高中人教版 (2019)4 电磁波的发现及应用学案设计

13.4  电磁波的发现及应用

考点1：对麦克斯韦电磁场理论的理解

1.对麦克斯韦电磁场理论的理解

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。

【例1】下列有关电磁场理论的说法正确的是(　　)

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，形成一个不可分离的统一体，即电磁场

【解析】C　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，故A错；同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，故B错；电场和磁场并不总是相互联系着的，例如，静止电荷周围只有静电场，静止磁体周围只有稳定的磁场。只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，故D错。

1．关于电磁场的理论，下列说法正确的是(　　)

A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的

B．变化的磁场周围产生的电场一定是变化的

C．均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的

D．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的

【解析】D　非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场产生稳定的磁场，所以变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场，但不一定变化，故A、B错误；均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，故C错误；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故D正确。

考点2：对电磁波的理解

1．电磁波的特点

（1）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。

（2）只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。

（3）电磁波可以在真空中传播，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。

（4）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。

2．波长、频率与波速之间的关系

波速＝波长×频率，即c＝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。

【例2】　波长为0.6 μm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？它的频率是多少？

【解析】　由速度公式v＝可求得时间，可根据电磁波波长、频率和波速关系式c＝λf可得频率，其中t＝＝ s≈3.33×10－8 s

由c＝λf得f＝＝ Hz＝5×1014 Hz。

【答案】　3.33×10－8 s　5×1014 Hz

2．关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是(　　)

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

【解析】A　根据麦克斯韦电磁场理论，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生的是稳定的磁场，故A错误。

考点3：对电磁波谱的理解

1．电磁波谱是把电磁波按波长由大到小的顺序排列起来的图表。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．电磁波谱中各种波段的特征用途比较(如下表)

【例3】　(多选)下列有关电磁波的特性和应用，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射线都使感光底片感光

【解析】CD　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。

3．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

【解析】B　声波、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，D错误。

◎考点一　对麦克斯韦电磁场理论的理解

1．(多选)根据麦克斯韦的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(　　)

A　　　　B　　　　C　　　D

【解析】BC　A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，A图中的下图是与其不对应的；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，所以B图正确；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，且相位相差，C图是正确的；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，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差π，故D图错误。B、C正确。

2．关于电磁场理论，下列说法正确的是(　　)

A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场

B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场

C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场

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】D　根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场周围才能产生磁场，故A错；而非均匀变化的电场产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，故B、C错；周期性变化的电场一定产生同周期变化的磁场，故D正确。

◎考点二　对电磁波的理解

3．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是(　　)

A．电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波

B．在电场的周围总能产生磁场，在磁场的周围总能产生电场

C．电磁波是一种物质，只能在真空中传播

D．电磁波传播的速度是3.0×108 m/s

【解析】A　变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，场逐渐向外传播形成电磁波，A正确；根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，只要电场发生变化就可以产生磁场，只要磁场发生变化就可以产生电场，如果电场(磁场)不变化，则不能产生磁场(电场)，B错误；电磁波的传播不依赖介质，可在真空中传播，也可在介质中传播，在真空中的传播速度才等于光速，C、D错误。

4．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．即不发出响声，也不显示号码

【解析】C　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。

5．某闭合电路的电流或电压随时间变化的规律如图所示，能发射电磁波的是(　　)

A　　　　B　　　　C　　　　D

【解析】C　非均匀变化的电场产生变化的磁场，非均匀变化的磁场再产生变化的电场，从而形成电磁场，电磁场由近及远地传播，形成电磁波，故要求电流或电压是变化的，但不能是均匀变化的，C正确。

6．具有NFC(近距离无线通信技术)功能的两只手机在间距小于10 cm时可以通过________波直接传输信息，其载波频率为1.5×107 Hz，载波的传播速度为3.0×108 m/s，则该载波的波长为________ m。

【解析】　英国物理学家麦克斯韦的电磁场理论告诉我们：周期性变化的磁场能产生周期性变化的电场，从而产生电磁波。空气中电磁波的传播速度近似等于光速c，由波速公式c＝λf得波长λ＝＝ m＝20 m。

【答案】　电磁　20

◎考点三　对电磁波谱的理解

7．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．红外线易穿透云层，故广泛应用于遥感技术领域

B．医院用X光进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透能力最强的

C．阳光可以晒黑皮肤，主要是阳光中红外线的作用

D．电取暖器利用了红外线的热作用

【解析】AD　红外线衍射明显，选项A正确；γ射线穿透能力最强，选项B错误；阳光晒黑皮肤是紫外线的作用，选项C错误；红外线有显著的热作用，选项D正确。

8．(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　)

A．在真空中各种电磁波的传播速度都相同

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．紫外线比紫光的波长长

D．在电磁波谱中，波长最长的是γ射线

【解析】AB　各种电磁波在真空中的速度都为3×108m/s，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，紫光是可见光，比紫外线的波长长，故C、D错误。

9．(多选)关于紫外线的作用和特性，下列说法正确的是(　　)

A．一切物体都在不停地辐射紫外线

B．紫外线能杀菌消毒是因为紫外线具有较高的能量，可以穿透细胞膜

C．紫外线具有较强的穿透能力，可以穿透人的皮肤、破坏内脏器官

D．紫外线具有荧光作用

【解析】BD　一切物体都在不停地辐射红外线，A错误；紫外线具有较高的能量，能破坏细胞核中的物质，可以用来杀菌消毒，B正确；紫外线穿透能力不强，不会穿透人的皮肤破坏内脏器官，C错误；紫外线具有荧光效应，可用于设计防伪，D正确。

10．微波炉的工作应用了一种电磁波——微波(微波的频率为2.45×109Hz)。食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高，食物增加的能量是微波给它的。下表是某微波炉的部分技术参数，问：

（1）该微波炉内磁控管产生的微波波长是多少？

（2）该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少？

（3）如果做一道菜，使用微波挡需要正常工作30 min，则做这道菜需消耗多少电能？

【解析】(1)微波炉的波长为

λ＝＝ m≈0.12 m。

(2)微波挡工作时的额定电流为

I＝＝ A＝5 A

(3)消耗的电能ΔE＝W＝Pt＝1 100×1 800 J＝1.98×106 J。

【答案】　(1)0.12 m　(2)5 A　(3)1.98×106 J