1、4.电磁波的发现及应用电磁波的发现及应用 学习目标：学习目标：1.物理观念物理观念在电磁波谱中波长由长到短的排列顺序为：无线电波、红在电磁波谱中波长由长到短的排列顺序为：无线电波、红 外线、可见光、紫外线、外线、可见光、紫外线、X 射线、射线、射线；知道电磁波具有能量；知道电磁波通讯的原射线；知道电磁波具有能量；知道电磁波通讯的原 理。理。2.科学思维科学思维会分析电磁波产生过程中，电场与磁场相互转化的规律。会分析电磁波产生过程中，电场与磁场相互转化的规律。3.科学科学 探究探究探究电磁波在科技探究电磁波在科技、经济经济、社会发展中的作用社会发展中的作用。4.科学态度与责任科学态度与责任能体会
2、电磁能体会电磁 技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。 阅读本节教材，回答第阅读本节教材，回答第 119 页页“问题问题”并梳理必要知识点。并梳理必要知识点。 教材教材 P119问题提示：电磁波是赫兹通过实验发现的。问题提示：电磁波是赫兹通过实验发现的。 一、电磁场一、电磁场 1变化的磁场产生变化的磁场产生电场电场。 2变化的变化的电场电场产生磁场。产生磁场。 3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电磁场。 二、电磁波二、电磁波 1麦克斯韦的预言麦克斯韦的预言 (1)电磁
3、波的预言：变化的电磁波的预言：变化的电场电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播形和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播形 成成电磁波电磁波。 (2)电磁波可以在电磁波可以在真空真空中传播。中传播。 (3)光的电磁理论光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波的速度等于电磁波的速度等于光速光速。 2赫兹的贡献：赫兹的贡献：赫兹证实了赫兹证实了电磁波电磁波的存在，证实了麦克斯韦的电磁场理论。的存在，证实了麦克斯韦的电磁场理论。 三、电磁波谱三、电磁波谱 1电磁波的波速电磁波的波速 c 与波长与波长、频率、频率 f 的关系的关系： ：cf。 2
4、电磁波在真空中的速度：电磁波在真空中的速度：c3108_m/s。 3电磁波谱的概念：电磁波谱的概念：按电磁波的按电磁波的波长波长或或频率频率大小的顺序把它们排列起来，形成电大小的顺序把它们排列起来，形成电 磁波谱。磁波谱。 4电磁波谱组成电磁波谱组成 5各种电磁波的应用各种电磁波的应用 (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。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。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。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。可见光让我们看见这个世界，
5、也可用于通信。 (5)紫外线可以消毒。紫外线可以消毒。 (6)X 射线用于诊断病情。射线用于诊断病情。 (7)射线可以摧毁病变的细胞。射线可以摧毁病变的细胞。 四、电磁波的能量四、电磁波的能量 1电磁波具有能量，电磁波是电磁波具有能量，电磁波是物质物质存在的一种形式。存在的一种形式。 2微波炉加热食物应用了一种电磁波微波炉加热食物应用了一种电磁波微波，食物中的水分子在微波的作用下微波，食物中的水分子在微波的作用下 热运动加剧，热运动加剧，内能内能增加，温度升高。增加，温度升高。 3光是一种电磁波光是一种电磁波传播着的电磁场，光具有传播着的电磁场，光具有能量能量。 五、电磁波通信五、电磁波通信
6、1电信电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息 通信网络。通信网络。 2以互联网为基础的信息服务都是通过以互联网为基础的信息服务都是通过电磁波电磁波来传递的。来传递的。 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”，错误的打，错误的打“”“”) (1)变化的电场可以产生磁场。变化的电场可以产生磁场。() (2)电磁波的传播不需要介质。电磁波的传播不需要介质。() (3)赫兹用实验证实了电磁波的存在。赫兹用实验证实了电磁波的存在。() (4)紫外线可以用来灭菌消毒。紫外线可以用来灭菌消毒。() 2(多选多
7、选)关于电磁场理论的叙述正确的是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，磁场周围一定存在电场电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 ABC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，
8、电场仍然存在，闭合回路，电场仍然存在，A 对；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，对；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B、 C 对，对，D 错。错。 3电磁波在真空中传播的速度电磁波在真空中传播的速度 c 是是 3.00108m/s，有一个广播电台的频率有一个广播电台的频率 f90.0 MHz，这个台发射的电磁波的波长，这个台发射的电磁波的波长为为() A2.70 mB270 m C333 mD3.33 m D根据根据c f得， 得，3.00 108 90.0106 m3.33 m，D 正确。正确。 对麦克斯韦电磁场理论的理解对麦克斯韦电磁场理论的理解 1.对麦克斯韦电磁场理论
9、的理解对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁 场场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电 场场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的不均匀变化的电场在周围空间产生变化的 磁场磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的 电场电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场振荡磁场产生同频率的振荡电场 2.电磁场的产生电磁场的产生：如果在空间某
10、处有周期性变化的电场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形成不可分割的统一体， 这就是电磁场这就是电磁场。 【例【例 1】下列有关电磁场理论的说法正确的是下列有关电磁场理论的说法正确的是() A任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场 B任何电场都要在周围空间产生磁场任何电
11、场都要在周围空间产生磁场 C任何变化的电场都要在周围空间产生磁场任何变化的电场都要在周围空间产生磁场 D电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，即电磁场电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，即电磁场 C根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，故根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，故 A 错；同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，故错；同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，故 B 错；电场和磁场并不总是错；电场和磁场并不总是 相互联系着的相互联系着的，例如例如，静止电荷周围只有静电场静止电荷周围只有静电场，静止
12、磁体周围只有稳定的磁场静止磁体周围只有稳定的磁场。只有只有 变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，故变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，故 D 错。错。 跟进训练跟进训练 1关于电磁场的理论，下列说法正确的是关于电磁场的理论，下列说法正确的是() A变化的电场周围产生的磁场一定是变化的变化的电场周围产生的磁场一定是变化的 B变化的磁场周围产生的电场一定是变化的变化的磁场周围产生的电场一定是变化的 C均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的 D振荡电场周围产生的磁场也是振荡的振荡电场周围产生的磁场也是振荡的
13、 D非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场产生稳定的磁非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场产生稳定的磁 场场， 所以变化的电场周围一定产生磁场所以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变化的磁场周围一定产生电场， 但不一定变化但不一定变化， 故故 A、B 错误错误；均匀变化的磁场一定产生稳定的电场均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的电场产生非均匀而非均匀变化的电场产生非均匀 变化的磁场变化的磁场，故故 C 错误错误；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故故 D 正确。正
14、确。 对电磁波的理解对电磁波的理解 如图所示，图甲和图乙中变化的磁场，能形成电磁波的是哪个？如图所示，图甲和图乙中变化的磁场，能形成电磁波的是哪个？ 甲甲乙乙 提示：提示：图乙。图乙。 1电磁波的特点电磁波的特点 (1)电磁场中储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。电磁场中储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。 (2)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。 (3)电磁波可以在真空中传播电磁波可以在真空中传播， 因为电磁波本身就是一种物质因为电磁波本身就是一种物质场物质场物质， 所以传播所以传播 时不再需要其他介质
15、。时不再需要其他介质。 (4)任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度，即任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度，即 c 3.0108m/s，电磁波传播虽然不需要介质电磁波传播虽然不需要介质，但在其他介质中的速度都比在真空中的小但在其他介质中的速度都比在真空中的小。 2波长、频率与波速之间的关系波长、频率与波速之间的关系 波速波长波速波长频率，即频率，即 cf。 (1)频率由波源决定，与介质无关，波长、波速的大小与介质有关。所以同一电磁频率由波源决定，与介质无关，波长、波速的大小与介质有关。所以同一电磁 波在不同介质中传播时波在不同介质中传播时，频率不变频率不
16、变，波速波速、波长发生改变波长发生改变，在介质中的速度都比在真空在介质中的速度都比在真空 中速度小。中速度小。 (2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。 (3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：vc。 【例【例 2】波长为波长为 0.6 m 的红光的红光，从从 10 m 外的交通信号灯传到你的眼睛外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需大约需 要多长时间？它的频率是多少？要多长时间？它的频率是多少？ 解析解析由速度公式由速度公式 vx t 可求得时间，可根据电磁波波长、频率和波
17、速关系式可求得时间，可根据电磁波波长、频率和波速关系式 c f 可得频率，其中可得频率，其中 tx c 10 3108 s3.3310 8 s 由由 cf 得得 fc 3108 610 7 Hz51014Hz。 答案答案3.3310 8 s51014Hz 跟进训练跟进训练 2关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是() A变化的电场周围产生变化的磁场变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场变化的磁场周围产生变化的电场，两者互相两者互相 联系，统称为电磁场联系，统称为电磁场 B电磁场从发生区域由近及远地传播形成电磁波电磁场从发生区域由近及远地
18、传播形成电磁波 C电磁波是一种物质电磁波是一种物质，可在真空中传播可在真空中传播。所以所以，平时说真空没有实物粒子平时说真空没有实物粒子，但不但不 等于什么都没有，还有等于什么都没有，还有“场场”这种特殊物质这种特殊物质 D电磁波可在真空中传播，也可在介质中传播电磁波可在真空中传播，也可在介质中传播 A根据麦克斯韦电磁场理论根据麦克斯韦电磁场理论，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，均匀变化均匀变化 的电场周围产生的是稳定的磁场，故的电场周围产生的是稳定的磁场，故 A 错误。错误。 对电磁波谱的理解对电磁波谱的理解 在我们身边到处都有电磁波的影子在我们身边到处
19、都有电磁波的影子，它的应用更是比比皆它的应用更是比比皆是。下是。下 面列出的设备中工作时所发出的波面列出的设备中工作时所发出的波， 哪些属于电磁波？哪些属于电磁波？(1)微波微波炉加热炉加热 食物时发出的波。食物时发出的波。(2)电视发射塔发出的波。电视发射塔发出的波。(3)互联网光缆中传播的波。互联网光缆中传播的波。(4)电视机遥控电视机遥控 器发出的波。器发出的波。 提示：提示：均属于电磁波。均属于电磁波。 1电磁波谱是把电磁波按波长由大到小的顺序排列起来的图表电磁波谱是把电磁波按波长由大到小的顺序排列起来的图表。顺序为无线电波顺序为无线电波、 红外线、可见光、紫外线、红外线、可见光、紫外
20、线、X 射线、射线、射线。它们共同构成了范围广阔的电磁波谱。射线。它们共同构成了范围广阔的电磁波谱。 2电磁波谱中各种波段的特征用途比较电磁波谱中各种波段的特征用途比较(如下表如下表) 电磁电磁 波谱波谱 无线无线 电波电波 红外线红外线可见光可见光紫外线紫外线X 射线射线射线射线 特性特性 波动波动 性强性强 热作热作 用强用强 感光感光 性强性强 化学作用化学作用 荧光效应荧光效应 穿透穿透 力大力大 穿透力穿透力 最强最强 用途用途 通信广通信广 播、导航播、导航 加热、遥加热、遥 测遥感、测遥感、 红外摄红外摄 像、红外像、红外 制导制导 照明、照明、 照相等照相等 杀菌消毒杀菌消毒、
21、 治疗皮治疗皮 肤病等肤病等 检查、探检查、探 测、透视测、透视、 治疗治疗 探测、探测、 治疗治疗 【例【例 3】(多选多选)下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是() A红外线和红外线和 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电磁波中频率最大的为射线，可以摧毁病变的细胞射线，可以摧毁病变的细胞 D紫外线和紫外线和 X 射线都使感光底片感光射线都使感光底片感光 CDX 射线有很高的穿透本领，医学上常用于
22、透视人体，红外线不能，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 错误错误； 过强的紫外线照射对人的皮肤有害，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错误；电磁波中频率最大的为射线，可以摧毁射线，可以摧毁 病变的细胞，病变的细胞，C 正确；紫外线和正确；紫外线和 X 射线都可以使感光底片感光，射线都可以使感光底片感光，D 正确。正确。 跟进训练跟进训练 3关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是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
23、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太阳光中的可见光和医院“B 超超”中的超声波传播速度相同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遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的中的 X 射线波长相同射线波长相同 B声波声波、电磁波都能传递能量和信息电磁波都能传递能量和信息，A 错误错误；在手机通话过程中在手机通话过程中，既涉及电磁既涉及电磁 波又涉及声波，波又涉及声波，B 正确；可见光属于电磁波，正确；可见光属于电磁波，“B 超超”中的超声波是声波，波速不同中的超声波是声波，波速不同， C 错误；红外线波长较错误；红外线波长较 X 射线波长长，射线波长长，
24、D 错误。错误。 1第一个用实验验证电磁波客观存在的科学家是第一个用实验验证电磁波客观存在的科学家是() A 法拉第法拉第B 奥斯特奥斯特C 赫兹赫兹D 麦克斯韦麦克斯韦 C麦克斯韦预言了电磁波的存在麦克斯韦预言了电磁波的存在， 赫兹用实验验证了电磁波的存在赫兹用实验验证了电磁波的存在， 故故 C 正确正确。 2关于电磁场，下列说法不正确的是关于电磁场，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
25、个统一体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， 而不是静电场和而不是静电场和 静磁场简单的复合。所以选项静磁场简单的复合。所以选项 A 错。错。A 符合题意。符合题意。 3关于电磁波，下列说法正确的是关于电磁波，下列说法正确的是 () A所有电磁波的频率相同所有电磁波的频率相同 B电磁波只能在真空中传播电磁波只能在真空中传播 C电磁波在任何介质中的传播速度相同电磁波在任何介质中的传播
26、速度相同 D电磁波在真空中的传播速度是电磁波在真空中的传播速度是 3108m/s D电磁波的频率不一定相同，就是无线电电磁波也有很多频道和频率，选项电磁波的频率不一定相同，就是无线电电磁波也有很多频道和频率，选项 A 错；电磁波既能在真空中传播，也能在介质中传播，选项错；电磁波既能在真空中传播，也能在介质中传播，选项 B 错；不同频率的电磁波在错；不同频率的电磁波在 不同的介质中的传播速度都不相同，选项不同的介质中的传播速度都不相同，选项 C 错；电磁波在真空中的传播速度是错；电磁波在真空中的传播速度是 3108 m/s，选项，选项 D 对。对。 4(多选多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是关
27、于电磁波谱，下列说法正确的是() A电视遥控器利用的是红外线电视遥控器利用的是红外线 B医院里常用医院里常用 X 射线对病房和手术室进行消毒射线对病房和手术室进行消毒 C利用紫外线的荧光效应可设计防伪措施利用紫外线的荧光效应可设计防伪措施 D射线波长比射线波长比 X 射线波长短射线波长短 ACD由于红外线波长较长，容易发生衍射，所以电视遥控器利用了红外线，由于红外线波长较长，容易发生衍射，所以电视遥控器利用了红外线，A 正确正确；紫外线有显著的化学作用紫外线有显著的化学作用，可利用紫外线消毒可利用紫外线消毒，所以医院里常用紫外线对病房和所以医院里常用紫外线对病房和 手术室进行消毒手术室进行消毒
28、，B 错误错误；在紫外线的照射下在紫外线的照射下，许多物质会发出荧光许多物质会发出荧光，根据这个特点可根据这个特点可 以设计防伪措施，以设计防伪措施，C 正确；正确；射线波长比射线波长比 X 射线波长短，射线波长短，D 正确。正确。 5情境：情境：赫兹的实验：如图所示。赫兹的实验：如图所示。 实验现象实验现象：当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环的两个金属小球间也导线环的两个金属小球间也 跳过电火花。跳过电火花。 问题：问题：(1)当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，为什么导线环的两个金属小当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，为什么导线环的两个金
29、属小 球间也跳过电火花？球间也跳过电火花？ (2)该实验在真空中效果更明显，为什么？该实验在真空中效果更明显，为什么？ 解析解析(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，空间出现了迅空间出现了迅 速变化的电磁场速变化的电磁场，这种电磁场以电磁波的形式在空间传播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在电磁波到达导线环时，它它 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。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播时把部分能量传递给了介质， 在真空中传播时在真空中传播时， 没有转移能量的载体没有转移能量的载体， 所以不会损耗所以不会损耗。 答案答案见解析见解析
