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第3、4节　初识电磁波及其应用　初识光量子与量子世界
1.下列说法正确的是（　　）
A.根据麦克斯韦电磁理论可知变化的电场周围存在变化的磁场
B.红外线遥感技术是利用红外线的化学作用
C.在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线比红外线的热效应显著
D.工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力
2.手机A的号码为18888880001，手机B的号码为18888880002，手机A拨打手机B时，手机B发出响声并且来电显示A的号码为18888880001。若将手机A置于一透明真空罩中，再用手机B拨打手机A，则手机A（　　）
A.发出响声，并显示B的号码18888880002
B.发出响声，但不显示B的号码
C.不发出响声，但显示B的号码18888880002
D.既不发出响声，也不显示号码
3.（多选）对光的认识，下列说法正确的是（　　）
A.少量光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性
B.光的波动性是光子本身的一种属性
C.光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不具有波动性了
D.光的波粒二象性可以理解为在某种场合下光的波动性表现明显，在某种场合下，光的粒子性表现明显
4.（多选）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的说法正确的是（　　）
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到反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D.雷达使用无线电波的微波波段
5.人眼对绿光最为敏感。正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是（　　）
A.2.3×10－18 W B.3.8×10－19 W
C.7.0×10－48 W D.1.2×10－48 W
6.无线电波的中波波长范围为200～3 000 m。求该波段的频率范围。
7.若你用通过同步卫星转发的无线电话与朋友通话，则在你讲话后，至少要等多长时间才能听到对方的回话？（已知地球质量M＝6.0×1024 kg，地球半径R＝6.4×106 m，引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2）
8.光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400～700 nm。400 nm、700 nm电磁波辐射的能量子的值各是多少？（结果均保留3位有效数字）
第3、4节　初识电磁波及其应用　初识光量子与量子世界
1.D　根据麦克斯韦电磁理论可知变化的电场周围存在磁场，但不一定是变化的磁场，选项A错误；红外线遥感技术是利用红外线的衍射作用和热效应，选项B错误；在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线具有杀菌的化学作用，选项C错误；工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力，选项D正确。
2.C　手机之间通信靠电磁波，可以在真空中传播，但是在真空中声波不能传播，故不发出响声，但显示B的号码18888880002，C正确。
3.ABD　少量光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，光的粒子性表现明显时但仍具有波动性。故A、B、D正确。
4.ACD　由公式c＝λf可得，λmin＝＝ m＝0.3 m，λmax＝＝ m＝1.5 m，A正确；电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的，B错误；由雷达的工作原理可知，C正确；雷达使用无线电波的微波波段，D正确。
5.A　绿光光子能量ε＝hν＝h＝3.8×10－19 J，要使人眼能察觉到绿光，每秒钟最少有6个绿光的光子射入瞳孔，所以P＝＝2.3×10－18 W。故A正确。
6.1.0×105～1.5×106 Hz
解析：根据频率公式f＝得f1＝＝ Hz＝1.5×106 Hz，f2＝＝ Hz＝1.0×105 Hz，即该波段的频率范围为1.0×105～1.5×106 Hz。
7.0.48 s
解析：同步卫星的周期T＝3 600×24 s＝8.64×104 s，设卫星离地面高h，由万有引力定律得
＝m（R＋h），h＝ －R，
代入数据解得h≈3.59×107 m。
当说话人和听话人均在同步卫星的正下方时，此时电磁波经过的路程最短，最短路程s＝2h，
所以最短时间
t＝2×＝ s≈0.48 s。
8.4.97×10－19 J　2.84×10－19 J
解析：根据公式ν＝和ε＝hν可知：
400 nm电磁波辐射的能量子
ε1＝h＝6.63×10－34× J≈4.97×10－19 J。
700 nm电磁波辐射的能量子
ε2＝h＝6.63×10－34× J≈2.84×10－19 J。
1 / 1第3、4节　初识电磁波及其应用　初识光量子与量子世界
核心 素养 目标 物理观念 知道电磁场的概念及其特点，掌握电磁波的形成原因
科学思维 1.了解麦克斯韦电磁理论及其赫兹实验的重大意义。 2.了解电磁波的应用、电磁污染及防护。 3.初步知道光的量子化，了解认识量子世界
知识点一　电磁波的产生
1.麦克斯韦电磁场理论
（1）变化的磁场周围会激发出电场
麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种　　　　，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是　　　　。
（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　　　　。
2.电磁场和电磁波
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。 这种在空间交替变化的电磁场传播出去就形成了　　　　。
3.赫兹的贡献：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。
知识点二　电磁波的应用　电磁污染及防护
1.电磁波的应用
（1）移动通信
①功能：使用户接收到通话对方送来的信息，并能发送自己的信息。
②特点：需通过　　　　转接实现自由通话。
（2）雷达
①雷达的概念：是一种用来检测飞行器、船只等远距离物体位置的系统。
②雷达的工作原理
电磁波遇到障碍物会被反射回来，根据信号的返回时间和方向，判断物体的方位。
③雷达的用途
探测目标、导航、预报天气、绘制地图等。
（3）卫星通信
①原理：利用　　　　传递微波通信信号。
②优点：　　　　、通信距离长、不受地理环境的限制，以及投资少、　　　　等独特的优点。
③分类：国际卫星通信、　　　　　　和国内卫星通信。
2.电磁污染及防护
（1）电磁污染又称　　　　污染或射频辐射污染。过量的　　　　辐射对心脏、血液和眼睛等都有很大的危害。
（2）电磁污染的防治从物理学角度看，可以从　　　　、电磁波的传播途径以及受辐射的人这三个方面进行防护。
知识点三　光的量子化　初识量子世界
1.光的量子化
（1）光的本质的认识过程
牛顿观点：光是从光源射出的具有高速度的粒子流。
惠更斯观点：光像水波一样，也是一种波，叫光波。
麦克斯韦观点：光是一种电磁波。
爱因斯坦观点：提出光量子假说，认为光的发射、传播和接收都是以一份份的光子的形式进行的。
（2）光的波粒二象性
光既具有波动特性，又具有粒子特性，即具有波粒二象性。光在一定的条件下，突出地表现出微粒性，实质为不连续性；在另一些条件下，又突出地表现出波动性。
2.初识量子世界
（1）普朗克的量子假说：物质辐射（或吸收）的能量E只能是某一最小能量单位的　　　。E＝nε（n＝1，2，3，…）。
（2）能量子：一份能量就是一个能量子。
（3）能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为　　　　　　。h＝　　　　　 J·s。
【情景思辨】
1.赫兹的实验：如图所示，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跳过电火花。
（1）赫兹实验证明了电磁波的存在。（　　）
（2）电磁波不需要介质可在真空中传播。（　　）
（3）电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s。（　　）
（4）麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。（　　）
（5）电磁波是带有能量的，在介质中传播时能把部分能量传递给介质。（　　）
2.如图所示的为我国首颗量子通信卫星“墨子号”。“墨子号”的成功发射使我国在量子通信技术领域走在了世界前列。
（1）量子通信的理论基础是德国物理学家的能量量子化假说。（　　）
（2）物质的能量是不连续的，是一份一份的。（　　）
（3）量子化只存在理论知识，不具备实用价值。（　　）
要点一　对电磁波及电磁理论的理解
【解读】
1.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场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场
2.电磁波
（1）周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。
（2）电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序把他们排列成谱。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线（X射线）、γ射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱。
（3）电磁波谱及其应用
波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
特性 波动性强 热作用 产生视觉 荧光效应 穿透能力较大 穿透能 力最强
应用 通信、广播、导航 等 加热 理疗 照明、 照相 杀菌消 毒、医 疗等 工业探伤、医学 透视 探测、医学 治疗
频率 小→大
【典例1】　（多选）有关电磁场理论的下列说法，正确的是（　　）
A.任何变化的磁场都要在空间产生电场
B.任何电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
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
尝试解答
1.（多选）根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述正确的是（　　）
A.教室中点亮的日光灯周围空间必有磁场和电场
B.工作时打点计时器周围必有磁场和电场
C.稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场
D.电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者相互垂直
2.（多选）第四代移动通信技术（4G）采用1 880～2 635 MHz频段的无线电波；2020年我国正在全面推行第五代移动通信技术（5G），采用3 300～5 000 MHz频段的无线电波。未来5G网络的传输速率是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是（　　）
A.5G信号和4G信号都是电磁波
B.在真空中5G信号比4G信号传播速度大
C.在真空中5G信号比4G信号的波长小
D.5G信号和4G信号在空间产生的磁场的磁感应强度随时间是均匀变化的
要点二　电磁波的应用
【探究】
　“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远洋测量船，保证地面指挥员及时与飞船取得联系。你知道各测控站是通过什么途径对飞船传递指令的吗？
【归纳】
1.电磁波的特点
（1）周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，形成变化的电磁场，由近及远向周围传播。
（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。
（3）电磁波可以在真空中传播，因为电磁波本身就是一种物质——场物质，所以传播时不需要其他介质。
（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c＝3×108 m/s。（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）
2.电磁波波长、频率与波速之间的关系
（1）波速＝波长×频率，即c＝λf。
（2）频率由波源决定，与介质无关，而波长、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，频率不变，波速、波长发生改变。
（3）不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。
3.电磁波在雷达测速中的应用
（1）雷达的原理：利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。
（2）雷达的构造及特点
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。
【典例2】　某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10－4 s。某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示，t＝173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示，雷达监视相邻刻线间表示的时间间隔为10－4 s，电磁波的传播速度为c＝3×108 m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？
思路点拨　解答本题按以下思路进行：
尝试解答
1.（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
2.高考时很多地方在考场使用手机信号屏蔽器，该屏蔽器在工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描。该扫描速度可以在手机接收信号时形成干扰，手机不能检测从基站发出的正常数据，使手机不能与基站建立连接，达到屏蔽手机信号的目的。由以上信息可知（　　）
A.由于手机信号屏蔽器的作用，考场内没有了电磁波
B.电磁波必须在介质中才能传播
C.手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内
D.手机信号屏蔽器通过发射电磁波干扰手机工作
3.一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图所示，A是发射时的雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，则敌机距雷达站的距离是（　　）
A.9×105 m　　　　　B.4.5×105 m
C.3×105 m D.无法确定
要点三　光的波粒二象性与量子假说
【探究】
　曾有一位记者向物理学家布拉格请教：光是波还是粒子？布拉格幽默地答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。”那么光的本性到底是什么呢？你是如何理解的？
【归纳】
1.
2.普朗克的量子假说：物质辐射（或吸收）的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，即能的辐射或者吸收只能是一份一份的。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
3.能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h＝6.626 176×10－34 J·s。
4.能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。这种现象叫能量的量子化。
【典例3】　神光Ⅱ装置是国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ＝0.35 μm 的紫外激光。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？
尝试解答
1.（多选）关于对普朗克能量子假说的认识， 下列说法正确的是（　　）
A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
2.在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长6.4×10－7 m，每个激光脉冲的能量1.5×10－2 J。求每个脉冲中的光子数目。（已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s，计算结果保留1位有效数字）
要点回眸
1.（多选）以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（　　）
A.物体的带电荷量 B.物体的质量
C.物体的动量 D.学生的个数
2.磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如图所示，其中能产生电场的磁场和能产生持续电磁波的磁场分别为（　　）
A.②③④、③④ B.①③④、③④
C.②③④、②④ D.①③④、②④
3.关于电磁波，下列说法中正确的是（　　）
A.变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场
B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在
C.电磁波必需依赖于介质才能传播
D.各种频率的电磁波在真空中以不同的速度来传播
4.（多选）某光源放出波长在500～600 nm之间的各种光子，若已知该光源的发光功率为1 mW，则它每秒钟发射的光子数可能是（普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s）（　　）
A.2.0×1015 B.3.0×1015
C.2.6×1015 D.1.5×1015
5.如图所示，是著名的法国埃菲尔铁塔，曾经保持世界最高建筑纪录45年，现在塔顶装有超高频（UHF）电视天线，既是法国广播电台的中心，又是气象台和电视发射台。
（1）电视塔和电视转播塔为什么都建在高处？
（2）生活中的哪些现象应用了电磁波？
6.某防空雷达发射的电磁波频率为f＝3×103 MHz，屏幕上尖形波显示，从发射到接收经历时间Δt＝0.4 ms，求：
（1）被监视的目标到雷达的距离；
（2）该雷达发出的电磁波的波长。
第3、4节　初识电磁波及其应用　初识光量子与量子世界
【基础知识·准落实】
知识点一
1.（1）电场　存在的　（2）磁场　2.电磁波
知识点二
1.（1）②无线基站　（3）①地球同步卫星　②覆盖面广　见效快
③区域卫星通信　2.（1）电磁波　电磁　（2）电磁波源
知识点三
2.（1）整数倍　（3）普朗克常量　6.626 176×10－34
情景思辨
1.（1）√　（2）√　（3）√　（4）×　（5）√
2.（1）√　（2）√　（3）×
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【典例1】　AC　变化的电场激发磁场，变化的磁场激发电场，A、C正确；稳定的电场周围不产生磁场，B错误；电场和磁场并不总是相互联系着的，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，D错误。
素养训练
1.ABD　教室中点亮的日光灯、工作的打点计时器，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，稳定的磁场不会产生电场，故选项C错误；电磁波是横波，传播过程中电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确。
2.AC　5G信号和4G信号都是电磁波，A正确；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故5G信号和4G信号在真空中的传播速度相同，B错误；根据题意，5G信号比4G信号的频率大，结合c＝λf可知，在真空中5G信号比4G信号的波长小，C正确；根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电（磁）场只能产生恒定不变的磁（电）场，不能形成电磁波，故5G信号和4G信号在空间产生的磁场的磁感应强度随时间不是均匀变化的，D错误。
要点二
知识精研
【探究】　提示：各测控站和飞船之间是通过电磁波对飞船传递指令的。
【典例2】　336 m/s
解析：由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0＝10－4 s，图甲发射波和接收波的时间间隔t1＝4×10－4 s，图乙时间间隔t2＝1×10－4 s，所以第一次战斗机位置距雷达的距离为s1＝c·＝6.0×104 m，第二次战斗机在雷达正上方，所以战斗机高度h＝c·＝1.5×104 m，所以173 s内战斗机飞行的水平距离为s＝，所以v＝＝≈336 m/s。
素养训练
1.ABC　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正确；光波和无线电波波长、频率不同，D错误。
2.D　手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波仍能传播到考场内，手机信号屏蔽器的作用只是使手机不能与基站建立连接，考场内仍然有电磁波，选项A、C错误；电磁波在真空中也可以传播，选项B错误；手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的的，选项D正确。
3.B　由题图知两波形相差3×10－3 s，敌机与雷达站距离为s＝vt＝3×108××3×10－3 m＝4.5×105 m，故B正确。
要点三
知识精研
【探究】　提示：光具有波粒二象性。光既不同于宏观观念的粒子，也不同于宏观观念的波，光既具有粒子性又具有波动性，粒子性和波动性都是光本身的属性。
【典例3】　4.23×1021个
解析：紫外激光能量子的值为
ε＝＝ J≈5.68×10－19 J
则该紫外激光所含光子数
n＝＝个≈4.23×1021个。
素养训练
1.BC　普朗克能量子假说认为，能量存在某一个最小值，带电微粒辐射或吸收的能量只能是这个最小能量值的整数倍，故A错误，B正确；能量子与电磁波的频率成正比，故C正确；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，故D错误。
2.5×1016个
解析：光子的能量为
ε＝hν＝＝ J≈3.1×10－19 J
每个脉冲中的光子数目为
n＝＝个≈5×1016个。
【教学效果·勤检测】
1.AD　所谓“量子化”就是不连续的，是一份一份的，故A、D正确。
2.C　根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，故②③④都可以产生电场；周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，从而产生电磁波，故只有②④可以产生电磁波，C正确。
3.B　变化的电场一定在周围空间产生磁场，不均匀变化的电场才会在周围空间产生变化的磁场，选项A错误；麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在，选项B正确；电磁波可以在真空中传播，选项C错误；各种频率的电磁波在真空中传播的速度相同且等于光速，选项D错误。
4.BC　每秒内该光源发光的能量E光源＝Pt＝1×10－3 J，而波长为λ的光子的能量为ε＝hν＝，则每秒钟发射的光子数为n＝＝，代入数值得2.5×1015≤n≤3.0×1015，故B、C正确。
5.见解析
解析：（1）电视塔发射和转播采用微波，传播形式为直线传播，越高覆盖范围越大。
（2）生活中电磁波应用非常广泛，像电视、雷达、卫星导航、微波炉、移动电话（手机）等都应用了电磁波。
6.（1）60　（2）0.1
解析：（1）s＝cΔt＝1.2×105 m＝120 km，这是电磁波往返的路程，所以目标到雷达的距离为60 km。
（2）由c＝λf可得λ＝0.1 m。
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第3、4节　初识电磁波及其应用　初识光量子与量子世界
核
心 素
养 目
标 物理
观念 知道电磁场的概念及其特点，掌握电磁波的形成原因
科学
思维 1.了解麦克斯韦电磁理论及其赫兹实验的重大意义。
2.了解电磁波的应用、电磁污染及防护。
3.初步知道光的量子化，了解认识量子世界
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一　电磁波的产生
1. 麦克斯韦电磁场理论
（1）变化的磁场周围会激发出电场
麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种 ，
不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是
。
（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 。
电场　
存在
的　
磁场　
2. 电磁场和电磁波
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。 这种在空间交替变化的电磁场传播出
去就形成了 。
3. 赫兹的贡献：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。
电磁波　
知识点二　电磁波的应用　电磁污染及防护
1. 电磁波的应用
（1）移动通信
①功能：使用户接收到通话对方送来的信息，并能发送自己
的信息。
②特点：需通过 转接实现自由通话。
无线基站　
（2）雷达
①雷达的概念：是一种用来检测飞行器、船只等远距离物体
位置的系统。
②雷达的工作原理
电磁波遇到障碍物会被反射回来，根据信号的返回时间和方
向，判断物体的方位。
③雷达的用途
探测目标、导航、预报天气、绘制地图等。
②优点： 、通信距离长、不受地理环境的限
制，以及投资少、 等独特的优点。
（3）卫星通信
①原理：利用 传递微波通信信号。
地球同步卫星　
③分类：国际卫星通信、 和国内卫星 通信。
覆盖面广　
见效快　
区域卫星通信　
2. 电磁污染及防护
（1）电磁污染又称 污染或射频辐射污染。过量的
辐射对心脏、血液和眼睛等都有很大的危害。
（2）电磁污染的防治从物理学角度看，可以从 、电
磁波的传播途径以及受辐射的人这三个方面进行防护。
电磁波　
电
磁　
电磁波源　
知识点三　光的量子化　初识量子世界
1. 光的量子化
（1）光的本质的认识过程
牛顿观点：光是从光源射出的具有高速度的粒子流。
惠更斯观点：光像水波一样，也是一种波，叫光波。
麦克斯韦观点：光是一种电磁波。
爱因斯坦观点：提出光量子假说，认为光的发射、传播和接
收都是以一份份的光子的形式进行的。
（2）光的波粒二象性
光既具有波动特性，又具有粒子特性，即具有波粒二象性。
光在一定的条件下，突出地表现出微粒性，实质为不连续
性；在另一些条件下，又突出地表现出波动性。
2. 初识量子世界
（1）普朗克的量子假说：物质辐射（或吸收）的能量E只能是某
一最小能量单位的 。E＝nε（n＝1，2，3，…）。
（2）能量子：一份能量就是一个能量子。
（3）能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为
。h＝ J·s。
整数倍　
普朗克
常量　
6.626 176×10－34　
【情景思辨】
1. 赫兹的实验：如图所示，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跳过电火花。
（1）赫兹实验证明了电磁波的存在。 （　√　）
（2）电磁波不需要介质可在真空中传播。 （　√　）
（3）电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s。
（　√　）
√
√
√
（5）电磁波是带有能量的，在介质中传播时能把部分能量传递给
介质。 （　√　）
（4）麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。 （　×　）
×
√
2. 如图所示的为我国首颗量子通信卫星“墨子号”。“墨子号”的成
功发射使我国在量子通信技术领域走在了世界前列。
（1）量子通信的理论基础是德国物理学家的能量量子化假说。
（　√　）
（2）物质的能量是不连续的，是一份一份的。 （　√　）
（3）量子化只存在理论知识，不具备实用价值。 （　×　）
√
√
×
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一　对电磁波及电磁理论的理解
【解读】
1. 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
产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的
电场
不均匀变化的电场在周围空
间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化
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 周期性变化的磁场产生同频率的周期性
变化的电场
2. 电磁波
（1）周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远
向周围传播，形成电磁波。
（2）电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序把他们排列成
谱。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线（X射
线）、γ射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱。
（3）电磁波谱及其应用
波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
特性 波动性强 热作用 产生 视觉 荧光 效应 穿透能 力较大 穿透能
力最强
应用 通信、广
播、导航
等 加热 理疗 照明、 照相 杀菌消
毒、医 疗等 工业探
伤、医学 透视 探测、医
学治疗
频率 小→大
【典例1】　（多选）有关电磁场理论的下列说法，正确的是（　　）
A. 任何变化的磁场都要在空间产生电场
B. 任何电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
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
解析：变化的电场激发磁场，变化的磁场激发电场，A、C正确；稳
定的电场周围不产生磁场，B错误；电场和磁场并不总是相互联系着
的，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，D错误。
1. （多选）根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述正确的是（　　）
A. 教室中点亮的日光灯周围空间必有磁场和电场
B. 工作时打点计时器周围必有磁场和电场
C. 稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场
D. 电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者相互
垂直
解析：　教室中点亮的日光灯、工作的打点计时器，在其周
围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生
磁场，稳定的磁场不会产生电场，故选项C错误；电磁波是横波，传播过程中电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确。
2. （多选）第四代移动通信技术（4G）采用1 880～2 635 MHz频段的
无线电波；2020年我国正在全面推行第五代移动通信技术
（5G），采用3 300～5 000 MHz频段的无线电波。未来5G网络的
传输速率是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是（　　）
A. 5G信号和4G信号都是电磁波
B. 在真空中5G信号比4G信号传播速度大
C. 在真空中5G信号比4G信号的波长小
D. 5G信号和4G信号在空间产生的磁场的磁感应强度随时间是均匀变
化的
解析：　5G信号和4G信号都是电磁波，A正确；任何电磁波在
真空中的传播速度均为光速，故5G信号和4G信号在真空中的传播
速度相同，B错误；根据题意，5G信号比4G信号的频率大，结合c
＝λf可知，在真空中5G信号比4G信号的波长小，C正确；根据麦克
斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电（磁）场只能产生恒定不变的
磁（电）场，不能形成电磁波，故5G信号和4G信号在空间产生的
磁场的磁感应强度随时间不是均匀变化的，D错误。
要点二　电磁波的应用
【探究】
　“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远
洋测量船，保证地面指挥员及时与飞船取得联系。你知道各测控站是
通过什么途径对飞船传递指令的吗？
提示：各测控站和飞船之间是通过电磁波对飞船传递指令的。
【归纳】
1. 电磁波的特点
（1）周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，形成变化
的电磁场，由近及远向周围传播。
（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。
（3）电磁波可以在真空中传播，因为电磁波本身就是一种物质—
—场物质，所以传播时不需要其他介质。
（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c＝3×108 m/s。（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）
2. 电磁波波长、频率与波速之间的关系
（1）波速＝波长×频率，即c＝λf。
（2）频率由波源决定，与介质无关，而波长、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，频率不变，波
速、波长发生改变。
（3）不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。
3. 电磁波在雷达测速中的应用
（1）雷达的原理：利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。
（2）雷达的构造及特点
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。
【典例2】　某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞
行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10－4 s。某时
刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示，t＝173 s后雷达向正上方
发射和接收的波形如图乙所示，雷达监视相邻刻线间表示的时间间隔
为10－4 s，电磁波的传播速度为c＝3×108 m/s，则该战斗机的飞行速
度大约为多少？
思路点拨　解答本题按以下思路进行：
答案：336 m/s
解析：由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0＝10－4 s，图甲发射波
和接收波的时间间隔t1＝4×10－4 s，图乙时间间隔t2＝1×10－4 s，所
以第一次战斗机位置距雷达的距离为s1＝c·＝6.0×104 m，第二次战
斗机在雷达正上方，所以战斗机高度h＝c·＝1.5×104 m，所以173 s
内战斗机飞行的水平距离为s＝，所以v＝＝≈336
m/s。
1. （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
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正确；光
波和无线电波波长、频率不同，D错误。
2. 高考时很多地方在考场使用手机信号屏蔽器，该屏蔽器在工作过程
中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描。该扫描速度可以在手
机接收信号时形成干扰，手机不能检测从基站发出的正常数据，使
手机不能与基站建立连接，达到屏蔽手机信号的目的。由以上信息
可知（　　）
A. 由于手机信号屏蔽器的作用，考场内没有了电磁波
B. 电磁波必须在介质中才能传播
C. 手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内
D. 手机信号屏蔽器通过发射电磁波干扰手机工作
解析：　手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波仍能传播到考
场内，手机信号屏蔽器的作用只是使手机不能与基站建立连接，考
场内仍然有电磁波，选项A、C错误；电磁波在真空中也可以传
播，选项B错误；手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作
来达到目的的，选项D正确。
3. 一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图，A是发射时的
雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，则敌机距
雷达站的距离是（　　）
A. 9×105 m
B. 4.5×105 m
C. 3×105 m
D. 无法确定
解析：　由题图知两波形相差3×10－3 s，即敌机与雷达站距离为
s＝vt＝3×108××3×10－3 m＝4.5×105 m，故B正确。
要点三　光的波粒二象性与量子假说
【探究】
曾有一位记者向物理学家布拉格请教：光是波还是粒子？布拉格幽默
地答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒
子，星期天物理学家休息。”那么光的本性到底是什么呢？你是如何
理解的？
提示：光具有波粒二象性。光既不同于宏观观念的粒子，也不同于宏
观观念的波，光既具有粒子性又具有波动性，粒子性和波动性都是光
本身的属性。
【归纳】
1.
2.普朗克的量子假说：物质辐射（或吸收）的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，即能的辐射或者吸收只能是一份一份的。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
3. 能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h
＝6.626 176×10－34 J·s。
4. 能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的
能量是分立的。这种现象叫能量的量子化。
【典例3】　神光Ⅱ装置是国际上为数不多的高功率固体激光系统，利
用它可获得能量为2 400 J、波长λ＝0.35 μm 的紫外激光。已知普朗克
常量h＝6.63×10－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？
答案：4.23×1021个
解析：紫外激光能量子的值为
ε＝＝ J≈5.68×10－19 J
则该紫外激光所含光子数
n＝＝个≈4.23×1021个。
1. （多选）关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是
（　　）
A. 振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B. 带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C. 能量子与电磁波的频率成正比
D. 这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
解析：　普朗克能量子假说认为，能量存在某一个最小值，带
电微粒辐射或吸收的能量只能是这个最小能量值的整数倍，故A错
误，B正确；能量子与电磁波的频率成正比，故C正确；能量子假
说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界
相矛盾，故D错误。
2. 在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长6.4×10－7 m，
每个激光脉冲的能量1.5×10－2 J。求每个脉冲中的光子数目。
（已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s，计算
结果保留1位有效数字）
答案：5×1016个
解析：光子的能量为ε＝hν＝＝
J≈3.1×10－19 J
每个脉冲中的光子数目为n＝＝个≈5×1016个。
要点回眸
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. （多选）以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（　　）
A. 物体的带电荷量 B. 物体的质量
C. 物体的动量 D. 学生的个数
解析：　所谓“量子化”就是不连续的，是一份一份的，故
A、D正确。
2. 磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如图所示，其中能产生
电场的磁场和能产生持续电磁波的磁场分别为（　　）
A. ②③④、③④
B. ①③④、③④
C. ②③④、②④
D. ①③④、②④
解析：　根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，故
②③④都可以产生电场；周期性变化的磁场产生周期性变化的电
场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，从而产生电磁波，
故只有②④可以产生电磁波，C正确。　
3. 关于电磁波，下列说法中正确的是（　　）
A. 变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场
B. 麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁
波的存在
C. 电磁波必需依赖于介质才能传播
D. 各种频率的电磁波在真空中以不同的速度来传播
解析：　变化的电场一定在周围空间产生磁场，不均匀变化的电
场才会在周围空间产生变化的磁场，选项A错误；麦克斯韦首先预
言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在，选项B
正确；电磁波可以在真空中传播，选项C错误；各种频率的电磁波
在真空中传播的速度相同且等于光速，选项D错误。
4. （多选）某光源放出波长在500～600 nm之间的各种光子，若已知
该光源的发光功率为1 mW，则它每秒钟发射的光子数可能是（普
朗克常量h＝6.63×10－34 J·s）（　　）
A. 2.0×1015 B. 3.0×1015
C. 2.6×1015 D. 1.5×1015
解析：　每秒内该光源发光的能量E光源＝Pt＝1×10－3 J，而波
长为λ的光子的能量为ε＝hν＝，则每秒钟发射的光子数为n＝
＝，代入数值得2.5×1015≤n≤3.0×1015，故B、C正确。
5. 如图所示，是著名的法国埃菲尔铁塔，曾经保持世界最高建筑纪录
45年，现在塔顶装有超高频（UHF）电视天线，既是法国广播电台
的中心，又是气象台和电视发射台。
（1）电视塔和电视转播塔为什么都建在高处？
解析：电视塔发射和转播采用微波，传播
形式为直线传播，越高覆盖范围越大。
答案：见解析
（2）生活中的哪些现象应用了电磁波？
解析：生活中电磁波应用非常广泛，像电视、雷达、卫星导航、微波炉、移动电话（手机）等都应用了电磁波。
6. 某防空雷达发射的电磁波频率为f＝3×103 MHz，屏幕上尖形波显
示，从发射到接收经历时间Δt＝0.4 ms，求：
（1）被监视的目标到雷达的距离；
答案：60 km　
解析：s＝cΔt＝1.2×105 m＝120 km，这是电磁波往返
的路程，所以目标到雷达的距离为60 km。
（2）该雷达发出的电磁波的波长。
答案：0.1 m
解析：由c＝λf可得λ＝0.1 m。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
1. 下列说法正确的是（　　）
A. 根据麦克斯韦电磁理论可知变化的电场周围存在变化的磁场
B. 红外线遥感技术是利用红外线的化学作用
C. 在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线比红外
线的热效应显著
D. 工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力
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解析：　根据麦克斯韦电磁理论可知变化的电场周围存在磁
场，但不一定是变化的磁场，选项A错误；红外线遥感技术是
利用红外线的衍射作用和热效应，选项B错误；在医院里常用
紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线具有杀菌的化学作
用，选项C错误；工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿
透能力，选项D正确。
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2. 手机A的号码为18888880001，手机B的号码为18888880002，手机A
拨打手机B时，手机B发出响声并且来电显示A的号码为
18888880001。若将手机A置于一透明真空罩中，再用手机B拨打手
机A，则手机A（　　）
A. 发出响声，并显示B的号码18888880002
B. 发出响声，但不显示B的号码
C. 不发出响声，但显示B的号码18888880002
D. 既不发出响声，也不显示号码
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解析：　手机之间通信靠电磁波，可以在真空中传播，但是在真
空中声波不能传播，故不发出响声，但显示B的号码18888880002，C正确。
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3. （多选）对光的认识，下列说法正确的是（　　）
A. 少量光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动
性
B. 光的波动性是光子本身的一种属性
C. 光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就
不具有波动性了
D. 光的波粒二象性可以理解为在某种场合下光的波动性表现明显，
在某种场合下，光的粒子性表现明显
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解析：　少量光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为
易表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，光的粒
子性表现明显时但仍具有波动性。故A、B、D正确。
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4. （多选）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的说法正确的是（　　）
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到反射波的时间间隔可以确定雷达和目
标的距离
D. 雷达使用无线电波的微波波段
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解析：　由公式c＝λf可得，λmin＝＝ m＝0.3 m，
λmax＝＝ m＝1.5 m，A正确；电磁波是由周期性变化的
电场或磁场产生的，B错误；由雷达的工作原理可知，C正确；雷
达使用无线电波的微波波段，D正确。
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5. 人眼对绿光最为敏感。正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光
时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克
常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿
光时所接收到的最小功率是（　　）
A. 2.3×10－18 W B. 3.8×10－19 W
C. 7.0×10－48 W D. 1.2×10－48 W
解析：　绿光光子能量ε＝hν＝h＝3.8×10－19 J，要使人眼能察
觉到绿光，每秒钟最少有6个绿光的光子射入瞳孔，所以P＝＝
2.3×10－18 W。故A正确。
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6. 无线电波的中波波长范围为200～3 000 m。求该波段的频率范围。
答案：1.0×105～1.5×106 Hz
解析：根据频率公式f＝得f1＝＝ Hz＝1.5×106 Hz，f2＝
＝ Hz＝1.0×105 Hz，即该波段的频率范围为1.0×105～
1.5×106 Hz。
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7. 若你用通过同步卫星转发的无线电话与朋友通话，则在你讲话后，
至少要等多长时间才能听到对方的回话？（已知地球质量M＝
6.0×1024 kg，地球半径R＝6.4×106 m，引力常量G＝6.67×10－11
N·m2/kg2）
答案：0.48 s
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解析：同步卫星的周期T＝3 600×24 s＝8.64×104 s，设卫星离地
面高h，由万有引力定律得
＝m（R＋h），h＝ －R，
代入数据解得h≈3.59×107 m。
当说话人和听话人均在同步卫星的正下方时，此时电磁波经过的路
程最短，最短路程s＝2h，
所以最短时间
t＝2×＝ s≈0.48 s。
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8. 光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400～700 nm。400
nm、700 nm电磁波辐射的能量子的值各是多少？（结果均保留3位
有效数字）
答案：4.97×10－19 J　2.84×10－19 J
解析：根据公式ν＝和ε＝hν可知：
400 nm电磁波辐射的能量子ε1＝h＝6.63×10－34× J≈4.97×10－19 J。
700 nm电磁波辐射的能量子ε2＝h＝6.63×10－34×
J≈2.84×10－19 J。
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