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第十三章
电磁感应与电磁波初步
课时4　电磁波的发现及应用
核心 目标 1．知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波发现做出的巨大贡献．知道可见光是电磁波谱中的一个频段．
2．了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息，了解电磁波中各波段的主要特性及其应用．
目标导学 各个击破
麦克斯韦的电磁场理论
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
考向
1
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．电磁场的产生
如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场．
　　　下列有关电磁场理论的说法中正确的是 (　　)
A．任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场
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的，形成一个不可分离的统一体，即电磁场
1
解析：根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，A错误；同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，B错误；电场和磁场并不总是相互联系着的，例如，静止的电荷周围只有静电场，静止的磁体周围只有稳定的磁场，D错误．
C
　　　关于电磁场理论的叙述，下列说法中正确的是 (　　)
A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路有关
B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，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：变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路，电场仍然存在，与电路是否闭合无关，A错误；周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，B正确；若形成电磁场，必须有周期性变化的电场和磁场，C错误；只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，D错误．
B
2
对电磁波的理解
1．电磁波的形成
周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波．
2．电磁波的特点
(1) 电磁波是横波．在传播方向上，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．如图所示．
考向
2
(2) 电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，这是因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，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．
(3) 光的本质是电磁波．即光是以波动形式传播的一种电磁振动．
(4) 电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象．电磁波与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象．
3．电磁波的波速
对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf.电磁波在真空中的传播速度等于光速c＝3.0×108 m/s.
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．
4．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.
　　　卫星通信是通过电磁波的传输来实现的．下列说法中正确的是(　　)
A．只有通过电路才能产生电磁波
B．电磁波是一种没有质量的物质
C．电磁波既可以传递信息，也能传输能量
D．电磁波是可在真空中传播的恒定的电磁场
3
解析：电磁波可以通过无线的方式传播，也可以通过有线的方式传播，A错误；电磁波是一种物质，没有静止质量，但具有运动质量，B错误；电磁波既可以传递信息，也能传输能量，C正确；电磁波是由变化的电场和磁场交替产生形成的电磁场的传播形成的，则电磁场不是恒定的，D错误．
C
　　　(多选)电磁波与声波比较，下列说法中正确的是 (　　　)
A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质
B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大
C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大
D．电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定，与频率无关
解析：选项A、B均与事实相符，A、B正确；根据λ＝，电磁波波速变小，频率不变，波长变小，声波速度变大，频率不变，波长变大，C正确；电磁波在介质中的速度，与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小，D错误．
ABC
4
电磁波谱的理解及应用
1．按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就构成了电磁波谱．
2．电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
考向
3
3．一些电磁波的特性
(1) 无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输．
(2) 红外线：用来加热、烘干、理疗等．
(3) 可见光：照明．
(4) 紫外线：用于杀菌消毒、荧光．
(5) X射线：用于诊断透视病情．
(6) γ射线：可以摧毁病变的细胞．
　　　关于生活中遇到的各种波，下列说法中正确的是 (　　)
A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B．手机在通话时涉及的波，既有电磁波，又有声波
C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
5
解析：声波和电磁波都能传递能量和信息，A错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波，又涉及声波，B正确；可见光属于电磁波，“B超”中的超声波是声波，波速不同，C错误；红外线波长较X射线波长长，故D错误．
B
　　　(多选)下列有关电磁波的特性和应用的说法中，正确的是 (　　)
A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体
B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康
C．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
解析：X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线不能，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞，C正确；紫外线和X射线都可以使感光底片感光，D正确．
CD
6
随堂内化 即时巩固
1．关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是 (　　)
A．把电场和磁场放在一起，就会在周围空间产生电磁场
B．收音机和手机所接收的信号都属于电磁波
C．电磁波频率越高，传播速度越大
D．透视用的X射线是X光，不是电磁波
解析：把电场和磁场放在一起，在周围空间不一定产生电磁场，A错误；收音机和手机接收的信号属于无线电波，无线电波属于电磁波，B正确；电磁波在真空中传播的速度等于光速，与频率无关，C错误；电磁波包括：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．X射线属于电磁波，D错误．
B
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 (　　)
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
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．
C课时4　电磁波的发现及应用
1. 建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是(　　)
A. 法拉第 B. 奥斯特
C. 赫兹 D. 麦克斯韦
2. 关于电磁场和电磁波，下列说法中错误的是(　　)
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
3. 关于电磁波的特性和应用，下列说法中正确的是(　　)
A. 各种频率的电磁波在真空中的传播速度各不相同
B. X射线和γ射线都有很强的穿透本领，常用于医学上透视人体
C. 在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是利用紫外线显著的热效应
D. 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线按频率从小到大排列
4. 下列关于电磁波的说法中正确的是(　　)
A. 电磁波的传播需要介质
B. 可见光不是电磁波
C. 电磁波的频率越高，其波长就越大
D. 电磁波具有能量，是一种物质
5. 有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置.下列有关电磁波的说法中，正确的是(　　)
A. 恒定电场可以在其周围产生电磁波
B. 麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在
C. 电磁波的传播不需要介质
D. 电磁波不能传递信息
6. (多选)根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场可以产生电场.当产生的电场的电场线如图所示时，可能是(　　)
A. 向上方向的磁场在增强
B. 向上方向的磁场在减弱
C. 向上方向的磁场先增强，然后反向减弱
D. 向上方向的磁场减弱，然后反向增强
7. (多选)下列有关电磁波的说法中正确的是(　　)
A. 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹首次在实验室中证明了电磁波的存在
B. 变化的磁场产生了电场，变化的电场产生了磁场
C. 一切物体都在辐射紫外线，紫外线具有荧光效应，还可以消毒杀菌
D. X射线可以摧毁病变的细胞，γ射线可以用于诊断病情
8. (多选)某雷达发射的电磁波频率在200 MHz至1 000 MHz 的范围内.下列关于该雷达和电磁波的说法中正确的是(　　)
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. 雷达使用的是无线电波的微波波段
9. 用麦克斯韦的电磁场理论判断，图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图像是(　　)
A B
C D
10. 1864年，英国科学家麦克斯韦在前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁场理论.下列说法中正确的是(　　)
A. 电磁波是一种物质
B. 电磁波可以传递信息，但不能传递能量
C. 遥控器发出的红外线波长和医院CT中的X射线波长相同
D. 变化的电场产生磁场，变化的磁场不能产生电场
11. 在电视节目中，经常看到主持人与派到热带地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间的一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果有两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话.(已知地球的质量为6.0×1024 kg，地球半径为6.4×106 m，引力常量为6.67×10－11 N·m2·kg－2)
课时4　电磁波的发现及应用
1. D　解析：法拉第最先验证了电磁感应现象；奥斯特最先发现电流的磁效应；赫兹最先验证了电磁波的存在；麦克斯韦建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在，故D正确.
2. A　
3. D　解析：各种频率的电磁波在真空中的传播速度相同，都是光速，A错误；X射线有很强的穿透本领，常用于医学上透视人体；而γ射线的穿透本领最强，对人体损伤最大，所以不能用于医学上透视人体，B错误；医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是利用了紫外线的消毒作用，而红外线才有显著的热效应，C错误；根据电磁波谱可知，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线按频率从小到大排列，D正确.
4. D　解析：电磁波的传播不需要介质，A错误；可见光是电磁波，B错误；根据λ＝，电磁波的频率越高其波长就越小，C错误；电磁波具有能量，是一种物质，D正确.
5. C　解析：由电磁场理论可知，周期性变化的电场在空间引起周期性变化的磁场，这个变化的磁场又引起变化的电场，于是变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，产生电磁波，因此恒定电场不可以在其周围产生电磁波，A错误；麦克斯韦建立了电磁场理论，赫兹用电火花实验证实了电磁波的存在，B错误；由电磁波可以脱离电荷独立存在可知，不需要借助介质传播，因此电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，C正确；电磁波可以传递信息，D错误.
6. AC　解析：向上方向的磁场增强时，感应电场的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下，根据安培定则知感应电场方向如图中E的方向，A正确，B错误；同理，当磁场反向即向下的磁场减弱时，也会得到如图中E的方向，C正确，D错误.
7. AB　解析：麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹首次在实验室中证明了电磁波的存在，A正确；根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生了电场，变化的电场产生了磁场，B正确；一切物体都在辐射红外线，不是紫外线，而紫外线具有荧光效应，还可以消毒杀菌，C错误；X射线可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞，D错误.
8. ACD　9. C
10. A　解析：电磁波是一种物质，A正确；电磁波既可以传递信息，也可以传播能量，B错误；红外线的波长大于X射线的波长，C错误；变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，D错误.
11. 电磁波传递信息需要时间　0.24 s
解析：主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的.
设同步卫星高度为H，由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，即＝m(R＋H)
解得H＝－R＝3.6×107 m
则一方讲话，另一方听到对方的讲话所需的最少时间是
t＝＝0.24 s.课时4　电磁波的发现及应用
核心 目标 1．知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波发现做出的巨大贡献．知道可见光是电磁波谱中的一个频段．
2．了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息，了解电磁波中各波段的主要特性及其应用．
考向1　麦克斯韦的电磁场理论
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．电磁场的产生
如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场．
　下列有关电磁场理论的说法中正确的是(　C　)
A．任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场
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的，形成一个不可分离的统一体，即电磁场
解析：根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，A错误；同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，B错误；电场和磁场并不总是相互联系着的，例如，静止的电荷周围只有静电场，静止的磁体周围只有稳定的磁场，D错误．
　关于电磁场理论的叙述，下列说法中正确的是(　B　)
A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路有关
B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，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：变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路，电场仍然存在，与电路是否闭合无关，A错误；周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，B正确；若形成电磁场，必须有周期性变化的电场和磁场，C错误；只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，D错误．
考向2　对电磁波的理解
1．电磁波的形成
周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波．
2．电磁波的特点
(1) 电磁波是横波．在传播方向上，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．如图所示．
(2) 电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，这是因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，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．
(3) 光的本质是电磁波．即光是以波动形式传播的一种电磁振动．
(4) 电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象．电磁波与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象．
3．电磁波的波速
对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf.电磁波在真空中的传播速度等于光速c＝3.0×108 m/s.
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．
4．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.
　卫星通信是通过电磁波的传输来实现的．下列说法中正确的是(　C　)
A．只有通过电路才能产生电磁波
B．电磁波是一种没有质量的物质
C．电磁波既可以传递信息，也能传输能量
D．电磁波是可在真空中传播的恒定的电磁场
解析：电磁波可以通过无线的方式传播，也可以通过有线的方式传播，A错误；电磁波是一种物质，没有静止质量，但具有运动质量，B错误；电磁波既可以传递信息，也能传输能量，C正确；电磁波是由变化的电场和磁场交替产生形成的电磁场的传播形成的，则电磁场不是恒定的，D错误．
　(多选)电磁波与声波比较，下列说法中正确的是(　ABC　)
A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质
B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大
C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大
D．电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定，与频率无关
解析：选项A、B均与事实相符，A、B正确；根据λ＝，电磁波波速变小，频率不变，波长变小，声波速度变大，频率不变，波长变大，C正确；电磁波在介质中的速度，与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小，D错误．
考向3　电磁波谱的理解及应用
1．按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就构成了电磁波谱．
2．电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
3．一些电磁波的特性
(1) 无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输．
(2) 红外线：用来加热、烘干、理疗等．
(3) 可见光：照明．
(4) 紫外线：用于杀菌消毒、荧光．
(5) X射线：用于诊断透视病情．
(6) γ射线：可以摧毁病变的细胞．
　关于生活中遇到的各种波，下列说法中正确的是(　B　)
A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B．手机在通话时涉及的波，既有电磁波，又有声波
C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
解析：声波和电磁波都能传递能量和信息，A错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波，又涉及声波，B正确；可见光属于电磁波，“B超”中的超声波是声波，波速不同，C错误；红外线波长较X射线波长长，故D错误．
　(多选)下列有关电磁波的特性和应用的说法中，正确的是(　CD　)
A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体
B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康
C．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
解析：X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线不能，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞，C正确；紫外线和X射线都可以使感光底片感光，D正确．
1．关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是(　B　)
A．把电场和磁场放在一起，就会在周围空间产生电磁场
B．收音机和手机所接收的信号都属于电磁波
C．电磁波频率越高，传播速度越大
D．透视用的X射线是X光，不是电磁波
解析：把电场和磁场放在一起，在周围空间不一定产生电磁场，A错误；收音机和手机接收的信号属于无线电波，无线电波属于电磁波，B正确；电磁波在真空中传播的速度等于光速，与频率无关，C错误；电磁波包括：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．X射线属于电磁波，D错误．
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(　C　)
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
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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