物理必修 第三册4 电磁波的发现及应用学案及答案
展开物理观念
1.了解电磁波是一种特殊物质,电磁波能传递能量和信息。
科学思维
1.体验赫兹证明麦克斯韦预言电磁波存在的实验过程和实验方法,领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。
2.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方面的主要应用。知道可见光是电磁波谱家族中的一个频段。
科学态度与责任
1.了解人类发现电磁波的历史,知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波的发现做出的贡献,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。
一、电磁场与电磁波
1.麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场产生电场
①在变化的磁场中放一个闭合的电路,由于穿过电路的 ,电路中会产生感应电流.这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了 .
②即使在变化的磁场中没有闭合电路,也同样要在空间产生 .
(2)变化的电场产生磁场
变化的电场也相当于一种电流,也在空间产生 ,即 的电场在空间产生磁场.
2.电磁场:变化的 和变化的 所形成的不可分割的统一体.
3.电磁波
(1)电磁波的产生: 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.
(2)实验验证:1886年 通过实验捕捉到了电磁波,证实了麦克斯韦的电磁场理论。
(3)电磁波的特点
①电磁波 在真空中传播.
②电磁波的传播速度等于 .
③光在本质上是一种 .即光是以 形式传播的一种电磁振动.
(4)电磁波的波速
①波速、波长、频率三者之间的关系:波速= × .
电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c= .
②电磁波在真空中的传播速度c=3×108 m/s.
二、电磁波谱与电磁波的能量
1.电磁波谱
(1)概念:按电磁波的 或 大小的顺序把它们排列成谱,叫作电磁波谱.
(2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为: 、红外线、 、 、X射线、γ射线.
(3)各种电磁波的特性
①无线电波:用于 、卫星通信、 等信号的传输.
②红外线:用于 等.
③可见光:照亮自然界,也可用于
④紫外线:用于灭菌 .
⑤X射线和γ射线:用于诊断病情、摧毁 .
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 ,电磁波是一种物质.
(3)微波炉可以加热食物,说明电磁波具有 ;用收音机能够听到播音员的声音,是因为电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流,有电流就有能量。各种各样的仪器,能够探测到各种电磁波。所有这些都表明电磁波具有能量,电磁波是一种物质。
(4) 人们可以通过接入互联网的手机看电影、聊天、购物、查阅资料、视频通话。这些信息都是通过电磁波来传递的。电磁波携带的信息,既可以有线传播,也可以 传播。
情境链接
我国航天员王亚平太空授课的情境如图所示,请问她跟地面上的同学的通话是通过什么实现的?
教材拓展
阅读教材第119页“电磁场”部分内容,思考麦克斯韦得出“变化的电场产生磁场”的依据是什么?
判断下列说法的正误.
(1)变化的磁场可以产生电场,但变化的电场不能产生磁场。( )
(2)电磁波在空气中可以传播,在真空中不能传播。( )
(3)赫兹用实验验证了电磁波的存在。( )
(4)光在真空中的速度与电磁波在真空中的速度相同,光是一种电磁波。( )
(5)电磁波具有能量,用来传递信息。( )
(6)无线电波的频率低于X射线的频率。( )
一、麦克斯韦电磁场理论
如图所示的实验演示了电磁波的发射和接收,通过此实验证实了什么问题?
导学探究
答案 证实了麦克斯韦电磁场理论。
知识深化
1.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。
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
特别提示 变化的磁场周围产生电场,与是否有闭合电路存在无关。
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMAT 例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着电场,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.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
理解麦克斯韦的电磁场理论的关键
掌握四个关键词:“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”,这些都是对时间来说的,是时间的函数。
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)电磁波的传播不需要介质.在真空中传播速度等于光速c=3×108 m/s.
(2)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.
(3)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波.
(4)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.
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMAT 例2 (多选)下列关于电磁波的说法中正确的是( )
A.只要电场和磁场发生变化,就能产生电磁波
B.电磁波的传播需要介质
C.停止发射电磁波,发射出去的电磁波仍能独立存在
D.电磁波具有能量,电磁波的传播是伴随着能量向外传递的
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例3.TIF" \* MERGEFORMAT 例3 电磁波在真空中传播的速度c=3.00×108 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为( )
A.2.70 m B.270 m
C.3.00 m D.3.33 m
三、电磁波谱
导学探究
在我们身边到处都有电磁波的影子,它的应用更是比比皆是。下列设备中工作时所发出的波,哪些属于电磁波?(1)微波炉加热食物时发出的波。(2)电视发射塔发出的波。(3)互联网光缆中传播的波。(4)电视机遥控器发出的波。
知识深化
1.电磁波谱
按照波长由大到小(或频率由低到高)的顺序排列为: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
3.共性
(1)它们在本质上都是电磁波,它们的行为遵从相同的规律,各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵守公式c=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.特性
(1)波长越短穿透能力越强。
(2)不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大,速度越小。
(3)用途不同:①无线电波用于通信和广播;②红外线用于加热和遥感技术;③可见光用于照亮自然界和通信;④紫外线用于杀菌消毒;⑤X射线应用于医学上的X光照相;⑥γ射线用于检查金属部件的缺陷,摧毁病变的细胞等。
特别提示 不同的电磁波由于具有不同的波长(频率),才具有不同的特性。
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例4.TIF" \* MERGEFORMAT 例4 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射线具有很强的穿透力
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
电磁波的特点和应用
我们不仅要牢记电磁波谱中的不同的电磁波(如红外线、紫外线、X射线、γ射线)的特点和应用,还要记住电磁波谱中波长、频率的变化规律,如频率越高,波长越短,穿透性越强;频率越低,波长越长,穿透性越弱。
1.(电磁波)(多选)关于电磁波,下列说法正确的是( )
A.麦克斯韦用实验成功地证明了电磁波的存在
B.电磁波的传播不需要借助任何介质
C.电磁波的传播过程是电磁场能的传播过程
D.均匀变化的电场一定能形成电磁波
2.(电磁波谱)下列各组电磁波中,按波长由长到短排列正确的是( )
A.红外线、紫外线、可见光、γ射线
B.γ射线、紫外线、红外线、可见光
C.γ射线、紫外线、可见光、红外线
D.红外线、可见光、紫外线、γ射线
3.(电磁波的特性)(多选)关于电磁波谱,下列说法中正确的是( )
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,它的频率比X射线还要高
C.紫外线的频率比紫光低
D.在电磁波谱中,穿透能力最强的是X射线
考点一 麦克斯韦电磁场理论
1.(多选)下列说法中,正确的有( )
A.最早发现电和磁有密切联系的科学家是奥斯特
B.电磁感应现象是法拉第发现的
C.建立完整的电磁场理论的科学家是麦克斯韦
D.最早预言电磁波存在的科学家是赫兹
2.(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.周期性变化的电场在周围空间产生同样频率的周期性变化的磁场
3.(多选)某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示,能产生磁场的电场是( )
考点二 电磁波谱及电磁波的应用
4.(多选)关于光波和无线电波,下列说法正确的是( )
A.都是电磁波
B.都可以在真空中传播
C.在真空中的传播速度都是3×108 m/s
D.二者的波长、频率均相同
5.(多选)在电磁波谱中,下列说法正确的是( )
A.各种电磁波有明显的频率和波长区域界限
B.γ射线的频率一定大于X射线的频率
C.X射线的波长有可能等于紫外线波长
D.可见光波长一定比无线电波的短
6.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是X射线
D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光
7.关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是( )
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
8.间谍卫星上装有某种遥感照相机,可用来探测军用和民用目标.这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车,即使车队离开,也瞒不过它.这种遥感照相机敏感的电磁波属于( )
A.可见光波段 B.红外线波段
C.紫外线波段 D.X射线波段
9.频率为5×1014 Hz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?在这个距离中有多少个波长?
10.波长为50~100 m的无线电波适宜通过电离层的反射向远处传播,这些无线电波的频率范围是多大?若传到相隔1 500 km的远处至少需要多长时间?
恒定的磁场不产生电场
恒定的电场不产生磁场
均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场
不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场
周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场
周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场
名称
特性
无线电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
主要应用
通信、
广播
红外探测器、
红外体温计
引起
视觉
灭菌、
消毒、
防伪
医学透视、
安检
治疗疾
病、金
属探伤
真空中的速度
都是c=3×108 m/s
频率
小→大
同介质中速度
大→小
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