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第4节　电磁波的发现及其应用
核心素养导学
物理观念 (1)了解麦克斯韦电磁场理论的内容。(2)知道电磁波的形成及赫兹的实验结论。(3)知道电磁波在真空中传播的速度及波长、频率和波速的关系。(4)了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息化等领域的主要应用。
科学思维 (1)了解赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验过程及实验方法。(2)理解电磁波的形成与传播。
科学态度与责任 (1)领会在电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法和科学精神。(2)领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。
一、电磁场
1．麦克斯韦的电磁理论
(1)变化的磁场能够在周围空间产生______；
(2)变化的电场能够在周围空间产生______。
2．电磁场：变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体。
二、电磁波和电磁波谱
1．电磁波
(1)定义：变化的电磁场在空间的传播形成电磁波。
(2)产生条件：做__________运动的电荷都会在空间产生电磁波。
(3)麦克斯韦预言：麦克斯韦从理论上预见了电磁波的存在，其传播速度等于________，由此认为光是________的一种形态。
(4)赫兹实验：赫兹用实验证实了电磁波的存在，证实了电磁波的传播速度等于光速，且能产生反射、折射、______、衍射等现象。
(5)波长、频率和光速的关系：c＝λf。
2．电磁波谱
(1)概念：按波长(或频率)的顺序把所有电磁波排列起来，称之为电磁波谱。
(2)电磁波谱组成：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
(3)各种电磁波的用途
①无线电波主要用于通信、广播和电视等方面；
②可见光部分能作用于眼睛引起视觉；
③X射线、γ射线可用于育种和医疗等不同领域。
三、电磁波的应用
1．电磁波用于传递信息
(1)电信网、广播网和互联网将计算机和智能手机等终端连在一起，形成统一的信息通信网络。
(2)电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可以实现无线传输。
(3)接收和研究自然界物体发射的各种电磁波，以探索未知的世界。
2．利用电磁波的能量
(1)太阳光是最常见、最普遍的________能量，被通过不同装置转化为电能或内能；
(2)利用微波______食物；
(3)用于军事方面，如微波定向能武器、______武器等。,
1．如图所示，为空间存在的电场。试对以下结论作出判断。
(1)该电场的周围空间能产生磁场。(　 )
(2)该电场的周围空间能产生均匀变化的磁场。(　 )
(3)变化的电场可以在周围形成电磁波。(　 )
(4)周期性变化的电场可以在周围形成电磁波。(　 )
2．(1)如图，中国女航天员王亚平在“天宫一号”为中小学生授课。思考一下，王亚平授课的视频是怎样传到地面上的？
(2)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？
3.病人在拍片或者做CT时陪同人员需要在门外等候，以避免电磁辐射带来的副作用，请问防辐射门属于电磁污染防护的哪个方面？
新知学习(一)
[任务驱动]
观察上面两幅图，变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗？
[重点释解]
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
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
2．电场、磁场的变化关系
[针对训练]
1．下列有关电磁场理论说法正确的是(　 )
A．法拉第预言了电磁波的存在，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性
B．变化的磁场一定产生变化的电场
C．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场
D．赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦的电磁场理论
2．(多选)如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，下列判断正确的是(　 )
　
A．甲图能产生电场，不能产生电磁波
B．乙图能产生电场，不能产生电磁波
C．丙图能产生电场，不能产生电磁波
D．丁图能产生电场，也能产生电磁波
新知学习(二)|电磁波
[重点释解]
1．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。
(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c＝3.0×108 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．波长、频率与波速之间的关系
波速＝波长×频率，即v＝λf。
(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。所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中速度小。
(2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。
(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：v＝c。
[典例体验]
[典例]　波长为0.6 μm的红光，从10 m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？它的频率是多少？(c＝3×108 m/s)
尝试解答：
[针对训练]
1．下列关于电磁波的说法正确的是(　 )
A．麦克斯韦从理论上预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在
B．电磁波在真空和介质中的传播速度相同
C．电磁振荡可以产生电磁波，若波源的电磁振荡停止，其发射到空间的电磁波随即消失
D．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机
2．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，变化的磁场周围产生变化的电场，两者互相联系，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
C．电磁波是一种物质，可在真空中传播。所以，平时说真空没有实物粒子，但不等于什么都没有，还有“场”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
新知学习(三)|电磁波谱
[任务驱动]
如图所示为光学侦察卫星，采用先进的自适应光学成像技术，地面分辨率最高可达0.1米。那么，你知道它上面携带的相机在夜间进行红外摄像时工作在什么波段吗？该波段有什么特点？
[重点释解]
1．各种电磁波的共性
(1)在本质上都是电磁波，遵循相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵循公式v＝λf，在真空中的传播速度都是c＝3×108 m/s。
(3)传播都不需要介质。
2．电磁波谱图：各电磁波按波长从大到小或频率从低到高可排列成如图电磁波谱。
3．不同电磁波的应用
电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
频率(Hz) 由左向右，频率由低到高
真空中波长 由左向右，波长由长到短
特性 波动性强 热作用强 感光性强 化学作用，荧光效应 穿透力强 穿透力最强
用途 通信、广播、导航 加热、遥测、遥感、红外摄像、红外制导 照明、照相等 日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等 检测、探测、透视、治疗 探测、治疗
[针对训练]
1.如图所示是医生用计算机辅助某种射线断层摄影(简称“CT”)检查身体的情况，这种能穿透身体的射线是(　 )
A．X射线　　　　　　 B．红外线
C．紫外线 D．可见光
2．第五代移动通信技术，简称5G,5G将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、自动驾驶技术等将逐一实现。5G应用3 300 MHz～5 000 MHz频段的无线电波传送信号，相比于现有的4G(1 880 MHz～2 635 MHz频段)而言，5G所应用的无线电波(　 )
A．在真空中的波长更长
B．在真空中的波长更短
C．在真空中的传播速度更小
D．在真空中的传播速度更大
一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养
?科学思维——电磁波的传播
1．(选自人教版教材课后练习)中国航天员在天宫一号目标飞行器上成功进行了太空授课(如图)。已知天宫一号目标飞行器轨道半径为6 740 km，地球半径为6 400 km，试计算航天员讲课的实时画面从天宫一号目标飞行器发至地面接收站，最少需要多少时间？
?科学探究——利用收音机探测电磁波
2．(选自粤教版教材“实验与探究”)打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播。然后开大音量。如图所示，在收音机附近，将一根导线的一端连接电池的一个电极，另一端反复碰触电池的另一电极，会发现什么现象？为什么会产生这种现象？
二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值
1.与传统的热传导测温仪相比，红外线测温仪具有操作简单、防交叉感染、测温效率高等特点，下列说法正确的是(　 )
A．当人体温度超过37 ℃时才向外辐射红外线
B．红外线属于电磁波，其波长小于紫外线的波长
C．红外线测温仪是依据人体温度越高人体辐射的红外线强度越大来测体温的
D．红外线测温仪工作原理跟传统水银体温计原理一样，都是利用热胀冷缩原理
2．如图所示，共享单车打通了公共交通的“最后一公里”，方便了居民出行。共享单车上的定位技术，可以给单车精准定位。单车在被骑行过程中车内电池自行充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电。用户仅需用手机上的客户端软件(APP)扫描二维码，即可自动开锁，骑行时手机APP上能实时显示单车的位置，骑行到指定的停车区域时才可以顺利还车；还车关锁后APP就显示计时、计价、里程等信息。根据以上信息，下列说法正确是(　 )
A．单车是利用电磁感应原理实现充电的
B．单车和手机之间是利用声波传递信息的
C．单车某个时刻的位置是主要借助用户手机确定的
D．由手机APP上的显示信息，可求出骑行的平均速度
第4节　电磁波的发现及其应用
落实必备知识
[预读教材]
一、　
1．(1)电场　(2)磁场
二、　
1．(2)变速　(3)光速　电磁波　(4)干涉
三、　
2．(1)电磁波　(2)加热　(3)激光
[情境创设]
1．(1)√　(2)×　(3)×　(4)√
2．(1)提示：通过电磁波来传递。
(2)提示：根据体温越高，辐射红外线越强的原理。
3．提示：属于从电磁波的传播途径来进行防护。
强化关键能力
新知学习(一)　
[任务驱动]
提示：变化的磁场产生的电场的电场线是闭合的，而静电场中的电场线不是闭合的。
[针对训练]
1．选D　麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦的电磁场理论，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，A错误，D正确；均匀变化的磁场产生恒定的电场，B错误；均匀变化的电场产生恒定的磁场，C错误。
2．选BD　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，甲不能产生电场；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，乙不能产生电磁波。故选B、D。
新知学习(二)　
[典例]　解析：由速度公式v＝可求得时间，根据电磁波波长、频率和波速关系式c＝λf可得频率，
其中t＝＝ s≈3.33×10－8 s
由c＝λf得f＝＝ Hz＝5×1014 Hz。
答案：3.33×10－8 s　5×1014 Hz
[针对训练]
1．选A　麦克斯韦从理论上预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，A正确；电磁波在真空中的传播速度比在介质中的传播速度大，B错误；电磁振荡可以产生电磁波，若波源的电磁振荡停止，其发射到空间的电磁波不会消失，C错误；常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，D错误。
2．选A　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，均匀变化的电场周围产生的是稳定的磁场，所以A项错误。
新知学习(三)　
[任务驱动]
提示：红外摄像时工作在红外线波段，该波段的主要特点是热效应。
[针对训练]
1．选A　X射线具有较强的穿透能力，在医学上常用来检查身体，A正确。
2．选B　5G应用3 300 MHz～5 000 MHz频段的无线电波传送信号，4G应用1 880 MHz～2 635 MHz 频段的无线电波传送信号，则5G信号的频率比4G信号高，由λ＝可知5G电波比4G电波在真空中的波长更短，A错误，B正确；根据麦克斯韦电磁场理论，可知任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，C、D错误。
浸润学科素养和核心价值
一、　
1．解析：空间实验室至地面接收站的最短距离x＝(6 740－6 400) km＝340 km，电磁波的传播速度c＝3.0×108 m/s，故传播的最短时间t＝＝ s≈1.13×10－3 s
答案：1.13×10－3 s
2．提示：当导线另一端反复碰触电池的另一电极时，收音机会发出“喀喀”声，这是因为电路中有迅速变化的电流，即在导线周围产生了变化磁场，变化的磁场又产生了变化的电场，电磁场向周围传播形成了电磁波，对收音机所接收到的电磁波产生了干扰。
二、　
1．选C　无论人体温度高低都会向外辐射红外线，故A错误；红外线属于电磁波，其波长大于紫外线的波长，故B错误；红外线测温仪是依据人体温度越高人体辐射的红外线强度越大来测体温的，故C正确，D错误。
2．选A　单车在被骑行过程中车内电池自行充电，是通过安装在轮轴处的发电机实现的，所以单车是利用电磁感应原理实现充电的，故A正确；单车和手机之间是利用电磁波传递信息的，故B错误；由题意可知单车某个时刻的位置主要是借助单车上的定位系统确定的，故C错误；由手机APP上的显示信息，可知时间和里程(即路程)，而无法得知位移，所以只能求出骑行的平均速率，不能求出平均速度，故D错误。
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电磁波的发现及其应用
第 4 节
核心素养导学
物理观念 (1)了解麦克斯韦电磁场理论的内容。
(2)知道电磁波的形成及赫兹的实验结论。
(3)知道电磁波在真空中传播的速度及波长、频率和波速的关系。
(4)了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息化等领域的主要应用。
科学思维 (1)了解赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验过程及实验方法。
(2)理解电磁波的形成与传播。
科学态度与责任 (1)领会在电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法和科学精神。
(2)领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。
续表
1
四层学习内容1落实必备知识
2
四层学习内容2强化关键能力
3
四层学习内容3·4浸润学科素养和核心价值
CONTENTS
目录
4
课时跟踪检测
四层学习内容1落实必备知识
一、电磁场
1.麦克斯韦的电磁理论
(1)变化的磁场能够在周围空间产生_____;
(2)变化的电场能够在周围空间产生______。
2.电磁场:变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体。
电场
磁场
二、电磁波和电磁波谱
1.电磁波
(1)定义:变化的电磁场在空间的传播形成电磁波。
(2)产生条件:做_______运动的电荷都会在空间产生电磁波。
(3)麦克斯韦预言:麦克斯韦从理论上预见了电磁波的存在，其传播速度等于______，由此认为光是__________的一种形态。
(4)赫兹实验:赫兹用实验证实了电磁波的存在，证实了电磁波的传播速度等于光速，且能产生反射、折射、_____、衍射等现象。
(5)波长、频率和光速的关系:c=λf。
变速
光速
电磁波
干涉
2.电磁波谱
(1)概念:按波长(或频率)的顺序把所有电磁波排列起来，称之为电磁波谱。
(2)电磁波谱组成:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
(3)各种电磁波的用途
①无线电波主要用于通信、广播和电视等方面;
②可见光部分能作用于眼睛引起视觉;
③X射线、γ射线可用于育种和医疗等不同领域。
三、电磁波的应用
1.电磁波用于传递信息
(1)电信网、广播网和互联网将计算机和智能手机等终端连在一起，形成统一的信息通信网络。
(2)电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可以实现无线传输。
(3)接收和研究自然界物体发射的各种电磁波，以探索未知的世界。
2.利用电磁波的能量
(1)太阳光是最常见、最普遍的_________能量，被通过不同装置转化为电能或内能;
(2)利用微波______食物;
(3)用于军事方面，如微波定向能武器、_____武器等。
电磁波
加热
激光
1.如图所示，为空间存在的电场。试对以下结论作出判断。
(1)该电场的周围空间能产生磁场。 ( )
(2)该电场的周围空间能产生均匀变化的磁场。( )
(3)变化的电场可以在周围形成电磁波。( )
(4)周期性变化的电场可以在周围形成电磁波。( )
√
×
×
√
2.(1)如图，中国女航天员王亚平在“天宫一号”为中小学生授课。思考一下，王亚平授课的视频是怎样传到地面上的
提示:通过电磁波来传递。
(2)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。
3.病人在拍片或者做CT时陪同人员需要在门外等候，以避免电磁辐射带来的副作用，请问防辐射门属于电磁污染防护的哪个方面
提示:属于从电磁波的传播途径来进行防护。
四层学习内容2强化关键能力
观察上面两幅图，变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗
　　
提示:变化的磁场产生的电场的电场线是闭合的，而静电场中的电场线不是闭合的。
新知学习(一)|麦克斯韦电磁场理论
任务驱动
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
重点释解
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
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
2.电场、磁场的变化关系
1.下列有关电磁场理论说法正确的是 (　 )
A.法拉第预言了电磁波的存在，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性
B.变化的磁场一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场产生均匀变化的磁场
D.赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦的电磁场理论
针对训练
√
解析:麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦的电磁场理论，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，A错误，D正确;均匀变化的磁场产生恒定的电场，B错误;均匀变化的电场产生恒定的磁场，C错误。
2.(多选)如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，下列判断正确的是 (　 )
A.甲图能产生电场，不能产生电磁波
B.乙图能产生电场，不能产生电磁波
C.丙图能产生电场，不能产生电磁波
D.丁图能产生电场，也能产生电磁波
√
√
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，甲不能产生电场;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，乙不能产生电磁波。故选B、D。
1.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。
(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。
重点释解
新知学习(二)　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c=3.0×108 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.波长、频率与波速之间的关系
波速=波长×频率，即v=λf。
(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。所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中速度小。
(2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。
(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同:v=c。
　[典例]　波长为0.6 μm的红光，从10 m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间 它的频率是多少 (c=3×108 m/s)
[答案]　3.33×10-8 s　5×1014 Hz
[解析]　由速度公式v=可求得时间，根据电磁波波长、频率和波速关系式c=λf可得频率，其中t== s≈3.33×10-8 s
由c=λf得f== Hz=5×1014 Hz。
典例体验
1.下列关于电磁波的说法正确的是 (　 )
A.麦克斯韦从理论上预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在
B.电磁波在真空和介质中的传播速度相同
C.电磁振荡可以产生电磁波，若波源的电磁振荡停止，其发射到空间的电磁波随即消失
D.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机
针对训练
√
解析:麦克斯韦从理论上预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，A正确;电磁波在真空中的传播速度比在介质中的传播速度大，B错误;电磁振荡可以产生电磁波，若波源的电磁振荡停止，其发射到空间的电磁波不会消失，C错误;常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，D错误。
2.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，变化的磁场周围产生变化的电场，两者互相联系，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
C.电磁波是一种物质，可在真空中传播。所以，平时说真空没有实物粒子，但不等于什么都没有，还有“场”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
√
解析: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，均匀变化的电场周围产生的是稳定的磁场，所以A项错误。
如图所示为光学侦察卫星，采用先进的自适应光学成像技术，地面分辨率最高可达0.1米。那么，你知道它上
面携带的相机在夜间进行红外摄像时工作
在什么波段吗 该波段有什么特点
提示:红外摄像时工作在红外线波段，该
波段的主要特点是热效应。
任务驱动
新知学习(三)　电磁波谱
1.各种电磁波的共性
(1)在本质上都是电磁波，遵循相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵循公式v=λf，在真空中的传播速度都是c=3×108 m/s。
(3)传播都不需要介质。
重点释解
2.电磁波谱图:各电磁波按波长从大到小或频率从低到高可排列成如图电磁波谱。
3.不同电磁波的应用
电磁 波谱 无线 电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
频率 (Hz) 由左向右，频率由低到高 真空 中波长 由左向右，波长由长到短 特性 波动 性强 热作 用强 感光 性强 化学作用，荧光效应 穿透 力强 穿透
力最强
用途 通信、 广播、 导航 加热、遥测、遥感、红外摄像、红外制导 照明、照相等 日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等 检测、 探测、 透视、 治疗 探测、
治疗
续表
1.如图所示是医生用计算机辅助某种射线断层摄影(简称“CT”)检查身体的情况，这种能穿透身体的射线是 (　 )
A.X射线　　　　　　 B.红外线
C.紫外线 D.可见光
解析:X射线具有较强的穿透能力，在医学上常用来检查身体，A正确。
针对训练
√
2.第五代移动通信技术，简称5G，5G将开启万物互联时代:
车联网、物联网、智慧城市、自动驾驶技术等将逐一实现。5G应用
3 300 MHz~5 000 MHz频段的无线电波传送信号，相比于现有的4G
(1 880 MHz~2 635 MHz频段)而言，5G所应用的无线电波 (　 )
A.在真空中的波长更长
B.在真空中的波长更短
C.在真空中的传播速度更小
D.在真空中的传播速度更大
√
解析:5G应用3 300 MHz~5 000 MHz频段的无线电波传送信号，4G应用1 880 MHz~2 635 MHz 频段的无线电波传送信号，则5G信号的频率比4G信号高，由λ=可知5G电波比4G电波在真空中的波长更短，A错误，B正确;根据麦克斯韦电磁场理论，可知任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，C、D错误。
四层学习内容3·4浸润学科素养和核心价值
一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养
科学思维——电磁波的传播
1.(选自人教版教材课后练习)中国航天员在天宫一号目标飞行器上成功进行了太空授课(如图)。已知天宫一号目标飞行器轨道半径为
6 740 km，地球半径为6 400 km，试计算
航天员讲课的实时画面从天宫一号目标
飞行器发至地面接收站，最少需要多少
时间
答案:1.13×10-3 s
解析:空间实验室至地面接收站的最短距离x=(6 740-6 400) km
=340 km，电磁波的传播速度c=3.0×108 m/s，
故传播的最短时间t== s≈1.13×10-3 s
科学探究——利用收音机探测电磁波
2.(选自粤教版教材“实验与探究”)打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播。然后开大音量。如图所示，在收音机附近，将一根导线的一端连
接电池的一个电极，另一端反复
碰触电池的另一电极，会发现什
么现象 为什么会产生这种现象
提示:当导线另一端反复碰触电池的另一电极时，收音机会发出“喀喀”声，这是因为电路中有迅速变化的电流，即在导线周围产生了变化磁场，变化的磁场又产生了变化的电场，电磁场向周围传播形成了电磁波，对收音机所接收到的电磁波产生了干扰。
二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值
1.与传统的热传导测温仪相比，红外线测温仪具有操作简单、防交叉感染、测温效率高等特点，下列说法正确的是 (　 )
A.当人体温度超过37 ℃时才向外辐射红外线
B.红外线属于电磁波，其波长小于紫外线的波长
C.红外线测温仪是依据人体温度越高人体辐射的红外线强度越大来测体温的
D.红外线测温仪工作原理跟传统水银体温计原理一样，都是利用热胀冷缩原理
√
解析:无论人体温度高低都会向外辐射红外线，故A错误;红外线属于电磁波，其波长大于紫外线的波长，故B错误;红外线测温仪是依据人体温度越高人体辐射的红外线强度越大来测体温的，故C正确，D错误。
2.如图所示，共享单车打通了公共交通的“最后一公里”，方便了居民出行。共享单车上的定位技术，可以给单车精准定位。单车在被骑行过程中车内电池自行充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电。用户仅需用手机上的客户端软件(APP)扫描二维码，即可自动开锁，骑行时手机APP上能实时显示单车的位置，骑行到指定的停车区域时
才可以顺利还车;还车关锁后APP就显示计时、计价、里程等信息。根据以上信息，下列说法正确是 (　 )
A.单车是利用电磁感应原理实现充电的
B.单车和手机之间是利用声波传递信息的
C.单车某个时刻的位置是主要借助用户手机确定的
D.由手机APP上的显示信息，可求出骑行的平均速度
√
解析:单车在被骑行过程中车内电池自行充电，是通过安装在轮轴处的发电机实现的，所以单车是利用电磁感应原理实现充电的，故A正确;单车和手机之间是利用电磁波传递信息的，故B错误;由题意可知单车某个时刻的位置主要是借助单车上的定位系统确定的，故C错误;由手机APP上的显示信息，可知时间和里程(即路程)，而无法得知位移，所以只能求出骑行的平均速率，不能求出平均速度，故D错误。
课时跟踪检测
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A级——学考达标
1.下列说法不正确的是(　 )
A.光是一种电磁波
B.电磁波是一种物质
C.爱因斯坦提出了相对论时空观
D.麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在
解析:赫兹用实验证实了电磁波的存在，其余选项表述正确，故选D。
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2.“神舟十三号”载人飞船于2021年10月16日凌晨成功发射，在轨运行6个月后于2022年4月16日返回地球。在发射与回收过程中，地面测控站对飞船进行跟踪测量与控制时，传输信号所使用的是电磁波谱中的 (　 )
A.红外线　　　　　　　 B.无线电波
C.紫外线 D.X射线
解析:在发射与回收过程中，地面测控站对飞船进行跟踪测量与控制时，传输信号所使用的是电磁波谱中的无线电波，故选B。
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3.图为空间中电场的电场强度E或磁场的磁感应强度B随时间t变化的情况，其中能在空间中产生电磁波的是 (　 )
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解析:已知变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波，图A中，电场恒定，不产生磁场，不能产生电磁波，故A错误;图B中，电场均匀变化，产生恒定的磁场，不能产生电磁波，故B错误;图C中，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，能产生电磁波，故C正确;图D中，均匀变化的磁场，产生恒定的电场，不能产生电磁波，故D错误。
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4.关于电磁场，下列说法中不正确的是 (　 )
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
解析: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，故A错误。
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5.1864年，麦克斯韦预言了电磁波的存在;1886年，赫兹在实验室探测到了电磁波。关于在真空中的电磁波，下列说法正确的是 (　 )
A.波长越大，频率越大 B.波长越大，频率越小
C.波长越大，波速越大 D.波长越大，波速越小
解析:在真空中，所有电磁波的传播速度一定，都等于光速，所以波速与波长、频率无关，根据公式c=λf可知波长越大，频率越小，B正确，A、C、D错误。
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6.(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是 (　 )
A.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B.γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C.紫外线比紫光波长长，可以用来消毒
D.在电磁波谱中红外线穿透力最强，可以摧毁病变的细胞
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解析:X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，A正确;γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，B正确;在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，紫外线比紫光波长短，C错误;γ射线穿透力最强，可以摧毁病变的细胞，D错误。
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7.下列有关各种家用电器的物理问题说法正确的是 (　 )
A.电饭煲和电风扇的工作原理相同
B.电视机和收音机都是依靠接收电磁波工作
C.家用微波炉产生的微波是波长很短的机械波
D.电饭煲煮相同的饭量其耗电量夏天与冬天一样多
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解析:电饭煲的工作原理是电流的热效应，而电风扇的工作原理是通电导线在磁场中受力而运动，两者原理不同，A错误;电视机和收音机都是依靠接收电磁波工作，B正确;微波是电磁波，不是机械波，C错误;电饭煲煮相同的饭量其耗电量夏天比冬天少，D错误。
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8.使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是:4.2×1014~7.8×1014 Hz，则蓝牙通信的电磁波 (　 )
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A.是蓝光
B.波长比手机通信的电磁波短
C.在真空中的传播速度大小为340 m/s
D.在真空中的传播速度比可见光传播的速度小
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解析:由题意可得，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，故不可能是蓝光，故A错误;由图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，由c=λf可知，频率越大，波长越短，故蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波短，故B正确;在真空中电磁波的传播速度大小均为c=3×108 m/s，故C、D错误。
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B级 选考进阶
9.电磁波在真空中传播的速度c=3×108 m/s，有一个广播电台的频率f=90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ约为(　 )
A.2.70 m　　　　　　　 B.270 m
C.3.00 m D.3.33 m
解析:根据c=λf可得，λ= m≈3.33 m。故选D。
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10.(2023·泸州高二调研)北京时间2024年5月28日，经过约8.5小时的出舱活动，神舟十八号航天员叶光富、李聪、李广苏密切协同，在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下，圆满完成出舱活动全部既定任务，出舱活动取得圆满成功。航天员出舱的
画面是通过电磁波传输到地面接收站，空间
站离地高度约为400 km，下列关于电磁波的
说法正确的是 (　 )
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A.电磁波的波长越长，其在真空中的波速越快
B.只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
C.航天员出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014 s
D.赫兹通过实验捕捉到电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论
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解析:电磁波在真空中的波速均为光速，故A错误;根据麦克斯韦的电磁场理论可知，周期性变化的磁场或电场，其周围产生电磁波，故B错误;电磁波在真空中或空气中传播的速度v=3.0×108 m/s，空间站到地球表面的距离s=4×105 m，电磁波从空间站传播到地面的时间为t== s≈0.001 3 s，故C错误;麦克斯韦提出了电磁场理论，1886年，赫兹通过实验捕捉到电磁波，后来他又做了大量的实验，证明了电磁波的存在，故D正确。
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11.为了体现高考的公平、公正，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报文信号时形成乱码干扰，从而让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，手机表现为搜索网络、无信号、无服务系统等现象。由以上信息可知 (　 )
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A.由于手机信号屏蔽器的作用，考场内没有电磁波了
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.手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的的
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解析:电磁波在空间的存在，不会因手机信号屏蔽器而消失，故A错误;电磁波可以在真空中传播，B错误;由题意知手机信号屏蔽器工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描，干扰由基站发出的电磁波信号，使手机不能正常工作，故C错误，D正确。
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12.我们的生活已经离不开电磁波，如:GPS定位系统使用频率为10.23 MHz(1 MHz=106 Hz)的电磁波，手机工作时使用频率为800~1 900 MHz 的电磁波，家用5GWi Fi使用频率约为5 725 MHz的电磁波，地铁行李安检时使用频率为1018 Hz 的电磁波。关于这四种电磁波的说法正确的是 (　 )
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A.家用5GWi Fi电磁波的波长最长
B.GPS定位系统使用的电磁波在真空中的速度最大
C.地铁行李安检时使用的电磁波利用了其穿透本领
D.手机工作时使用的电磁波是频率范围最大的，因此在真空中传播的速度范围也最大
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解析:电磁波波长越长，频率越小，GPS定位系统的电磁波波长最长，故A错误;电磁波在真空中传播速度是相同的，都是光速，与频率无关，故B、D错误;地铁行李安检时使用的电磁波利用了其穿透本领，故C正确。
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13.红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。下图为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为 (　 )
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A.2.5~3.5 μm B.4~4.5 μm
C.5~7 μm D.8~13 μm
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解析:由题图可知水对电磁波吸收的波长范围为0~8 μm和大于13 μm，二氧化碳对电磁波吸收的波长范围为3~5 μm和大于13 μm，所以能够通过大气层被遥感卫星接收的波长范围为8~13 μm，D正确，A、B、C错误。
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4课时跟踪检测(十七)　电磁感应现象及其应用
(选择题：1～9小题，每小题4分；11～12小题，每小题6分。本检测卷满分70分)
A级——学考达标
1．奥斯特发现电流磁效应，使整个科学界受到了极大的震动，通过对电流磁效应的逆向思维，人们提出的问题是(　 )
A．电流具有热效应　　　　 B．电流具有磁效应
C．磁能生电 D．磁体具有磁化效应
2. (多选)下列说法正确的是(　 )
A．法拉第发现电磁感应现象只是一种偶然
B．其他人在研究过程中没有收获是因为没有穷追到底
C．科学家对自然现象、自然规律的某些“信念”，在科学发现中起着重要作用
D．成功属于坚持不懈的有心人
3.穿过闭合回路的磁通量发生变化时就能产生感应电流。如图所示，竖直平面内一矩形导线框向下运动，穿过有上下边界且方向水平的匀强磁场区域，经过P、M、N三个位置时没有感应电流的是(　 )
A．M位置 B．P位置
C．N位置 D．都没有
4．如图所示，连接负载的固定U型金属导轨abcd，放置在与导轨平面垂直的匀强磁场中。导轨上有一根可自由滑动的金属棒ef，在金属棒向左平移的过程中。下列说法正确的是(　 )
A．穿过ebcf回路的磁通量不变
B．穿过ebcf回路的磁通量变小
C．ae段有电流通过
D．bc段有电流通过
5．如图所示，矩形线圈abcd位于通电直导线附近，且开始时与导线在同一平面，线圈的两条边与导线平行，下列不能使线圈中产生感应电流的操作是(　 )
A．线圈向右平动
B．线圈向上平动
C．以bc边为轴转过一个角度
D．线圈不动，增大直导线中的电流
6．如图所示，在垂直于纸面区域足够大的匀强磁场中，有一个矩形线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2是线圈的对称轴，以下操作能使线圈产生感应电流的是(　 )
A．使线圈垂直纸面向外平移
B．使线圈沿bd平移
C．使线圈沿ac平移
D．使线圈绕O1O2转动
7．如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反，竖直面内的金属圆环的直径O1O2与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生感应电流的是(　 )
A．同时增大B1减小B2
B．让金属圆环以直径O1O2为轴转动90°过程中
C．向右平移金属圆环
D．同时以相同的变化率增大B1和B2
8．如图所示，将带铁芯的线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连接到灵敏电流计上，把线圈A放进线圈B的里面。下面几种情况灵敏电流计指针不可能偏转的是(　 )
A．闭合开关瞬间
B．开关闭合且电路稳定后
C．开关闭合，拔出线圈A中铁芯的过程中
D．开关闭合，将滑动变阻器的滑片P向左匀速滑动的过程中
9.如图所示，在条形磁铁的外面套着一个闭合金属弹簧线圈P，现用力向四周拉弹簧线圈，使线圈包围的面积变大，则下列关于穿过弹簧线圈磁通量的变化以及线圈中是否有感应电流产生的说法正确的是(　 )
A．磁通量增大，有感应电流产生
B．磁通量增大，无感应电流产生
C．磁通量减小，有感应电流产生
D．磁通量减小，无感应电流产生
10．　(10分)为了探究电磁感应现象的产生条件，如图给出了必备的实验仪器。
(1)请你用笔画线代替导线，将实验电路连接完整。
(2)正确连接实验电路后，在闭合开关时灵敏电流计的指针发生了偏转。开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片，灵敏电流计的指针______偏转(选填“发生”或“不发生”)。断开开关时灵敏电流计的指针______偏转(选填“发生”或“不发生”)。
B级——选考进阶
11．如图所示，把一个铜环先后放入甲、乙两个足够大磁场中，甲为匀强磁场，乙为非匀强磁场。磁场的中心轴AB、A′B′垂直铜环的平面且通过圆心，OO′为圆环的竖直对称轴。下列说法正确的是(　 )
A．将铜环沿AB、A′B′方向移动，甲、乙两图中的铜环都有感应电流
B．将铜环绕OO′轴转动，甲、乙两图中的铜环都有感应电流
C．将铜环绕轴AB、A′B′旋转，甲、乙两图中的铜环都有感应电流
D．将铜环沿垂直AB、A′B′方向上下来回移动，甲、乙两图中的铜环都有感应电流
12．有人发明了一种“发电地板”，如图所示，发电地板的主要部件由永磁体和线圈组成，行人或车辆通过时，挤压地板使永磁体和线圈发生相对运动，使其发电。该发电地板的工作原理与下列哪个选项的实验原理相同(　 )
13．　(12分)如图所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计G相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况中，电流计G中是否有示数？
(1)开关闭合瞬间；
(2)开关闭合稳定后；
(3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器的滑片；
(4)开关断开瞬间。
课时跟踪检测(十七)
1．选C　电流的磁效应说明电流能产生磁场，逆向考虑应该是“磁能生电”，C正确。
2．选BCD　法拉第和其他同时代从事电磁感应研究的科学家有着共同的信念：自然界应该是和谐统一的。正因为在这种信念影响下从事研究，才在科学上有所发现，但有些人往往没有穷追到底，所以没能取得最后的成功，故B、C正确；法拉第发现电磁感应除了有坚定的信念，同时还具有踏实、客观的科学态度，十年坚持不懈的努力，终于取得了重大突破，所以A错误，D正确。
3．选A　P、N位置磁通量发生了变化，M位置磁通量没有发生变化，则M位置没有感应电流。故A正确，B、C、D错误。
4．选D　因为ebcf回路的面积变大，由Φ＝BS知穿过ebcf回路的磁通量变大，A、B错误；因为ae段不在闭合回路里，即无电流，C错误；因为穿过ebcf闭合回路的磁通量变大，即有感应电流产生，故bc段有电流通过，D正确。
5．选B　当线圈向右移动，逐渐远离线圈，穿过线圈的磁场的磁感应强度减小，即穿过线圈的磁通量减小，故产生感应电流，A不符合题意；当线圈向上平动，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流，B符合题意；以bc边为轴转过一个小角度，穿过线圈的磁通量减小，故产生感应电流，C不符合题意；线圈不动，增大直导线中的电流，磁场增大，穿过线圈的磁通量增大，会产生感应电流，D不符合题意。
6．选D　使线圈垂直纸面向外平移，穿过线圈的磁通量不发生变化，无感应电流产生，故A错误；使线圈沿bd平移和沿ac平移，穿过线圈的磁通量不发生变化，无感应电流产生，故B、C错误；使线圈绕O1O2转动，穿过线圈的磁通量不断变化，产生感应电流产生，故D正确。
7．选A　同时增大B1减小B2，则穿过圆环的磁通量向里增加，会产生感应电流，A正确；让金属圆环以直径O1O2为轴转动90°过程中，穿过线圈的合磁通量总是零，无感应电流产生，B错误；向右平移金属圆环，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流，C错误；同时以相同的变化率增大B1和B2，穿过线圈的合磁通量不变，无感应电流，D错误。
8．选B　闭合开关瞬间，线圈B中磁通量瞬间变大，有感应电流产生，则指针会发生偏转，故A错误；开关闭合，电路稳定后电流不发生变化，通过线圈B的磁通量无变化，无感应电流产生，故指针不发生偏转，故B正确；拔出线圈A中铁芯的过程，线圈A中磁场变弱，则通过线圈B的磁通量减小，有感应电流产生，则指针会发生偏转，故C错误；滑片P向左匀速滑动过程中，接入电路的电阻发生变化，电流发生变化，线圈A产生的磁场发生变化，通过线圈B的磁通量变化，有感应电流产生，则指针发生偏转，故D错误。
9．选C　线圈内部磁感线的分布如图所示(从上向下看)。由于垂直纸面向外和垂直纸面向里的磁感线要相互抵消一部分，当弹簧线圈P的面积扩大时，垂直纸面向里的磁感线条数增加，而垂直纸面向外的磁感线条数是一定的，故磁通量将减小，回路中会有感应电流产生，选项C正确。
10．解析：(1)A线圈与滑动变阻器、电源、开关构成闭合电路，B线圈与灵敏电流计连接构成闭合回路。
(2)迅速移动滑动变阻器的滑片和断开开关都会导致B线圈中的磁通量发生变化，从而使B线圈中产生感应电流，进而让灵敏电流计指针发生偏转。
答案：(1)如图所示　(2)发生　发生
11．选B　将铜环沿AB、A′B′方向移动，甲图中铜环内的磁通量不变，没有感应电流，乙图中铜环内的磁通量发生变化，有感应电流，故A错误；将铜环绕OO′轴转动，甲、乙两图中的铜环内磁通量都发生变化，都有感应电流，故B正确；将铜环绕轴AB、A′B′旋转，甲、乙两图中的铜环内的磁通量都不变，故都没有感应电流，故C错误；将铜环沿垂直AB、A′B′方向上下来回移动，甲图中的铜环内的磁通量不变，没有感应电流，乙图中的铜环内的磁通量变化，有感应电流，故D错误。
12．选C　行人或车辆通过时，挤压地板使永磁体和线圈发生相对运动，使其发电，这是利用电磁感应现象来发电的。A图是奥斯特实验，说明通电导体周围存在磁场，故A错误；B图是探究电磁铁磁性强弱与匝数的关系，利用电流的磁效应工作，故B错误；C图是电磁感应原理图，即闭合回路中的一部分导体做切割磁感线运动，产生感应电流的现象，故C正确；D图是电动机的原理图，即通电导体在磁场中受力运动，故D错误。
13．解析：(1)开关闭合时，线圈Ⅰ中电流从无到有，电流形成的磁场也是从无到有，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从无到有，线圈Ⅱ中磁通量发生变化，因此线圈Ⅱ中产生了感应电流，电流计G有示数。
(2)开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流恒定不变，电流形成的磁场也不变，此时线圈Ⅱ中虽有磁通量穿过，但磁通量恒定不发生变化，则线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计G无示数。
(3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器滑片，滑动变阻器接入电路中的电阻变化，线圈Ⅰ中电流也变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，因此线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计G有示数。
(4)开关断开瞬间，线圈Ⅰ中电流从有到无，电流形成的磁场也从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也是从有到无，因此，线圈Ⅱ中磁通量发生变化，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计G有示数。
答案：(1)有　(2)无　(3)有　(4)有
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