1、4电磁波的发现及应用核心素养明目标核心素养学习目标物理观念 (1)知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。(2)了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息。科学思维体验赫兹证明麦克斯韦预言电磁波存在的实验过程及实验方法，会分析电场与磁场相互转化的规律。科学探究探究电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。社会态度与责任(1)领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。(2)体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。知识点一电磁场1麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场产生电场。(2)变化的电场产生磁场。2电磁场：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。(1)电场
2、和磁场在空间形成不可分割的统一体。(2)电磁场具有运动质量、能量以及与其他物质相互作用的属性，电磁场具有物质性，是物质存在的基本形态之一。(3)有单独存在的静电场，也有单独存在的静磁场，但不存在静止的电磁场。1：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)任何电场周围都要产生磁场。()(2)任何变化的电场都要在周围空间产生变化的磁场。()(3)周期性变化的电场要在周围空间产生周期性变化的磁场。()知识点二电磁波1电磁波的产生：周期性变化的磁场周围会产生周期性变化的电场，周期性变化的电场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、不可分割的电磁场
3、，这种在空间交替变化的电磁场传播出去就形成了电磁波。2电磁波的传播：电磁波可以在真空中传播，电磁波的传播不需要介质。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相同。(2)麦克斯韦指出：光是以波动形式传播的一种电磁振动。4科学研究：德国物理学家赫兹通过实验证实了电磁波的存在，从而证实了麦克斯韦电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。2：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)电磁波的传播不需要介质。()(2)赫兹用实验证实了电磁波的存在。()(3)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0108 m/s。()知识点三电磁波谱1电磁波的波速c与波长、频率f的关系：cf。2电磁波在真空
4、中的速度：c3108 m/s。3电磁波谱的概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，形成电磁波谱。4电磁波谱组成5各种电磁波的应用(1)无线电波中的长波、中波、短波用于广播及其他信号的传播。(2)微波用于卫星通信、电视等信号传输。(3)红外线用来加热理疗。(4)可见光让我们看见这个世界，也可用于通信。(5)紫外线可以消毒。(6)X射线用于诊断病情。(7)射线可以摧毁病变的细胞。从无线电波到射线都是本质相同的电磁波，遵循共同的规律，但因波长(或频率)不同又表现出不同的特点。3：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)可见光只是电磁波中的一小部分，可见光不能用来通讯。()(2)无线电
5、波中的长波、中波、短波可以用于广播信号的传输。()(3)微波可以用于卫星通信、电视等的信号传输。()知识点四电磁波的能量及电磁波通信1电磁波是一种物质，而且具有能量。2应用：生活中常用微波炉来加热食物，食物增加的能量是微波给它的。3人们可以通过接入互联网的手机看电影、聊天、购物等，这些信息都是通过电磁波来传递的。4电磁波的传输：可以通过有线传播，也可实现无线传播。4：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)电磁波不具有能量。()(2)放在红外线区域的温度计升温很慢。()(3)电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流。() 考点1对电磁场的理解如图所示，当磁铁相对闭合导体运动时，导体中的
6、电子做定向移动，是因为受到什么力的作用？若把闭合导体换成一个内壁光滑的绝缘环形管，管内有直径略小于环内径的带正电的小球，则磁铁运动过程中会有什么现象？小球受到的是什么力？以上现象说明了什么问题？提示：电子受到电场力的作用做定向移动。磁铁运动过程中，带正电小球会做定向滚动，小球受到的仍然是电场力。可见空间磁场变化，就会产生电场，与有没有闭合导体无关。1麦克斯韦电磁场理论要点(1)变化的磁场产生电场在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流，其实质是变化的磁场在它周围产生了电场，电路中的自由电荷在电场力作用下做定向运动，形成了感应电流，即使在变化的磁场周围没有闭合电路同样也可以产生电场，如
7、图所示。(2)变化的电场产生磁场既然变化的磁场能够产生电场，麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美，大胆地假设：变化的电场会产生磁场。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着的电场周围也要产生磁场，如图所示。2对麦克斯韦电磁场理论中“变化”的理解如何变化电场磁场恒定恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场非均匀变化非均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场非均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场周期性变化周期性变化的电场产生同频率
8、周期性变化的磁场周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场【典例1】关于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稳定的电场周围产生稳定的磁场，稳定的磁场周围产生稳定的电场C均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场D周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场D稳定的电场不能产生磁场，稳定的磁场不能产生电场，A、B错误；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，C错误；根据麦克斯韦电磁场理论，可知周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场
9、周围产生周期性变化的电场，D正确。跟进训练1下列选项图中所示的四种磁场变化情况，能产生如图所示的电场的是()ABCDC由题图可知，产生的电场为匀强电场，根据麦克斯韦的电磁场理论可知，只有磁场随着时间均匀变化，才会产生恒定的电场，故C正确，A、B、D错误。 考点2电磁波的特性及应用红外体温计不用与人体接触便可以迅速测量体温，如图所示，你知道它的工作原理吗？提示：根据体温越高，辐射红外线越强的原理。1电磁波的共性(1)它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。(2)都遵守公式cf，它们在真空中的传播速度都是c3.0108 m/s。(3)它们的传播都不需要介
10、质。2不同电磁波的个性及其应用特点应用无线电波波动性强通讯、广播、导航红外线热作用强加热、遥测、遥感可见光感光性强照明、照相等紫外线化学作用荧光效应杀菌消毒、治疗皮肤病等X射线穿透力强检查、探测、透视、治疗射线穿透力最强探测、治疗【典例2】(多选)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射线都有很强的穿透本领，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为射线D紫外线和X射线都可以使感光底片感光CDX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；电磁波中射线波长最短，其频率最大，C正确；紫
11、外线和X射线都可以使感光底片感光，D正确。跟进训练2下列说法正确的是()A只有物体温度较高时才能向外辐射红外线B紫外线的主要作用是热作用C可见光比红外线的频率大DX射线穿透力强，可用来摧毁病变的细胞C任何物体在任何温度下均会向外辐射红外线，A错误；紫外线的主要作用是化学作用和荧光作用，B错误；可见光的波长小于红外线的波长，故其频率比红外线大，C正确；X射线穿透力强，医学上常用于透视人体，射线可以摧毁病变的细胞，D错误。 考点3电磁波的能量及通信“神舟号”系列飞船的成功发射及正常运行，载人航天测控通信系统立下了很大的功劳，它通过国内外的地面测控站和遍布三大洋的4艘远洋测量船，保证地面指挥员及时与
12、飞船取得联系。你知道各测控站点是通过什么途径对飞船传递指令的吗？提示：各测控站点和飞船之间通过发射和接收载有指令信号的电磁波实现对飞船的测控。1电磁波的能量(1)电磁波是物质存在的一种特殊形式电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的，具有通常物质所具有的能量等客观属性。(2)电磁波具有能量从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播。(3)电磁波具有的能量跟频率有关电磁波的能量与传播速度无关，其能量由电磁波的频率决定，频率越高，
13、能量越高。2电磁波通信(1)传播途径电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以实现无线传播。有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息。如台式电脑、电话等，具体的媒介有：光纤、电缆、电话线、网线等。无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等。(2)传输特点电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大。由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息。【典例3】(2021华中师大一附中期中)5G是“第五代移动通信技术”的简称，目前世界各国正大力发展5G网络。5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G及以下网络(
14、通信频率在0.33.0 GHz的特高频段)拥有更大的带宽和更快的传输速率。未来5G网络的传输速率(指单位时间传输的数据量大小)可达10 Gbps(bps为bits per second的英文缩写，即比特/秒)，是4G网络的50100倍。关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是()A在真空中的传播速度更快B在真空中的波长更长C与4G网络使用的无线电波具有相等的能量D频率更高，相同时间传递的信息量更大D无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，其速度与频率没有关系，A错误；由cf，知频率变大，波长变短，B错误；电磁波的频率越高，能量越高，C错误；无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越
15、大，D正确。跟进训练3关于现代通信和电磁波，下列叙述正确的是()A光纤通信传输的信息量很大，主要用于无线电广播B卫星通信利用人造卫星作为中继站进行通信C电磁波的应用对人类有利无害D电磁波不能在真空中传播B光纤通信是以光通信，需要用到光导纤维，不是无线传播，A错误；由于微波的性质更接近于光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕行，同时在传输过程中信号存在衰减等，因此人类用通信卫星作中继站，B正确；电磁波的种类很多，长期被一些射线或微波照射会对人体产生危害，C错误；电磁波的传播不需要介质，能在真空中传播，D错误。1第一个用实验验证电磁波客观存在的科学家是()A法拉第B奥斯特C赫兹D麦克斯韦C麦克斯韦
16、预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故C正确。2关于电磁场，下列说法不正确的是()A在一个磁铁旁放一带电体，则两者周围空间就形成了电磁场B电磁场既不同于静电场，也不同于静磁场C电磁场中的电场和磁场是不可分割的一个统一体 D电磁场中的电场的变化频率和磁场的变化频率是相同的A电磁场是变化的电场和变化的磁场形成的不可分割的统一场，而不是静电场和静磁场简单的复合。所以选项A错。A符合题意。3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
17、和医院“CT”中的X射线波长相同B声波、电磁波都能传递能量和信息，A错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波又涉及声波，B正确；可见光属于电磁波，“B超”中的超声波是声波，波速不同，C错误；红外线波长较X射线波长长，D错误。4(多选)电磁波按波长大小的顺序把它们排列成电磁波谱，如图所示，由电磁波谱可知()A微波是不可见光B红外线可以灭菌消毒C紫外线的波长比红外线长DX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，紫外线可以灭菌消毒，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。5情境：赫兹的实验：如
18、图所示。实验现象：当感应线圈的两个金属球间有电火花跳过时，导线环的两个金属小球间也跳过电火花。问题：(1)当感应线圈的两个金属球间有电火花跳过时，为什么导线环的两个金属小球间也跳过电火花？(2)该实验在真空中效果更明显，为什么？解析(1)当感应线圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的电磁场，这种电磁场以电磁波的形式在空间传播，在电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙处也产生了火花。(2)电磁波不需要介质可在真空中传播，电磁波是带有能量的，电磁波在介质中传播时把部分能量传递给了介质，在真空中传播时，没有转移能量的载体，所以不会损耗。答案见解析回
19、归本节知识，自我完成以下问题：实验装置如图所示：1线圈中产生了感应电流说明了什么？提示：麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生了电场，正是这种电场在线圈中引起了感应电流。2如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？提示：有电场、无电流。3声波与水波的传播均需要介质，为什么电磁波可以在真空中传播？提示：电磁波的传播不需要介质，依靠的是电场与磁场的相互“激发”。4白光经三棱镜后发生色散，形成光谱，各种色光按波长大小是如何排列的？提示：各种色光按波长由大到小排列为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。5电磁波在真空中的传播速度是多少？无线电波的波长比可见光的波长长还是短？除了无线电波和可见光之外，还有其他哪些电磁波？ 提示：电磁波在真空中的传播速度等于光速，无线电波的波长比可见光的波长长，电磁波还包括红外线、紫外线、X射线、射线。
