2020-2021学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册课件：13.4 电磁波的发现及应用43张PPT

第十三章　电磁感应与电磁波初步
4　电磁波的发现及应用
1.了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念.
2.知道电磁波的特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系.
3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应
用，了解电磁波的能量.
学习目标
知识梳理
重点探究
随堂演练
内容索引
NEIRONGSUOYIN
课时对点练
一、电磁场与电磁波
知识梳理
1.麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场产生电场
①在变化的磁场中放入一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生 .这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了 .
②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生 .
(2)变化的电场产生磁场
变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生 ，即 的电场在空间产生磁场.
感应电流
电场
电场
磁场
变化
2.电磁场：变化的 和 所形成的不可分割的统一体.
3.电磁波
(1)电磁波的产生： 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)电磁波的特点
①电磁波 在真空中传播.
②电磁波的传播速度等于 .
③光在本质上是一种电磁波.即光是以 形式传播的一种电磁振动.
电场
磁场
周期性
周期性
可以
光速
波动
(3)电磁波的波速
①波速、波长、频率三者之间的关系：波速＝ × .
电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝ .
②电磁波在真空中的传播速度c＝ .
波长
频率
λf
3×108 m/s
1.电磁波谱
(1)概念：按电磁波的 或 大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱.
(2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为： 、红外线、 、_______、X射线、γ射线.
(3)各种电磁波的特性
①无线电波：用于 、卫星通信、 等的信号传输.
②红外线：用来 等.
二、电磁波谱与电磁波的能量
波长
频率
无线电波
可见光
紫外线
广播
电视
加热理疗
③可见光：照亮自然界，也可用于 .
④紫外线：用于 .
⑤X射线：用于诊断病情
⑥γ射线：可以摧毁 .
2.电磁波的能量
(1)光是一种电磁波，光具有能量.
(2)电磁波具有 ，电磁波是一种物质.
通信
消毒
病变的细胞
能量
判断下列说法的正误.
(1)变化的磁场可以产生电场，但变化的电场不能产生磁场.(　　)
(2)电磁波在空气中可以传播，在真空中不能传播.(　　)
(3)光在真空中的速度与电磁波在真空中的速度相同，光是一种电磁波.(　　)
(4)无线电波、红外线、可见光、紫外线都属于电磁波.(　　)
即学即用
×
√
√
×
1.麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场周围会产生电场
麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是存在的，如图1所示.
一、麦克斯韦电磁场理论
重点探究
图1
(2)变化的电场周围会产生磁场
麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在其周围产生磁场.
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
恒定的磁场不产生电场
恒定的电场不产生磁场
均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场
不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场
周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场
周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场
例１　(多选)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.变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
√
√
解析　变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路，电场仍然存在，A正确；
周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，B正确；
若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，C错误；
只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，D错误.
二、电磁波
1.电磁波的形成
周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波.
2.电磁波的特点
(1)在传播方向上，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直.如图2.
图2
(2)电磁波可以在真空中传播.在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s.
(3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.
(4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波.
(5)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质
——场物质.
3.电磁波的波速
对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf.
例2　(多选)下列关于电磁波的说法中正确的是
A.只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波
B.电磁波的传播需要介质
C.停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在
D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的
√
√
解析　要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是周期性变化的，A错误；
电磁波是物质波，电磁波的传播不需要介质，B错误；
电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C正确；
电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传播过程，D正确.
例3　电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为
A.2.70 m B.270 m
C.3.00 m D.3.33 m
√
解析　根据c＝λf可得，
三、电磁波谱
1.电磁波谱
电磁波按波长由大到小顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.它们共同构成了范围广阔的电磁波谱.
2.不同波长的电磁波的比较
　名称
特性　
无线电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
主要
应用
通信、
广播
红外探测器、红外体温计
引起
视觉
灭菌、消毒、防伪
医学透视、安检
治疗疾病、金属探伤
真空中的速度
c＝3×108 m/s
频率
小→大
例4　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.光的全反射 B.紫外线具有很强的荧光作用
C.紫外线具有杀菌消毒作用 D.X射线具有很强的穿透力
E.红外线具有显著的热效应 F.红外线波长较长，易发生衍射
D
C
E
解析　X光机是用来透视人体内的器官的，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X射线，因此选D.
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C.
“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E.
1.(麦克斯韦电磁场理论)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
1
2
3
随堂演练
√
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，具有能量，是一种物质，故D正确.
1
2
3
2.(电磁波谱)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
1
2
3
√
3.(电磁波的特性)(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
C.紫外线的频率比紫光低
D.在电磁波谱中，穿透能力最强的是X射线
1
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3
√
√
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，选项A正确；
γ射线是波长最短的电磁波，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，紫外线的频率比紫光高，在电磁波谱中γ射线的穿透能力最强，选项C、D错误.
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考点一　麦克斯韦电磁场理论
1.(多选)在电磁学发展的过程中，许多科学家做出了贡献.下列说法正确的是
A.奥斯特发现了电流的磁效应
B.法拉第发现了电磁感应现象
C.麦克斯韦预言了电磁波的存在，楞次用实验证实了电磁波的存在
D.库仑发现了点电荷间的相互作用规律，密立根通过油滴实验测定了元　
　电荷的数值
√
基础对点练
课时对点练
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√
√
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解析　由物理学史可知，奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，A、B正确；
麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，C错误；
库仑发现了点电荷间的相互作用规律，密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值，D正确.
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2.(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
√
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√
解析　根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化电场周围产生磁场，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，电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s.根据以上分析，选项B、D正确.
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3.(多选)某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示，能产生磁场的电场是
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解析　根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场产生磁场，选项A、B、C正确.
√
√
√
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考点二　电磁波谱及电磁波的应用
4.(多选)关于光波和无线电波，下列说法正确的是
A.都是电磁波
B.都可以在真空中传播
C.在真空中的传播速度都是3×108 m/s
D.二者的波长、频率均相同
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√
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解析　光波和无线电波本质上都是电磁波，都可以在真空中传播，在真空中传播的速度都是3×108 m/s，A、B、C对；
光波和无线电波波长、频率不同，D错.
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5.(多选)在电磁波谱中，下列说法正确的是
A.各种电磁波有明显的频率和波长区域界限
B.γ射线的频率一定大于X射线的频率
C.X射线的波长有可能等于紫外线波长
D.可见光波长一定比无线电波的短
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√
解析　X射线和γ射线、X射线和紫外线有一部分频率重叠，界限不明显，故A、B错误，C正确；
可见光波长一定比无线电波波长短，故D正确.
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6.(2019·四川棠湖中学期中)以下关于电磁场理论和电磁波的说法正确的是
A.变化的电场周围一定产生电磁波
B.电磁波由真空中进入某种介质传播时，波长会变短
C.麦克斯韦预言了电磁波的存在，法拉第用实验验证了电磁波的存在
D.电磁波从一种介质进入另一种介质，频率会发生变化
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解析　均匀变化的电场产生恒定的磁场，只有周期性变化的电场才能产生周期性变化的磁场，场逐渐向外传播形成电磁波，故A错误；
电磁波由真空中进入某种介质传播时，波速变小，结合v＝λf可知，波长将变短，故B正确；
麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故C错误；
在电磁波传播过程中，频率始终不变，故D错误.
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7.关于电磁波的传播速度，下列说法正确的是
A.电磁波的频率越高，传播速度越大
B.电磁波的波长越长，传播速度越大
C.电磁波的能量越大，传播速度越大
D.所有电磁波在真空中的传播速度都相等
√
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解析　电磁波的传播速度由频率和介质共同决定，故A、B错误；
电磁波的速度与能量无关，C错误；
所有电磁波在真空中的传播速度都等于光速，D正确.
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8.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.电磁波中频率最大的是X射线
D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光
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解析　X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有穿透本领，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是γ射线，C错误；
紫外线和X射线都具有明显的化学效应，可以使感光底片感光，故D正确.
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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
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解析　无论是电磁波还是声波，都可以传递能量和信息，A项错误；
手机通话时，打电话人的手机将声波转化成电磁波，接收者的手机再将电磁波转换成声波，B项正确；
太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波的传播速度不相同，C项错误；
遥控器发出的红外线频率和医院“CT”中的X射线频率不同，它们的波长也不相同，D项错误.
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10.频率为5×1014 Hz的红光，从10 m外的交通信号灯直接传到你的眼睛，大约需要多长时间？在这个距离中有多少个波长？
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能力综合练
答案　3.3×10－8 s　1.7×107个
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11.波长为50～100 m的无线电波可通过电离层的反射向远处传播，这些无线电波的频率范围是多大？若传到相隔1 500 km的远处至少需要多长时间？
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答案　3×106～6×106 Hz　5×10－3 s
所以频率范围为3×106～6×106 Hz
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本课结束