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高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步4 电磁波的发现及应用学案设计
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步4 电磁波的发现及应用学案设计，共6页。学案主要包含了麦克斯韦电磁场理论，电磁波，电磁波谱等内容，欢迎下载使用。
2.知道电磁波的特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系.
3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量．
学习过程
打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量。接着，按照如图所示的方式在收音机附近，让电池的正极连接一根导线， 拿着负极的导线头，让它与锉接触，并在锉面上滑动，你会听到收音机中发出“咔咔咔”的响声。为什么会产生这种现象？
讨论：电池盒的两根引线锉面上滑动时，电流迅速变化，产生的 迅速变化，变化的电场产生 ，变化的磁场产生电场形成 向外传播，当 遇到收音机时被接收到，从而发出咯咯的声响。
一、麦克斯韦电磁场理论
1.变化的磁场产生电场：
在变化的磁场中放入一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生 ．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了 ．
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．
3．电磁场：变化的 和 所形成的不可分割的统一体．
例1：（多选）根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是（ ）
A．变化的电场一定产生变化的磁场
B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场
C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场
D．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，形成电磁波
二、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，由近及远地向周围传播，形成电磁波．
我们熟悉声波和水波，耳朵能够听到声波是因为耳朵和声源之间有空气，水波的传播则需要水。空气、水是声波和水波传播的介质。水波和声波的传播都离不开介质。与这些波不同，电磁波可以在真空中传播，这是因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互"激发"。
2.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光在本质上是一种电磁波．即光是以 形式传播的一种电磁振动．
3.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＝ m/s.
例2：2022年3月23日，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行了第三次太空授课。“天宫课堂”主要依靠中继卫星系统通过电磁波进行天地互动。下列关于电磁波的说法正确的是（ ）
A．电磁波传播需要介质
B．电磁波传播过程中也传递了能量
C．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在
D．不同波长的电磁波在真空中的传播速度大小不同
三、电磁波谱
1.按电磁波的 或 大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱．
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、 等的信号传输．
②红外线：用来 等．
③可见光：照亮自然界，也可用于 ．
④紫外线：用于 ．
⑤X射线：用于诊断病情
⑥γ射线：可以摧毁 ．
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．
例3：疫情期间，志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒。下列说法正确的是（ ）
A．红外线的光子能量比紫外线的小B．真空中红外线的波长比紫外线的短
C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大D．真空中红外线的频率比紫外线的大
课后作业
1、按频率由小到大，电磁波谱的排列顺序是( )
A．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线
B．无线电波、可见光、红外线、紫外线、X射线、γ射线
C．γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波
D．红外线、无线电波、可见光、紫外线、γ射线、X射线
2、太阳风暴袭击地球时，不仅会影响通信，威胁卫星．而且会破坏臭氧层，臭氧层作为地球的保护伞，是因为臭氧能吸收太阳辐射中（ ）
A．波长较短的可见光 B．波长较长的可见光
C．波长较短的紫外线 D．波长较长的红外线
3、某电路中电场随时间变化的图像有如图所示几种情况，能发射电磁波的电场是( )
4、关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．麦克斯韦不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在
B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在
C．赫兹不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在
D．赫兹首先预言了电磁波的存在，麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在
5、许多科学家对物理学的发展做出了巨大贡献，下列说法正确的是（ ）
A．库仑利用扭秤测出了静电力常量k的数值
B．富兰克林通过油滴实验测定了电荷量e的数值
C．法拉第提出了场的概念并用电场线形象地描述电场
D．麦克斯韦提出了电磁场统一理论并用实验证明了电磁波的存在
6、关于电磁波谱，下列说法正确的是（ ）
A．电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波
B．紫外线的频率比可见光低，长时间照射可以促进钙的吸收，改善身体健康
C．X射线和γ射线的波长比较长，穿透力比较强
D．红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线
7、下列关于机械波和电磁波的说法中正确的是（ ）
A．电磁波和机械波都能产生干涉、衍射和多普勒效应现象
B．波源停止振动，机械波立即停止传播，电磁波能继续传播
C．机械波和电磁波由一种介质进入另一种介质传播时，波速保持不变
D．机械波和电磁波由一种介质进入另一种介质传播时，波长保持不变
8、电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害。《环境电磁波卫生标准》等法规规定：当电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不超过0.1W/m2时，对人体没有任何影响。某ZZZ办公区域内采用如图所示的无线路由器，若它的电磁辐射功率是0.5W，则人体与该装置的安全距离至少为（ ）
A．1.5m B．2.0m C．2.5m D．3.0m
9、第四代移动通信技术(4G)采用1 800 MHz～2 635 MHz频段的无线电波；2021年我国正在全面推行第五代移动通信技术(5G)，采用3 300 MHz～5 000 MHz频段的无线电波。未来5G网络的传输速率是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是( )
A．5G信号和4G信号都是电磁波
B．在真空中5G信号比4G信号传播速度大
C．在真空中5G信号比4G信号的波长大
D．5G信号和4G信号在空间产生的磁场的磁感应强度随时间是均匀变化的
10、雷达是一种利用电磁波来测定物体位置和速度的设备，某防空雷达发现一架飞机正在以水平速度朝雷达正上方匀速飞来，已知该雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10－4 s，某时刻在雷达监视屏上显示的波形如图甲所示，经过t＝173 s后雷达向正上方发射和接收到的波形如图乙所示，已知雷达屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为1×10－4 s，则该飞机的飞行速度大小约为(电磁波的波速为c＝3×108 m/s)( )
A．12 000 m/s B．900 m/s C．500 m/s D．300 m/s
11、过量接收电磁辐射有害人体健康，按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过某一临界值W0。若某无线电通信装置的电磁辐射功率为P（若离辐射源距离为R的球面上接收到的功率始终为P），则符合规定的安全区域到该通信装置的距离至少为多少？（已知半径为R的球表面积的公式S=4πR2）
12、微波炉的工作应用了一种电磁波——微波(微波的频率为2.45×109 Hz)。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：
AAAAA微波炉
MG－5021MW
额定电压：220 V
微波额定功率：1 100 W
微波输出功率：700 W
内腔容积：20 L
振荡频率：2 450 MHz
(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，则做这道菜需消耗的电能为多少焦？
学习过程参考答案：
电场 磁场 电磁波 电磁波
电流 电场 磁场 变化 电场 磁场
例1 CD
周期性 周期性 可以 光速 波动 波长 频率 λf 3×108
例2 B
波长 频率 无线电波 可见光 紫外线 广播 电视 加热理疗 通信 消毒 病变细胞 能量
例3 A
课后作业参考答案：
1、A 2、 C 3、D 4、 B 5、 C
6、A 7、 A 8、 B 9、 A 10、D
11、R≥P4πW0
12、(1)0.12 m (2)5 A (3)1.98×106 J
2.知道电磁波的特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系.
3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量．
学习过程
打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量。接着，按照如图所示的方式在收音机附近，让电池的正极连接一根导线， 拿着负极的导线头，让它与锉接触，并在锉面上滑动，你会听到收音机中发出“咔咔咔”的响声。为什么会产生这种现象？
讨论：电池盒的两根引线锉面上滑动时，电流迅速变化，产生的 迅速变化，变化的电场产生 ，变化的磁场产生电场形成 向外传播，当 遇到收音机时被接收到，从而发出咯咯的声响。
一、麦克斯韦电磁场理论
1.变化的磁场产生电场：
在变化的磁场中放入一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生 ．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了 ．
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．
3．电磁场：变化的 和 所形成的不可分割的统一体．
例1：（多选）根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是（ ）
A．变化的电场一定产生变化的磁场
B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场
C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场
D．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，形成电磁波
二、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，由近及远地向周围传播，形成电磁波．
我们熟悉声波和水波，耳朵能够听到声波是因为耳朵和声源之间有空气，水波的传播则需要水。空气、水是声波和水波传播的介质。水波和声波的传播都离不开介质。与这些波不同，电磁波可以在真空中传播，这是因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互"激发"。
2.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光在本质上是一种电磁波．即光是以 形式传播的一种电磁振动．
3.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＝ m/s.
例2：2022年3月23日，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行了第三次太空授课。“天宫课堂”主要依靠中继卫星系统通过电磁波进行天地互动。下列关于电磁波的说法正确的是（ ）
A．电磁波传播需要介质
B．电磁波传播过程中也传递了能量
C．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在
D．不同波长的电磁波在真空中的传播速度大小不同
三、电磁波谱
1.按电磁波的 或 大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱．
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、 等的信号传输．
②红外线：用来 等．
③可见光：照亮自然界，也可用于 ．
④紫外线：用于 ．
⑤X射线：用于诊断病情
⑥γ射线：可以摧毁 ．
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．
例3：疫情期间，志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒。下列说法正确的是（ ）
A．红外线的光子能量比紫外线的小B．真空中红外线的波长比紫外线的短
C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大D．真空中红外线的频率比紫外线的大
课后作业
1、按频率由小到大，电磁波谱的排列顺序是( )
A．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线
B．无线电波、可见光、红外线、紫外线、X射线、γ射线
C．γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波
D．红外线、无线电波、可见光、紫外线、γ射线、X射线
2、太阳风暴袭击地球时，不仅会影响通信，威胁卫星．而且会破坏臭氧层，臭氧层作为地球的保护伞，是因为臭氧能吸收太阳辐射中（ ）
A．波长较短的可见光 B．波长较长的可见光
C．波长较短的紫外线 D．波长较长的红外线
3、某电路中电场随时间变化的图像有如图所示几种情况，能发射电磁波的电场是( )
4、关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．麦克斯韦不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在
B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在
C．赫兹不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在
D．赫兹首先预言了电磁波的存在，麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在
5、许多科学家对物理学的发展做出了巨大贡献，下列说法正确的是（ ）
A．库仑利用扭秤测出了静电力常量k的数值
B．富兰克林通过油滴实验测定了电荷量e的数值
C．法拉第提出了场的概念并用电场线形象地描述电场
D．麦克斯韦提出了电磁场统一理论并用实验证明了电磁波的存在
6、关于电磁波谱，下列说法正确的是（ ）
A．电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波
B．紫外线的频率比可见光低，长时间照射可以促进钙的吸收，改善身体健康
C．X射线和γ射线的波长比较长，穿透力比较强
D．红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线
7、下列关于机械波和电磁波的说法中正确的是（ ）
A．电磁波和机械波都能产生干涉、衍射和多普勒效应现象
B．波源停止振动，机械波立即停止传播，电磁波能继续传播
C．机械波和电磁波由一种介质进入另一种介质传播时，波速保持不变
D．机械波和电磁波由一种介质进入另一种介质传播时，波长保持不变
8、电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害。《环境电磁波卫生标准》等法规规定：当电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不超过0.1W/m2时，对人体没有任何影响。某ZZZ办公区域内采用如图所示的无线路由器，若它的电磁辐射功率是0.5W，则人体与该装置的安全距离至少为（ ）
A．1.5m B．2.0m C．2.5m D．3.0m
9、第四代移动通信技术(4G)采用1 800 MHz～2 635 MHz频段的无线电波；2021年我国正在全面推行第五代移动通信技术(5G)，采用3 300 MHz～5 000 MHz频段的无线电波。未来5G网络的传输速率是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是( )
A．5G信号和4G信号都是电磁波
B．在真空中5G信号比4G信号传播速度大
C．在真空中5G信号比4G信号的波长大
D．5G信号和4G信号在空间产生的磁场的磁感应强度随时间是均匀变化的
10、雷达是一种利用电磁波来测定物体位置和速度的设备，某防空雷达发现一架飞机正在以水平速度朝雷达正上方匀速飞来，已知该雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10－4 s，某时刻在雷达监视屏上显示的波形如图甲所示，经过t＝173 s后雷达向正上方发射和接收到的波形如图乙所示，已知雷达屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为1×10－4 s，则该飞机的飞行速度大小约为(电磁波的波速为c＝3×108 m/s)( )
A．12 000 m/s B．900 m/s C．500 m/s D．300 m/s
11、过量接收电磁辐射有害人体健康，按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过某一临界值W0。若某无线电通信装置的电磁辐射功率为P（若离辐射源距离为R的球面上接收到的功率始终为P），则符合规定的安全区域到该通信装置的距离至少为多少？（已知半径为R的球表面积的公式S=4πR2）
12、微波炉的工作应用了一种电磁波——微波(微波的频率为2.45×109 Hz)。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：
AAAAA微波炉
MG－5021MW
额定电压：220 V
微波额定功率：1 100 W
微波输出功率：700 W
内腔容积：20 L
振荡频率：2 450 MHz
(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，则做这道菜需消耗的电能为多少焦？
学习过程参考答案：
电场 磁场 电磁波 电磁波
电流 电场 磁场 变化 电场 磁场
例1 CD
周期性 周期性 可以 光速 波动 波长 频率 λf 3×108
例2 B
波长 频率 无线电波 可见光 紫外线 广播 电视 加热理疗 通信 消毒 病变细胞 能量
例3 A
课后作业参考答案：
1、A 2、 C 3、D 4、 B 5、 C
6、A 7、 A 8、 B 9、 A 10、D
11、R≥P4πW0
12、(1)0.12 m (2)5 A (3)1.98×106 J
