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第三章 电磁振荡 电磁波
第三章 电磁振荡 电磁波
强
不均匀
强
稳定
变化
变化
交替产生
光速
波长
频率
用途
所有
强
热效应
杀菌消毒
穿透
更短
强
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突破疑难·讲练提升第2节 电磁场和电磁波 第3节 电磁波谱电磁波的应用
[随堂检测]
1．如图所示是某一固定面积的磁通量的变化图线，它在周围空间某一点激发的电场的场强E应是( )
A．逐渐增强 B．逐渐减弱
C．不变 D．无法确定
解析：选C．由题图知，磁通量均匀变化，而面积一定，故磁感应强度B均匀变化，故在其周围产生稳定的电场，故C正确．
2．(多选)关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是( )
A．恒定的电场能够产生电磁波
B．电磁波的传播需要介质
C．电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变
D．电磁波在传播过程中也传递了能量
解析：选CD．由麦克斯韦电磁理论可知，只有非均匀变化的电场、磁场能产生电磁波，A错；电磁波的传播不需要介质，B错；电磁波与机械波一样，在传播过程中频率不变，C对；电磁波传播电磁振荡的运动形式和能量，D对．
3．(多选)下列关于电磁波谱说法正确的是( )
A．最容易发生衍射现象的是无线电波
B．紫外线有明显的热效应
C．X射线穿透能力较强，所以可用来检查工件
D．晴朗的天空看起来是蓝色是光散射的结果
解析：选ACD．波长越长越易衍射，故A正确；有明显热效应的是红外线，故B错误；X射线因其穿透能力较强常用于人体拍片和检查工件缺陷，故C正确；天空的蓝色是由于波长较短的光易被散射，故D正确．
4．一种电磁波入射到半径为1 m的孔上，可发生明显的衍射现象，这种波属于电磁波谱中的( )
A．可见光 B．γ射线
C．无线电波 D．紫外线
解析：选C．一种波发生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸大小跟光的波长差不多或比波长还要小．电磁波中的无线电波波长范围是104～10－3 m，红外线波长范围是10－3～10－7 m，可见光、紫外线、γ射线的波长更短，所以只有无线电波才符合条件．
5．根据麦克斯韦电磁场理论，如果在空间某区域有周期性变化的电场，这个变化的电场就会在周围产生____________．不同波段的电磁波具有不同的特性，如红外线具有明显的________效应，紫外线具有较强的________效应．
解析：根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场可知，如果是周期性的电场则产生同周期性变化的磁场．
答案：周期性变化的磁场 热 荧光
[课时作业]
一、单项选择题
1．关于电磁波，下列说法中正确的是( )
A．在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大
B．在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大
C．电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变
D．只要发射电路的电磁振荡一停止，产生的电磁波立即消失
解析：选C．任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是c，故A、B都错误．电磁波由真空进入介质，波速变小，而频率不变，C正确．变化的电场、磁场由变化区域向外传播就形成电磁波，发射电路的电磁振荡停止时，虽不再发射电磁波，但已发射出的电磁波还要继续传播，故D错误．
2．目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内．下列关于雷达和电磁波说法不正确的是( )
A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D．波长越短的电磁波，反射性能越强
解析：选B．由λ＝c/f可知A正确．根据电磁波的定义及电磁场理论可知B不正确．根据电磁波的特点可知C、D正确．
3．“红外夜视仪”在夜间也能看清黑暗中的物体，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．一切物体均在不停地辐射红外线
C．一切高温物体在不停地辐射红外线
D．“红外夜视仪”发射出γ射线，被视物体受到激发而放出红外线
解析：选B．所有物体都发射红外线，因而红外夜视仪可以看清黑暗中的物体．
4．关于电磁波谱，下列说法中不正确的是( )
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长，它的显著作用是荧光作用
解析：选C．在电磁波谱中，红外线的波长比可见光长，而红光属于可见光，故选项A正确．阴极射线与电磁波有着本质不同，电磁波在电场、磁场中不偏转，而阴极射线在电场、磁场中会偏转，电磁波在真空中的速度是3×108m/s，而阴极射线的速度总是小于3×108 m/s，阴极射线的实质是高速电子流，故选项C错误．X射线就是伦琴射线，是高速电子流射到固体上产生的一种波长很短的电磁波，故B项正确．紫外线的显著作用是荧光作用，而伦琴射线的显著作用是穿透作用，故选项D正确．
5．关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是( )
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．电磁波的频率最大的为γ射线，最容易用它来观察衍射现象
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
解析：选D．X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，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，其波长最短，最不容易发生衍射，C错误．
6．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．臭氧层的主要作用就是吸收由太阳射向地球的紫外线，从而有效地对地球上的动植物起保护作用．作为人类，保护臭氧层就是保护我们自己，故正确的选项是C．
二、多项选择题
7．关于电磁波和电磁场，下列叙述中正确的是( )
A．均匀变化的电场在它的周围空间产生均匀变化的磁场
B．电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且与波的传播方向垂直
C．电磁波和机械波都依赖于介质传播
D．只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波
解析：选BD．电磁场是变化的磁场和变化的电场相互激发形成的，电磁场由近及远传播形成电磁波，电场和磁场相互垂直，它们都和电磁波的传播方向垂直，电磁波的传播可以不依赖介质而“独立”存在，故应选B、D．
8.某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是( )
A．沿AB方向磁场在迅速减弱
B．沿AB方向磁场在迅速增强
C．沿BA方向磁场在迅速增强
D．沿BA方向磁场在迅速减弱
解析：选AC．根据电磁感应理论，闭合回路中磁通量变化时，使闭合电路产生感应电流，该电流可用楞次定律判断，其中感应电流的方向和电场线方向一致．
9．电磁波与机械波相比较有( )
A．电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质
B．电磁波在任何介质中的传播速度都相同，机械波在同一介质中的传播速度都相同
C．电磁波与机械波都不能产生干涉现象
D．电磁波与机械波都能产生衍射现象
解析：选AD．电磁波的传播不需要介质，且在不同介质中，传播速度不同，即v＝，故A正确，B错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，故C错误，D正确．
10．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( )
解析：选BC．A项中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A项中的下图是错误的．B项中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B项正确．C项中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差为π/2，C项是正确的．D项的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差为π，故不正确．所以只有B、C两项正确．
三、非选择题
11．某雷达工作时，发射电磁波的波长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？最大侦察距离是多少？
解析：由c＝λf，可得电磁波的振荡频率
f＝＝ Hz＝1.5×109 Hz
电磁波在雷达发射相邻两个脉冲间隔时间内传播的距离
s＝cΔt＝c＝3×108× m≈6×104 m
所以雷达的最大侦察距离s′＝＝3×104 m＝30 km.
答案：1.5×109 Hz 30 km
12．某地的雷达站正在跟踪一架向雷达站匀速飞行的飞机．设某一时刻从雷达站发出电磁波后到再接收到反射波历时200 μs，经过4 s后又发出一个电磁波，雷达站从发出电磁波到再接收到反射波历时186 μs，则该飞机的飞行速度多大？
解析：由电磁波发射到接收到反射波历时200 μs，可算出此时飞机距雷达站的距离为
x1＝ m＝3.0×104 m
经4 s后，飞机距雷达站的距离为
x2＝ m＝2.79×104 m
在这4 s时间内飞机飞过的路程为x＝x1－x2＝0.21×104 m
故飞机飞行的速度为v＝＝ m/s＝525 m/s.
答案：525 m/s
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高考资源网WWWkS!5u.comc高考资源同网你身边的高专象
考资源网第一时间更新名校试题,30个省市区资源一网打尽!课件、教案、学案、素材、论文种类齐全第2节 电磁场和电磁波 第3节 电磁波谱 电磁波的应用
1.理解麦克斯韦电磁理论的基本假设及其重要意义．(重点＋难点) 2.知道电磁场和电磁波及电磁波在真空中的速度． 3.知道电磁波谱，知道常见电磁波的应用．(重点)
一、麦克斯韦电磁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：磁场随时间变化快，产生的电场强，磁场随时间变化不均匀时，产生变化的电场，稳定的磁场周围不产生电场，电场的产生有两种方式：由电荷产生或由变化的磁场产生．
2．变化的电场能够在周围空间产生磁场：电场随时间变化快，则产生的磁场强；若电场随时间的变化不均匀，则会产生变化的磁场，稳定的电场周围不产生磁场．
二、电磁场
如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间引起变化的磁场，不均匀变化的磁场又在它周围空间引起变化的电场…于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场．
三、电磁波
1．定义：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场在空间由近及远的传播称为电磁波．
2．电磁波的速度
(1)麦克斯韦指出了光的电磁本质，他预言了电磁波的速度等于光速．
(2)波长λ、波速v和周期T、频率f的关系．
λ＝vT＝.
四、麦克斯韦理论在物理发展史上的意义
麦克斯韦电磁理论是继牛顿建立经典力学体系之后的又一次对自然现象认识的伟大综合，它为深入研究物质的电磁结构及客观性质提供了理论基础，统一了人们对电磁和光现象的认识，为电和磁的利用开辟了理论前景．
五、电磁波谱 电磁波的应用
1．电磁波谱：将各种电磁波按波长或频率的大小顺序排列起来，就构成了电磁波谱，通常人们按用途将电磁波谱划分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线六个波段．
2．无线电波：波长从几毫米到几十千米的电磁波是无线电波．无线电波可用于通信和广播．
3．红外线：波长位于微波和可见光之间的电磁波，不能引起人的视觉；所有物体都在不停地辐射红外线，且温度越高，辐射的红外线越强，红外线的主要作用是热效应．
4．紫外线：波长比可见光中的紫光波长还短，不能引起人的视觉；一切高温物体都能够发射紫外线，主要作用：杀菌消毒．
5．X射线(伦琴射线)：波长比紫外线的波长还短，它的穿透能力很强，作用是用于检查工件内部是否有砂眼、裂纹等缺陷，也可检查人体内部器官．
6．γ射线：是比X射线波长更短的电磁波，来自宇宙射线或某些放射元素衰变的过程．穿透能力比X射线更强．
电磁波与机械波一样都需要传播介质吗？
提示：电磁波的传播不需要介质.
对麦克斯韦电磁场理论的理解
1．变化的磁场产生电场：如图所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路(导体环)是否存在无关，导体环的作用只是用来显示电流的存在．
2．变化的电场产生磁场：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，变化的电场周围也要产生磁场，如图所示．
3．麦克斯韦电磁场理论重在变化
(1)
(2)
在变化的磁场中形成的电场，其电场线是闭合的，和静电场中电场线不同.
关于电磁场理论，下列说法正确的是( )
A．在电场周围一定产生磁场，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，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
[解析] 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，故A选项错误；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，故B、C错误，D正确．
[答案] D
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，静磁场也不产生电场．还要注意根据电场(或磁场)的变化情况来确定所产生的是什么样的磁场(或电场)．
对电磁波和电磁波谱的认识
1．电磁波是横波：在传播方向上的任一点E和B随时间做正弦规律变化，E与B彼此垂直且与传播方向垂直．
2．电磁波的传播不需要介质：电磁波在真空中的传播速度跟光速相同，即c＝3×108 m/s.
3．电磁波具有波的共性：能产生干涉、衍射等现象，电磁波与物质相互作用时，能产生反射、吸收、折射等现象．
4．电磁波传播的过程也就是电磁能量传播的过程．
5．电磁波的波速、波长与频率的关系：c＝λf或λ＝.
6．对电磁波谱的认识
电磁波谱 产生机理 特征 主要应用 真空中的波长/m 频率/Hz
无线电波 振荡电路中自由电子周期性运动产生的 波动性强，易发生衍射等 无线电技术 >10－3 <1010
红外线可见光紫外线 原子外层电子受激发而产生的 热效应强 红外线遥感 10－3～10－7 1012～1015
引起视觉 照明、摄影 10－7 1015
化学效应强，荧光效应强，能杀菌 医用消毒 10－7～10－9 1015～1017
X射线 原子内层电子受激发而产生的 贯穿性强 检查、探测、医用透视 10－8～10－12 1016～1020
γ射线 原子核受激发而产生的 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 <10－11 >1019
(1)同一种电磁波在不同介质中传播时频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比真空中速度小；
(2)不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同．
(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )
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．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
[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，而波长越大，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误．
[答案] AB
电磁理论与力学的结合
(多选)如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，正以速度v0沿逆时针方向匀速转动．若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，设运动过程中小球的带电荷量不变，那么( )
A．小球对玻璃圆环的压力不断增大
B．小球受到的磁场力不断增大
C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动
D．磁场力对小球一直不做功
[思路点拨] 带电小球在变化的磁场中不仅受洛伦兹力，还要受由变化的磁场产生的感应电场的电场力，因此，应用楞次定律判断出感应电场的方向是解决问题的关键所在．
[解析] 因为玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电的小球做功．由楞次定律，判断电场方向为顺时针方向．在电场力作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，后沿顺时针方向做加速运动．小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力作用：环的弹力N和磁场的洛伦兹力F＝Bqv，而且两个力的矢量和时刻等于小球做圆周运动的向心力．考虑到小球速度大小的变化和方向的变化以及磁场强弱的变化，弹力N和洛伦兹力F不一定始终在增大．磁场力始终与圆周运动的线速度方向垂直，所以磁场力对小球不做功．
[答案] CD
这是一道力、电综合题，其中许多物理量是相互关联又相互制约的，如变化的磁场产生电场，F电改变带电小球的运动状态，运动状态的改变又带F洛的变化，继而又带来弹力N的变化等．
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