高中物理人教版 (2019)必修 第三册电磁波的发现及应用同步训练题

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一、电磁场
1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点：
（1）① 磁场产生电场。在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生② 。麦克斯韦认为该现象的本质是变化的磁场产生了电场（跟闭合电路是否存在③ ），使自由电荷定向移动从而形成电流。
（2）变化的电场产生④ 。麦克斯韦大胆地假设：既然变化的磁场能够产生电场，那么变化的电场也会在空间产生⑤ 。
2.电磁波：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围转播，形成了⑥ 。
3.赫兹的电火花实验：1886年，⑦ 通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。
二、电磁波谱
1.光的电磁说：麦克斯韦提出光的电磁说，认为光是一种电磁波，光和无线电波在真空中传播速度都是⑧ ，传播都不需要⑨ 。
2.按电磁波的⑩ 大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。
3.电磁波谱按频率由小到大排列为：⑪ 、红外线、⑫ 、紫外线、⑬ 、γ射线等。
三、电磁波的能量
法拉第发现电磁感应后，麦克斯韦猜想到电磁波的存在，最后由赫兹证明电磁波的存在，这说明电磁波是一种⑭ ，并非一种描述方法。
电磁波通信
1.看电影、聊天、汽车导航、查阅资料等这些互联网活动都是基于⑮ 。
2.卫星电话、卫星导航、全球定位等都是通过通信卫星与通信地面站之间的⑯ 实现的。
答案：①变化的 ②感应电流 ③无关 ④磁场 ⑤电场 ⑥电磁波 ⑦赫兹 ⑧3×108
⑨介质 ⑩波长和频率 ⑪无线电波 ⑫可见光 ⑬X射线 ⑭客观存在的物质 ⑮电磁波通信 ⑯电磁波通信
【方法突破】
一、电磁波的理解
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:
3.电磁波的性质
1.电磁波的形成示意图:
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彼此垂直,且与电磁波的传播方向垂直。如图
(2)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。
(3)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。
(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)光也是一种电磁波。
【例1】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
【答案】B
【详解】A．电磁波传播不需要介质，可以在真空中传播，A错误；
B．电磁波传播过程中也传递了能量，B正确；
C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，C错误；
D．不同波长的电磁波在真空中均以光速传播，D错误。故选B。
【针对训练1】图为空间中电场的电场强度E或磁场的磁感应强度B随时间t变化的情况，其中能在空间中产生电磁波的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【详解】已知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
A．图A中，电场恒定，不产生磁场，不能产生电磁波，故A错误；
B．图B中，电场均匀变化，产生恒定的磁场，不能产生电磁波，故B错误；
C．图C中，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，能产生电磁波，故C正确；
D．图D中，均匀变化的磁场，产生恒定的电场，不能产生电磁波，故D错误。故选C。
二、电磁波谱的理解
1.各种电磁波的特点
(1)在本质上都是电磁波,遵循相同的规律,各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵循公式v=λf,在真空中的传播速度都是c=3×108 m/s。
(3)传播都不需要介质。
(4)不同的电磁波由于具有不同的波长(频率),故具有不同的特性。
2.电磁波谱图:各电磁波按波长从大到小或频率从低到高可排列成如图电磁波谱。
3.不同电磁波的应用:
(1)波长越长的电磁波频率越低,能量越低,衍射能力越强,穿透力越差。
(2)波长越短的电磁波频率越高,能量越高,衍射能力越弱,穿透力越强。
【例2】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，如图所示；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
【答案】A
【详解】A．红外线的光子频率低于紫外线的光子频率，根据光子的能量公式可知，红外线的光子能量低于紫外线的光子能量，故A正确；
BD．真空中红外线的波长比紫外线的长，频率比紫外线的低，故BD错误；
C．真空中红外线和紫外线的传播速度相等，故C错误。故选A。
【针对训练2】第五代移动通信技术，简称， 将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、自动驾驶技术等将逐一实现。应用频段的无线电波传送信号，相比于现有的（频段）而言，所应用的无线电波（ ）
A．在真空中的波长更长B．在真空中的波长更短
C．在真空中的传播速度更小D．在真空中的传播速度更大
【答案】B
【详解】AB．5G应用3300MHz~5000MHz频段的无线电波传送信号，4G应用1880MH~2635MHz频段的无线电波传送信号，则5G信号的频率比4G信号高，由可知5G电波比4G电波在真空中的波长更短，A错误，B正确；
CD．根据麦克斯韦电磁场理论，可知任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，CD错误。故选B。
【对点检测】
1．下列关于电磁波的说法错误的是（ ）
A．红外线和紫外线都属于电磁波，红外线的频率比紫外线的频率大
B．变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场
C．紫外线可以用来灭菌消毒，无线电波广泛应用于通信和广播
D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在
【答案】A
【详解】A．红外线和紫外线都属于电磁波，红外线的频率比紫外线的频率小，故A错误；
B．变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，故B正确；
C．紫外线可以用来灭菌消毒，无线电波广泛应用于通信和广播，故C正确；
D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故D正确。本题选错误的，故选A。
2．下列关于电磁波的说法，正确的是（ ）
A．只要有电场和磁场就能产生电磁波
B．电磁波需要有介质才能传播
C．由于电磁波在任何介质中的传播速度都是，因此电磁波是光
D．电磁波具有能量，电磁波的传播过程也是波源能量向外传播的过程
【答案】D
【详解】A．变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，才能使电场和磁场交替产生向外传播，形成电磁波，若电场和磁场不变，不能产生电磁波，A错误；
B．电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播，B错误；
C．电磁波在真空中的传播速度是，而在其它介质中的传播速度会小于这一数值，C错误；
D．电磁波传递的是能量和信息，电磁波具有能量，电磁波的传播过程也是波源能量向外传播的过程，D正确。故选D。
3．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．只要有变化的电场一定能形成电磁波
C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
【答案】C
【详解】A．电磁波在真空中的传播速度都相同，与电磁波的频率无关，故A错误；
B．变化的电场不一定产生变化的磁场，比如均匀变化的电场产生稳定的磁场，故B错误；
C．电磁波是横波，每一处的电场强度和磁场强度总是相互垂直的，且与波的传播方向垂直.故C正确；
D．电磁波传递信号可以实现无线通信，电磁波也能通过电缆、光缆传输，故D错误．故选C。
4．关于电磁场和电磁波，下列说法中不正确的是（ ）
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，两者相互联系，统称为电磁场
B．电磁场从发生区域由近及远的传播称为电磁波
C．电磁波是一种物质，可在真空中传播．所以平日说真空是没有实物粒子，但不等于什么都没有，有“场”这种特殊物质
D．电磁波在真空中的传播速度总是
【答案】A
【详解】A．只有非均匀变化的电场才能产生变化的磁场，非均匀变化的磁场才能产生变化的电场，A错误；
B．非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，非均匀变化的磁场周围产生变化的电场且由近及远的传播出去就形成了电磁波，故B正确；
C．电磁波是电场和磁场交替激发在真空中传播，所以电磁波是一种物质，即真空不空，有场这种物质，故C正确；
D．电磁波在真空中的传播速度等于光速，即，故D正确。故选A。
5．我国航天员翟志刚通过“神舟七号”载人飞船首次实现了中国航天员在太空的舱外活动，如图所示，这是我国航天史上的又一里程碑。若舱外的航天员与舱内的航天员进行通话，则需通过（ ）
A．直接对话B．紫外线C．红外线D．无线电波
【答案】D
【详解】A．舱外为真空环境，声波无法传播，则舱外的航天员与舱内的航天员不能直接对话，故A错误；
BCD．现代的移动通信都是利用无线电波来传递信息的，故D正确，BC错误。故选D。
6．新冠肺炎疫情中，志愿者用红外体温计为人们监测体温，防控人员用紫外线灯发出的紫外线消杀病毒，医务人员用X射线拍摄人体内部器官为病人进行诊断，那么，下述说法正确的是（ ）
A．红外体温计是依据体温计能发射红外线来测温的
B．紫外线具有较高能量，足以破坏细胞核中物质，因此可以灭菌消毒
C．X 射线是一种超声波，因为频率高穿透能力强，可以探测人体
D．在水中红外线的传播速度大于紫外线的传播速度
【答案】BD
【详解】A．红外体温计是依据人体能发射红外线来测温的，选项A错误；
B．紫外线具有较高能量，足以破坏细胞核中物质，因此可以灭菌消毒，选项B正确；
C．X射线是电磁波，不是超声波，因为频率高穿透能力强，可以探测人体，选项C错误；
D．紫外线的频率、折射率都大于红外线，根据知红外线在水中的传播速度大于紫外线在水中的传播速度，故D正确。故选BD。
7．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来，形成了范围非常广阔的电磁波谱。不同的电磁波产生的机理不同，表现出的特性也不同，因而其用途也不同。下列应用中符合实际的是（ ）
A．医院里常用红外线对病人进行透视
B．医院里常用紫外线照射病房和手术室进行消毒
C．用X射线处理医院排放的污水，可杀死各种病原体，保护环境免受污染
D．用γ射线照射马铃薯，可防止其发芽，以便长期保存
【答案】BD
【详解】A．医院里常用X射线对病人进行透视，A错误；
B．紫外线化学作用强，能杀菌消毒，医院里常用紫外线照射病房和手术室进行消毒，B正确；
C．用紫外线处理医院排放的污水，可杀死各种病原体，保护环境免受污染，C错误；
D．γ射线具有很强的穿透力，能进入细胞破坏细胞组织，用γ射线照射马铃薯，可防止其发芽，以便长期保存，D正确。故选BD。
8．近几年，我国北京、上海、山东，洛阳、广州等地引进了十多台刀，治疗患者5000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器。令人感叹的是，用刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成手术，无需住院，因而刀被誉为“神刀”，据报道，我国自己研究的旋式刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务。问：刀治疗脑肿瘤主要是利用（ ）
A．射线具有很强的贯穿本领
B．射线具有很强的电离作用
C．射线具有很高的能量
D．射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地
【答案】AC
【详解】射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的能量，它的贯穿本领很高。甚至可以穿透几厘米厚的铝板，但它的电离作用很小。刀治疗肿瘤时，通常是同时用多束射线，使它们穿透脑颅和健康区域在病症处会聚，利用射线的高能杀死肿瘤细胞，如图所示。
综上所述，本题正确选项为AC。
恒定的电场不产生磁场
恒定的磁场不产生电场
均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场
均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
周期性变化的电场在周围空间产生同频率周期性变化的磁场
周期性变化的磁场在周围空间产生同频率周期性变化的电场
电磁波谱
无线电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
频率(Hz)
由左向右,频率由低到高
真空
中波长
由左向右,波长由长到短
特性
波动
性强
热作
用强
感光
性强
化学作用,荧光效应
穿透力强
穿透力最强
用途
通信、广播、导航
加热、遥测、遥感、红外摄像、红外制导
照明、照相等
日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等
检测、探测、透视、治疗
探测、治疗