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第3节
初识电磁波及其应用
第5章
初识电磁场与电磁波
【学习目标】
1．了解电磁波的产生与传播。2．了解电磁波的作用及其带来的影响。3.
知道手机和通信卫星等都是电磁波的应用
一、电磁场
1.变化的磁场产生电场:
(1)在变化的磁场中如果有闭合的回路,由于磁通量的
变化产生了_________,表明变化的磁场产生了_____。
_。
感应电流
电场
思考：英国物理学家麦克斯韦在电磁学方面的
主要贡献是什么？
答案：发现变化的电场和变化的磁场相互联系
形成统一的电磁场
2.变化的电场产生磁场:如果在空间有变化的电场,那
么这个变化的电场也会产生_____。
磁场
(2)变化的磁场中如果没有闭合回路,也同样会在空间产生____
电场
二、电磁波
1.电磁波的产生:
周期性变化的_____周围会产生周期性变化的电场,周
期性变化的_____周围也会产生周期性变化的磁场。变
化的电场和变化的磁场相互联系在一起,就会在空间形
成一个统一的、不可分割的_______,这种在空间交替
变化的电磁场传播出去就形成了_______。
磁场
电场
电磁场
电磁波
2.电磁波可以在_____中传播,电磁波的传播___需要介质。
3.光也是电磁波:
(1)电磁波的传播速度恰好与真空中的光速_____。
(2)麦克斯韦指出,光是以波动形式传播的一种________。
真空
不
相同
电磁振动
4.科学探究:德国物理学家赫兹通过实验证实了
_______的存在,从而证实了_________电磁理论,为无
线电技术的发展开拓了道路。
电磁波
麦克斯韦
5.电磁波的波长、频率与波速:如图邻近的两个_____
(或波谷)的距离叫作波长,波长用符号___来表示;波的频率是在1
s内有多少次_____(或波谷)通过,频率用符号__来表
示;波速是用来描述波传播_____的物理量,波速用符号
__来表示。
波峰
λ
波峰
f
快慢
c
6.λ、f、c三者之间的关系:λ=C/f,其c=3×108
m/s。
7.电磁波谱:(1)按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱,叫做电磁波谱。
(2)电磁波谱按波长由大到小(频率由小到大)的顺序,依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、
射线.
(3)电磁波用途
三、电磁波的应用1.电视①电视信号的发射：用话筒把声音信号转换成音频电信号,用摄像机把图像信号转换成视频电信号,但音频、视频电信号不能直接发射出去.由载波发生器产生高频电磁波,通过调制器把音频、视频电信号加载到高频电磁波上.最后通过天线把载有音频、视频电信号的电磁波发射出去。
②电视信号的接收
接收机收到高频电磁波以后,利用电视机的调谐器选出我们所需要的某一频率的电磁波,再从高频电信号中取出音频、视频电信号,音频电信号经放大后送到扬声器,转换成声音;视频电信号送到显像设备,转换成图像
2.雷达（1）.构造：雷达一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成
（2）.工作原理:利用电磁波遇到障碍物会发生反射的特性来确定目标物体
的位置
（3）.特点
①雷达既是无线电波的发射端,又是无线电波的接收端；
②雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段;
③雷达发射的是不连续的无线电波,即脉冲,每次发射时间小于1
，,两次发射的时间间隔约为0.1ms;④障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来。
（4）.应用
可以用于探测飞机、导弹等军事目标,也可以用于导航,在天文学上可以用于研究星体,在气象上可以用于探测台风、雷雨、乌云等。
3.移动电话特点：手持移动电话的体积很小，发射功率不大。它的天线也很简单，灵敏度不高因此，手机通话时要靠强大的固定无线电台转接。这种固定的无线电台叫做基站。城市高大建筑物上、农村有的山头上，常常可以看到移动通信基站的天线。
4.因特网
因特网是世界上最大的计算机互联网,可以在网上看电影、聊天购物、答查阅各种资料,进行远程教学、远程医疗,也可进行网上会议。
三、电磁污染及防护
1.电磁污染
2.电磁辐射的防护
【例题分析】
例1．关于电磁波和现代通信，下列叙述不正确的是(
)A．卫星通信利用人造地球卫星作为中继站进行通信B．光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能力强及光能损耗小等优点C．电磁波可以在真空中传播D．电磁波的频率越高，在真空中传播的速度越大
【解析】信号从地球表面发出经卫星中转然后再传送到接收者,所以A正确,
光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能力强及光能损耗小等优点,B正确,电磁波的传播可以在真空中进行,C正确,无论电磁波的频率多高,在真空中的传播速度都为光速大小,D错误。
【答案】D
例2．（多选）下列关于红外线的说法中正确的是(
)A．红外烤箱中的红光就是红外线B．红外线比可见光更容易发生衍射C．高温物体辐射红外线，低温物体不辐射红外线D．红外线比可见光更容易引起固体物质分子共振
【解析】红外线是看不见的，红外线比可见光的波长长，更容易发生衍射，一切物体，包括高温物体和低温物体都在辐射红外线，只是物体温度越高，它辐射的红外线就越强；红外线的频率比可见光更接近固体物质分子的频率，也就更容易使分子发生共振，因而红外线热作用显著．
【答案】BD
例3．（多选）关于雷达的特点，下列说法正确的是( )A．雷达所用无线电波的波长比短波更长B．雷达只有连续发射无线电线，才能发现目标C．雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离D．雷达在能见度低的黑夜将无法使用
【解析】雷达是利用无线电波波长短，衍射现象不明显，传播的直线性好，遇到障碍物要发生反射的微波来测定物体位置的无线电设备．A、达所用无线电波为微波，微波的波长比短波更短，故A正确；B、雷达通过不间断的发射无线电波的脉冲并接收电磁脉冲工作的，故B错误；C、雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离，为x=
，故C正确；D、电磁波的使用不受天气影响，故雷达在能见度低的黑夜一样使用，故D错误；
【答案】AC
【课堂训练】
1.下列各组电磁波，按衍射能力由强到弱正确排列的
是
( )A.γ射线、红外线、紫外线、可见光B.可见光、红外线、紫外线、γ射线C.红外线、可见光、紫外线、γ射线D.紫外线、可见光、红外线、γ射线
解析：电磁波的衍射能力与波长有关，波长越长，衍射能力越强，所以，衍射能力由强到弱应该是红外线、可见光、紫外线、γ射线。故选C。
【答案】C
2.(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，波动性越强，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。
【答案】A
B
3.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？
【答案】1.5×109
Hz 3×104
m
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初识电磁场与电磁波作业003
第3节
初识电磁波及其应用
一、选择题
1．某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中正确的是( )
A．机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用
B．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
C．机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播
D．机械波只有横波
E．电磁波只有纵波
2．关于麦克斯韦的电磁理论及其成就，下列说法正确的是( )
A．变化的电场可以产生磁场
B．变化的磁场可以产生电场
C．证实了电磁波的存在
D．预见了真空中电磁波的传播速度等于光速
E．证实了真空中电磁波的速度等于光速
3．用麦克斯韦的电磁场理论判断，图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图象是( )
A B
C D
E
4．隐形飞机外形设计采用多棱折面，同时表面还采用吸波涂料，使被反射的雷达信号尽可能弱，从而达到隐身的目的．下列说法中正确的是( )
A．战机采用了隐形技术，不能反射电磁波，因此用肉眼不能看见
B．涂料隐形技术利用了干涉原理，对某些波段的电磁波，涂料膜前后表面反射波相互抵消
C．战机速度超过音速，不能用超声波雷达来探测
D．当敌机靠近时，战机携带的雷达接收的反射波的频率小于发射频率
E．当敌机远离时，战机携带的雷达接收的反射波的频率小于发射频率
5.
(多选)关于物理学史，下列说法中正确的是
( )
A.最早发现电和磁有密切联系的科学家是奥斯特
B.电磁感应现象是特斯拉发现的
C.建立完整电磁场理论的科学家是麦克斯韦
D.最早证明有电磁波存在的科学家是赫兹
6.(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C.电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
E.电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
7.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.一切物体都在不停地向外辐射红外线和紫外线
C.电磁波中频率最大为γ射线，最容易用它来观察衍射现象
D.红外线容易穿过云雾烟尘是利用它的波长较大，容易发生明显衍射的特性
8.雷达在搜寻目标时，接收到回波所用时间为1.2×10-4
s，则此目标距雷达( )
A.36
km
B.72
km
C.18
km
D.9
km
9.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
10.(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
E.电视机遥控器应用的是红外线
二、非选择题
11．____________提出光是一种________波，_________用实验验证了这一预言.红外线最显著的作用是______，_______都会发出红外线，红外线波长比红光________，所以_______现象较显著，易透过云雾，可用于高空摄影；紫外线的主要作用是_______，______能发出紫外线，紫外线还有_____效应和_______作用，伦琴射线又叫_________射线，波长比紫外线________.
12．手机是一部可移动的_________设备.不宜使用手机的场合有_____________.
13．从提高通信质量角度来看移动通信网络中应该怎样设定基站，手机间的通信过程如图所示．
参考答案：
1．解析：机械波和电磁波有相同之处，也有本质区别，但v＝λf都适用，A说法对；机械波和电磁波都具有干涉和衍射现象，B说法对；机械波的传播依赖于介质，电磁波可以在真空中传播，C说法对；机械波有横波和纵波，而电磁波是横波，D、E说法错．
答案：ABC
2．解析：选项A和B是电磁理论的两大支柱，所以A和B正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹最早证实了电磁波的存在，C错误；麦克斯韦预见了真空中电磁波的传播速度等于光速，D正确，E错误．
答案：ABD
3．解析：A图中的左图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，A图是错误的；B图中的左图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，右图的磁场应是稳定的，所以B图正确；C图中的左图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差，C图是正确的；同理E正确D图错误．
答案：BCE
4．解析：隐形战机表面的涂料，对一些特定波长的电磁波来说，反射波相消干涉，B对，A错；由于声音的速度小于战机，因此不能用超声波雷达探测，C对；当敌机靠近时，单位时间接收的波数增加，即频率升高，D错．同理知E对．
答案：BCE
5.解析：1820年4月，丹麦科学家奥斯特在一次演讲中发现了电流的磁效应；1831年，英国科学家法拉第发现了电磁感应现象；19世纪中叶，英国科学家麦克斯韦建立了经典电磁场理论；1886年，德国科学家赫兹证明了电磁波的存在。
【答案】A、C、D
6.解析：(1)电磁波在真空中传播速度不变，与波长、频率无关，选项A正确；电磁波的形成是变化的电场和变化的磁场互相激发得到，选项B正确；电磁波传播方向与电场方向和磁场方向垂直，选项C正确；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，选项D错误；电磁振荡停止后，电磁波仍会在介质或真空中继续传播，选项E错误。
【答案】A、B、C
7.解析：X射线具有很强的穿透本领，常用于医学上的人体透视，而红外线的穿透本领较差，故A错；红外线一切物体都能发出，而紫外线是一切高温物体能够发出，故B错；电磁波衍射现象与波长有关，波长越长，衍射现象越明显，而γ射线波长最短，则不容易观察到衍射现象，故C错；红外线能够穿过云雾烟尘是利用它的波长较长，容易发生明显衍射的特性，D正确。故选D。
【答案】D
8.解析：s=c·t=3×105××1.2×10-4
km=18
km，故选项C正确。
【答案】C
9.解析：A项中电磁波可以传递信息，声波也能传递信息，由此判断A错误；B项中手机在通话时，涉及的波既有电磁波又有声波，
B项正确；C项中，太阳光中的可见光的传播速度远大于医院“B超”中的超声波的传播速度，C项错误；D项中，遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中的X射线波长，故D项错误。
【答案】B
10.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，绕过障碍物的能力强，易穿透云雾。电视机遥控器应用的是红外线，故A、D、E正确。
【答案】A、D、E
11．【解析】麦克斯韦提出光是一种电磁波，后来赫兹用实验验证了这一预言.红外线最显著的作用是热效应；一切物体都会发出红外线，由电磁波谱可知，红外线波长比红光长；由发生明显衍射件可知，红外线衍射现象较显著，易透过云雾，可用于高空摄影；紫外线的主要作用是化学效应，高温物体能发出紫外线，紫外线还有荧光，杀菌、消毒作用；伦琴射线又叫x射线，波长比紫外线短。
【答案】麦克斯韦
电磁
赫兹
热效应
一切物体
长
衍射
化学效应
高温物体
荧光
杀菌、消毒
X
短
12．【解析】手机是一部可移动的无线电通信设备，在飞行的飞机上、雷雨天，都不宜使用手机；因为手机的电磁波会干扰其它的电磁波。
【答案】无线电通信
飞机、雷雨天
13．【解析】有时拨打电话，打不通，被告知对方不在服务区，原因可能是对方所在位置信号传输效果差，也可能是附近没有基站，因此从提高通信质量角度来看应适当增加基站密度，基站天线应在高处架设，为做到网络全覆盖，设定基站后应通过实验检验，不断听取用户的反馈信息．
【答案】时拨打电话，打不通，被告知对方不在服务区，原因可能是对方所在位置信号传输效果差，也可能是附近没有基站，因此从提高通信质量角度来看应适当增加基站密度，基站天线应在高处架设，为做到网络全覆盖，设定基站后应通过实验检验不断听取用户的反馈信息．第5章
初识电磁场与电磁波导学案003
第3节
初识电磁波及其应用
【学习目标】
1．了解电磁波的产生与传播。
2．了解电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。
3.
了解电磁波的危害及防护
【学习重点】
电磁波的产生与传播，理解磁场与电场之间的关联。
【学习过程】
【新课学习】
一、电磁场和电磁波
1．麦克斯韦电磁理论：
（1）．变化的磁场产生电场
①变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。
②均匀变化的磁场产生恒定的电场，均匀变化的电场产生恒定的磁场。
（3）振荡的（即周期性变化的）磁场产生同频率的周期性变化的电场，振荡的电场产生同频率的周期性变化的磁场。
2．变化的电场产生磁场
变化电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，这就是电磁场。
3.电磁波
(1)．定义：交替产生的变化的电场和变化的磁场向周围空间的传播形成电磁波。
(2)．特点：
①电磁波是横波；
②在电磁波中，每处的电场强度和磁感应强度的方向总是相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直；电磁波传播示意图如下图。
③电磁波可以在真空中传播，向周围空间传播能量。电磁波在真空中的传播速度c=3。
④德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。
4．电磁波与机械波比较
（1）传播条件：机械波传播需要介质，而电磁波不需要介质。
（2）传播规律：都遵循“”这个关系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。
（3）传播本质：机械波传播的是机械能，电磁波传播的是电磁能。
二、电磁波的应用
1.电视
(1)电视信号的发射：
用话筒把声音信号转换成音频电信号,用摄像机把图像信号转换成视频电信号,但音频、视频电信号不能直接发射出去.由载波发生器产生高频电磁波,通过调制器把音频、视频电信号加载到高频电磁波上.最后通过天线把载有音频、视频电信号的电磁波发射出去。
(2)电视信号的接收
接收机收到高频电磁波以后,利用电视机的调谐器选出我们所需要的某一频率的电磁波,再从高频电信号中取出音频、视频电信号,音频电信号经放大后送到扬声器,转换成声音;视频电信号送到显像设备,转换成图像
①.在电视信号发送和接收过程中,各元件所起的作用：
②.视觉暂留,使人观察到电视的活动图像
人眼观察物体时,若将物体移去,眼睛的视神经对物体的印象并不能立即消失,而要延续0.1s的时间,这种生理现象叫做视觉暂留。由于电视每秒传送25张画面,所以人看电视时,前一张画面的印象尚未消失,后一张画面已出现在荧光屏上,从而产生电视图像连续活动的感觉。
2.雷达
(1).构造：雷达一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成
(2).工作原理:利用电磁波遇到障碍物会发生反射的特性来确定目标物体
的位置
(3).特点
①雷达既是无线电波的发射端,又是无线电波的接收端；
②雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段;
③雷达发射的是不连续的无线电波,即脉冲,每次发射时间小于1,两次发射的时间间隔约为0.1ms;
④障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来。
(4).应用
可以用于探测飞机、导弹等军事目标,也可以用于导航,在天文学上可以用于研究星体,在气象上可以用于探测台风、雷雨、乌云等。
3.移动电话
特点：手持移动电话的体积很小，发射功率不大。它的天线也很简单，灵敏度不高
因此，手机通话时要靠强大的固定无线电台转接。这种固定的无线电台叫做基站。城市高大建筑物上、农村有的山头上，常常可以看到移动通信基站的天线。
4.因特网
因特网是世界上最大的计算机互联网,可以在网上看电影、聊天购物、答查阅各种资料,进行远程教学、远程医疗,也可进行网上会议。
三、电磁污染及防护
1.电磁污染
2.电磁辐射的防护
【例题分析】
【例1】．下列关于电磁波的叙述中，正确的是( )
A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
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传播时，波长变短
D．电磁波不能产生干涉、衍射现象
【例2】 关于电磁场理论的叙述，正确的是( )
A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C．变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D．电场周围一定存在磁场
E．磁场周围一定存在电场
【课堂训练】
1．关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
B．电磁波在真空和介质中传播速度不相同
C．均匀变化的磁场能够在空间形成电磁波
D．赫兹证明了电磁波的存在
E．电磁波在真空中具有与光相同的速度
2．根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )
A．电场一定能产生磁场，磁场也一定能产生电场
B．变化的电场一定产生磁场
C．稳定的电场也可以产生磁场
D．变化的磁场一定产生电场
E．变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，形成一个统一的、不可分割的电磁场
3．不能发射电磁波的电场是( )
参考答案：
【例1】．解析：电磁波是交替产生呈周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生，故A项正确；电磁波只有在真空中传播时，其速度为3×108
m/s，故B项不正确；电磁波在传播过程中其频率f不变，由波速公式v＝λf知，由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小，所以可得此时波长变短，故C正确；电磁波是一种波，具有波的一切特性，能产生干涉、衍射等现象，故D项不正确．
答案：AC
【例2】
答案：ABC
【课堂训练】
1．解析：若只有电场和磁场，而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波，A、C错；光也是电磁波，在真空和介质中传播的速度不同，可判断B、E正确；赫兹证明了电磁波的存在，D项正确．
答案：BDE
2．解析：根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，形成一个统一的、不可分割的电磁场，E项正确；变化的电场一定产生磁场，稳定的电场不产生磁场，故A、C项错误，B项正确．同理知D正确．
答案：BDE
3．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(如B图、C图时)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会在较远处激发出电场，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，它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．
答案：ABC
