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第十三章 电磁感应与电磁波初步
课时13.4 电磁波的发现及应用
1.了解麦克斯韦电磁场理论的基础内容。
2.通过实验，了解电磁波的基本特点,知道电磁波的物质性和赫兹实验及其重要意义。
3.知道电磁波谱，知道各种可见光、不可见光与无线电波一样,也是电磁波。
4.了解不同波长(或频率)范围内的电磁波的特性以及应用。
一、电磁场
1．变化的磁场产生电场。
2．变化的电场产生磁场。
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电磁场。
二、电磁波
1．麦克斯韦的预言
(1)电磁波的预言：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)电磁波可以在真空中传播。
(3)光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波的速度等于光速。
2．赫兹的贡献：赫兹证实了电磁波的存在，证实了麦克斯韦的电磁场理论。
三、电磁波谱
1．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝λf。
2．电磁波在真空中的速度：c＝3×108_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)γ射线可以摧毁病变的细胞。
四、电磁波的能量
1．电磁波具有能量，电磁波是物质存在的一种形式。
2．微波炉加热食物应用了一种电磁波——微波，食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，内能增加，温度升高。
3．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量。
五、电磁波通信
1．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通信网络。
2．以互联网为基础的信息服务都是通过电磁波来传递的。
基础过关练
题组一　电磁场
1.电磁场理论的建立，开拓了广泛的现代技术应用空间，促进了现代社会的发展。建立电磁场理论的科学家是 (　　)　　　　　 　　　　　 　　　　　
A.牛顿 B.爱迪生
C.爱因斯坦 D.麦克斯韦
2.根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是 (　　)
A.在电场周围一定存在磁场，在磁场周围一定存在电场
B.稳定的电场一定产生稳定的磁场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.周期性变化的电场周围一定产生同频率周期性变化的磁场
题组二　电磁波
3.人们为了纪念德国科学家赫兹对人类的贡献，把频率的单位定为“赫兹”。赫兹对人类的突出贡献是 (　　)
A.通过实验证实了电磁波的存在
B.通过实验发现了磁场对通电导线有力的作用
C.通过实验发现了电荷之间相互作用力的规律
D.通过实验发现了电磁感应的规律
4.(多选)梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子会在空中产生电磁波。该电磁波 (　　)
A.是由于电荷运动产生的
B.不能在真空中传播
C.只能沿着梳子摇动的方向传播
D.在空气中的传播速度约为3×108 m/s
5.(多选)下列关于电磁场和电磁波的说法中，正确的是 (　　)
A.变化的电场和磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波
B.变化的电场周围一定会产生电磁波
C.电磁波由真空中进入某种介质传播时，波长会变短
D.电磁波是一种波，声波也是一种波，理论上它们是同种性质的波
题组三　电磁场中的图像问题
6.下列四个选项中的四种磁场变化情况，能产生如图所示电场的是 (　易错　)
7.如图所示的四种电场变化情况，能发射电磁波的是 (　　)
8.(多选)甲、乙两种磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，下列说法正确的是 (　　)
A.磁场甲能够产生电场
B.磁场甲能够产生电磁波
C.磁场乙的磁感应强度最大时产生的电场最强
D.磁场乙的磁感应强度为零时产生的电场最强
9.根据麦克斯韦电磁场理论判断，如图所示的4组电场产生的磁场(或磁场产生的电场)随时间t变化的规律中，错误的是 (　　)
题组四　电磁波谱
10.下列电磁波中频率最高的是　 (　　)
A.红外线 B.γ射线
C.紫外线 D.无线电波
11.红外线、无线电波、γ射线、可见光等都属于电磁波，则下列选项中，按照波长由大到小顺序排列正确的是 (　　)
A.红外线、无线电波、γ射线、可见光
B.红外线、可见光、γ射线、无线电波
C.无线电波、红外线、可见光、γ射线
D.γ射线、可见光、红外线、无线电波
12.关于电磁波的应用，下列说法不正确的是 (　　)
A.医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒
B.工业上利用γ射线检查金属部件内部有无裂缝
C.刑侦上用紫外线拍摄指纹照片
D.卫星利用红外遥感技术拍摄云图照片
题组五　公式c=λf的理解与应用
13.电磁波在真空中传播的速度是3×108 m/s，有一个广播电台的频率为90 MHz，这个台发射的电磁波的波长约为 (　　)
A.2.70 m B.3 m
C.3.33 m D.270 m
14.具有NFC(近距离无线通信技术)功能的两只手机在间距小于10 cm时可以通过电磁波直接传输信息，其载波频率为1.4×107 Hz，电磁波在空气中的传播速度为3.0×108 m/s，则该载波的波长为　　　　m(保留两位有效数字)。
15.雷达是一种利用电磁波来测定物体位置和速度的设备，某防空雷达发现一架飞机正在以水平速度朝雷达正上方匀速飞来，已知该雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10-4 s，某时刻在雷达监视屏上显示的波形如图甲所示，经过t=173 s后雷达向正上方发射和接收到的波形如图乙所示，已知雷达屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为1×10-4 s，则该飞机的飞行速度大小约为(电磁波的波速为c=3×108 m/s) (　　)
A.12 000 m/s B.900 m/s
C.500 m/s D.300 m/s
题组六　电磁波通信
16.现在车辆常安装GPS(全球卫星定位系统)接收器，可用来接收卫星发射的信号，实现对车辆的精确定位和导航。卫星向GPS接收器传送信息通过的是 (　　)
A.激光 B.电磁波
C.红外线 D.紫外线
17.有两部手机A和B，当用手机A拨打手机B时，能听见B发出响声并且看见B屏幕上显示A的号码。若将手机A置于透明真空罩中，再用手机B拨打手机A，则 (　　)
A.能听见A发出响声，但看不到A屏幕上显示B的号码
B.能听见A发出响声，也能看到A屏幕上显示B的号码
C.既不能听见A发出响声，也看不到A屏幕上显示B的号码
D.不能听见A发出响声，但能看到A屏幕上显示B的号码
18.如图所示为手机信号屏蔽器。手机信号屏蔽器主要用于各类考场、军事重地等禁止使用手机的场所。手机工作时，手机和基站通过一定频率范围内的无线电波来完成数据和声音的传输。针对这种通信原理，手机信号屏蔽器在工作过程中以一定的速度从手机通信所使用的频率的底端向高端扫描，在扫描过程中向手机发送一定频率的电磁波信号，使手机不能与基站建立正常的联系，从而对手机形成干扰。对于手机信号屏蔽器的工作过程，下列说法中正确的是 (　　)
A.手机信号屏蔽器是利用静电屏蔽的原理来工作的
B.手机信号屏蔽器是利用电磁感应的原理来工作的
C.手机信号屏蔽器工作时能阻止基站发出的电磁波传播到限制场所内
D.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
答案全解全析
4　电磁波的发现及应用
基础过关练
1.D　麦克斯韦预言了电磁波的存在，并建立了电磁场理论，选项D正确，A、B、C错误。
2.D　根据麦克斯韦电磁场理论，在变化的电场周围一定存在磁场，在变化的磁场周围一定存在电场，选项A错误；稳定的电场不会产生磁场，选项B错误；均匀变化的电场周围会产生稳定的磁场，选项C错误；周期性变化的电场周围一定产生同频率周期性变化的磁场，选项D正确。
3.A　1886年，德国科学家赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了电磁波的存在，人们为了纪念他，把频率的单位定为赫兹，选项A正确。
4.AD　梳子带电后，摇动梳子，电荷发生移动形成电流，电流产生磁场从而形成电磁波，选项A正确；电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，选项B错误；电磁波产生后，可以沿任意方向传播，选项C错误；电磁波的传播速度等于光速，在空气中的传播速度约为3×108 m/s，选项D正确。
5.AC　变化的电场和磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波，选项A正确；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，选项B错误；电磁波由真空进入介质传播时，波速变小，结合c=λf，可知波长将变短，选项C正确；电磁波是一种波，声波也是一种波，它们具有波的共性，但前者是电磁场在空间的传播，后者是机械振动在介质中的传播，它们是不同性质的波，选项D错误。
6.B　由麦克斯韦电磁场理论知：均匀变化的磁场才能产生稳定的电场，选项B正确。
易错警示　均匀(非均匀)变化的磁场(电场)、恒定的磁场(电场)的比较
(1)变化的磁场产生的电场，叫作感应电场，它的电场线是闭合的。而静电荷周围产生的电场叫作静电场，它的电场线由正电荷起到负电荷止，是不闭合的。
(2)恒定的电场不产生磁场；恒定的磁场不产生电场。
(3)均匀变化的磁场周围产生恒定的电场；均匀变化的电场周围产生恒定的磁场。
(4)不均匀变化的磁场产生变化的电场；不均匀变化的电场产生变化的磁场。
7.D　图A是稳定的电场，不能产生磁场；图B与图C是均匀变化的电场，产生恒定的磁场，也不能形成电磁波；图D是周期性变化的电场，会产生同频率的周期性变化的磁场，能形成电磁场，向外发射电磁波，选项D正确，A、B、C错误。
8.AD　根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的磁场甲能产生稳定的电场，不能产生电磁波，选项A正确，B错误；周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，磁场乙的磁感应强度最大时，产生的电场最弱，磁场乙的磁感应强度为零时，产生的电场最强，选项C错误，D正确。
9.C　稳定的电场不能产生磁场，选项A正确；均匀变化的磁场产生稳定的电场，选项B正确；周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比，由此可判断出选项C错误，选项D正确。
10.B　根据电磁波谱可知，γ射线的波长最短，所以γ射线的频率最高，而红外线的频率最低，选项B正确，A、C、D错误。
11.C　电磁波按照波长由大到小的顺序排列为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，选项C正确，A、B、D错误。
12.A　医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，选项A说法错误；γ射线具有较强的穿透性，故工业上利用γ射线检查金属部件内部有无裂缝，选项B说法正确；刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高，选项C说法正确；卫星利用红外遥感技术拍摄云图照片，因为红外线的波长较长，衍射能力较强，选项D说法正确。
13.C　根据公式c=λf，得λ== m≈3.33 m，选项C正确。
14.答案　21
解析　由波速公式c=λf得波长λ== m≈21 m。
15.D　已知雷达监视屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为10-4 s，由题图甲可知，雷达第一次发现飞机时，飞机与雷达的距离s1=ct1=×3×108×4×10-4 m=6×104 m，由题图乙可知，雷达第二次发现飞机时，飞机和雷达的竖直距离h=ct2=×3×108×2×10-4 m=3×104 m，设该段时间内飞机水平飞行的距离为s2，则s1、s2、h在空间构成一个直角三角形，由几何关系得s2=，则飞机的飞行速度大小v=≈300 m/s，选项D正确。
16.B　GPS接收器通过接收卫星发射的导航信号，实现对车辆的精确定位和导航。卫星向GPS接收器传送信息依靠的是电磁波，选项B正确。
17.D　声音不能在真空中传播，拨打真空罩中手机时不能听到手机铃声；手机接收的是电磁波信号，能在真空中传播，真空罩中的手机能接收到呼叫信号，故能看到A屏幕上显示B的号码，选项D正确，A、B、C错误。
18.D　手机信号屏蔽器是利用屏蔽器发出的信号去干扰手机与基站的联系，从而起到屏蔽作用，因此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，选项A、B、C错误，D正确。

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