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(共49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
核心素养 素养目标
物理观念 1.了解麦克斯韦的电磁场理论，知道电磁波的形成以及赫兹证明了电磁波的存在.
2.知道电磁波在真空中传播的速度与波长、频率的关系.
3.了解电磁波谱的组成和各波段电磁波的特点及应用.
科学探究 通过探究捕捉电磁波的活动，让学生真实感受到电磁波的存在.
科学态度
与责任 能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响.
一、电磁场
教材认知
引入　如图所示，当磁铁相对闭合导体运动时，导体中的电子定向移动，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而定向移动.磁铁运动过程中，带正电小球会定向滚动，小球受到的仍然是电场力.可见空间磁场变化，会产生电场，与有没有闭合导体无关.
感应电流　
电场　
电场　
磁
场　
变化　
电场　
磁场　
【拓展深化】　对麦克斯韦电磁场理论中“变化”的理解
项目 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
典题讲练
BC
名师点评
　　理解麦克斯韦电磁场理论的两点注意
（1）静电场不产生磁场，静磁场也不产生电场.
（2）变化的电场一定能产生磁场，但不一定能产生变化的磁场，如均匀变化的电场产生恒定的磁场；同理，变化的磁场也不一定产生变化的电场.
A. 有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场
B. 在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C. 均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D. 变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
解析：根据麦克斯韦电磁场理论可知，选项A错误；根据麦克斯韦电磁场理论，在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场，非均匀变化的磁场周围产生变化的电场，选项B、C均错误；变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关，电路只是显示出电流的存在，选项D正确.
D
二、电磁波
教材认知
引入　“为了您和他人的安全，请您不要在飞机上使用手机和手提电脑.”这句提醒警示语是乘坐飞机的旅客都听过的语言，因为有些空难事故就是由于某位乘客在飞行的飞机中使用手机造成的.如图所示是飞机上的警示标志.1999年广州白云机场飞机降落时，机上有四位旅客同时使用了手机，使飞机降落偏离了8度，险些造成事故；2015年4月27日下午一位旅客在飞往乌鲁木齐的途中使用手机，被处以五百元的治安罚款.请问为什么在飞机上不能使用手机和手提电脑呢（包括游戏机）？
提示：由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机产生电磁干扰，而飞机上导航系统是非常复杂的，抗干扰能力不是很强，所以如果飞机上的乘客使用了手机，对飞机产生电磁干扰，那么后果将十分严重.所以，在飞机上不能使用手机和手提电脑.
周期性　
电场　
真空　
光速　
电磁波　
2. 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.
A. 电磁波是一种物质，也具有能量
B. 电磁波跟声波一样，其传播都需要介质
C. 麦克斯韦预言了电磁波的存在，并通过实验捕捉到了电磁波
D. 航天员讲话时画面与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度
A
解析：电磁波是一种物质，也具有能量，选项A正确；电磁波的传播不依赖介质，可在真空中传播，声波是机械波，只能在介质中传播，选项B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，选项C错误；航天员讲话时画面能与声音同步，那是因为画面与声音同时转化成电信号，通过电磁波传回到地面接收器再转化成画面和声音.电磁波的传播速度为光速，声波的传播速度约为340 m/s，选项D错误.
名师点评
　　（1）从无线电波到γ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.
（2）波长越长的电磁波频率越低，能量越低，衍射能力越强，穿透力越差.波长越短的电磁波频率越高，能量越高，衍射能力越弱，穿透力越强.
A. 米波的频率比厘米波频率高
B. 和声波一样需靠介质传播
C. 同光波一样会发生反射现象
D. 雷达发射的无线电波只传递信息不传递能量
C
三、电磁波谱
波长　
频率　
无线电波　
可见光　
紫外线　
【拓展深化】　不同电磁波的特性和用途
种类 波长范围 特性 应用
无线电波 大于1 mm 波动能力强 通信、广播、射电望远镜
红外线 760～106 nm 热作用强 烘干、红外遥感、测温、夜视仪
可见光 400～760 nm 感光性强 照明、照相
紫外线 10～400 nm 化学作用、荧光作用 消毒、荧光效应、促使人体合成维生素D
X射线 0.001～10 nm 较强的穿透能力 透视人体、检查金属零件的质量
γ射线 小于10－3 nm 穿透能力最强 医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷
×
×
√
A. 只有高温物体才辐射红外线
B. 紫外线常用于杀菌消毒，长时间照射可能损害人体健康
C. 无线电波的频率比γ射线的频率大
D. 红光的波长比X射线小
解析：一切物体都在辐射红外线，紫外线常用于杀菌、消毒，B正确，A错误；无线电波的频率比γ射线小，红光的波长比X射线大，C、D错误.
B
四、电磁波的能量及通信
教材认知
引入　“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.
物质　
电场能　
磁场能　
电磁能　
有线　
无线　
越大　
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
解析：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c＝λf，知频率越大，波长越短，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大，D正确.
名师点评
　　（1）电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输.电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大.
（2）每一部移动电话就是一个无线电台，它将用户的声音转变为高频电信号发射到空中；同时它又相当于一台收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方传来的信息.
[训练3]　微波炉的工作应用了一种电磁波——微波（微波的频率为2.45×109 Hz）.食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高，食物增加的能量是微波给它的.如表所示是某微波炉的部分技术参数，问：
微波炉
额定电压：220V　50 Hz
微波额定功率：1 100 W
微波输出功率：700 W
内腔容积：20 L
振荡频率：2 450 MHz
（1）该微波炉内磁控管产生的微波波长是多少？
答案：（1）0.12 m
（2）该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少？
答案：（2）5 A
（3）如果做一道菜，使用微波挡需要正常工作30 min，则做这道菜需消耗多少电能？
答案：（3）1.98×106 J
解析：（3）消耗的电能ΔE＝W＝Pt＝1 100×1 800 J＝1.98×106 J.
随堂检测
A. 变化的磁场产生的电场一定是变化的
B. 不均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生不均匀变化的电场
C. 稳定的磁场产生不稳定的电场
D. 振荡的磁场在周围空间产生的电场是振荡的
解析：根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的磁场周围能产生电场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，A错误；不均匀变化的电场产生变化的磁场，磁场有可能不是均匀变化的，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，B错误；稳定的磁场周围不产生电场，C错误；振荡的磁场在周围空间产生的电场是振荡的，振荡的电场在周围空间产生的磁场也是振荡的，D正确.
D
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A. 这四种磁场都能产生电场
B. 除了图甲中的磁场，其他三种磁场都可以产生电场
C. 只有图丙中的磁场可以产生电磁波
D. 除了图甲中的磁场，其他三种磁场都可以产生电磁波
B
解析：根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，故乙、丙、丁都可以产生电场，A错误，B正确；均匀变化的磁场产生恒定的电场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，从而产生电磁波，故丙、丁可以产生电磁波，C、D错误.
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A. 电磁波在真空中的传播速度是c＝3×108 m/s
B. 电磁波不能传播能量
C. 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波
D. 麦克斯韦预言了电磁波的存在
解析：电磁波在真空中的传播速度是c＝3×108 m/s，选项A正确；电磁波能传播能量，选项B错误；无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波，选项C正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，选项D正确.故选ACD.
ACD
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A. 天眼接收的射电波是电磁波，麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
B. 天眼只能在白天晴朗的天气工作
C. 天眼接收的射电波的频率区间为108～109 Hz
D. 天眼接收的电磁波是横波，电磁波的传播需要介质
C
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4
课时作业（二十九）
[基础训练]
A. 当电场和磁场在某一区域同时存在时，可称为电磁场
B. 电磁场由发生区域向远处传播形成电磁波
C. 在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
D. 电磁波是一种波，声波也是一种波，它们是同种性质的波动
B
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A. 波长越长，传播速度就越大
B. 频率越高，传播速度就越大
C. 发射能量越大，传播速度就越大
D. 电磁波的传播速度与传播介质有关
解析：电磁波在真空中传播速度均相同，在介质中电磁波的传播速度与介质有关，还与频率有关，故选D.
D
A. 频率 B. 波长 C. 能量 D. 波速
解析：不同电磁波在真空中传播时，只有速度相同，即为波速，故选D.
D
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A. 在电场的周围一定存在着由该电场产生的磁场
B. 非均匀变化的电场产生的磁场一定是均匀变化的
C. 均匀变化的磁场一定产生变化的电场
D. 均匀变化的电场一定产生恒定的磁场
解析：A错：在稳定的电场周围不会产生磁场.B错：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恒定的磁场.C错，D对：均匀变化的磁场一定产生恒定的电场，均匀变化的电场一定产生恒定的磁场.
D
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A. λ＝cf B. c＝λf
D. f＝cλ
A. 无线电波 B. 红外线 C. γ射线 D. 紫外线
B
C
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A. 真空中电磁波的传播速度等于光速
B. 光是以波动形式传播的一种电磁振动
C. 一束红光从空气传入水中，光的频率发生变化
D. 电磁波具有能量
ABD
解析：电磁波是电磁场的传播，光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波在真空中的传播速度等于光速，故A、B正确；一束红光从空气传入水中，光的颜色不变，即光的频率不变，故C错误；电磁波具有能量，如微波炉发出的微波可以加热食物，故D正确.
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A. X射线 B. 红外线 C. 紫外线 D. 可见光
A
解析：X射线具有较强的穿透能力，常在医疗上用来检查身体.红外线具有显著的热效应，能制成热谱仪、红外线夜视仪，红外线还可以用来遥控，制成电视遥控器.紫外线化学效应强，能制成消毒灯，还具有荧光效应，能制成验钞机来验钞.可见光的穿透性还不及紫外线.综上所述，A符合题意.
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[能力提升]
A. 电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
B. 超声波属于电磁波
C. 光属于电磁波
D. 电磁波不能在真空中传播
C
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A. 微波是不可见光
B. 红外线可以杀菌消毒
C. 紫外线的波长比红外线长
D. X射线的波长比红外线的波长更长
解析：由电磁波谱可知，微波是不可见光，A正确；红外线有热效应，紫外线可以杀菌消毒，B错误；紫外线的波长比红外线短，C错误；红外线的波长比X射线的波长更长，D错误.
A
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A. 电磁波是以波动的形式由发生区域向远处传播的电磁场
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中传播时，波长将变短
D. 电磁波由真空进入介质中传播时，频率将变大
AC
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A. 雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波衍射效应较为明显
B. 移动电话选择微波作为工作波段，是因为微波比其他波段的电磁波的波速更快
C. X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构，是因为X射线的波长与原子间距相近
D. 工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线具有频率高、波动性强的特点
解析：雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波的波长短，衍射现象不明显，传播的方向性好，有利于定位，A错误；移动电话选择微波作为工作波段，是因为微波的波长短，方向性强，频带范围广，与波速无关，且所有波段的电磁波在真空中的传播速度均和光速一样，B错误；X射线的波长与原子间距相近，衍射现象明显，能探测晶体内原子的排列结构，C正确；工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线能量大，波动性弱，穿透本领强的特点，D错误.
C
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答案：电磁波传递信息需要时间　0.24 s
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