2020-2021学年第十三章 电磁感应与电磁波初步4 电磁波的发现及应用课堂教学ppt课件

这是一份2020-2021学年第十三章 电磁感应与电磁波初步4 电磁波的发现及应用课堂教学ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，电磁场，电磁波，电磁振动，感应电动势，最高处，最低处，红外线，X射线，加热理疗等内容，欢迎下载使用。

一、电磁场1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设:(1)变化的磁场能够在周围空间产生_____(如图甲所示)。(2)变化的电场能够在周围空间产生_____(如图乙所示)。
2.电磁场:变化的_____和变化的_____交替产生,形成不可分割的统一体,称为_______。
二、电磁波【情境思考】如图所示,战争中,天上有卫星,空中有战机,地上有战车,海里有战舰。你知道是什么把这些战场要素连成一个有机的整体的吗? 提示:是电磁波。战场各个要素通过电磁波互通有无,传递信息,构成一个有机的战场系统。
1.电磁波的产生:周期性变化的_____周围会产生周期性变化的电场,周期性变化的_____周围也会产生周期性变化的磁场。变化的电场和变化的磁场相互联系在一起,就会在空间形成一个统一的、不可分割的_______,这种在空间交替变化的电磁场传播出去就形成了_______。2.电磁波可以在_____中传播,电磁波的传播___需要介质。3.光也是电磁波:(1)电磁波的传播速度恰好与真空中的光速_____。(2)麦克斯韦指出,光是以波动形式传播的一种_________。
4.赫兹的电火花: 如图所示,和高压感应线圈相连的抛光金属球间产生电火花时,空间出现了迅速变化的_______,这种变化的电磁场以电磁波的形式传到了导线环,导线环中激发出___________,使与导线环相连的金属球间也产生了电火花。这个导线环实际上是电磁波的检测器。结论:赫兹实验证实了_______的存在,检验了麦克斯韦电磁场理论的正确性。
三、电磁波谱1.波峰与波谷:在一列水波中,凸起的_______叫作波峰;凹下的_______叫作波谷。2.波长、频率与波速:如图邻近的两个_____(或波谷)的距离叫作波长,波长用符号___来表示;波的频率是在1 s内有多少次_____(或波谷)通过,频率用符号__来表示;波速是用来描述波传播_____的物理量,波速用符号__来表示。
3.波速、波长、频率三者之间的关系:c=λf,其中c=3×108 m/s。4.电磁波谱的概念及分类:(1)概念:按电磁波的波长或频率大小的顺序排列成谱,叫作电磁波谱。(2)分类:按照波长从长到短依次排列为无线电波、_______、可见光、________、______、γ射线。
5.电磁波的特点及应用:(1)无线电波:波长大于1 mm(频率小于300 GHz)的电磁波是无线电波。①无线电波中的中长短波:广播及其他信号传输。②无线电波中的微波:卫星通信、电视等。(2)红外线:①红外线是一种光波,波长比无线电波___,比可见光___,其主要特点是___效应。②所有物体都发射红外线,热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射___。③红外线主要用于_________、_________和红外_________等。
(3)可见光:可见光的波长在____ nm到____ nm之间,可见光让我们看见这个世界,也可用于通信。(4)紫外线:①波长范围在_______________之间,其主要特点是_____效应。 ②具有_____的能量,应用于灭菌消毒,具有较强的_____效应,用来激发_____物质发光。
5 nm到370 nm
(5)X射线和γ射线:①X射线频率比紫外线___,穿透力较___,用来检查工业部件有无裂纹或气孔,医学上用于_________。②γ射线频率比X射线还要高,具有_____的能量,穿透力_____,医学上用来治疗_____,工业上用于探测_____部件内部是否有缺陷。
四、电磁波的应用1.电磁波具有能量:(1)可以用仪器探测到电磁波的存在,说明电磁波是一种真实存在的_____。(2)生活中常常用微波炉来加热食物,说明电磁波具有_____,且电磁波的频率_____,能量_____。2.电磁波通信: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_____,相同时间内传递的信息量_____。
3.电视:(1)摄影机把图像变成_______。(2)发射机把电信号加载到频率很高的_______上。(3)发射天线将_____信号发射到空中。(4)电视机的接收天线把_____信号接收下来。(5)电视机把_____信号取出并_____。(6)显像管将_____信号还原为_____。
4.雷达:(1)雷达是利用_________来测定物体位置的无线电设备。(2)雷达既是电磁波的_____端,又是电磁波的_____端。(3)原理:雷达用直线性好的微波定位。无线电波的传播速度是c,测出从发射无线电波到接收反射波的时间t,就可以确定障碍物的距离L=________。实际上,障碍物的距离等数据由电子电路自动计算并在荧光屏上显示。
5.移动电话:(1)每一部移动电话都是一个无线电台,同时又相当于一台_____机。(2)移动电话的体积很小,发射功率_____;它的天线也很简单,灵敏度不高。因此,它与其他用户的通话要靠较大的固定无线电台转接,这种固定的电台叫作_______或_____。
【易错辨析】(1)变化的电场一定产生变化的磁场。( )(2)恒定电流周围产生磁场,磁场又产生电场。( )(3)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s。( )(4)麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。( )(5)电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s。( )(6)光也是一种电磁波。 ( )
知识点一　电磁波的理解角度1 麦克斯韦电磁场理论及其理解1.麦克斯韦电磁场理论:(1)变化的磁场周围会产生电场:麦克斯韦提出,在变化的磁场周围会激发出一种电场,不管有无闭合电路,变化的磁场激发的电场总是存在的,如图所示:
(2)变化的电场周围会产生磁场:麦克斯韦从场的观点得出,即使没有电流存在,只要空间某处的电场发生变化,就会在其周围产生磁场。2.对麦克斯韦电磁场理论的理解:
【问题探究】(1)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)变化的磁场一定能产生电磁波吗?为什么?提示:不一定,均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场,不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场,如果变化的磁场能产生变化的电场,变化的电场又能产生变化的磁场,才能在周围空间产生电磁波。
【典例示范】【典例1】关于电磁场理论,下列说法正确的是(　　)A.在电场周围一定①产生磁场,磁场周围一定①产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化②的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化②的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化③的磁场D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
【解析】选D。根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场才产生变化的磁场。
角度2 电磁波的性质1.电磁波的形成示意图: 2.电磁波的特点:(1)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彼此垂直,且与电磁波的传播方向垂直。如图
(2)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。(3)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)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。(5)光也是一种电磁波。
【问题探究】空间存在如图所示的电场,那么在空间能不能产生磁场?在空间能不能形成电磁波? 提示:如题图所示的电场是均匀变化的,根据麦克斯韦电磁场理论可知会在空间激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出新的电场,故不会产生电磁波。
【典例示范】【典例2】某电路中电场随时间变化的图像如下列各图所示,能发射电磁波的电场是(　　)
【解析】选D。图A中电场不随时间变化,不会产生磁场;图B和图C中电场都随时间做均匀的变化,只能在周围产生恒定的磁场,也不会产生和发射电磁波;图D中电场随时间做不均匀的变化,能在周围空间产生变化的磁场,而这磁场的变化也是不均匀的,又能产生变化的电场,从而交织成一个不可分割的统一体,即形成电磁场,能发射电磁波。
知识点二　电磁波谱的理解角度1 各种电磁波的共性和个性1.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.个性:不同的电磁波由于具有不同的波长(频率),故具有不同的特性。
【问题探究】如图所示为美国最先进的KH—12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,是美国天基侦查的主力军。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:工作在红外线这一波段。该波段的波长大于可见光而小于无线电波,主要效应为热效应,常用于加热理疗、红外遥感摄像等。
【典例示范】【典例1】(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是(　　)A.波长不同的电磁波在本质上完全相同B.电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象C.电磁波谱的频带很宽D.电磁波的波长很短,所以电磁波的频带很窄
【解析】选A、C。电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的,只是波长或频率不同而已,其中波长最长的波跟波长最短的波之间的频率相差1020倍,又由波速公式v=λf知,电磁波谱的频带也是很宽的。
角度2 不同电磁波的特性及应用1.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。
2.不同电磁波的应用:
提醒:(1)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。(2)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。
【问题探究】“光子刀”具有附带损伤小,术后恢复快等特点,被广泛应用于各种恶性肿瘤的治疗中。那么,你知道这种“光子刀”工作在什么波段?该波段有什么特点吗?提示:这种“光子刀”工作在γ射线波段,该波段频率高 ,能量大,穿透力强,被广泛应用于工业金属探伤、医学肿瘤治疗等领域。
【典例示范】【典例2】关于电磁波的特性和应用,下列说法正确的是(　　)A.红外线和X射线都有很强的穿透本领,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.电磁波频率最大的是γ射线,医学上常用它进行人体透视检查D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光
【解析】选D。X射线有很强的穿透本领,常用于医学上透视人体,红外线没有,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是γ射线,但其频率太高,辐射太强,不适于进行人体透视检查,C错误,D正确。
【素养训练】1.(多选)关于电磁波的应用,下列说法正确的是(　　)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有无砂眼或裂缝C.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D.卫星用红外遥感技术拍摄云图照片,因为红外线穿透能力较强
【解析】选B、C。医院里用紫外线杀菌消毒,A错误;卫星用红外遥感技术拍摄云图照片是利用了一切温度不同的物体都有频率不同的红外辐射的特点,再说红外线穿透能力并不强,故D错误,B、C正确。
2.雷达在搜寻目标时,接收到回波所用时间为1.2×10-4 s,则此目标距雷达(　　)A.36 km　　　B.72 km　　　C.18 km　　　D.9 km【解析】选C。s=c· t=3×105× ×1.2×10-4 km=18 km,故C正确。
3.(多选)在电磁波中,波长按从长到短排列的是(　　)A.无线电波、可见光、红外线B.无线电波、可见光、γ射线C.红光、黄光、绿光D.紫外线、X射线、γ射线
【解析】选B、C、D。电磁波谱按波长从长到短排列顺序依次是无线电波→红外线→可见光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)→紫外线→X射线→γ射线,由此可知B、C、D选项正确。
【拓展例题】考查内容:电磁波在生活中的应用【典例】一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图,A是发射时的雷达探索波的脉冲波形,B是敌机反射回来的脉冲波形,则敌机与雷达站的距离是(　　)A.9×105 m　　　　　　　　B. 4.5×105 mC.3×105 mD.无法确定
【解析】选B。由题图知两波形相差3×10-3 s ,即敌机与雷达站距离为s=vt=3×108× ×3×10-3 m=4.5×105 m,故B正确。
【生活情境】如图所示,手机已成为人们普遍使用的通信和娱乐工具。探究:(1)它是利用________(选填“电磁波”或“超声波”)进行通信的。 (2)这种波________(选填“能”或“不能”)在真空中传播。 
【解析】(1)手机既是电磁波的发射台,也是电磁波的接收台,它是利用电磁波来传递信息的。(2)电磁波本身就是物质,故能在真空中传播。答案:(1)电磁波　(2)能
【生产情境】如图所示,某雷达站正在跟踪一架飞机,此时飞机正朝着雷达站方向匀速飞来。某一时刻雷达发射出一个雷达脉冲波,经过2×10-4 s后收到反射波;隔0.8 s后再发出一个脉冲波,经过1.98×10-4 s收到反射波。探究:(1)雷达波是超声波还是电磁波?波速为多少?(2)若雷达波的频率为1.5×1010 Hz,此波的波长为多少?
【解析】(1)雷达波是电磁波,波速为3.0×108 m/s。(2)根据波长、波速、频率的关系可得: λ= =2×10-2 m。答案:(1)电磁波　3.0×108 m/s　(2)2×10-2 m
1.高原上的人皮肤黝黑的原因是(　　)A.与高原上人的生活习惯有关B.与高原上的风力过大有关C.与高原上紫外线辐射过强有关D.由遗传基因本身决定的【解析】选C。高原上的紫外线辐射比平原高很多,而紫外线对皮肤有生理作用,可使皮肤变黑且粗糙。
2.下列说法中正确的是(　　)A.各种电磁波中穿透能力最弱的是γ射线B.红外线有显著的热效应,紫外线有显著的化学作用C.X射线的穿透本领比γ射线更强D.低温物体不能辐射红外线【解析】选B。在各种电磁波中,γ射线的频率最高,穿透能力最强,故A选项错误;频率越高,穿透本领越强,故C选项错误;一切物体都能辐射红外线,故D错误,正确选项为B。
3.在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)三个波段的频率大小关系是(　　)A.红外线的频率最大,可见光的频率最小B.伦琴射线的频率最大,红外线的频率最小C.可见光的频率最大,红外线的频率最小D.伦琴射线的频率最大,可见光的频率最小【解析】选B。在电磁波谱中,红外线、可见光和伦琴射线(X射线)按照频率从大到小的排列顺序是:伦琴射线(X射线)、可见光、红外线。
4.19世纪中叶,英国物理学家____________系统总结了人类对电磁规律的研究成果,提出了电磁场理论并预言了电磁波的存在,赫兹用实验证实了电磁波的存在。电磁波在日常生产、生活中得到了广泛的应用,某卫星传送电视信号的频率为2.0×109 Hz, 它在真空中的波长为__________m 。 【解析】预言电磁波存在的物理学家是麦克斯韦;由v=λf可知:波长λ= 答案:麦克斯韦　0.15
【加固训练】某收音机接收电路中,接收到了波长为500 m的电磁波,则该电磁波的频率为多少?【解析】由波速公式v=λf知该电磁波的频率f= =6×105 Hz。答案:6×105 Hz
十九　电磁波的发现及应用【合格性考试】(15分钟·30分)一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)1.目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内。下列关于雷达和电磁波的说法正确的是(　　)A.真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.6 m至1.8 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到反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离D.波长越长的电磁波,反射性能越强
【解析】选C。由公式v=λf可得,λmin= m=0.3 m,λmax= m=1.5 m,A错误;电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的,B错误;由雷达的工作原理可知C正确;波长越长的电磁波,传播的直线性越差,反射性能越弱,D错误。
2.电磁波在生活中有着广泛的应用。不同波长的电磁波具有不同的特性,因此也有不同的应用。下列器材与其所应用的电磁波对应关系不正确的是(　　)A.雷达——无线电波B.手机——X射线C.紫外消毒柜——紫外线D.遥控器——红外线
【解析】选B。雷达是利用了无线电波中的微波来测距的,故A正确;手机采用的是无线电波,X射线对人体有很大的辐射,不能用于通信,故B错误;紫外线具有很强的消毒作用,故C正确;红外线可以用于遥控器,故D正确。
3.在烤箱中能看见一种淡红色的光,下列关于这种光的说法中正确的是(　　)A.是电热丝发出的红外线B.是电热丝发出的红光C.主要是利用这种光为食物加热D.给食物加热是利用比这种光波长更短的电磁波【解析】选B。烤箱中看到的淡红色的光是可见的红光,起加热作用的主要是波长较长的红外线,而不是红光,故正确选项为B。
4.许多光学现象在科学技术上得到了应用,以下对一些应用的解释,正确的是(　　)A.紫外验钞机是利用紫外线的化学作用B.紫光灯消毒主要是利用紫光的强穿透力的特点C.工业上的金属探伤利用的是X射线具有极强的穿透能力D.红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点
【解析】选D。紫外验钞机是利用紫外线照射印刷在钞票上的荧光文字,发出可见光,使这些文字能被肉眼看到,利用了紫外线的荧光效应,A项错误;紫光灯消毒主要是利用其发出的紫外线具有较强的辐射能力来达到灭菌的目的而不是用紫光,B项错误;γ射线具有极强的穿透能力,工业上的金属探伤就是利用这个原理,C项错误;一切物体都在不停地辐射红外线,红外遥感技术就是利用这个原理,D项正确。
【加固训练】把电磁波按波长大小的顺序排列成谱,如图所示,由电磁波谱可知(　　)A.微波是不可见光B.红外线可以灭菌消毒C.紫外线的波长比红外线长D.γ射线能穿透物质,可以用来检查生物骨骼结构
【解析】选A。微波是不可见光,选项A正确;红外线有热效应,紫外线可以灭菌消毒,选项B错误;紫外线的波长比红外线短,选项C错误;γ射线具有极强的穿透能力,工业上常用它进行金属探伤,医学上常用它来治疗肿瘤等,但它的穿透力太强了不能用来检查生物骨骼结构,选项D错误。
二、计算题(10分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)5.如果中央人民广播电台向外发射500 kHz的电磁波,若距该台6×103 km处有一台收音机,问:(1)此电磁波的波长多大?(2)从电台发出的信号经过多长时间可以到达收音机处?
【解析】(1)根据波速公式c=λf和电磁波在真空中的传播速度c=3×108 m/s得λ= =600 m。(2)从电台发出的信号到达收音机处经过t= =0.02 s。答案:(1)600 m　 (2)0.02 s
【选择性考试】(10分钟·20分)6.(6分)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)理疗医用“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射线有很强的贯穿力E.红外线具有显著的热效应
【解析】(1)X光机是用来透视人体内部器官的,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X射线,故选择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,故选择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,故选择E。答案:(1)D　(2)C　(3)E
7.(14分)某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行,已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10-4 s,某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示,t=173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示,雷达荧光屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为10-4 s,电磁波的传播速度为c=3×108 m/s,则该战斗机的飞行速度大约为多少?
【解析】由题意知荧光屏相邻刻度线间表示的时间间隔t0=10-4 s,题图甲发射波和接收波的时间间隔t1=4×10-4 s,题图乙时间间隔t2=1×10-4 s,所以第一次战斗机距雷达的距离为s1=c· =6.0×104 m,第二次战斗机在雷达正上方,所以战斗机的高度h=c· =1.5×104 m,故173 s内战斗机飞行的水平距离为s= ≈5.8×104 m,所以v= ≈335 m/s。答案:335 m/s
【加固训练】某激光雷达测飞行导弹的速度,每隔0.01 s发出一激光脉冲,第一个脉冲发出后经t1接收到反射脉冲,第二个脉冲发出后经t2接收到反射脉冲,并设雷达和导弹在一条直线上,求导弹的飞行速度。