人教版 (2019)必修 第三册4 电磁波的发现及应用优秀巩固练习

13.4  电磁波的发现及应用

【物理核心素养】

物理观念：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，从中渗透事物之间是相互联系的，可以转化的物理观念。

科学思维：通过学习使学生体会科学家研究物理问题的思想方法。

科学探究：通过了解电磁场理论建立的历史过程，使学生感认识规律的普遍性和特殊性。

科学态度与责任：通过学习电磁场理论建立的简史，培养学生崇尚科学并愿为科学献身的精神。

【教学重难点】

教学重点：麦克斯韦电磁场理论

教学难点：电磁波的特性，波长、波速、频率的关系。

知识点一、麦克斯韦电磁场理论

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

【经典例题1】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

【答案】  B

【解析】A．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，故A错误；

B．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，故B正确；

C．若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，故C错误；

D．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，故D错误。

故选B。

【变式训练1】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

【答案】  A

【解析】A．电磁波是一种物质，故A正确；

B．电磁波既可以传递信息，也可以传播能量，故B错误；

C．红外线的波长大于X射线的波长，故C错误；

D．变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，故D错误。

故选A。

知识点二、电磁波

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)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

(2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s.

(3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程．

(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)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质．

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.

【经典例题2】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

【答案】  B

【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

可知波长越大，频率越小，B正确，ACD错误。

故选B。

【变式训练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

【答案】  BD

【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；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。

故选BD。

知识点三、电磁波谱

1．电磁波谱

(1)概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱．

(2)电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf.

(3)电磁波在真空中的速度c＝3×108 m/s.

(4)各种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．

(5)各种电磁波的特性

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：用来加热理疗等．

③可见光：照亮自然界，也可用于通信．

④紫外线：用于消毒．

⑤X射线：用于诊断病情．

⑥γ射线：可以摧毁病变的细胞．

2．电磁波的能量

(1)光是一种电磁波，光具有能量．

(2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质．

【特别提醒】

1．电磁波谱

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．它们共同构成了范围广阔的电磁波谱．

2．不同波长的电磁波的比较

【经典例题3】下列各组电磁波，按频率由高到低的正确排列顺序是　　

A．无线电波、红外线、可见光、X射线

B．X射线、红外线、可见光、无线电波

C．X射线、可见光、红外线、无线电波

D．无线电波、可见光、红外线、X射线

【答案】  C

【解析】频率顺序由高到低排列，电磁波谱可大致分为：射线伽马射线，X射线伦琴射线，紫外线，可见光，红外线，微波，无线电波，故C正确、ABD错误．故选C．

【变式训练3】（多选）2022冬奥会开幕进入倒计时，北京也将成为第一个举办过夏季奥林匹克运动会和冬季奥林匹克运动会以及亚洲运动会三项国际赛事的城市，奥运直播当然就成为人们关注的焦点！北京冬奥会山地转播中心位于北京2022年冬奥会张家口赛区的核心区，包括转播中心本体建筑和电视演播室两大部分。山地转播中心面积约1.2万平米，内设四个转播技术分隔区；电视演播室建筑面积约8000平方米，分上、中、下三层，设有10个电视演播间。下列关于电磁波的说法正确的是（　　）

A．电磁波在真空中的传播速度是

B．电磁波不能传播能量

C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波

D．麦克斯韦预言了电磁波的存在

【答案】  ACD

【解析】A．电磁波在真空中的传播速度是，选项A正确；

B．电磁波能传播能量，选项B错误；

C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线均属于电磁波，选项C正确；

D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，选项D正确。

故选ACD。

题组A  基础过关练

1．关于电磁波的传播速度表达式c=λf，下列理解正确的是（　　）

A．电磁波在真空中的传播速度随波长增大而增大

B．电磁波在真空中的传播速度随频率增大而增大

C．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长不变

D．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大

【答案】  D

【解析】AB．电磁波在真空中的传播速度都相同，不随波长和频率的变化而变化，选项AB错误；

CD．根据

当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大，选项C错误，D正确。

故选D。

2．有一个广播电台的频率，这个电台发射的电磁波的波长为（　　）

A． B． C． D．

【答案】  D

【解析】这个电台发射的电磁波的波长

故选D。

3．目前，我国正在开展5G网络试点工作，并将于2020年进入全面5G时代。届时，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实。5G，即第五代移动通信技术，采用频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术，频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比下列说法正确的是（　　）

A．5G信号比4G信号在真空中的传播速度更快 B．5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡

C．5G信号比4G信号需要更少的通信基站 D．5G信号比4G信号更适合长距离传输

【答案】  B

【解析】A．5G信号和4G信号都是电磁波，在真空中传播速度等于光速，A错误；

BC．根据

可知5G信号频率更高，波长更短，4G信号频率更低，波长更长，更容易发生明显衍射，即5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡，需要建设更密集的基站，B正确，C错误；

D．近距离数据传输技术也是未来5G移动通信网络构建过程中所研究的关键技术之一。近距离数据传输也就是指移动网络数据信号可以不经过移动信号基站，而是直接实现设备与设备之间的通信传输，D错误。

故选B。

4．目前雷达发出的电磁波频率多在200~1000MHz的范围内。下列关于电磁波的说法正确的是（　　）

A．真空中，上述频率范围的电磁波的波长在30~150m之间

B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的

C．红外线的波长比紫外线的波长短

D．测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间，就可以确定障碍物的距离

【答案】  D

【解析】A．根据波长公式

可知电磁波频率在200~1000MHz的范围内，则电磁波的波长在0.3~1.5m之间，故A错误；

B．根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的电场或磁场才能产生电磁波，故B错误；

C．根据电磁波谱，红外线的波长比紫外线的波长更长，故C错误；

D．电磁波在空气中的传播速度约为3×108m/s，只要测出时间就可以求距离，即

故D正确。

故选D。

5．（多选）下列关于电磁波说法正确的是（　　）

A．红外线与紫外线都不属于电磁波

B．赫兹从理论上预言了电磁波的存在

C．电磁波传播时不需要介质可以在真空中传播

D．可见光与微波炉中的微波一样都属于电磁波

【答案】  CD

【解析】AD．电磁波谱包括长波、中波、短波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，A错误，D正确；

B．麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，从理论上预言了电磁波的存在，B错误；

C．电磁波传播时不需要介质可以在真空中传播，C正确。

故选CD。

6．（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（　　）

A．电磁波在真空中的传播速度等于光速

B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波

C．电磁波不能在真空中传播

D．麦克斯韦提出了电磁场理论并证实了电磁波的存在

【答案】  AB

【解析】A．电磁波在真空中的传播速度等于光速，选项A正确；

B．如果在空间区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场，这个变化的磁场又引起新的变化的电场，于是变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，从而形成了电磁波，选项B正确；

C．电磁波可以在真空中传播，选项C错误；

D．麦克斯韦提出了电磁场理论并预言电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项D错误。

故选AB。

题组B  能力提升练

7．关于电磁场及电磁波，下列说法错误的是（　　）

A．麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹通过实验证实了电磁波的存在

B．变化的电场能够产生磁场，变化的磁场能够产生电场

C．不同电磁波具有不同的波长，电磁波中无线电波可用于通信

D．红外线的显著作用是热效应，温度较低的物体不能辐射红外线

【答案】  D

【解析】A．麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，选项A正确，不符合题意；

B．变化的电场能够产生磁场，变化的磁场能够产生电场，选项B正确，不符合题意；

C．不同电磁波具有不同的波长，电磁波中无线电波可用于通信，选项C正确，不符合题意；

D．红外线的显著作用是热效应，温度低的物体也能辐射红外线，选项D错误，符合题意。

故选D。

8．关于电磁场理论，下面说法中正确的是（　　）

A．电场周围空间中产生磁场

B．稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场

C．静止电荷能够在周围空间产生稳定的磁场

D．变化的电场和变化的磁场互相激发，形成由近及远传播的电磁波

【答案】  D

【解析】A．在变化的电场周围空间中会产生磁场，选项A错误；

B．稳定电场在周围空间不会产生磁场，选项B错误；

C．静止电荷不会在周围空间产生磁场，运动的电荷才会，选项C错误；

D．变化的电场和变化的磁场互相激发，形成由近及远传播的电磁波，选项D正确。

故选D。

9．2022年3月8日，航天员王亚平从空间站送来的“国际妇女节”节日祝福通过电磁波传播到祖国各地，下列关于电磁波的说法正确的是（　　）

A．麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在

B．只要有电场就能产生电磁波

C．电磁波传播需要介质，机械波传播不需要介质

D．电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且都与波的传播方向垂直

【答案】  D

【解析】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，A错误；

B．若只有电场，而电场是稳定的或电场仅均匀变化都不能产生电磁波，B错误；

C．电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质，C错误；

D．因电磁波是横波，所以电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且与波的传播方向垂直，D正确。

故选D。

10．关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是（　　）

A．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波

B．发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅，接收电磁波需经过解调过程，解调是调制的逆过程

C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线都是电磁波

D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失

【答案】  D

【解析】A．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，故A正确；

B．发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅，接收电磁波需经过解调过程，解调是调制的逆过程，故B正确；

C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线都是电磁波，故C正确；

D．若波源的电磁振荡停止，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会消失，还要继续传播，故D错误。

故选D。

11．电磁波给人类生活带来日新月异变化的同时，也带来了电磁污染。长期使用如图所示的通信装置，会对人体健康产生影响的是（　　）

A． B．

C． D．

【答案】  C

【解析】ABD．选项A、B、D中的图片都是固定电话，只是样式不同，固定电话是利用电现象和声现象之间的联系来工作的，不会对人体健康产生影响；

C．选项C中的图片是移动电话，移动电话是利用电磁波来工作的，过量的电磁波会造成电磁辐射，对人体造成伤害。

故选C。

12．“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。创造了中国载人航天任务的新纪录。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

【答案】  B

【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。

13．（多选）下列有关电磁波的特性和应用的说法正确的是（　　）

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

【答案】  CD

【解析】A．X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线不能用于透视人体，选项A错误；

B．过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误；

C．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞，选项C正确；

D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光，选项D正确。

故选CD。

14．（多选）下列关于电磁波的说法正确的是（　　）

A．微波炉加热食物说明电磁波具有能量

B．固定电话通过电磁波传递信息

C．电磁波的传播需要介质

D．移动电话（手机）既能接收电磁波，也能发射电磁波

【答案】  AD

【解析】A．微波炉加热食物过程中，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，食物增加的能量是微波给它的，可见电磁波具有能量，故A正确；

B．固定电话是通过电流传递信息的，故B错误；

C．电磁波传播的不需要介质，故C错误；

D．移动电话（手机）既能接收电磁波，也能发射电磁波，故D正确。

故选AD。

题组C  培优拔尖练

15．使用蓝牙耳机可以接听手机来电，蓝牙通信的电磁波波段为。已知可见光的波段为，则蓝牙通信的电磁波（　　）

A．是蓝光 B．波长比可见光短

C．比可见光更容易发生衍射现象 D．在真空中的传播速度比可见光小

【答案】  C

【解析】A．根据题意可知，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，所以蓝牙通信的电磁波不可能是蓝光，故A错误；

B．因为蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，根据可知，波长比可见光长，故B错误；

C．因为波长比可见光长，所以更容易发生衍射现象，故C正确；

D．所有电磁波在真空中传播速度都为光速，是一样的，故D错误。

故选C。

16．5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一为具有超高速的数据传播速率。5G信号一般采用3300MHz~5000MHz频段的无线电波，而第四代移动通信技术4G的频段范围是1880MH~2635MHz，则（　　）

A．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播的更快

B．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

C．空间中的5G信号和4G信号会产生稳定的干涉现象

D．5G信号是横波，4G信号是纵波

【答案】  B

【解析】A．5G信号与4G信号所用的无线电波在真空中传播时速度相同，都等于光速，A错误；

B．5G信号相比于4G信号频率更高，波长更短，更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，B正确；

C．空间中的5G信号和4G信号频率不相同，不会产生稳定的干涉现象，C错误；

D．5G信号是横波，4G信号也是横波，D错误。

故选B。

17．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：，则蓝牙通信的电磁波（　　）

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 D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小

【答案】  B

【解析】A．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；

B．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

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；

CD．在真空中电磁波的传播速度大小均为

故CD错误。

故选B。

18．如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于四幅图的说法正确的是（　　）

A．甲图，通电螺线管周围产生的磁场和磁感线都是真实存在的

B．乙图，将小磁针放在地球表面赤道位置自由静止时，小磁针的N极指向地理南极

C．丙图，法拉第圆盘发电机利用了“电生磁”的现象为原理制作而成

D．丁图，麦克斯韦推断的电磁波产生与传播的原理图

【答案】  D

【解析】A．磁场真实存在，但磁感线是为了描述磁场的性质引人的假想线，并不实际存在，故A错误；

B．地理南极即为地磁北极，则在赤道位置的地磁场方向由地理南极指向地理北极，小磁针N极方向与磁场方向相同，故此时小磁针的N极应指向地理北极，故B错误；

C．法拉第圆盘发电机是利用电磁感应---“磁生电”现象为原理制作的，故C错误；

D．麦克斯韦推断：若在空间某区域有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场，这个变化的磁场又引起新的变化的电场，这样交替产生，由近及远地向周围传播，即为电磁波的产生和传播原理，故D正确。

故选D。

19．（多选）下列说法中正确的是（　　）

A．电磁波又叫无线电波

B．电磁波的传播不需要任何介质

C．电磁波的传播过程就是电磁场能量的传播过程

D．电磁波在各种介质中的传播速度都相等

【答案】  BC

【解析】A．无线电波属于电磁波的一种，故A错误；

B．电磁波是由电场和磁场相互激发产生并向远处传播的，所以不需要介质，B正确；

C．电磁波传播的过程中电场能和磁场能也随之传向了远方，所以电磁波的传播过程就是电磁场能量的传播过程，C正确；

D．电磁波的传播速度和频率、介质都有关，所以在不同介质中电磁波的传播速度不同，D错误。

故选BC。

20．（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（　　）

A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关

B．雷达是利用电磁波来进行定位和导航的

C．移动电话是通过电磁波来传递信息的

D．利用电磁波传递信息可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输

【答案】  BC

【解析】A．电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，故A错误；

BC．雷达、移动电话都是利用电磁波来工作的，B、C正确；

D．利用电磁波传递信息可以实现无线通信，电磁波也能通过电缆、光缆传播，如光纤通信，故D错误。

故选BC。