4.电磁波的发现及应用
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(多选)根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是 ( )
A.电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场
B.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
C.变化的电场周围一定产生变化的磁场
D.电磁波在真空中的传播速度为3.0×108 m/s
解析根据麦克斯韦的电磁场理论,只有变化的电场周围产生磁场,变化的磁场周围产生电场,但变化的电场周围不一定产生变化的磁场,如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场。根据以上分析,选项B、D正确。
答案BD
2.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。
答案D
3.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。
答案C
4.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。
答案D
5.(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.X射线对生命物质有较强的作用,过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B.γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高
C.紫外线比紫光波长长,可以用来消毒
D.在电磁波谱中红外线穿透力最强,可以摧毁病变的细胞
解析X射线对生命物质有较强的作用,过量的X射线辐射会引起生物体的病变,故选项A正确;γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高,故选项B正确;在电磁波谱中从无线电波到γ射线,波长逐渐减小,频率逐渐增大,紫外线比紫光波长短,C错误;γ射线穿透力最强,可以摧毁病变的细胞,D错误。
答案AB
能力提升
1.某广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光,都是电磁波,它们的频率分别为f1,f2,f3,f4,则( )
A.f1>f2>f3>f4 B.f1C.f1f2解析广播电台发射“中波”、微波炉中的微波、可见光光波、X射线,它们的波长关系λ1>λ2>λ3>λ4,频率关系f1答案B
2.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。
答案A
3.(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.红外线容易穿透云雾
解析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,易穿透云雾。
答案AD
4.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.波长越短的电磁波,越容易绕过障碍物,便于远距离传播
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。波长越长的电磁波,越容易绕过障碍物,便于远距离传播,故选项C错误。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=,D正确。
答案D
(共22张PPT)
4.电磁波的发现及应用
必备知识
自我检测
一、电磁场
1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点:变化的磁场产生电场;变化的电场产生磁场。
2.变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一的电磁场。
二、电磁波
1.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,形成电磁波。
2.1886年赫兹通过实验捕捉到了电磁波,证实了麦克斯韦的电磁场理论。
必备知识
自我检测
三、电磁波谱
1.波速、波长、频率三者之间的关系是:波速=波长×频率。
2.电磁波在真空中的传播速度c=3×108 m/s。?
3.电磁波谱:按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来,就是电磁波谱。
4.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。
必备知识
自我检测
四、电磁波的能量和电磁波通信
1.电磁场不仅仅是一种描述方式,而且是真正的物质存在。
2.微波炉可以加热食物,说明电磁波具有能量。用收音机能够听到播音员的声音,是因为电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流,有电流就有能量。各种各样的仪器,能够探测到各种电磁波。所有这些都表明电磁波具有能量,电磁波是一种物质。
3.人们可以通过接入互联网的手机看电影、聊天、购物、查阅资料、视频通话。这些信息都是通过电磁波来传递的。电磁波携带的信息,既可以有线传播,也可以无线传播。
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)只有均匀变化的电场(磁场)才能产生均匀变化的磁场(电场)。 ( )
解析:均匀变化的电场(磁场)产生恒定的磁场(电场)。周期性变化的电场(磁场)产生同频率的周期性变化的磁场(电场)。
答案:×
(2)红外线、X射线、β射线和γ射线都属于电磁波。 ( )
解析:红外线、X射线、γ射线是电磁波,β射线是电子流,不是电磁波。
答案:×
(3)人体每时每刻都在发射红外线。 ( )
答案:√
(4)用金属或瓷器盛食物在微波炉中加热效果相同。 ( )
答案:×
必备知识
自我检测
2.探究讨论。
(1)为了避免敌军的雷达发现我们战机的行踪,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?
答案: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。
(2)红外线的频率比可见光的频率高还是低?根据电磁波谱上的位置说说它为什么叫红外线?用肉眼能不能观察到红外线?
答案:红外线的频率低于可见光。在电磁波谱上红外线处在可见光红光的外侧,所以叫红外线。红外线不属于可见光,用肉眼不能观察到红外线。
(3)举例说明在工、农业生产和日常生活中,有哪些利用红外线的地方?
答案:红外线烤箱、红外线照相机、红外线遥控器等。
探究一
探究二
随堂检测
对麦克斯韦电磁场理论的理解
情景导引
下图是赫兹实验的装置示意图,请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题?
要点提示:实验演示了电磁波的发射和接收,验证了麦克斯韦电磁场理论。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.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。
探究一
探究二
随堂检测
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
画龙点睛 变化的磁场周围产生电场,与是否有闭合电路存在无关。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是 ( )
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.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
解析:根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,只有选项D正确。
答案:D
归纳总结理解麦克斯韦的电磁场理论的关键
掌握四个关键词:“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”,这些都是对时间来说的,是时间的函数。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1如图所示的四种电场中,哪一种能产生电磁波( )
解析:由麦克斯韦电磁场理论,当空间出现恒定的电场时(如A图),由于它不激发磁场,故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场时(如B、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出电场,故也不会产生电磁波;只有周期性变化的电场(如D图),才会激发出周期性变化的磁场,周期性变化的磁场又激发出周期性变化的电场……如此周而复始,便会形成电磁波。
答案:D
探究一
探究二
随堂检测
各种电磁波的共性及个性的比较
情景导引
在我们身边到处都有电磁波的影子,它的应用更是比比皆是。下面列出的设备中工作时所发出的波,哪些不属于电磁波?(1)微波炉加热食物时发出的波。(2)电视发射塔发出的波。(3)互联网光缆中传播的波。(4)电视机遥控器发出的波。
要点提示:均属于电磁波。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波,其行为遵从共同的规律,但因波长(频率)不同,又表现出不同的特点。
1.共性
(1)它们在本质上都是电磁波,它们的行为遵从相同的规律,各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵守公式v=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。
探究一
探究二
随堂检测
2.个性
(1)不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性。波长越短穿透能力越强。
(2)同频率的电磁波,在不同介质中速度不同。不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大,速度越小。
(3)用途不同:无线电波用于通信和广播,红外线用于加热和遥感技术,紫外线用于杀菌消毒,X射线应用于医学上的X光照相,γ射线用于检查金属部件的缺陷,摧毁病变的细胞等。
画龙点睛 不同的电磁波由于具有不同的波长(频率),才具有不同的特性。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例2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.电磁波中频率最高的为γ射线,可用于消毒
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;电磁波中频率最高的为γ射线,可以摧毁病变的细胞,C错误;紫外线和X射线都可以使感光底片感光,D正确。
答案:D
探究一
探究二
随堂检测
归纳总结电磁波的特点和应用
我们不仅要牢记电磁波谱中的不同的电磁波(如红外线、紫外线、X射线、γ射线)的特点和应用,还要记住电磁波谱中波长、频率的变化规律,如频率越高,波长越短,穿透性越强;频率越低,波长越长,穿透性越弱。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练2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.紫外线具有很强的荧光作用
B.紫外线具有杀菌消毒作用
C.X射线具有很强的穿透性
D.红外线具有显著的热效应
探究一
探究二
随堂检测
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C。
(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B。
(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,因此选D。
答案:(1)C (2)B (3)D
探究一
探究二
随堂检测
1.下列说法正确的是( )
A.在电场周围一定存在着磁场
B.任何变化的电场周围一定存在着变化的磁场
C.均匀变化的磁场周围一定存在着变化的电场
D.电磁波是一种物质
解析:在变化的电场周围才存在磁场,周期性变化的电场(非均匀变化的)会产生同频率周期性变化的磁场。均匀变化的磁场周围存在着稳定的电场。故A、B、C错误。电磁波在空间存在,电磁波具有能量,电磁波是一种物质。
答案:D
探究一
探究二
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2.根据电磁波谱,从下列选项中选出电磁波的频率顺序由高到低排列且中间没有间断的是( )
A.X射线、紫外线、可见光
B.X射线、紫外线、红外线
C.紫外线、红外线、可见光
D.无线电波、红外线、紫外线
答案:A
探究一
探究二
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3.科学家发现地球大气层中的臭氧分子不断受到破坏。下列各项电磁波,会因臭氧层受损而对人类的健康构成最大危害的是( )
A.可见光 B.紫外线
C.γ射线 D.微波
解析:由于太阳光中存在大量紫外线,而过多的紫外线会伤害眼睛和皮肤,臭氧层能吸收紫外线,故因臭氧层受损而对人类构成最大伤害的是紫外线。
答案:B
