1．电磁波
2．电磁波谱
学 习 目 标
知 识 脉 络
1．知道麦克斯韦的电磁场理论．(重点)
2．理解变化的电场和磁场相互激发形成电磁场．(难点)
3．知道电磁波的基本性质．(重点)
4．会用v＝λf解决问题．
5．知道电磁波的不同波段和用途.
一、电磁波
1．麦克斯韦的大胆假设
(1)变化的磁场能产生电场．
(2)变化的电场也能产生磁场．
2．电磁波
(1)变化的电场和磁场相互激发不断向外传播，这就是电磁波．
(2)赫兹用实验的方法验证了电磁波的存在．
3．电磁波的基本性质
(1)电磁波具有能量与质量，是物质运动的一种形式．
(2)电磁波可以在真空中传播，它的传播速度等于光速，即v＝c＝3×108 m/s.
(3)单位时间内电磁波所发送的能量与振荡频率有关；频率愈大，发送的能量愈多．
二、电磁波谱
1．电磁波的波长、频率和波速的关系式为c＝λf，频率越高的电磁波，波长越短．
2．通常把电磁波分为七个波段：无线电波、微波、红外辐射(红外线)、可见光、紫外辐射(紫外线)、X射线(伦琴射线)、γ射线．
1．思考判断
(1)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场．( )
(2)电磁波的传播不需要介质．( )
(3)赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论．( )
(4)波在传播过程中，频率不变( )
(5)电磁波在真空中的速度最大，其值为3.0×108 m/s.( )
(6)红外线的波长大于紫外线的波长．( )
[提示] (1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)√ (6)√
2．电磁波在现代生活中有着广泛的应用，建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家是( )
A．法拉第 B．麦克斯韦
C．奥斯特 D．爱因斯坦
B [麦克斯韦是建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家．]
3．电磁波在空中的传播速度为v，北京交通广播电台的频率为f，该电台所发射电磁波的波长λ为( )
A． B．
C． D．vf
A [根据光速、频率、波长之间关系有c＝λf，所以波长为λ＝，故A正确，B、C、D错误．]
4．在电磁波中，频率不同的电磁波具有不同的特性、真空中，红外线、紫外线和X射线的波长由长到短排列顺序正确的是( )
A．X射线、紫外线、红外线
B．X射线、红外线、紫外线
C．红外线、紫外线、X射线
D．紫外线、红外线、X射线
C [真空中，红外线、紫外线和X射线的波长由长到短排列顺序正确的是：红外线、紫外线、X射线．故C正确．]
电磁波的产生和特点
1．麦克斯韦电磁场理论
(1)对变化的磁场产生电场的探究
探究实验1：装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光．
①线圈中产生感应电动势说明了什么？
麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向移动，产生感应电流．
②用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中就不会有电流、电场．
③线圈不存在时线圈所在处的空间仍有电场．
实验结论：如图(甲)所示，麦克斯韦认为线圈只不过是用来显示电场的存在，如图(乙)所示线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路线圈是否存在无关．线圈的作用只是用来显示电流的存在．
④静电场其电场线的特点是起于正电荷止于负电荷，不会闭合，而变化的磁场产生的电场其电场线是闭合的．
(2)对变化的电场产生磁场的探究
探究实验2：①静止电荷周围的小磁针不偏转，运动电荷周围的小磁针发生偏转．
②在电容器充放电时，周围的小磁针发生摆动．
实验分析：静止电荷的周围是稳定的电场，不产生磁场，电荷运动时，周围产生的是变化的电场，产生磁场使小磁针摆动，在给电容器充、放电时，两极板上的电荷量发生变化，引起两板间的电场发生变化，从而在周围产生磁场使小磁针摆动．在给电容器充、放电的时候，不仅导体中电流要产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化着的电场周围也要产生磁场．
实验结论：在变化的电场周围空间中产生磁场．
2．电磁波的特点
(1)电磁波是横波，在传播方向上任一点电场E和磁场B随时间按正弦规律变化，E的方向和B的方向彼此垂直且与电磁波的传播方向垂直．
(2)电磁波的传播速度v＝λf，在真空中的传播速度等于光速．
(3)电磁场中以电场和磁场的形式贮存着能量——电磁能．电磁波的发射过程就是辐射能量的过程．
(4)麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，测出了波长和频率，证实了电磁波在真空中传播速度等于光速，验证了电磁波的反射、折射、衍射和干涉等现象．
【例1】 (多选)下列说法正确的是( )
A．恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场
B．稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场
C．均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场
D．均匀变化的电场和磁场互相激发，形成由近及远的电磁场
AC [根据奥斯特实验可以验证电流的磁效应，当电流恒定时产生的磁场是稳定的，故A正确．稳定的电场不能产生磁场，故B错误．电场变化时产生磁场，且均匀变化时产生稳定磁场，故C正确．均匀变化的电场产生稳定磁场，而稳定的磁场不能再次激发电场，故不能形成由近及远的电磁场，D错误．]
在理解麦克斯韦的电磁场理论时，要注意静电场不产生磁场，稳定的磁场也不产生电场．
1．电磁波在真空中的传播速度为________m/s，某电台发射 的电磁波的频率为300 kHz，它的波长为________m.
[解析] 电磁波在真空中的传播速度为c＝3×108 m/s
根据c＝λf，有
λ＝＝ m＝1 000 m.
[答案] 3×108 1 000
电磁波谱及其应用
1．电磁波谱
无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来，构成了范围非常广泛的电磁波谱．可见光只是其中很窄的一个波段．由于它们都是本质相同的电磁波，所以它们的行为都遵循共同的规律，但另一方面，由于它们的频率不同而又呈现出不同的特性．例如，波长较长的无线电波，很容易表现出干涉、衍射现象，但对波长越来越短的可见光、紫外线、X射线、γ射线，要观察到它们的干涉、衍射现象越来越困难了．
2．电磁波谱中各种波段的特征用途比较
电磁
波谱
无线
电波
红外线
可见光
紫外线
伦琴
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
通讯广
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
产生
机理
振荡电路中自由电子的周期
性运动
原子外层电子受到激发
原子内
层电子
受到激发
原子核
受激发
说明
振荡电
路中产
生
一切
物体都
能辐射
由七
种色
光组
成
一切高
温物体
都能辐
射
伦琴射线
管中高速
电子流射
至阳极产生
放射性
元素衰
变时产
生
递变
规律
―――――――――――→
频率变大，衍射能力减弱
【例2】 (多选)以下关于电磁波谱的理解正确的是( )
A．红外线的波长比紫外线的波长短
B．可见光不属于电磁波
C．无线电波的波长比γ射线波长要长
D．无线电波的波长大于1 mm
CD [按照波长由小到大的顺序排列，电磁波可划分为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波，而波长大于1 mm的电磁波属于无线电波．所以C、D正确．]
从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，其行为服从共同的规律，但因波长(或频率)不同又表现出不同的特点．要熟记各部分的波长、频率范围及其关系，知道同一电磁波的波长与频率成反比．
2．(多选)电磁波按波长大小的顺序把它们排列成谱，如图所示，由电磁波谱可知( )
A．微波是不可见光
B．红外线可以杀菌消毒
C．紫外线的波长比红外线长
D．X射线能穿透物质，可以用来检查生物骨骼结构
AD [微波是不可见光，选项A正确；红外线有热作用，紫外线可以杀菌消毒，选项B错误；紫外线的波长比红外线短，选项C错误；X射线能穿透物质，可以用来检查生物骨骼结构，选项D正确；故选A、D．]
1．电磁场理论预言了什么( )
A．预言了变化的磁场能够在周围空间产生电场
B．预言了变化的电场能够在周围产生磁场
C．预言了电磁波的存在，电磁波在真空中的速度为光速
D．预言了电能够产生磁，磁能够产生电
C [麦克斯韦预言了电磁波的存在，并计算出了电磁波的传播速度等于光速．]
2．对红外线的作用及来源不正确的叙述有( )
A．一切物体都在不停地辐射红外线
B．红外线有很强的荧光效应
C．红外线最显著的作用是热作用
D．红外线容易穿过云雾、烟尘
B [一切物体都在不停地辐射红外线，且热的物体比冷的物体的红外线辐射本领大，A正确．荧光效应是紫外线特性，红外线没有，红外线的最显著作用是热作用，B错误，C正确．红外线波长较长，衍射能力比较强，D正确．故选B．]
3．根据麦克斯韦的电磁场理论，下列说法中正确的是( )
A．在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场
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．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
D [根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场．故选D．]
4．①验钞机的紫外线、②电视机遥控器的红外线、③CT机的X射线，它们都是电磁波，按频率从高到低的排列顺序是( )
A．①②③ B．③②①
C．②③① D．③①②
D [CT机的X射线的频率高于验钞机的紫外线的频率；验钞机的紫外线的频率高于电视机遥控器的红外线的频率．故D项正确．]
课件36张PPT。第四章 电磁波与电信息技术 1.电磁波
2.电磁波谱电场 磁场 赫兹 能量 质量 光速 振荡频率 频率 c＝λf 短 无线电波 红外辐射(红外线)紫外辐射(紫外线) X射线(伦琴射线) 电磁波的产生和特点 电磁波谱及其应用 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十一) 电磁波 电磁波谱
[基础达标练]
(15分钟 48分)
1．(6分)第一次用实验方法得到电磁波的科学家是( )
A．赫兹 B．安培
C．法拉第 D．麦克斯韦
A [第一次用实验方法得到电磁波的科学家是赫兹．故A项正确．]
2．(6分)关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法中不正确的是( )
A．变化的磁场能够在周围空间产生电场
B．电场一定能够在周围空间产生磁场
C．变化的电场能够在周围空间产生磁场
D．电磁场由发生区域向远处传播就形成电磁波
B [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非均匀变化的磁场，则变化的磁场周围空间一定产生电场，故A正确；均匀变化的电场产生稳定的磁场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，即变化的电场周围空间一定产生磁场，故C正确，B错误；变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，逐渐向外传播，形成电磁波，故D正确；故说法中不正确的是选B．]
3．(6分)下列关于电磁场的说法中不正确的是( )
A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波
B．任何变化的电场周围一定有磁场
C．周期变化的电场和周期变化的磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场
D．电磁波的理论在先，实践证明在后
A [均匀变化的电场或磁场不会在其周围产生电磁场，也不会有电磁波存在，故A项错误．
任何变化的电场周围一定有磁场，故B项正确．
周期变化的电场和周期变化的磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场，故C项正确．
麦克斯韦建立电磁波的理论在先，赫兹用实践证明在后，故D项正确．本题选不正确的，故答案为A．]
4．(6分)如图所示的四种电场中，哪一种能产生电磁波( )
D [根据麦克斯韦电磁场理论，只有周期性变化的电场才能产生周期性变化的磁场，从而产生电磁波．]
5．(6分)下列应用没有利用电磁波技术的是( )
A．白炽灯 B．移动电话
C．雷达 D．无线电广播
A [白炽灯是钨丝因通电后电流做功，产生热量从而发光，没有用到电磁波，故A正确；移动电话是利用电磁波传输信息，用到电磁波，故B错误；雷达是利用波源发出微波，经反射接收后定位、测速的，用到电磁波，故C错误；无线电广播是利用电磁波将信息传播出去，用到电磁波，故D错误．]
6．(6分)(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)正确的是( )
BCD [A中磁场稳定不会产生电场，故A错误．B中电场均匀增大产生稳定的磁场，故B正确．C和D中根据斜率的大小可知变化率的大小，C、D正确．]
7．(6分)近来军事行动中，士兵都配发“红外夜视仪”，以便在夜间也能清楚地看清目标，这主要是因为( )
A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体
B．一切物体均不停地辐射红外线
C．一切高温物体不停地辐射红外线
D．“红外夜视仪”发射出γ射线，放射性物体受到激发而发出红外线
B [一切物体都不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同．采用红外线接收器，可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，而且不受白天和夜晚的影响．故选B．]
8．(6分)已知真空中的电磁波波速是3×108 m/s.在真空中波长是5 m的无线电波，它的频率是( )
A．6×107 Hz B．1.5×109 Hz
C．8×108 Hz D．1.7×108 Hz
A [由v＝λf得f＝＝ Hz＝6×107 Hz.]
[能力提升练]
(25分钟 50分)
9．(6分)关于紫外线的以下说法中正确的是( )
A．照射紫外线可增进人体对钙质的吸收，因此人们应尽可能多地接受紫外线的照射
B．紫外线是一种可见光
C．紫外线有很强的荧光效应，可用来防伪
D．紫外线有杀菌消毒的作用，是因为其有热效应
C [适量照射紫外线，能合成维生素D，促使人体对钙的吸收，过度的照射可能对皮肤产生伤害，故A错误；紫外线是不可见光，故B错误；利用紫外线的荧光效应来做防伪标识，故C正确；紫外线化学效应强，所以能杀菌，故D错误．]
10．(6分)(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波
B．红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的
C．伦琴射线和γ射线是原子的内层电子受激发后产生的
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
AB [γ射线是原子核受到激发产生的，选项C错误；一切物体都在发射红外线，选项D错误．]
11．(6分)无线电技术中通常根据波长把无线电波分成下表中的几个波段：
波段
长波
中波
短波
微波
波长/m
30 000～
3 000
3 000～
200
200～
10
10～
0．001
大家知道，地球被厚厚的大气层包围着，在距地面50千米到几百千米范围内的大气层叫电离层，电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性．实验表明，对于波长小于10 m的微波，电离层能让它通过；对于波长超过3 000 m的长波，电离层基本上把它吸收掉；对于中波和短波，电离层对它有反射作用．地球同步通信卫星静止在赤道上空36 000 km高的地方，所以利用同步卫星进行无线电信号通信只能通过( )
A．长波 B．中波
C．短波 D．微波
D [地球同步通信卫星传输的电磁波信号必须能够穿透电离层，而只有波长小于10 m的微波才能通过，所以答案为D．]
12．(6分)红外线、无线电波、γ射线、可见光等都属于电磁波，则下列选项中，按照波长由大到小顺序排列正确的是( )
A．红外线、无线电波、γ射线、可见光
B．红外线、可见光、γ射线、无线电波
C．无线电波、红外线、可见光、γ射线
D．γ射线、可见光、红外线、无线电波
C [电磁波谱依照波长按照波长从大到小顺序是：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线、故C正确，A、B、D错误；故选C．]
13．(6分)英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，德国物理学家________用实验证实了电磁波的存在；红外线的频率比X射线的频率________(选填“高”或“低”)；某电磁波在真空中波长是300 m，频率是________Hz.
[解析] 英国物理学家麦克斯韦认为：变化的磁场能产生电场；德国物理学家赫兹用实验成功证实了电磁波的存在；红外线的频率比X射线的频率低；根据v＝λf可得电磁波的频率为f＝＝ Hz＝1×106 Hz.
[答案] 赫兹 低 1×106
14．(10分)下面列出了一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理知识(用A、B、C……表示)，请将相应的字母填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．紫外线有很强的荧光效应
C．紫外线有杀菌消毒作用
D．X射线有很强的贯穿能力
E．红外线有显著的热作用
F．红外线波长较长易发生衍射
[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伤害的X射线，选择选项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，因此选择选项C．
(3)“神灯”又称红外线灯，主要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，因此选择选项E.
[答案] (1)D (2)C (3)E
15．(12分)某雷达工作时，发射电磁波的波长为λ＝20 cm，每秒脉冲数n＝5 000，每个脉冲持续时间t＝0.02 μs，问电磁波的振荡频率为多少？最大的侦察距离是多少？
[解析] 一般在空气中传播时，电磁波的传播速度就认为等于光速c＝3.0×108 m/s.
由公式c＝λf得f＝＝1.5×109 Hz.
雷达工作时发射电磁脉冲，每个脉冲持续时间t＝0.02 μs，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量．
设最大侦察距离为s，则2s＝c·Δt，而Δt＝ s＝200 μs?0.02 μs(脉冲持续时间可以略去不计)，所以s＝＝3×104 m.
[答案] 1.5×109 Hz 3×104 m
