本领强,用于医疗探伤等。
任务2 红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、电磁波传递能量
【问题探究】
(1)天空为什么是亮的,看起来是蓝色的,傍晚的阳光却比较红
提示:由于大气把阳光向四面八散射,所以看到天空是亮的。在没有大气的太空,即使太阳高悬在空中,它周围的天空也是黑暗的。由于波长较短的光比波长较长的光更容易被大气散射,所以天空看起来是蓝色的。大气对波长较短的光吸收能力比较强,傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时,蓝光、紫光大部分被吸收掉了,剩下红光、橙光通过大气射入我们的眼睛,所以傍晚的阳光比较红。
(2)医学上常用于透视人体的是哪种射线 为什么
提示:X射线,X射线的穿透本领强。
(3)哪些现象能说明电磁波具有能量 试举例。
提示:例如:放在红外线区域的温度计升温很快;γ射线具有很强的贯穿能力等。
【结论生成】
各种电磁波的共性
(1)它们在本质上都是电磁波,它们遵循相同的规律,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=3×108 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。
【典例示范】
电磁波谱家族有众多的成员。关于电磁波的应用,下列说法不正确的是 ( )
A.电磁炉是利用电磁波来工作的
B.微波炉是利用电磁波的能量来快速加热食物的
C.雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的
D.夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的
【解析】选A。电磁炉是利电磁感应原理和电流的热效应来工作的,A错误,符合题意;微波是电磁波的一部分,食物分子在微波的作用下剧烈震动,内能增大,温度升高,达到加热的目的,B正确,不符合题意;雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的,C正确,不符合题意;不同温度的物体发出的红外线特征不同,夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的,D正确,不符合题意。
【探究训练】
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错误;在手机通话过中,既涉及电磁波又涉及声波,B正确;可见光属于电磁波,“B超”中的超声波是声波,传播速度不同,C错误;红外线波长较X射线波长长,D错误。
【课堂回眸】
课堂学业达标
1.在烤箱中能看见一种淡红色的光,下列关于这种光的说法中正确的是 ( )
A.是电热丝发出的红外线
B.是电热丝发出的红光
C.主要是利用这种光为食物加热
D.给食物加热是利用比这种光波长更短的电磁波
【解析】选B。烤箱中看到的淡红色的光是可见的红光,起加热作用的主要是波长较长的红外线,而不是红光,故正确选项为B。
2.下列不属于电磁波的是 ( )
A.消毒用的紫外线 B.透视用的X射线
C.教室里的读书声 D.遥控器发出的红外线
【解析】选C。教室里的读书声是声波,声波是机械波,不属于电磁波,故选C。
3.(多选)关于电磁波谱,下列说法中正确的是 ( )
A.红外线比红光波长长,它的热作用很强
B.X射线就是伦琴射线
C.阴极射线是一种频率极高的电磁波
D.紫外线的波长比伦琴射线的长,它的显著作用是荧光作用
【解析】选A、B、D。红外线比红光波长长,它的热作用很强,A正确;X射线就是伦琴射线,B正确;阴极射线不属于电磁波,而γ射线是一种频率极高的电磁波,故C错误;紫外线具有杀菌作用,可利用紫外线消毒与荧光作用,且紫外线的波长比伦琴射线长,故D正确。
4.下列所举的电磁波中,电磁波的波长最长的是 ( )
A.收音机收到的短波 B.医院透视人体用的X射线
C.微波炉使用的微波 D.人体发出的红外线
【解析】选A。根据电磁波谱知,波长关系:短波>微波>红外线>X射线,可知波长最长的是短波,故选A。
