資源簡介

4．電磁波的發現及應用
[學習任務]　1．了解麥克斯韋的電磁場理論。
2．知道電磁波是如何形成的。
3．知道電磁波在真空中的傳播速度及波長、頻率和波速的關系。
4．知道電磁波譜的組成及各波段的特點、應用。
[問題初探]　問題1．麥克斯韋電磁理論的核心內容是什么？
問題2．電磁波是怎樣形成的？
問題3．電磁波的傳播需要介質嗎？
[提示]　問題1．變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場。
問題2．周期性變化的電場和周期性變化的磁場交替產生，由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波。
問題3．不需要。
[自我感知]　經過你認真的預習，結合你對本節課的理解和認識，請畫出本節課的知識邏輯體系。
　電磁場　電磁波
[鏈接教材]　如圖所示是電磁波的形成示意圖，從中可以看出什么特點？
提示：變化的電場和變化的磁場交替產生。
1．麥克斯韋電磁場理論
(1)變化的磁場產生電場。
(2)變化的電場產生磁場。
2．電磁場：變化的電場和磁場總是相互聯系的，形成一個不可分割的統一的電磁場。
3．電磁波的產生：周期性變化的磁場周圍會產生周期性變化的電場，周期性變化的電場周圍也會產生周期性變化的磁場。變化的電場和變化的磁場相互聯系在一起，就會在空間形成一個統一的、不可分割的電磁場，這種在空間交替變化的電磁場傳播出去就形成了電磁波。
4．電磁波的傳播：電磁波可以在真空中傳播，電磁波的傳播不需要介質。
5．光也是電磁波
(1)電磁波在真空中的傳播速度與真空中的光速相同。
(2)麥克斯韋指出：光是以波動形式傳播的一種電磁振動。
6．科學研究：德國物理學家赫茲通過實驗證實了電磁波的存在，證實了麥克斯韋的電磁場理論，為無線電技術的發展開拓了道路。
如圖所示，在變化的磁場中放入一個閉合電路，電路里會產生感應電流。
問題1．觀察上面兩幅圖，變化的磁場所產生電場的電場線和以前所學靜電場的電場線有區別嗎？
提示：變化的磁場所產生的電場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的。
問題2．變化的磁場一定能產生電磁波嗎？為什么？
提示：不一定，均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場，不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場，如果變化的磁場能產生變化的電場，變化的電場又能產生變化的磁場，才能在周圍空間產生電磁波。
問題3．如果用不導電的塑料線繞制線圈，線圈中還會有電流、電場嗎？
提示：沒有電流，但有電場存在。
1．麥克斯韋電磁場理論要點
(1)變化的磁場在線圈中產生電場
這種電場(渦旋電場)在線圈中驅使自由電子做定向的移動，引起了感應電流。線圈只不過是用來顯示電場的存在，變化的磁場同樣在周圍空間產生電場，跟閉合電路是否存在無關。
(2)變化的電場產生磁場
變化的電場就像導線中的電流一樣，會在空間產生磁場。在給電容器充電的時候，不僅導體中的電流要產生磁場，而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產生磁場。
2．對麥克斯韋電磁場理論中“變化”的理解
如何變化 電場 磁場
恒定 恒定的電場不產生磁場 恒定的磁場不產生電場
均勻變化 均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場 均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場
非均勻變化 非均勻變化的電場在周圍空間產生變化的磁場 非均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場
周期性變化 周期性變化的電場產生同頻率周期性變化的磁場 周期性變化的磁場產生同頻率周期性變化的電場
3．電磁波的特點：在傳播方向上，任意一點的E和B都隨時間周期性變化，E和B相互垂直，且與電磁波的傳播方向垂直，如圖所示。
【典例1】　(對麥克斯韋電磁場理論的理解)(多選)關于電磁場理論的敘述正確的是(　　)
A．變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關
B．周期性變化的磁場產生同頻率變化的電場
C．變化的電場和穩定的磁場相互關聯，形成一個統一的場，即電磁場
D．電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場
AB　[變化的磁場周圍產生電場，當電場中有閉合回路時，回路中有電流，若無閉合回路，電場仍然存在，A正確；周期性變化的磁場產生的電場一定也是周期性變化的，且頻率相同，B正確；變化的電場和變化的磁場相互關聯，形成一個統一的場，即電磁場，C錯誤；只有變化的電場才能產生磁場，只有變化的磁場才能產生電場，D錯誤。]
【典例2】　(電磁波的產生)某電路中電場隨時間變化的圖像如下列選項所示，能發射電磁波的電場是(　　)
　A　　　　　　　　　B
　C　　　　　 　　　D
D　[A中電場不隨時間變化，不會產生磁場；B和C中電場都隨時間均勻變化，只能在周圍產生穩定的磁場，不會產生和發射電磁波；D中電場隨時間做不均勻的變化，能在周圍空間產生變化的磁場，而磁場的變化也是不均勻的，又能產生變化的電場，從而交織成一個不可分割的統一的電磁場，發射電磁波，故D項正確。]
　電磁波譜
1．電磁波的波速c與波長λ、頻率f的關系：c＝λf。
2．電磁波在真空中的速度：c＝3×108_m/s。
3．電磁波譜的概念：按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列起來，就是電磁波譜。
光學偵察衛星，采用先進的自適應光學成像技術，地面分辨率最高可達0.1米。
問題1．你知道它上面攜帶的相機在夜間進行紅外攝像時工作在什么波段嗎？
提示：工作在紅外線這一波段。
問題2．該波段有什么特點？
提示：該波段的波長大于可見光而小于無線電波，主要效應為熱效應，常用于加熱理療、紅外遙感攝像等。
1．電磁波譜
電磁波按波長由大到小排列順序為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。它們共同構成了范圍廣闊的電磁波譜。
2．不同波長的電磁波的比較
無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 γ射線
主要 應用 通信、 廣播 紅外探測器、紅外體溫計　 引起 視覺 滅菌、消毒、防偽 醫學透 視、安檢 治療疾病、金屬探傷
真空中 的速度 都是c＝3×108 m/s
頻率 小→大
同介質 中速度 大→小
【典例3】　(電磁波譜的認識)根據電磁波譜選出下列各組電磁波，其中頻率互相交錯重疊，且波長順序由短到長排列的是(　　)
A．微波、紅外線、紫外線
B．γ射線、X射線、紫外線
C．紫外線、可見光、紅外線
D．紫外線、X射線、γ射線
B　[紅外線與紫外線在電磁波譜中不相鄰，更不會頻率重疊，A錯誤；紫外線、可見光、紅外線雖相鄰，但它們三者間有明確的界線，頻率也不相重疊，C錯誤；在電磁波譜中紫外線、X射線、γ射線有重疊，γ射線波長最短，紫外線波長最長，B正確，D錯誤。]
【典例4】　(波速、波長和頻率關系應用)電磁波在真空中傳播的速度c＝3.00×108 m/s，有一個廣播電臺的頻率f＝90.0 MHz，這個電臺發射的電磁波的波長λ為(　　)
A．2.70 m B．270 m
C．3.00 m D．3.33 m
D　[根據λ＝得，λ＝ m≈3.33 m。]
【典例5】　(電磁波的應用)電磁波在日常生活和生產中已經被大量應用了，下列說法正確的是(　　)
A．機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀利用了X射線的穿透本領
B．銀行的驗鈔機和家用電器的遙控器發出的光都是紫外線
C．微波爐能快速加熱食物是因為紅外線具有顯著的熱效應
D．手機通話使用的無線電波，其波長比可見光的波長短
A　[機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀利用了X射線的穿透本領，故A正確；遙控器發出的光是紅外線，不是紫外線，故B錯誤；微波爐是利用微波的頻率與水分子的頻率相接近，從而使水分子振動而發熱的，故C錯誤；手機通話使用的無線電波，其波長要大于可見光的波長，故D錯誤。]
　電磁波的能量　電磁波通信
1．電磁波是一種物質，而且具有能量。
2．應用：生活中常用微波爐來加熱食物，食物增加的能量是微波給它的。
3．人們可以通過接入互聯網的手機看電影、聊天、購物等，這些信息都是通過電磁波來傳遞的。
4．電磁波的傳輸：可以通過有線傳播，也可實現無線傳播。
1．電磁場儲存電磁能，電磁波的發射過程就是輻射能量的過程。
2．只有周期性變化的電場和磁場相互激發才能形成電磁波。
3．電磁波是電磁場在空間中的傳播，電磁場是一種客觀存在的物質——場物質。
【典例6】　(電磁波的能量)關于電磁波下列說法正確的是(　　)
A．電磁波是一種物質
B．電磁波可以傳遞信息，但不能傳遞能量
C．遙控器發出的紅外線波長和醫院CT中的X射線波長相同
D．變化的電場產生磁場，變化的磁場不能產生電場
A　[電磁波是一種物質，故A正確；電磁波既可以傳遞信息，也可以傳播能量，故B錯誤；紅外線的波長大于X射線的波長，故C錯誤；變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，故D錯誤。]
【典例7】　(電磁波通信)(多選)下列說法正確的是(　　)
A．北斗導航系統是利用電磁波進行定位和導航的
B．微波爐能快速加熱食物是利用紅外線具有顯著的熱效應
C．常用的電視機遙控器通過發出紫外線脈沖信號來遙控電視機
D．遙感技術中利用了紅外線探測器接收物體發出的紅外線來探測被測物體的特征
AD　[北斗導航系統是利用電磁波工作的，A正確；食物中的水分子在微波的作用下熱運動加劇，溫度升高，內能增加，B錯誤；常用的電視機遙控器通過發出紅外線脈沖信號來遙控電視機，C錯誤；遙感技術中利用紅外線探測器接收物體發出的紅外線來探測被測物體的特征，D正確。]
1．(多選)下列說法正確的有(　　)
A．最早發現電和磁有密切聯系的科學家是奧斯特
B．電磁感應現象是法拉第發現的
C．建立完整的電磁場理論的科學家是麥克斯韋
D．最早預言電磁波存在的科學家是赫茲
ABC　[最早預言電磁波存在的科學家是麥克斯韋，赫茲用實驗證明了電磁波的存在，D錯誤；由物理學史的知識可知，A、B、C正確。]
2．關于電磁場理論，下列說法正確的是(　　)
A．在電場周圍一定產生磁場，磁場周圍一定產生電場
B．在變化的電場周圍一定產生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產生變化的電場
C．均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場
D．周期性變化的電場周圍一定產生周期性變化的磁場
D　[根據麥克斯韋電磁場理論，只有變化的電場能產生磁場，均勻變化的電場產生穩定的磁場，非均勻變化的電場才能產生變化的磁場，周期性變化的電場周圍一定產生周期性變化的磁場，故D正確。]
3． (多選)關于電磁波，下列說法正確的是(　　)
A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關
B．周期性變化的電場和磁場可以相互激發，形成電磁波
C．電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強度方向、磁感應強度方向均垂直
D．利用電磁波傳遞信號可以實現無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸
ABC　[電磁波在真空中的傳播速度均相同，與電磁波的頻率無關，故A正確；周期性變化的電場和磁場可以相互激發，由近及遠地傳播形成電磁波，故B正確；電磁波在每一處的電場方向和磁場方向總是相互垂直的，且與波的傳播方向垂直，故C正確；利用電磁波傳遞信號可以實現無線通信，電磁波也能通過電纜、光纜傳輸，故D錯誤。]
4．(多選)關于電磁波譜，下列說法正確的是(　　)
A．X射線對生命物質有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變
B．γ射線是波長最短的電磁波
C．紫外線的頻率比紫光低
D．在電磁波譜中，穿透能力最強的是X射線
AB　[X射線對生命物質有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變，選項A正確；γ射線是波長最短的電磁波，選項B正確；在電磁波譜中從無線電波到γ射線，波長逐漸減小，頻率逐漸增大，紫外線的頻率比紫光高，在電磁波譜中γ射線的穿透能力最強，選項C、D錯誤。]
回歸本節知識，完成以下問題：
1．如圖所示實驗裝置，線圈中產生了感應電流說明了什么？
提示：麥克斯韋認為變化的磁場在線圈中產生了電場，正是這種電場在線圈中引起了感應電流。
2．聲波與水波的傳播均需要介質，為什么電磁波可以在真空中傳播？
提示：電磁波的傳播不需要介質，依靠的是電場與磁場的相互“激發”。
3．電磁波在真空中的傳播速度是多少？無線電波的波長比可見光的波長長還是短？除了無線電波和可見光之外，還有其他哪些電磁波？
提示：電磁波在真空中的傳播速度等于光速，無線電波的波長比可見光的波長長，電磁波還包括紅外線、紫外線、X射線、γ射線。
課時分層作業(十九)　電磁波的發現及應用
?題組一　電磁場　電磁波
1．(多選)根據麥克斯韋的電磁場理論，以下敘述正確的是(　　)
A．教室中亮著的日光燈周圍空間必有磁場和電場
B．工作時的電磁打點計時器周圍必有磁場和電場
C．穩定的電場產生穩定的磁場，穩定的磁場產生穩定的電場
D．只要空間某處的電場或磁場發生變化，就會在其周圍產生電磁波
AB　[教室中亮著的日光燈、工作時的電磁打點計時器中的電流是交變電流，在其周圍產生交變磁場和電場，故選項A、B正確；穩定的電場不會產生磁場，故選項C錯誤；只有周期性變化的電場和磁場交替產生，才能由發生區域向外傳播形成電磁波，故選項D錯誤。]
2．磁場的磁感應強度B隨時間t變化的四種情況如圖所示，其中能產生電場的磁場和能產生持續電磁波的磁場分別為(　　)
A．②③④、③④ B．①③④、③④
C．②③④、②④ D．①③④、②④
C　[根據麥克斯韋的電磁場理論，變化的磁場產生電場，故②③④都可以產生電場；周期性變化的磁場產生周期性變化的電場，周期性變化的電場產生周期性變化的磁場，從而產生電磁波，故只有②④可以產生電磁波，故C正確。]
3．下列關于電磁波的說法，正確的是(　　)
A．電磁波只能在真空中傳播
B．電場隨時間變化時一定產生電磁波
C．做變速運動的電荷會在空間產生電磁波
D．麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在
C　[雖然電磁波在傳播過程中可以不需要介質，但并不是只能在真空中傳播，故選項A錯誤；產生電磁波需要一定的條件，當電場隨時間做周期性變化時才會產生電磁波，故選項B錯誤；做變速運動的電荷會在空間產生電磁波，故選項C正確；麥克斯韋只是預言了電磁波的存在，赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在，故選項D錯誤。]
4．關于電磁波，下列說法正確的是(　　)
A．電磁波是電磁場由發生區域向遠處的傳播
B．電磁波在任何介質中的傳播速度均為3×108 m/s
C．電磁波由真空進入某種介質傳播時，波長將變長
D．電磁波只能在真空中傳播
A　[電磁波是交替變化的電磁場由發生區域向遠處的傳播，在真空中的傳播速度是3×108 m/s。在其他介質中的傳播速度小于3×108 m/s。電磁波在傳播的過程中，頻率f不變，由v＝λf可知傳播速度變小時，波長變短，故A正確，B、C、D均錯誤。]
?題組二　電磁波譜
5．(多選)在電磁波譜中，下列說法正確的是(　　)
A．各種電磁波有明顯的頻率和波長區域界限
B．γ射線的頻率一定大于X射線的頻率
C．X射線的波長有可能等于紫外線波長
D．可見光波長一定比無線電波的短
CD　[X射線和γ射線、X射線和紫外線有一部分頻率重疊，界限不明顯，故A、B錯誤，C正確；可見光波長一定比無線電波波長短，故D正確。]
6．關于電磁波的特性和應用，下列說法正確的是(　　)
A．紅外線和X射線都有很高的穿透本領，常用于醫學上透視人體
B．過強的紫外線照射有利于人的皮膚健康
C．電磁波中頻率最大的是X射線
D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光
D　[X射線有很高的穿透本領，常用于醫學透視人體，紅外線沒有很高的穿透本領，A錯誤；過強的紫外線照射對人的皮膚有害，B錯誤；電磁波中頻率最大的是γ射線，C錯誤；紫外線和X射線都具有明顯的化學效應，可以使感光底片感光，D正確。]
?題組三　電磁波的能量　電磁波通信
7．(多選)下列說法正確的是(　　)
A．夏天太陽光把地面曬得發熱是因為可見光的熱效應在各種電磁波中是最強的
B．醫院里用X射線進行人體透視，是因為它是各種電磁波中穿透本領最大的
C．科學家關注南極臭氧層空洞是因為它將使氣候惡化
D．在熱學中所說的熱輻射就是指紅外線輻射
CD　[熱效應最強的是紅外線，熱輻射即紅外線輻射，A錯誤，D正確；穿透本領最強的是γ射線，B錯誤；臭氧層可吸收、阻擋過強的紫外線，使地球上的動植物免受過強紫外線的傷害，另外臭氧層空洞可引起氣候惡化，C正確。]
8．紅外遙感衛星通過接收地面物體發出的紅外輻射來監控地面物體的狀況。地球大氣中的水蒸氣(H2O)、二氧化碳(CO2)能強烈吸收某些波長范圍的紅外輻射，即地面物體發出的某些波長的電磁波，只有一部分能夠通過大氣層被遙感衛星接收。如圖甲、乙所示分別為水蒸氣和二氧化碳對某一波段不同波長電磁波的吸收情況，由圖可知，在該波段紅外遙感衛星大致能夠接收到的波長范圍為(　　)
A．2.5～3.5 μm B．4～4.5 μm
C．5～7 μm D．8～13 μm
D　[由題圖可知，8～13 μm波段的紅外線，水蒸氣和二氧化碳幾乎都不吸收，故D正確。]
9．(多選)下列關于電磁波的說法正確的是(　　)
A．只要電場和磁場發生變化，就能產生電磁波
B．電磁波的傳播需要介質
C．停止發射電磁波，發射出去的電磁波仍能獨立存在
D．電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的
CD　[要想產生持續的電磁波，變化的電場(或磁場)產生的磁場(或電場)必須是周期性變化的，A錯誤；電磁波是物質波，電磁波的傳播不需要介質，B錯誤；電磁波可以脫離“波源”而獨立存在，C正確；電磁波具有能量，電磁波的傳播過程，也就是能量的傳播過程，D正確。]
10．使用藍牙耳機接聽手機來電，其信號傳輸的示意圖如圖所示，已知可見光的頻率范圍是4.2×1014～7.8×1014 Hz，則藍牙通信的電磁波(　　)
A．是藍光
B．波長比手機通信的電磁波短
C．在真空中的傳播速度大小為340 m/s
D．在真空中的傳播速度比可見光傳播的速度小
B　[由題意可得，藍牙通信的電磁波頻率小于可見光頻率，故不可能是藍光，故A錯誤；由題圖可知，藍牙通信的電磁波比手機通信的電磁波頻率大，由c＝λf可知，頻率越大，波長越短，故藍牙通信的電磁波波長比手機通信的電磁波短，故B正確；在真空中電磁波的傳播速度大小均為c＝3×108 m/s，故C、D錯誤。]
11．具有NFC(近距離無線通信技術)功能的兩只手機在間距小于10 cm時可以通過電磁波直接傳輸信息，其載波頻率為1.4×107 Hz，電磁波在空氣中的傳播速度為3.0×108 m/s，求該載波的波長(保留兩位有效數字)。
[解析]　根據題意，由公式c＝λf可得，該載波的波長為λ＝
代入數據解得λ≈21 m。
[答案]　21 m
12．波長為50～100 m的無線電波適宜通過電離層的反射向遠處傳播，這些無線電波的頻率范圍是多大？若傳到相隔1 500 km的遠處至少需要多長時間？
[解析]　由c＝λf得，f1＝＝ Hz＝6×106 Hz
f2＝＝ Hz＝3×106 Hz
所以頻率范圍為3×106～6×106 Hz
由x＝ct可得t＝＝ s＝5×10-3 s。
[答案]　3×106～6×106 Hz　5×10-3 s
13．下面列出一些醫療器械的名稱和這些器械運用的物理現象。請將相應的字母填寫在運用這種現象的醫療器械后面的空格上。
(1)X光機，________。
(2)紫外線燈，________。
(3)理療醫用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好。這里的“神燈”是利用________。
A．光的全反射
B．紫外線具有很強的熒光作用
C．紫外線具有殺菌消毒作用
D．X射線具有很強的穿透力
E．紅外線具有顯著的熱效應
F．紅外線波長較長，易發生衍射
[解析]　(1)X光機是用來透視人的體內器官的，因此需要具有較強穿透力的電磁波，但又不能對人體造成太大傷害，因此采用了穿透能力比較強又不會給人體造成太大傷害的X射線，因此選D。
(2)紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，因此選C。
(3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進局部血液循環，它利用的是紅外線的熱效應，使人體局部受熱，血液循環加快，因此選E。
[答案]　(1)D　(2)C　(3)E(共68張PPT)
4．電磁波的發現及應用
第十三章　
電磁感應與電磁波初步
整體感知·自我新知初探
[學習任務]　1．了解麥克斯韋的電磁場理論。
2．知道電磁波是如何形成的。
3．知道電磁波在真空中的傳播速度及波長、頻率和波速的關系。
4．知道電磁波譜的組成及各波段的特點、應用。
[問題初探]　問題1．麥克斯韋電磁理論的核心內容是什么？
問題2．電磁波是怎樣形成的？
問題3．電磁波的傳播需要介質嗎？
[提示]　問題1．變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場。
問題2．周期性變化的電場和周期性變化的磁場交替產生，由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波。
問題3．不需要。
[自我感知]　經過你認真的預習，結合你對本節課的理解和認識，請畫出本節課的知識邏輯體系。
探究重構·關鍵能力達成
[鏈接教材]　如圖所示是電磁波的形成示意圖，從中可以看出什么特點？
知識點一　電磁場　電磁波
提示：變化的電場和變化的磁場交替產生。
1．麥克斯韋電磁場理論
(1)變化的磁場產生______。
(2)變化的______產生磁場。
2．電磁場：變化的電場和磁場總是相互聯系的，形成一個不可分割的統一的________。
電場
電場
電磁場
3．電磁波的產生：周期性變化的______周圍會產生周期性變化的電場，周期性變化的______周圍也會產生周期性變化的磁場。變化的電場和變化的磁場相互聯系在一起，就會在空間形成一個統一的、不可分割的________，這種在空間交替變化的電磁場傳播出去就形成了________。
4．電磁波的傳播：電磁波可以在______中傳播，電磁波的傳播____需要介質。
磁場
電場
電磁場
電磁波
真空
不
5．光也是電磁波
(1)電磁波在真空中的傳播速度與真空中的光速______。
(2)麥克斯韋指出：光是以波動形式傳播的一種__________。
6．科學研究：德國物理學家______通過實驗證實了________的存在，證實了__________的電磁場理論，為無線電技術的發展開拓了道路。
相同
電磁振動
赫茲
電磁波
麥克斯韋
如圖所示，在變化的磁場中放入一個閉合電路，電路里會產生感應電流。
問題1．觀察上面兩幅圖，變化的磁場所產生電場的電場線和以前所學靜電場的電場線有區別嗎？
提示：變化的磁場所產生的電場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的。
問題2．變化的磁場一定能產生電磁波嗎？為什么？
提示：不一定，均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場，不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場，如果變化的磁場能產生變化的電場，變化的電場又能產生變化的磁場，才能在周圍空間產生電磁波。
問題3．如果用不導電的塑料線繞制線圈，線圈中還會有電流、電場嗎？
提示：沒有電流，但有電場存在。
1．麥克斯韋電磁場理論要點
(1)變化的磁場在線圈中產生電場
這種電場(渦旋電場)在線圈中驅使自由電子做定向的移動，引起了感應電流。線圈只不過是用來顯示電場的存在，變化的磁場同樣在周圍空間產生電場，跟閉合電路是否存在無關。
(2)變化的電場產生磁場
變化的電場就像導線中的電流一樣，會在空間產生磁場。在給電容器充電的時候，不僅導體中的電流要產生磁場，而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產生磁場。
2．對麥克斯韋電磁場理論中“變化”的理解
如何變化 電場 磁場
恒定 恒定的電場不產生磁場 恒定的磁場不產生電場
均勻變化 均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場 均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場
非均勻
變化 非均勻變化的電場在周圍空間產生變化的磁場 非均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場
周期性
變化 周期性變化的電場產生同頻率周期性變化的磁場 周期性變化的磁場產生同頻率周期性變化的電場
3．電磁波的特點：在傳播方向上，任意一點的E和B都隨時間周期性變化，E和B相互垂直，且與電磁波的傳播方向垂直，如圖所示。
【典例1】　(對麥克斯韋電磁場理論的理解)(多選)關于電磁場理論的敘述正確的是(　　)
A．變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關
B．周期性變化的磁場產生同頻率變化的電場
C．變化的電場和穩定的磁場相互關聯，形成一個統一的場，即電磁場
D．電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場
√
√
AB　[變化的磁場周圍產生電場，當電場中有閉合回路時，回路中有電流，若無閉合回路，電場仍然存在，A正確；周期性變化的磁場產生的電場一定也是周期性變化的，且頻率相同，B正確；變化的電場和變化的磁場相互關聯，形成一個統一的場，即電磁場，C錯誤；只有變化的電場才能產生磁場，只有變化的磁場才能產生電場，D錯誤。]
【典例2】　(電磁波的產生)某電路中電場隨時間變化的圖像如下列選項所示，能發射電磁波的電場是(　　)
　A　　　　　　　　　B
　C　　　　　 　　　D
√
D　[A中電場不隨時間變化，不會產生磁場；B和C中電場都隨時間均勻變化，只能在周圍產生穩定的磁場，不會產生和發射電磁波；D中電場隨時間做不均勻的變化，能在周圍空間產生變化的磁場，而磁場的變化也是不均勻的，又能產生變化的電場，從而交織成一個不可分割的統一的電磁場，發射電磁波，故D項正確。]
1．電磁波的波速c與波長λ、頻率f的關系：c＝____。
2．電磁波在真空中的速度：c＝______________。
3．電磁波譜的概念：按電磁波的______或______大小的順序把它們排列起來，就是電磁波譜。
知識點二　電磁波譜
λf
3×108 m/s
波長
頻率
光學偵察衛星，采用先進的自適應光學成像技術，地面分辨率最高可達0.1米。
問題1．你知道它上面攜帶的相機在夜間進行紅外攝像時工作在什么波段嗎？
提示：工作在紅外線這一波段。
問題2．該波段有什么特點？
提示：該波段的波長大于可見光而小于無線電波，主要效應為熱效應，常用于加熱理療、紅外遙感攝像等。
1．電磁波譜
電磁波按波長由大到小排列順序為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。它們共同構成了范圍廣闊的電磁波譜。
2．不同波長的電磁波的比較
無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 γ射線
主要
應用 通信、
廣播 紅外探測器、紅外體溫計　 引起
視覺 滅菌、消毒、防偽 醫學透
視、安檢 治療疾病、金屬探傷
真空中
的速度 都是c＝3×108 m/s
頻率 小→大
同介質
中速度 大→小
【典例3】　(電磁波譜的認識)根據電磁波譜選出下列各組電磁波，其中頻率互相交錯重疊，且波長順序由短到長排列的是(　　)
A．微波、紅外線、紫外線
B．γ射線、X射線、紫外線
C．紫外線、可見光、紅外線
D．紫外線、X射線、γ射線
√
B　[紅外線與紫外線在電磁波譜中不相鄰，更不會頻率重疊，A錯誤；紫外線、可見光、紅外線雖相鄰，但它們三者間有明確的界線，頻率也不相重疊，C錯誤；在電磁波譜中紫外線、X射線、γ射線有重疊，γ射線波長最短，紫外線波長最長，B正確，D錯誤。]
【典例4】　(波速、波長和頻率關系應用)電磁波在真空中傳播的速度c＝3.00×108 m/s，有一個廣播電臺的頻率f＝90.0 MHz，這個電臺發射的電磁波的波長λ為(　　)
A．2.70 m B．270 m
C．3.00 m D．3.33 m
√
【典例5】　(電磁波的應用)電磁波在日常生活和生產中已經被大量應用了，下列說法正確的是(　　)
A．機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀利用了X射線的穿透本領
B．銀行的驗鈔機和家用電器的遙控器發出的光都是紫外線
C．微波爐能快速加熱食物是因為紅外線具有顯著的熱效應
D．手機通話使用的無線電波，其波長比可見光的波長短
√
A　[機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀利用了X射線的穿透本領，故A正確；遙控器發出的光是紅外線，不是紫外線，故B錯誤；微波爐是利用微波的頻率與水分子的頻率相接近，從而使水分子振動而發熱的，故C錯誤；手機通話使用的無線電波，其波長要大于可見光的波長，故D錯誤。]
1．電磁波是一種______，而且具有______。
2．應用：生活中常用微波爐來加熱食物，食物增加的能量是______給它的。
3．人們可以通過接入互聯網的手機看電影、聊天、購物等，這些信息都是通過________來傳遞的。
4．電磁波的傳輸：可以通過有線傳播，也可實現______傳播。
知識點三　電磁波的能量　電磁波通信
物質
能量
微波
電磁波
無線
1．電磁場儲存電磁能，電磁波的發射過程就是輻射能量的過程。
2．只有周期性變化的電場和磁場相互激發才能形成電磁波。
3．電磁波是電磁場在空間中的傳播，電磁場是一種客觀存在的物質——場物質。
【典例6】　(電磁波的能量)關于電磁波下列說法正確的是(　　)
A．電磁波是一種物質
B．電磁波可以傳遞信息，但不能傳遞能量
C．遙控器發出的紅外線波長和醫院CT中的X射線波長相同
D．變化的電場產生磁場，變化的磁場不能產生電場
A　[電磁波是一種物質，故A正確；電磁波既可以傳遞信息，也可以傳播能量，故B錯誤；紅外線的波長大于X射線的波長，故C錯誤；變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，故D錯誤。]
√
【典例7】　(電磁波通信)(多選)下列說法正確的是(　　)
A．北斗導航系統是利用電磁波進行定位和導航的
B．微波爐能快速加熱食物是利用紅外線具有顯著的熱效應
C．常用的電視機遙控器通過發出紫外線脈沖信號來遙控電視機
D．遙感技術中利用了紅外線探測器接收物體發出的紅外線來探測被測物體的特征
√
√
AD　[北斗導航系統是利用電磁波工作的，A正確；食物中的水分子在微波的作用下熱運動加劇，溫度升高，內能增加，B錯誤；常用的電視機遙控器通過發出紅外線脈沖信號來遙控電視機，C錯誤；遙感技術中利用紅外線探測器接收物體發出的紅外線來探測被測物體的特征，D正確。]
應用遷移·隨堂評估自測
1．(多選)下列說法正確的有(　　)
A．最早發現電和磁有密切聯系的科學家是奧斯特
B．電磁感應現象是法拉第發現的
C．建立完整的電磁場理論的科學家是麥克斯韋
D．最早預言電磁波存在的科學家是赫茲
√
2
4
3
題號
1
√
√
ABC　[最早預言電磁波存在的科學家是麥克斯韋，赫茲用實驗證明了電磁波的存在，D錯誤；由物理學史的知識可知，A、B、C正確。]
2．關于電磁場理論，下列說法正確的是(　　)
A．在電場周圍一定產生磁場，磁場周圍一定產生電場
B．在變化的電場周圍一定產生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產生變化的電場
C．均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場
D．周期性變化的電場周圍一定產生周期性變化的磁場
2
3
題號
1
4
√
D　[根據麥克斯韋電磁場理論，只有變化的電場能產生磁場，均勻變化的電場產生穩定的磁場，非均勻變化的電場才能產生變化的磁場，周期性變化的電場周圍一定產生周期性變化的磁場，故D正確。]
2
3
題號
1
4
3． (多選)關于電磁波，下列說法正確的是(　　)
A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關
B．周期性變化的電場和磁場可以相互激發，形成電磁波
C．電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強度方向、磁感應強度方向均垂直
D．利用電磁波傳遞信號可以實現無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸
2
3
題號
4
1
√
√
√
ABC　[電磁波在真空中的傳播速度均相同，與電磁波的頻率無關，故A正確；周期性變化的電場和磁場可以相互激發，由近及遠地傳播形成電磁波，故B正確；電磁波在每一處的電場方向和磁場方向總是相互垂直的，且與波的傳播方向垂直，故C正確；利用電磁波傳遞信號可以實現無線通信，電磁波也能通過電纜、光纜傳輸，故D錯誤。]
2
3
題號
4
1
4．(多選)關于電磁波譜，下列說法正確的是(　　)
A．X射線對生命物質有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變
B．γ射線是波長最短的電磁波
C．紫外線的頻率比紫光低
D．在電磁波譜中，穿透能力最強的是X射線
2
4
3
題號
1
√
√
AB　[X射線對生命物質有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變，選項A正確；γ射線是波長最短的電磁波，選項B正確；在電磁波譜中從無線電波到γ射線，波長逐漸減小，頻率逐漸增大，紫外線的頻率比紫光高，在電磁波譜中γ射線的穿透能力最強，選項C、D錯誤。]
2
4
3
題號
1
回歸本節知識，完成以下問題：
1．如圖所示實驗裝置，線圈中產生了感應電流說明了什么？
提示：麥克斯韋認為變化的磁場在線圈中產生了電場，正是這種電場在線圈中引起了感應電流。
2．聲波與水波的傳播均需要介質，為什么電磁波可以在真空中傳播？
提示：電磁波的傳播不需要介質，依靠的是電場與磁場的相互“激發”。
3．電磁波在真空中的傳播速度是多少？無線電波的波長比可見光的波長長還是短？除了無線電波和可見光之外，還有其他哪些電磁波？
提示：電磁波在真空中的傳播速度等于光速，無線電波的波長比可見光的波長長，電磁波還包括紅外線、紫外線、X射線、γ射線。
?題組一　電磁場　電磁波
1．(多選)根據麥克斯韋的電磁場理論，以下敘述正確的是(　　)
A．教室中亮著的日光燈周圍空間必有磁場和電場
B．工作時的電磁打點計時器周圍必有磁場和電場
C．穩定的電場產生穩定的磁場，穩定的磁場產生穩定的電場
D．只要空間某處的電場或磁場發生變化，就會在其周圍產生電磁波
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題號
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√
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13
課時分層作業(十九)　電磁波的發現及應用
√
AB　[教室中亮著的日光燈、工作時的電磁打點計時器中的電流是交變電流，在其周圍產生交變磁場和電場，故選項A、B正確；穩定的電場不會產生磁場，故選項C錯誤；只有周期性變化的電場和磁場交替產生，才能由發生區域向外傳播形成電磁波，故選項D錯誤。]
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題號
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2．磁場的磁感應強度B隨時間t變化的四種情況如圖所示，其中能產生電場的磁場和能產生持續電磁波的磁場分別為(　　)
A．②③④、③④ B．①③④、③④
C．②③④、②④ D．①③④、②④
√
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題號
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C　[根據麥克斯韋的電磁場理論，變化的磁場產生電場，故②③④都可以產生電場；周期性變化的磁場產生周期性變化的電場，周期性變化的電場產生周期性變化的磁場，從而產生電磁波，故只有②④可以產生電磁波，故C正確。]
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3．下列關于電磁波的說法，正確的是(　　)
A．電磁波只能在真空中傳播
B．電場隨時間變化時一定產生電磁波
C．做變速運動的電荷會在空間產生電磁波
D．麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在
√
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C　[雖然電磁波在傳播過程中可以不需要介質，但并不是只能在真空中傳播，故選項A錯誤；產生電磁波需要一定的條件，當電場隨時間做周期性變化時才會產生電磁波，故選項B錯誤；做變速運動的電荷會在空間產生電磁波，故選項C正確；麥克斯韋只是預言了電磁波的存在，赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在，故選項D錯誤。]
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4．關于電磁波，下列說法正確的是(　　)
A．電磁波是電磁場由發生區域向遠處的傳播
B．電磁波在任何介質中的傳播速度均為3×108 m/s
C．電磁波由真空進入某種介質傳播時，波長將變長
D．電磁波只能在真空中傳播
√
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題號
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A　[電磁波是交替變化的電磁場由發生區域向遠處的傳播，在真空中的傳播速度是3×108 m/s。在其他介質中的傳播速度小于3×
108 m/s。電磁波在傳播的過程中，頻率f不變，由v＝λf可知傳播速度變小時，波長變短，故A正確，B、C、D均錯誤。]
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?題組二　電磁波譜
5．(多選)在電磁波譜中，下列說法正確的是(　　)
A．各種電磁波有明顯的頻率和波長區域界限
B．γ射線的頻率一定大于X射線的頻率
C．X射線的波長有可能等于紫外線波長
D．可見光波長一定比無線電波的短
√
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題號
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√
CD　[X射線和γ射線、X射線和紫外線有一部分頻率重疊，界限不明顯，故A、B錯誤，C正確；可見光波長一定比無線電波波長短，故D正確。]
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6．關于電磁波的特性和應用，下列說法正確的是(　　)
A．紅外線和X射線都有很高的穿透本領，常用于醫學上透視人體
B．過強的紫外線照射有利于人的皮膚健康
C．電磁波中頻率最大的是X射線
D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光
√
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D　[X射線有很高的穿透本領，常用于醫學透視人體，紅外線沒有很高的穿透本領，A錯誤；過強的紫外線照射對人的皮膚有害，B錯誤；電磁波中頻率最大的是γ射線，C錯誤；紫外線和X射線都具有明顯的化學效應，可以使感光底片感光，D正確。]
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?題組三　電磁波的能量　電磁波通信
7．(多選)下列說法正確的是(　　)
A．夏天太陽光把地面曬得發熱是因為可見光的熱效應在各種電磁波中是最強的
B．醫院里用X射線進行人體透視，是因為它是各種電磁波中穿透本領最大的
C．科學家關注南極臭氧層空洞是因為它將使氣候惡化
D．在熱學中所說的熱輻射就是指紅外線輻射
√
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√
CD　[熱效應最強的是紅外線，熱輻射即紅外線輻射，A錯誤，D正確；穿透本領最強的是γ射線，B錯誤；臭氧層可吸收、阻擋過強的紫外線，使地球上的動植物免受過強紫外線的傷害，另外臭氧層空洞可引起氣候惡化，C正確。]
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8．紅外遙感衛星通過接收地面物體發出的紅外輻射來監控地面物體的狀況。地球大氣中的水蒸氣(H2O)、二氧化碳(CO2)能強烈吸收某些波長范圍的紅外輻射，即地面物體發出的某些波長的電磁波，只有一部分能夠通過大氣層被遙感衛星接收。如圖甲、乙所示分別為水蒸氣和二氧化碳對某一波段不同波長電磁波的吸收情況，由圖可知，在該波段紅外遙感衛星大致能夠接收到的波長范圍為(　　)
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A．2.5～3.5 μm B．4～4.5 μm
C．5～7 μm D．8～13 μm
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D　[由題圖可知，8～13 μm波段的紅外線，水蒸氣和二氧化碳幾乎都不吸收，故D正確。]
√
9．(多選)下列關于電磁波的說法正確的是(　　)
A．只要電場和磁場發生變化，就能產生電磁波
B．電磁波的傳播需要介質
C．停止發射電磁波，發射出去的電磁波仍能獨立存在
D．電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的
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√
√
CD　[要想產生持續的電磁波，變化的電場(或磁場)產生的磁場(或電場)必須是周期性變化的，A錯誤；電磁波是物質波，電磁波的傳播不需要介質，B錯誤；電磁波可以脫離“波源”而獨立存在，C正確；電磁波具有能量，電磁波的傳播過程，也就是能量的傳播過程，D正確。]
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10．使用藍牙耳機接聽手機來電，其信號傳輸的示意圖如圖所示，已知可見光的頻率范圍是4.2×1014～7.8×1014 Hz，則藍牙通信的電磁波(　　)
A．是藍光
B．波長比手機通信的電磁波短
C．在真空中的傳播速度大小為340 m/s
D．在真空中的傳播速度比可見光傳播的速度小
√
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B　[由題意可得，藍牙通信的電磁波頻率小于可見光頻率，故不可能是藍光，故A錯誤；由題圖可知，藍牙通信的電磁波比手機通信的電磁波頻率大，由c＝λf可知，頻率越大，波長越短，故藍牙通信的電磁波波長比手機通信的電磁波短，故B正確；在真空中電磁波的傳播速度大小均為c＝3×108 m/s，故C、D錯誤。]
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11．具有NFC(近距離無線通信技術)功能的兩只手機在間距小于
10 cm時可以通過電磁波直接傳輸信息，其載波頻率為1.4×107 Hz，電磁波在空氣中的傳播速度為3.0×108 m/s，求該載波的波長(保留兩位有效數字)。
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[答案]　21 m
12．波長為50～100 m的無線電波適宜通過電離層的反射向遠處傳播，這些無線電波的頻率范圍是多大？若傳到相隔1 500 km的遠處至少需要多長時間？
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[答案]　3×106～6×106 Hz　5×10-3 s
13．下面列出一些醫療器械的名稱和這些器械運用的物理現象。請將相應的字母填寫在運用這種現象的醫療器械后面的空格上。
(1)X光機，________。
(2)紫外線燈，________。
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D
C
(3)理療醫用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好。這里的“神燈”是利用________。
A．光的全反射
B．紫外線具有很強的熒光作用
C．紫外線具有殺菌消毒作用
D．X射線具有很強的穿透力
E．紅外線具有顯著的熱效應
F．紅外線波長較長，易發生衍射
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E
[解析]　(1)X光機是用來透視人的體內器官的，因此需要具有較強穿透力的電磁波，但又不能對人體造成太大傷害，因此采用了穿透能力比較強又不會給人體造成太大傷害的X射線，因此選D。
(2)紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，因此選C。
(3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進局部血液循環，它利用的是紅外線的熱效應，使人體局部受熱，血液循環加快，因此選E。
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