高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册电磁波课堂教学ppt课件

这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册电磁波课堂教学ppt课件，共52页。PPT课件主要包含了知识点，BCD，随堂对点自测，课后巩固训练，ACD等内容，欢迎下载使用。
1.了解麦克斯韦电磁理论的主要观点，知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。2.体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及方法，领会物理实验对物理学发展的基础意义。3.认识电磁波谱，了解电磁波各波段的特点及主要用途。
知识点一　麦克斯韦电磁理论的两个基本假设
1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设(1)变化的磁场能够在周围空间产生______。(2)变化的电场能够在周围空间产生______。
2.电磁场变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为________。
【思考】 1.恒定的磁场是否产生电场？提示　不产生。2.恒定的电场是否产生磁场？提示　不产生。3.均匀变化的磁场产生什么样的电场？提示　恒定的电场。4.均匀变化的电场产生什么样的磁场？提示　恒定的磁场。
5.周期性变化的电场激发什么样的磁场？提示　周期性变化的磁场，周期相同。6.周期性变化的磁场激发什么样的电场？提示　周期性变化的电场，周期相同。
例1 (多选)如图所示，有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管，半径为R；有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处于竖直向上的磁场中。要使带电粒子由静止开始沿管做圆周运动，所加磁场可能是(　　)
A.匀强磁场B.均匀增加的磁场C.均匀减少的磁场D.由于洛伦兹力不做功，不管加什么磁场都不能使带电粒子运动
解析　恒定的磁场对静止的电荷不产生力的作用，但当磁场变化时可产生电场，电场对带电粒子施加电场力，带电粒子在电场力作用下沿管做圆周运动，选项B、C正确。
(1)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)①振荡电场(即周期性变化的电场)产生同频率的振荡磁场。②振荡磁场(即周期性变化的磁场)产生同频率的振荡电场。　　　　
训练1 关于电磁理论，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，在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　根据麦克斯韦电磁理论，只有变化的电场才能产生磁场，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，周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场，故D正确。
1.电磁波的产生：由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场由近及远传播。这种变化的电磁场在空间中的传播形成了________，如图所示。
2.电磁波的特点(1)电磁波是电磁场的传播，传播过程不需要介质，可以在真空中传播，在真空中的波速等于________。(2)电磁波的电场和磁场的方向都与传播方向______，所以电磁波是横波。(3)电磁波在传播的过程中______不变，始终与振荡电路的频率相同。
3.赫兹实验：德国物理学家______第一次用实验证实了电磁波的存在，并测定电磁波的波长和频率，证实了电磁波的传播速度等于光速，并证明了电磁波跟所有波动现象一样，能产生反射、折射、干涉、衍射等现象。
5.麦克斯韦理论在物理学发展史上的意义(1)麦克斯韦在两个基本假设的基础上，建立了电磁场方程，预言了________的存在，把电磁学发展成为完整的、优美的理论体系，统一了人们对电磁和光现象的认识，为电和磁的利用奠定了理论基础。(2)从麦克斯韦开始，人们认识到场是物质存在的一种基本形式，它是客观存在的，这大大扩展了人们对自然界的认识和对整个自然科学的视野。(3)麦克斯韦理论中的一个重要结论是光在真空中的速率是一个常量，与参考系无关。爱因斯坦根据这一结论提出了光速不变原理，建立了狭义相对论。狭义相对论与量子理论一起开创了现代物理学的新纪元。
【思考】 1.电磁波的传播是否需要介质？为什么？提示　电磁波的传播不需要介质，电磁波是相互激发的电场和磁场的传播，因此不需要介质。2.在同一介质中传播的电磁波，频率和波速分别与哪些因素有关？提示　在同一介质中，不同的电磁波频率不同，波速不同，频率由电磁波本身决定，波速由电磁波和介质共同决定。
例2 (多选)以下关于机械波与电磁波的说法正确的是(　 　)A.机械波和电磁波，本质上是一致的B.机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关，还与电磁波的频率有关C.机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D.它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
解析　机械波由机械振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生；机械波传播需要介质，速度由介质决定，电磁波在介质中传播时其波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波；它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，故选项B、C、D正确。
(1)机械波和电磁波都具有波的性质，都能发生反射、折射、衍射和干涉。(2)机械波依赖介质，波速由介质决定，电磁波不依赖介质，波速既与频率有关也与介质有关。(3)电磁波是横波，而机械波既有横波也有纵波。　　　　
训练2 关于电磁波，下列叙述中正确的是(　　)A.电磁波在真空中的传播速度远小于真空中的光速B.电磁波可以发生衍射现象C.电磁波和机械波一样依赖于介质传播D.随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息
解析　电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光速，故A错误；电磁波属于波，能够发生衍射、干涉等波特有的现象，故B正确；电磁波能在真空中传播，而机械波依赖于介质传播，不能在真空中传播，故C、D错误。
训练3 (多选)2022年7月1日，庆祝香港回归祖国25周年大会隆重举行，世界各地观众都能收看到大会实况，是因为电视信号可通过卫星覆盖全球。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频率、能量有关，频率越高、能量越大，传播速度越大B.当电磁波波源消失后就不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失C.电磁波不能在真空中传播，且只能传递声音信号，不能传递图像信号D.香港电视台与南京电视台发射的电磁波的频率不同，但传播速度相同
解析　电磁波在真空中的传播速度是光速，与频率、能量无关，故A错误；一旦电磁波形成了，电磁场就会向外传播，当波源消失后只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，故B正确；电磁波传播不需要介质，可在真空中传播，电磁波既能传递声音信号，又能传递图像信号，故C错误；香港电视台与南京电视台发射的电磁波的频率不同，但传播速度相同，故D正确。
如图所示的四种常见用电器和仪器都利用了电磁波，你知道它们分别选用了哪种电磁波吗？
提示　甲图中的手机选用的无线电波；乙图中的测温仪选用的是红外线；丙图中的消毒柜选用紫外线；丁图中的“CT”机选用X射线。
1.把电磁波按______ (或______)排列起来，就形成了电磁波谱。2.按波长由大到小的顺序，它们分别是无线电波、________、可见光、________、________和________，如图所示。电磁波的频率越高，它的波长就越短。
3.电磁波的应用(1)无线电波：波长大于________ (频率小于300 GHz)的电磁波是无线电波，主要用于______和______。(2)红外线：一切物体都在不停地发射红外线，物体温度越高，其辐射出的红外线越____，主要应用于______、遥控、遥感、红外摄影等。(3)紫外线：具有较高的能量，因此可以利用紫外线__________；某些物质在紫外线的照射下会发出荧光，紫外线的这种荧光作用还能用来做__________。(4)X射线：穿透能力很____，在工业上可用于检查工件内部是否有砂眼、裂纹等缺陷；在医学上可用来透视人体，检查体内的病变和骨骼情况。(5)γ射线：穿透能力比X射线更强，工业上常用它来进行探伤；医学上，则利用其强穿透能力来杀死病态细胞。
例3 2022年10月4日，本年度诺贝尔物理学奖授予三位量子物理学家，表彰他们在量子信息科学研究方面做出的贡献，其中奥地利学者安东·塞林格为中国科大“爱因斯坦讲席教授”。物理学史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，关于电磁波的发现及应用，下列说法正确的是(　　)A.赫兹预言了电磁波的存在，麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在B.电视机遥控器用紫外线遥控，无线电波频率比体检胸透用的电磁波频率高C.红外线的热效应可以用来杀菌消毒，利用X射线可以进行通信、广播D.微波炉的工作原理是微波能使食物中的水分子热运动加剧从而加热食物
解析　麦克斯韦在1860年预言了电磁波的存在，赫兹在1888年实验证实了电磁波的存在，选项A错误；电视机遥控器用的是红外线遥控，体检胸透用的电磁波是X射线，X射线的频率比无线电波高，选项B错误；紫外线具有杀菌消毒的功能，红外线不具有该功能，X射线不能用来通信和广播，选项C错误；微波炉的工作应用了一种电磁波——微波，微波能使食物中的水分子热运动快速加剧从而加热食物，项D正确。
训练4 下列电磁波中，波长最长的是(　　)A.无线电波 B.红外线C.紫外线 D.γ射线
解析　题中电磁波按照波长由长到短的顺序，依次是无线电波、红外线、紫外线、γ射线，故A正确。
训练5 (多选)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有(　　)A.杀菌用的紫外灯B.拍胸片的X光机C.治疗咽喉炎的超声波雾化器D.检查血流情况的“彩超”机
解析　紫外线和X光从本质上说都是电磁波，A、B项正确；治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的“彩超”机用的都是超声波，超声波属于机械波，C、D项错误。
1.(麦克斯韦电磁理论)如图甲所示，在变化的磁场中放置一个闭合电路，电路里产生了感应电流；如图乙所示，空间存在变化的磁场，其周围产生感应电场，下列说法正确的是(　　)
A.甲、乙两图一定能持续产生电磁波B.对甲图，从上向下看，电子在回路中沿顺时针方向运动C.闭合电路只是检验变化的磁场能产生电场，即使没有闭合电路，空间仍能产生电场D.变化的电场周围产生磁场，与闭合电路是否存在有关
解析　若甲、乙两图的磁场均匀变化，就会产生稳定不变的电场，稳定不变的电场不会产生磁场，就不会持续产生电磁波，故A错误；对甲图，从上向下看，感应电流沿顺时针方向，则电子在回路中沿逆时针方向运动，故B错误；变化的磁场周围产生电场是一种普遍存在的现象，与闭合电路是否存在无关，甲图的闭合电路只是检验变化的磁场能产生电场，乙图即使没有闭合电路，空间仍能产生电场，故C正确；同理，变化的电场周围产生磁场也是一种普遍存在的现象，与闭合电路是否存在无关，故D错误。
2.(电磁波的理解)(多选)下列关于电磁波的说法中，正确的是(　　)A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/sC.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短D.只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波
3.(电磁波谱)按频率由小到大，电磁波的排列顺序是(　　)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
解析　波长越长，频率越小，按照频率由小到大的顺序，电磁波的排列顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，故A正确，B、C、D错误。
4.(电磁场的图像)下列四图表示原磁场或电场以及可能产生的电场或磁场，根据麦克斯韦电磁场理论判断，下列说法正确的是(　　)
A.图甲可能产生图丙 B.图乙可能产生图丙C.图丁可能产生图甲 D.图丙可能产生图乙
解析　均匀变化的磁场产生恒定的电场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，恒定的电场不产生磁场，恒定的磁场也不产生电场，因此D正确，A、B、C错误。
题组一　麦克斯韦电磁理论的两个基本假设1.下列说法中正确的是(　　)A.任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场B.任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场C.任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场D.电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场
解析　根据麦克斯韦电磁理论可知，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定的，如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的，振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)，故A、B错误，C正确；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场，故D错误。
2.如图所示，闭合开关S，待电容器充电结束后，再断开开关S，用绝缘工具将电容器两极板间距离稍拉开一些，在电容器周围空间(　　)
A.会产生变化的磁场 B.会产生稳定的磁场C.不会产生磁场 D.会产生振荡的磁场
3.(多选)如图所示，水平桌面上分别有闭合的导体线圈甲和塑料线圈乙，现将接有高频交变电流的线圈分别置于甲和乙的正上方，下列说法正确的是(　　)
A.线圈在甲上方，甲中产生感应电流B.线圈在甲上方，甲中不一定存在电场C.线圈在乙上方，乙中产生感应电流D.线圈在乙上方，乙中一定存在电场
解析　接有高频交变电流的线圈会产生变化的磁场，变化的磁场在线圈中激发电场，若在甲的上方，导体中的自由电子会在电场的作用下定向移动产生感应电流，塑料线圈中存在电场，但不会产生电流，A、D正确。
题组二　电磁波4.下列有关电磁波的说法正确的是(　　)A.可见光不属于电磁波B.电磁波只是一种描述方式，不是真正的物质C.电磁波不能发生干涉和衍射现象D.电磁波是一种波，声波也是一种波，但它们产生原理不同
解析　光是电磁波，故可见光也属于电磁波，A错误；电磁波可以传递能量，是真实的物质存在，B错误；电磁波具有波的特性，可发生干涉和衍射现象，C错误；电磁波是一种波，声波也是一种波，但声波是机械波，故它们产生原理不同，D正确。
5.(多选)关于电磁波，下列说法正确的是(　　 )A.激光具有高度的相干性、非常好的平行度和很高的亮度B.从太阳、白炽灯等光源直接发出的光都是不同程度的偏振光C.生活中常用微波炉来加热食物，食物增加的能量是微波给它的D.电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，因而能在真空中传播
解析　激光具有高度的相干性、非常好的平行度和很高的亮度，A正确；从太阳、白炽灯等光源直接发出的光都是自然光，不是偏振光，B错误；生活中常用微波炉来加热食物，食物增加的能量是微波给它的，C正确；电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，因而能在真空中传播，D正确。
题组三　电磁波谱6.验钞机发出的电磁波能使钞票上的荧光物质发光，电视机遥控器发出的电磁波能控制电视机的工作状态。对于它们发出的电磁波，以下判断正确的是(　　)A.它们发出的都是红外线B.它们发出的都是紫外线C.验钞机发出的是红外线，遥控器发出的是紫外线D.验钞机发出的是紫外线，遥控器发出的是红外线
解析　根据验钞机发出的电磁波能使钞票上的荧光物质发光，可知验钞机发出的是紫外线；红外线可以用在电视机遥控器上，遥控器发出红外线，可以实现无线遥控，方便人们的生活，故A、B、C错误，D正确。
7.(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，它比X射线的频率还要高C.紫外线比紫光更容易发生衍射现象D.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
解析　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，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，而波长越长，越容易发生衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。
8.如图所示，球形容器中盛有含碘的二硫化碳溶液，在太阳光的照射下，地面呈现的是圆形黑影，在黑影中放一支温度计，可发现温度计显示的温度明显上升，则由此可断定(　　)
A.含碘的二硫化碳溶液对于可见光是透明的B.含碘的二硫化碳溶液对于紫外线是不透明的C.含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的D.含碘的二硫化碳溶液对于红外线是不透明的
解析　紫外线具有荧光效应，红外线热效应明显，可见光有视觉感应。地面呈现的是圆形黑影，说明含碘的二硫化碳溶液对于可见光是不透明的；温度计显示的温度明显上升，红外线热效应明显，故说明含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的，C项正确。
9.中国6G技术专利数量全球遥遥领先。6G通讯采用比5G频段(109 Hz)高出很多的太赫兹频段(1011 Hz～1013 Hz)电磁波传播数据，传输能力比5 G提升100倍。与5 G频段电磁波相比，6 G频段电磁波(　　)A.传播时的波长长B.真空中传播的速度大C.容易绕过高楼等障碍物D.容易与微粒作用出现散射现象
解析　6G信号的频率大于5G信号的频率，根据c＝λf可知，6G信号的波长比5G信号的波长更短，A错误；6G信号和5G信号在真空中传播的速度相同，B错误；6G信号比5G信号的频率高，则6G信号比5G信号波长短，6G信号比5G信号更不容易绕过障碍物，C错误；由于6G信号比5G信号频率高，6G信号比5G信号更容易与微粒作用出现散射现象，D正确。
10.(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度E与磁感应强度B互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。如图甲所示为做正弦变化的电场引起的电磁波在某一时刻的图像，如图乙所示，该电磁波发射源O到P点的距离为R。已知电磁波发射源处电场强度随时间变化关系为E＝E0sin ωt，电磁波在真空中的传播速度为c。则下列说法正确的是(　　)
11.(多选)如图所示为证实电磁波存在的简化实验装置图，仪器的一部分由环状导线的两端各固定一个金属小球，两小球之间间隙很小，仪器的另一部分是弯成环状的导线，导线两端也安装两个金属小球，小球之间也有空隙。接通电源后，当感应端的两个小球之间出现电火花时，检测端处的两个小球之间也出现了电火花 。关于这个现象，下列说法正确的是(　　)
A.感应端处的电源可接低压或高压电源B.感应端和检测端的电火花不可能同时出现C.检测端小球之间的电火花是由磁场激发的D.检测端的线圈中产生了感应电动势
解析　感应端需要接入高压电源，才能使小球上集中的电荷击穿空气产生电火花，A错误；感应端的小球之间激发的电磁波需要时间传播到检测端，所以两端的电火花不可能同时出现，B正确；检测端接收到感应端处激发的电磁波后，检测端的线圈中产生了感应电动势，因此在两小球之间产生电火花，C错误，D正确。
12.地面阳光的成分包括44%的可见光、53%的红外线和3%的紫外线。在大气层之外，阳光中含有10%的紫外线，大多数的紫外线被大气阻挡住而无法到达地表。下列说法正确的是(　　)A.红外线的频率比可见光大 B.紫外线的波长比可见光长C.红外线的衍射能力比紫外线弱 D.红外线和紫外线在真空中的传播速度相同
解析　根据电磁波谱的波长顺序可知，红外线的波长大于可见光的波长、大于紫外线的波长，所以紫外线的频率大于可见光的频率、大于红外线的频率，A、B错误；光的波长越长，衍射能力越强，红外线波长大于紫外线波长，所以红外线的衍射能力更强，C错误；红外线和紫外线都是电磁波，它们在真空中的传播速度相同，D正确。