资源简介

(共65张PPT)
2.电磁波 3.电磁波谱
核心
素 养目
标 1.了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点，知道电磁波的概念
及通过电磁波体会电磁场的物质性。
2.体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及方法，领会物理实
验对物理学发展的基础意义。
3.认识电磁波谱，了解电磁波各波段的特点及主要用途
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
1. 麦克斯韦电磁理论的两个基本假设
（1）变化的磁场能够在周围空间产生 。
电场　
（2）变化的电场能够在周围空间产生 。
（3）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，称为 。
磁场　
电磁场　
2. 电磁波
（1）电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场
在空间中由近及远传播形成了 ，如图所示。
（2）电磁波的特点
①电磁波是电磁场的传播，传播过程不需要介质，即可以在
真空中传播，在真空中的传播速度等于 。
电磁波　
光速c　
②电磁波的电场和磁场的方向都与传播方向 ，所以
电磁波是横波。
③电磁波在传播的过程中 不变，始终与振荡电路的
频率相同。
垂直　
频率　
3. 赫兹实验证实了电磁波的存在
德国物理学家 第一次用实验证实了电磁波的存在，测
定电磁波的波长和频率，证实了电磁波的传播速度等于光速，
并证明了电磁波跟所有波动现象一样能产生反射、折射、干
涉、衍射等现象。
电磁波的波速、波长、频率之间的关系： 。
赫兹　
c＝λf　
4. 麦克斯韦理论在物理学发展史上的意义
（1）麦克斯韦在两个基本假设的基础上，建立了电磁场方程，预
言了 的存在，把电磁学发展成为完整的、优美的
理论体系，统一了人们对电磁和光现象的认识，为电和磁的
利用奠定了理论基础。
电磁波　
（2）从麦克斯韦开始，人们认识到场是物质存在的一种基本形
式，它是客观存在的，这大大扩展了人们对自然界的认识和
对整个自然科学的视野。
（3）麦克斯韦理论中的一个重要结论是光在真空中的速率是一个
常量，与参考系无关。爱因斯坦根据这一结论提出了光速不
变原理，建立了狭义相对论，与量子理论一起开创了现代物
理学的新纪元。
知识点二　电磁波谱
1. 把电磁波，按 （或 ）排列起来，就形成了电
磁波谱。
2. 按波长由大到小的顺序，它们分别是无线电波、 、可见
光、 、 和 ，如图所示。电磁波的
频率越高，它的波长就越短。
波长　
频率　
红外线　
紫外线　
X射线　
γ射线　
3. 电磁波的应用
（1）无线电波：波长大于 （频率小于300 GHz）的电磁
波是无线电波，主要用于 和 。
（2）红外线：一切物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物
体的红外辐射 ，主要应用于 、红外摄影等。
（3）紫外线：具有较高的能量，因此可以利用紫外线
；许多物质在紫外线的照射下会发出荧光，根据这一点
可以利用紫外灯鉴别钞票的 。
1 mm　
通信　
广播　
强　
加热　
灭菌消
毒　
真伪　
（4）X射线：穿透能力较 ，在医学上常用 光照片辅助
进行疾病诊断。
（5）γ射线：是从 内发出来的电磁波，能量高，穿透能
力很 。医学上常用 来杀死癌细胞。
强　
X　
原子核　
强　
γ射线　
【情景思辨】
　麦克斯韦在前人的基础上，展开了大胆的猜想与假设，提出了
麦克斯韦电磁理论：变化的电场和变化的磁场彼此不是孤立的，
它们永远密切地联系在一起，相互激发，组成一个统一的电磁场
的整体，预言了电磁波的存在，而赫兹用实验证实了电磁波的存
在。后来实验证明，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射
线、γ射线都是电磁波。
（1）在电场周围，一定存在着和它联系着的磁场。 （　×　）
（2）在变化的磁场周围一定会产生变化的电场。 （　×　）
×
×
（3）周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场。
（　√　）
（4）对于LC振荡电路，在电容器充、放电的过程中，电容器两极板
间周期性变化的电场会产生磁场。 （　√　）
（5）红外线有显著的热效应，紫外线有显著的化学作用。
（　√　）
（6）X射线的穿透本领比γ射线更强。 （　×　）
√
√
√
×
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一　对电磁场与电磁波的理解
【探究】
赫兹实验所用的感应圈是一种利用电磁感应产生数千伏高电压的实验
装置，当电火花在感应圈两个金属球间跳动时，旁边导线环两个小球
间也有电火花跳动，请你解释这种现象。
提示：当火花在感应圈两个金属球间跳动时，必定建立一个快速变化
的电磁场。此变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播，当电磁
波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，
使得导线环的两个小球间也产生了火花。
【归纳】
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. 对电磁波的理解
（1）电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。在真空中，不
同频率的电磁波传播速度是相同的（等于光速）。
（2）不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，
频率越高，波速越小。
3. 电磁波与机械波的比较
机械波 电磁波
研究对象 力学现象 电磁现象
周期性 位移随时间和空间做
周期性变化 电场强度E和磁感应强度B随
时间和空间做周期性变化
机械波 电磁波
传播情况 传播需要介质，波速
与介质有关，与频率
无关 传播无需介质，在真空中波
速等于光速c，在介质中传播
时，波速与介质和频率都有
关
产生机理 由质点（波源）的振
动产生 由电磁振荡激发
是横波还是纵
波 可能是横波，也可能
是纵波 横波
干涉和衍射 可以发生干涉和衍射
【典例1】　（多选）关于电磁场的理论，下列说法中正确的是（　）
A. 变化的电场周围产生的磁场一定是变化的
B. 变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的
C. 均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的
D. 振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场
解析：均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化
的磁场，振荡电场产生同频率的振荡磁场，均匀变化的磁场产生恒定
的电场，故B、D正确，A、C错误。
规律总结
（1）变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的，而静电场中的电
场线是不闭合的。
（2）①振荡电场（即周期性变化的电场）产生同频率的振荡磁场。
②振荡磁场（即周期性变化的磁场）产生同频率的振荡电场。
1. 如图所示的四种变化电场，能形成电磁波的是（　　）
解析： 　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，会产生同频率周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又
产生周期性变化的电场，电磁场交替向外传播形成电磁波，选项D
正确，A、B、C错误。
2. 在LC振荡电路中，电容器C的带电荷量q随时间t变化的图像如图所
示。该振荡电路产生的电磁波在真空中的波长为多少？
答案：1 200 m
解析：由题图可知，电磁振荡周期T＝4×10－6 s，
那么电磁波的波长为
λ＝cT＝3×108×4×10－6 m＝1 200 m。
要点二　电磁波谱的理解和应用
1. 电磁波的特性
（1）它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各
波段之间的区别并没有绝对的意义。
（2）都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108
m/s。
（3）它们的传播都不需要介质。
（4）它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
2. 不同波段电磁波的比较
（1）不同波段电磁波的波长（频率）不同，表现出不同的特
性，波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短穿透
能力越强。
（2）同频率的电磁波，在不同介质中速度不同。不同频率的电
磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速
度越小。
（3）产生机理不同
无线电波 振荡电路中电子周期性运动产生
红外线、可见光和紫外线 原子的外层电子受激发后产生
X射线 原子的内层电子受激发后产生
γ射线 原子核受激发后产生
（4）用途不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥
感技术，紫外线用于杀菌消毒，X射线应用于医学上的X光照
片，γ射线检查金属部件的缺陷等。
【典例2】　下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现
象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。
（1）X光机， 。
D　
解析： X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有
较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此
采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线，因
此选择D。
（2）紫外线灯， 。
C　
解析：紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择C。
（3）用理疗“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神
灯”是利用 。
A. 光的全反射
B. 紫外线具有很强的荧光作用
C. 紫外线具有杀菌消毒作用
D. X射线的很强的贯穿力
E. 红外线具有显著的热效应
F. 红外线波长较长，易发生衍射
E　
解析：“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，
它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加
快，因此选择E。
特别提醒
　　X射线与γ射线都具有穿透能力，但γ射线的穿透能力更强，X射
线能穿透人体，通常用作人体透视，而γ射线可以穿过几厘米厚的铅
板，可以用于探测金属内部的缺陷。
1. （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穿透作用，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. 紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D. 在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
解析： 　X射线对生命物质有较强的穿透作用，过量的X射线辐
射会引起生物体的病变，故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，故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，而波长越大，越容易发生干
涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，无
线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。
2. 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。
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. （多选）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
C. 周期性变化的电场和周期性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
解析： 　恒定的电场周围不存在磁场，恒定的磁场周围不存
在电场，所以D错误。
2. （多选）下列关于电磁波的说法中，正确的是（　　）
A. 电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B. 电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s
C. 电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短
D. 只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波
解析： 　由电磁波的定义可知，电磁波是电磁场由发生区域向
远处的传播。电磁波只有在真空中的传播速度才为3.0×108 m/s，
在其他介质中的传播速度小于3.0×108 m/s。电磁波从一种介质进
入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变化，可知由真空进入
介质传播时，波长将变短。只有周期性变化的电场和磁场才能产生
电磁波。故选A、C。
3. （多选）应用麦克斯韦电磁场理论判断下列表示电场产生磁场（或
磁场产生电场）的关系图像中（每个选项中的上图是表示变化的
场，下图是表示变化的场产生的另外的场）正确的是（　　）
解析： 　A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦电磁场理论
可知，其周围空间不会产生电场，错误；B图中的上图是均匀变化
的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，正确；C图
中的上图是周期性变化的磁场，它能产生同频率周期性变化的电
场，当磁感应强度的变化率最大时，感应电场最强，正确；D图的
上图是周期性变化的电场，在其周围空间产生周期性变化的磁场，
当电场强度的变化率最大时，则感应磁场应最强，错误。
4. 按频率由小到大，电磁波谱的排列顺序是（　　）
A. 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线
B. 无线电波、可见光、红外线、紫外线、X射线、γ射线
C. γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波
D. 红外线、无线电波、可见光、紫外线、γ射线、X射线
解析： 　波长越长，频率越小，按照波长逐渐变小，即频率逐渐
变大的顺序，电磁波谱的排列顺序为无线电波、红外线、可见光、
紫外线、X射线、γ射线，故A正确，B、C、D错误。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
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题组一　对电磁场与电磁波的理解
1. 下列说法中正确的是（　　）
A. 任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周
围空间产生同频率的振荡电场
B. 任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同
频率的振荡磁场
C. 任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间
产生同频率的振荡磁场
D. 电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电
磁场
解析： 　根据麦克斯韦电磁场理论可知，如果电场（磁场）的变
化是均匀的，产生的磁场（电场）是恒定的；如果电场（磁场）的
变化是不均匀的，产生的磁场（电场）是变化的；振荡电场（磁
场）在周围空间产生同频率的振荡磁场（电场），故A、B错误，
C正确。周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，
形成一个不可分割的统一体，即电磁场，故D错误。
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2. 关于电磁场理论，下列描述正确的是（　　）
A. 电磁场不是一种物质
B. 静止的电荷能够在周围空间产生稳定的磁场
C. 稳定的磁场能够在周围空间产生稳定的电场
D. 变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波
解析： 　变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成
电磁波，电磁场是一种客观存在的物质，故A错误，D正确；静止
的电荷周围不能激发稳定的磁场，故B错误；稳定的磁场不能产生
稳定的电场，C错误。
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3. 在下图所示的四种磁场中能产生恒定的电场的是（　　）
解析： 　由麦克斯韦的电磁场理论可知，均匀变化的磁场可在周
围空间产生恒定的电场，故只有C正确。
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4. 下列关于电磁波的说法正确的是（　　）
A. 做简谐运动的电荷可以在周围的空间产生电磁波
B. 电磁波不具有能量
C. 麦克斯韦第一次通过实验验证了电磁波的存在
D. 只要有电场和磁场，就能产生电磁波
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解析： 　根据麦克斯韦的电磁场理论可知，做简谐运动的电荷会
在空间产生变化的电磁场，变化的电磁场在空间传播，形成电磁
波，故A正确；电磁波能够传播能量，说明电磁波具有能量，故B
错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电
磁波的存在，故C错误；恒定电场和恒定磁场不能产生电磁波，故
D错误。
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5. （2024·四川达州高二月考）某同学对机械波和电磁波进行类比，
总结出下列内容，其中不正确的是（　　）
A. 机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用
B. 机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
C. 机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播
D. 机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波
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解析： 　机械波和电磁波有相同之处，也有本质区别，但v＝λf都
适用，A正确；机械波和电磁波都具有干涉和衍射现象，B正确；
机械波的传播依赖于介质，电磁波可以在真空中传播，C正确；机
械波有横波和纵波，而电磁波是横波，D错误。
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题组二　电磁波谱的理解和应用
6. （2024·四川宜宾高二月考）验钞机发出的电磁波能使钞票上的荧
光物质发光，电视机遥控器发出的电磁波能控制电视机的工作状
态。对于它们发出的电磁波，以下判断正确的是（　　）
A. 它们发出的都是红外线
B. 它们发出的都是紫外线
C. 验钞机发出的是红外线，遥控器发出的是紫外线
D. 验钞机发出的是紫外线，遥控器发出的是红外线
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解析： 　根据验钞机发出的电磁波能使钞票上的荧光物质发光，
可知验钞机发出的是紫外线；红外线可以用在电视机遥控器上，遥
控器发出红外线，可以实现无线遥控，方便人们的生活，故A、
B、C错误，D正确。
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7. （多选）电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医
用器械有（　　）
A. 杀菌用的紫外灯
B. 拍胸片的X光机
C. 治疗咽喉炎的超声波雾化器
D. 检查血流情况的“彩超”机
解析： 　紫外线和X光从本质上说都是电磁波，A、B项正确；
治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的“彩超”机用的都是
超声波，超声波属于机械波，C、D项错误。
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8. 用绝缘工具将如图所示的带电的平行板电容器的两个极板间的距离
缓慢均匀增大的过程中，在电容器周围空间（　　）
A. 会产生变化的磁场
B. 会产生稳定的磁场
C. 不产生磁场
D. 会产生周期性变化的磁场
解析： 　由于电容器始终跟电源相连，两极板间电压不变，根据
E＝可知，在d缓慢均匀增大时，E是非均匀变化的，因此在电容
器周围产生变化的磁场，故A正确。
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9. （2024·四川眉山高二检测）“5G”是第五代移动通信技术的简
称，其最显著的特征之一是具有超高速的数据传输速率。5G信号
一般采用3.3×109～6×109 Hz频段的无线电波，而现行第四代移
动通信技术4G的频段范围是1.88×109～2.64×109 Hz，则（　　）
A. 5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快
B. 5G信号是横波，4G信号是纵波
C. 空间中的5G信号和4G信号会产生干涉现象
D. 5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站
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解析： 　任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故5G信号与
4G信号所用的无线电波在真空中的传播速度相同，故A错误；5G
信号与4G信号都是电磁波，都为横波，故B错误；5G信号和4G信
号的频率不一样，不能发生干涉现象，故C错误；5G信号的频率更
高，则波长更小，故5G信号更不容易发生明显的衍射现象，因此
5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建
更密集的基站，故D正确。
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10. （2024·四川乐山高二检测）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。地球大气中的水汽
（H2O）、二氧化碳（CO2）能大量地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。水汽和二氧化碳对某一波段不同波长电
磁波的吸收情况如图所示，由图可知，在该波段红外遥感卫星大
致能够接收到的波长范围为（　　）
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，8～13 μm波段的红外线，水汽和CO2几乎
均不吸收，故D正确，A、B、C错误。
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11. 甲坐在人民大会堂台前60 m处听报告，乙坐在家里离电视机5 m处
看电视直播，已知乙所在处与人民大会堂相距1 000 km，不考虑
其他因素（空气中声速为340 m/s），试计算回答谁先听到声音。
答案：见解析
解析：声音传到甲所需时间为t1＝≈0.176 s；传到乙所
需时间为t2＝＋≈0.018 s，所以t2＜t1，故乙先
听到声音。
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12. 如图所示，半径为r且水平放置的光滑绝缘的环形管道内，有
一个电荷量为e、质量为m的电子。此装置放在匀强磁场中，
其磁感应强度随时间变化的关系式为B＝B0＋kt（k＞0）。根
据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场将产生恒定的电场，
该感应电场对电子将有沿圆环切线方向的作用力，使其得到加
速。设t＝0时刻电子的初速度大小为v0，方向顺时针，求电子
运动一周后的速度大小。
答案：
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解析：根据法拉第电磁感应定律得感应电动势大小为
E＝·πr2＝kπr2
电场方向逆时针，电场力对电子做正功，在转动一圈过程中，根
据动能定理得e·kπr2＝mv2－m，
解得v＝ 。
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谢谢观看!2.电磁波
3.电磁波谱
题组一　对电磁场与电磁波的理解
1.下列说法中正确的是（　　）
A.任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场
B.任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场
C.任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场
D.电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场
2.关于电磁场理论，下列描述正确的是（　　）
A.电磁场不是一种物质
B.静止的电荷能够在周围空间产生稳定的磁场
C.稳定的磁场能够在周围空间产生稳定的电场
D.变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波
3.在下图所示的四种磁场中能产生恒定的电场的是（　　）
4.下列关于电磁波的说法正确的是（　　）
A.做简谐运动的电荷可以在周围的空间产生电磁波
B.电磁波不具有能量
C.麦克斯韦第一次通过实验验证了电磁波的存在
D.只要有电场和磁场，就能产生电磁波
5.（2024·四川达州高二月考）某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不正确的是（　　）
A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用
B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
C.机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播
D.机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波
题组二　电磁波谱的理解和应用
6.（2024·四川宜宾高二月考）验钞机发出的电磁波能使钞票上的荧光物质发光，电视机遥控器发出的电磁波能控制电视机的工作状态。对于它们发出的电磁波，以下判断正确的是（　　）
A.它们发出的都是红外线
B.它们发出的都是紫外线
C.验钞机发出的是红外线，遥控器发出的是紫外线
D.验钞机发出的是紫外线，遥控器发出的是红外线
7.（多选）电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有（　　）
A.杀菌用的紫外灯
B.拍胸片的X光机
C.治疗咽喉炎的超声波雾化器
D.检查血流情况的“彩超”机
8.用绝缘工具将如图所示的带电的平行板电容器的两个极板间的距离缓慢均匀增大的过程中，在电容器周围空间（　　）
A.会产生变化的磁场
B.会产生稳定的磁场
C.不产生磁场
D.会产生周期性变化的磁场
9.（2024·四川眉山高二检测）“5G”是第五代移动通信技术的简称，其最显著的特征之一是具有超高速的数据传输速率。5G信号一般采用3.3×109～6×109 Hz频段的无线电波，而现行第四代移动通信技术4G的频段范围是1.88×109～2.64×109 Hz，则（　　）
A.5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快
B.5G信号是横波，4G信号是纵波
C.空间中的5G信号和4G信号会产生干涉现象
D.5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站
10.（2024·四川乐山高二检测）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。地球大气中的水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）能大量地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。水汽和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况如图所示，由图可知，在该波段红外遥感卫星大致能够接收到的波长范围为（　　）
A.2.5～3.5 μm B.4～4.5 μm
C.5～7 μm D.8～13 μm
11.甲坐在人民大会堂台前60 m处听报告，乙坐在家里离电视机5 m处看电视直播，已知乙所在处与人民大会堂相距1 000 km，不考虑其他因素（空气中声速为340 m/s），试计算回答谁先听到声音。
12.如图所示，半径为r且水平放置的光滑绝缘的环形管道内，有一个电荷量为e、质量为m的电子。此装置放在匀强磁场中，其磁感应强度随时间变化的关系式为B＝B0＋kt（k＞0）。根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场将产生恒定的电场，该感应电场对电子将有沿圆环切线方向的作用力，使其得到加速。设t＝0时刻电子的初速度大小为v0，方向顺时针，求电子运动一周后的速度大小。
2.电磁波
3.电磁波谱
1.C　根据麦克斯韦电磁场理论可知，如果电场（磁场）的变化是均匀的，产生的磁场（电场）是恒定的；如果电场（磁场）的变化是不均匀的，产生的磁场（电场）是变化的；振荡电场（磁场）在周围空间产生同频率的振荡磁场（电场），故A、B错误，C正确。周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场，故D错误。
2.D　变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波，电磁场是一种客观存在的物质，故A错误，D正确；静止的电荷周围不能激发稳定的磁场，故B错误；稳定的磁场不能产生稳定的电场，C错误。
3.C　由麦克斯韦的电磁场理论可知，均匀变化的磁场可在周围空间产生恒定的电场，故只有C正确。
4.A　根据麦克斯韦的电磁场理论可知，做简谐运动的电荷会在空间产生变化的电磁场，变化的电磁场在空间传播，形成电磁波，故A正确；电磁波能够传播能量，说明电磁波具有能量，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故C错误；恒定电场和恒定磁场不能产生电磁波，故D错误。
5.D　机械波和电磁波有相同之处，也有本质区别，但v＝λf都适用，A正确；机械波和电磁波都具有干涉和衍射现象，B正确；机械波的传播依赖于介质，电磁波可以在真空中传播，C正确；机械波有横波和纵波，而电磁波是横波，D错误。
6.D　根据验钞机发出的电磁波能使钞票上的荧光物质发光，可知验钞机发出的是紫外线；红外线可以用在电视机遥控器上，遥控器发出红外线，可以实现无线遥控，方便人们的生活，故A、B、C错误，D正确。
7.AB　紫外线和X光从本质上说都是电磁波，A、B项正确；治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的“彩超”机用的都是超声波，超声波属于机械波，C、D项错误。
8.A　由于电容器始终跟电源相连，两极板间电压不变，根据E＝可知，在d缓慢均匀增大时，E是非均匀变化的，因此在电容器周围产生变化的磁场，故A正确。
9.D　任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故5G信号与4G信号所用的无线电波在真空中的传播速度相同，故A错误；5G信号与4G信号都是电磁波，都为横波，故B错误；5G信号和4G信号的频率不一样，不能发生干涉现象，故C错误；5G信号的频率更高，则波长更小，故5G信号更不容易发生明显的衍射现象，因此5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，故D正确。
10.D　由题图可知，8～13 μm波段的红外线，水汽和CO2几乎均不吸收，故D正确，A、B、C错误。
11.见解析
解析：声音传到甲所需时间为t1＝≈0.176 s；传到乙所需时间为t2＝＋≈0.018 s，所以t2＜t1，故乙先听到声音。
12.
解析：根据法拉第电磁感应定律得感应电动势大小为
E＝·πr2＝kπr2
电场方向逆时针，电场力对电子做正功，在转动一圈过程中，根据动能定理得e·kπr2＝mv2－m，
解得v＝ 。
2 / 22.电磁波
3.电磁波谱
核心素 养目标 1.了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点，知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。 2.体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及方法，领会物理实验对物理学发展的基础意义。 3.认识电磁波谱，了解电磁波各波段的特点及主要用途
知识点一　电磁波
1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设
（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　　　　。
（3）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，称为　　　　。
2.电磁波
（1）电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场在空间中由近及远传播形成了　　　　，如图所示。
（2）电磁波的特点
①电磁波是电磁场的传播，传播过程不需要介质，即可以在真空中传播，在真空中的传播速度等于　　　　。
②电磁波的电场和磁场的方向都与传播方向　　　　，所以电磁波是横波。
③电磁波在传播的过程中　　　　不变，始终与振荡电路的频率相同。
3.赫兹实验证实了电磁波的存在
德国物理学家　　　　第一次用实验证实了电磁波的存在，测定电磁波的波长和频率，证实了电磁波的传播速度等于光速，并证明了电磁波跟所有波动现象一样能产生反射、折射、干涉、衍射等现象。
电磁波的波速、波长、频率之间的关系：　　　　　　　。
4.麦克斯韦理论在物理学发展史上的意义
（1）麦克斯韦在两个基本假设的基础上，建立了电磁场方程，预言了　　　　的存在，把电磁学发展成为完整的、优美的理论体系，统一了人们对电磁和光现象的认识，为电和磁的利用奠定了理论基础。
（2）从麦克斯韦开始，人们认识到场是物质存在的一种基本形式，它是客观存在的，这大大扩展了人们对自然界的认识和对整个自然科学的视野。
（3）麦克斯韦理论中的一个重要结论是光在真空中的速率是一个常量，与参考系无关。爱因斯坦根据这一结论提出了光速不变原理，建立了狭义相对论，与量子理论一起开创了现代物理学的新纪元。
知识点二　电磁波谱
1.把电磁波，按　　　　（或　　　　）排列起来，就形成了电磁波谱。
2.按波长由大到小的顺序，它们分别是无线电波、　　　　、可见光、　　　　、　　　　和　　　　，如图所示。电磁波的频率越高，它的波长就越短。
3.电磁波的应用
（1）无线电波：波长大于 　　　　（频率小于300 GHz）的电磁波是无线电波，主要用于　　　　和　　　　。
（2）红外线：一切物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射　　　　，主要应用于　　　　、红外摄影等。
（3）紫外线：具有较高的能量，因此可以利用紫外线　　　　；许多物质在紫外线的照射下会发出荧光，根据这一点可以利用紫外灯鉴别钞票的　　　　。
（4）X射线：穿透能力较　　　　，在医学上常用　　　　光照片辅助进行疾病诊断。
（5）γ射线：是从　　　　内发出来的电磁波，能量高，穿透能力很　　　　。医学上常用　　　　来杀死癌细胞。
【情景思辨】
　麦克斯韦在前人的基础上，展开了大胆的猜想与假设，提出了麦克斯韦电磁理论：变化的电场和变化的磁场彼此不是孤立的，它们永远密切地联系在一起，相互激发，组成一个统一的电磁场的整体，预言了电磁波的存在，而赫兹用实验证实了电磁波的存在。后来实验证明，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波。
（1）在电场周围，一定存在着和它联系着的磁场。（　　）
（2）在变化的磁场周围一定会产生变化的电场。（　　）
（3）周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场。（　　）
（4）对于LC振荡电路，在电容器充、放电的过程中，电容器两极板间周期性变化的电场会产生磁场。（　　）
（5）红外线有显著的热效应，紫外线有显著的化学作用。（　　）
（6）X射线的穿透本领比γ射线更强。（　　）
要点一　对电磁场与电磁波的理解
【探究】赫兹实验所用的感应圈是一种利用电磁感应产生数千伏高电压的实验装置，当电火花在感应圈两个金属球间跳动时，旁边导线环两个小球间也有电火花跳动，请你解释这种现象。
【归纳】
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.对电磁波的理解
（1）电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。在真空中，不同频率的电磁波传播速度是相同的（等于光速）。
（2）不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。
3.电磁波与机械波的比较
机械波 电磁波
研究对象 力学现象 电磁现象
周期性 位移随时间和空间做周期性变化 电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化
传播情况 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关 传播无需介质，在真空中波速等于光速c，在介质中传播时，波速与介质和频率都有关
产生机理 由质点（波源）的振动产生 由电磁振荡激发
是横波还 是纵波 可能是横波，也可能是纵波 横波
干涉和衍射 可以发生干涉和衍射
【典例1】　（多选）关于电磁场的理论，下列说法中正确的是（　　）
A.变化的电场周围产生的磁场一定是变化的
B.变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的
C.均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的
D.振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
规律总结
（1）变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的，而静电场中的电场线是不闭合的。
（2）①振荡电场（即周期性变化的电场）产生同频率的振荡磁场。
②振荡磁场（即周期性变化的磁场）产生同频率的振荡电场。
1.如图所示的四种变化电场，能形成电磁波的是（　　）
2.在LC振荡电路中，电容器C的带电荷量q随时间t变化的图像如图所示。该振荡电路产生的电磁波在真空中的波长为多少？
要点二　电磁波谱的理解和应用
1.电磁波的特性
（1）它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
（2）都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s。
（3）它们的传播都不需要介质。
（4）它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
2.不同波段电磁波的比较
（1）不同波段电磁波的波长（频率）不同，表现出不同的特性，波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短穿透能力越强。
（2）同频率的电磁波，在不同介质中速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小。
（3）产生机理不同
无线电波 振荡电路中电子周期性运动产生
红外线、可见光和紫外线 原子的外层电子受激发后产生
X射线 原子的内层电子受激发后产生
γ射线 原子核受激发后产生
（4）用途不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒，X射线应用于医学上的X光照片，γ射线检查金属部件的缺陷等。
【典例2】　下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。
（1）X光机，　　　　。
（2）紫外线灯，　　　　。
（3）用理疗“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用　　　　。
A.光的全反射
B.紫外线具有很强的荧光作用
C.紫外线具有杀菌消毒作用
D.X射线的很强的贯穿力
E.红外线具有显著的热效应
F.红外线波长较长，易发生衍射
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　特别提醒
　　X射线与γ射线都具有穿透能力，但γ射线的穿透能力更强，X射线能穿透人体，通常用作人体透视，而γ射线可以穿过几厘米厚的铅板，可以用于探测金属内部的缺陷。
1.（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穿透作用，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.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
2.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。
1.（多选）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
C.周期性变化的电场和周期性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
2.（多选）下列关于电磁波的说法中，正确的是（　　）
A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s
C.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短
D.只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波
3.（多选）应用麦克斯韦电磁场理论判断下列表示电场产生磁场（或磁场产生电场）的关系图像中（每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场）正确 的是（　　）
4.按频率由小到大，电磁波谱的排列顺序是（　　）
A.无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线
B.无线电波、可见光、红外线、紫外线、X射线、γ射线
C.γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波
D.红外线、无线电波、可见光、紫外线、γ射线、X射线
2.电磁波
3.电磁波谱
【基础知识·准落实】
知识点一
1.（1）电场　（2）磁场　（3）电磁场　2.（1）电磁波　（2）①光速c　②垂直　③频率　3.赫兹　c＝λf　4.（1）电磁波
知识点二
1.波长　频率　2.红外线　紫外线　X射线　γ射线
3.（1）1 mm　通信　广播　（2）强　加热　（3）灭菌消毒　真伪　（4）强　X　（5）原子核　强　γ射线
情景思辨
（1）×　（2）×　（3）√　（4）√　（5）√　（6）×
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【探究】　提示：当火花在感应圈两个金属球间跳动时，必定建立一个快速变化的电磁场。此变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播，当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的两个小球间也产生了火花。
【典例1】　BD　均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡电场产生同频率的振荡磁场，均匀变化的磁场产生恒定的电场，故B、D正确，A、C错误。
素养训练
1.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，会产生同频率周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场，电磁场交替向外传播形成电磁波，选项D正确，A、B、C错误。
2.1 200 m
解析：由题图可知，电磁振荡周期T＝4×10－6 s，
那么电磁波的波长为
λ＝cT＝3×108×4×10－6 m＝1 200 m。
要点二
知识精研
【典例2】　（1）D　（2）C　（3）E
解析：（1）X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线，因此选择D。
（2）紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择C。
（3）“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择E。
素养训练
1.AB　X射线对生命物质有较强的穿透作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，故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，故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，而波长越大，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。
2.1.0×105～1.5×106 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。
【教学效果·勤检测】
1.ABC　恒定的电场周围不存在磁场，恒定的磁场周围不存在电场，所以D错误。
2.AC　由电磁波的定义可知，电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播。电磁波只有在真空中的传播速度才为3.0×108 m/s，在其他介质中的传播速度小于3.0×108 m/s。电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变化，可知由真空进入介质传播时，波长将变短。只有周期性变化的电场和磁场才能产生电磁波。故选A、C。
3.BC　A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，错误；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，正确；C图中的上图是周期性变化的磁场，它能产生同频率周期性变化的电场，当磁感应强度的变化率最大时，感应电场最强，正确；D图的上图是周期性变化的电场，在其周围空间产生周期性变化的磁场，当电场强度的变化率最大时，则感应磁场应最强，错误。
4.A　波长越长，频率越小，按照波长逐渐变小，即频率逐渐变大的顺序，电磁波谱的排列顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，故A正确，B、C、D错误。
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