高中物理第四章电磁波及其应用.docx

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高中物理第四章电磁波及其应用

第四章电磁波及其应用

第一节电磁波的发现

典型例题

【例1】麦克斯韦电磁场理论的主要内容是什么？

【解析】变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围产生磁场．

均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，产生稳定的磁场．这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度（或电场强度）的变化量相等，或者说磁感应强度（或电场强度）对时间变化率一定．

不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场

【例2】根据麦克斯韦的电磁场理论,下列说法中错误的是．

A、变化的电场可产生磁场

B、均匀变化的电场可产生均匀变化的磁场

C、振荡电场能够产生振荡磁场

D、振荡磁场能够产生振荡电场

【解析】麦克斯韦电磁场理论的含义是变化的电场可产生磁场，而变化的磁场能产生电场；产生的场的形式由原来的场的变化率决定，可由原来场随时间变化的图线的切线斜率判断，确定．

可见，均匀变化的电场的变化率恒定，产生不变的磁场，B说法错误；其余正确．

【例3】能否用实验说明电磁波的存在？

【解析】赫兹实验能够说明电磁波的存在。

依照麦克斯韦理论，电扰动能辐射电磁波。

赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理，设计了一套电磁波发生器。

赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上。

当感应线圈的电流突然中断时，其感应高电压使电火花隙之间产生火花。

瞬间后，电荷便经由电火花隙在锌板间振荡，频率高达数百万周。

由麦克斯韦理论，此火花应产生电磁波，于是赫兹设计了一简单的检波器来探测此电磁波。

他将一小段导线弯成圆形，线的两端点间留有小电火花隙。

因电磁波应在此小线圈上产生感应电压，而使电火花隙产生火花。

所以他坐在一暗室内，检波器距振荡器10米远，结果他发现检波器的电火花隙间确有小火花产生。

基础练习

一、选择题（选6题，填3题，计3题）

1、电磁场理论是谁提出的（）

A、法拉第B、赫兹C、麦克斯韦D、安培

2、电磁场理论是哪国的科学家提出的（）

A、法国B、英国C、美国D、中国

3、电磁场理论预言了什么（）

A、预言了变化的磁场能够在周围空间产生电场

B、预言了变化的电场能够在周围产生磁场

C、预言了电磁波的存在，电磁波在真空中的速度为光速

D、预言了电能够产生磁，磁能够产生电

4、关于电磁场的理论，下面说法中正确的是（）

A、变化的电场周围产生的磁场一定是变化的

B、变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的

C、均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的

D、振荡电场周围产生的磁场也是振荡的

5、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（）

A、恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场

B、变化的电场周围产生磁场

C、均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场

D、均匀变化的电场周围产生稳定的磁场

6、电磁波能够发生一下现象（）

A、发射B、折射C、干涉D、衍射

二、填空题

7、变化的磁场能够在周围空间产生__________，变化的电场能够在周围产生____________．

8、电磁波__________（填“可以”或“不可以”）在真空中传播.

9、_____________证实了麦克斯韦的预言.

三、计算题

10、麦克斯韦电磁场理论的两大基本要点是什么？

11、已知电磁波传播的速度为3×108，某演唱会现场通过卫星用电磁波传输信号，已知现场到收音机用户总路程为7200公里，则信号传播过来所需的时间是多少？

12、简述电磁波的产生过程

答案：

1、C2、B3、C4、D5、BD6、ABCD7、电场磁场

8、可以9、赫兹10、

（1）不仅电荷能够产生电场，变化的磁场也能产生电场；

（2）不仅电流能够产生磁场，变化的电场也能产生磁场。

11、2.4×10－212、变化的电（磁）场产生变化的磁（电）场，然后产生的变化磁（电）场又产生变化的电（磁）场，由近及远的传播，便形成了电磁波。

能力提升

一、选择题（选3题，填1题，计1题）

1、关于电磁波，下列说法中正确的是（）

A、电磁波既能在媒质中传播，又能在真空中传播

B、只要有变化的电场，就一定有电磁波存在

C、电磁波在真空中传播时，频率和波长的乘积是一个恒量

D、振荡电路发射电磁波的过程也是向外辐射能量的过程

2、以下电场能产生电磁波的为（ ）

A、

N/C           B、

N/S

C、

N/C       D、

N/C

3、比较电磁波和机械波，下列说法正确的是（）

A、电磁波可以在真空中传播，机械波的传播要依赖于介质

B、电磁波和声波都是纵波

C、电磁波是横波

D、电磁波在有的介质中是横波，在有的介质中是纵波

二、填空题

4、如果电场的变化如图所示，则产生的磁场随时间变化的图形如何？

三、计算题

5、简述赫兹实验的原理。

答案：

1、ACD2、B3、AC4、

5、将两段共轴的黄铜杆作为振荡偶极子的两半，A、B中间留有空隙，空隙两边杆的端点上焊有一对光滑的黄铜球。

将振子的两半联接到感应圈的两极上，感应圈间歇地在A、B之间产生很高的电势差。

当黄铜球间隙的空气被击穿时，电流往复振荡通过间隙产生电火花。

由于振荡偶极子的电容和自感均很小，因而振荡频率很高，从而向外发射电磁波。

但由于黄铜杆有电阻，因而其上的振荡电流是衰减的，故发出的电磁波也是衰减的，感应圈以每秒

的频率一次又一次地使间隙充电，电偶极子就一次一次地向外发射减幅振荡电磁波。

探测电磁波则是利用电偶极子共振吸收的原理来实现的。

第二节电磁波谱

典型例题

【例1】在真空中传播的波长为15米的电磁波，进入某一介质中传播时，若传播速度为

米/秒，该电磁波在介质中的波长是多少？

【解析】应用关系式

．

　　因电磁波在介质中传播其频率不变，其波长比：

，

　　则有：

米

【例2】关于电磁波的传播，下列叙述正确的是（）

A．电磁波频率越高，越易沿地面传播

B．电磁波频率越高，越易直线传播

C．电磁波在各种媒质中传播波长恒定

D．只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，就可把信号传遍全世界

【解析】电磁波频率越高，波长就越短，绕过地面障碍物的本领就越差，且地波在传播过程中的能量损失随频率的增高而增大，A错．随着电磁波频率的增大，粒子性越来越明显，其传播形式跟光相似，沿直线传播，B正确．电磁波在各种媒质中传播时，频率不变，但传播速度不等，波长不同，C错．由于同步通讯卫星相对于地面静止在赤道上空3600千米高的地方用它来作微波中继站，只要有三颗这样的卫星，就可以把微波讯号传遍全世界，D正确．答案为BD．

【例3】关于电磁波在真空中传播速度，下列说法中不正确的是（）

A、频率越高，传播速度越大

B、电磁波的能量越强，传播速度越大

C、波长越长，传播速度越大

D、频率、波长、强弱都不影响电磁波的传播速度

【解析】电磁波在真空中的波速与任何因素均无关——现代物理中称光速不变原理．在媒质中波速会变小．答案：

D．

基础练习

（选6题，填3题，计4题）

一、选择题

1、所有的电磁波在真空中具有相同的（）

A.频率B.波长C.波速D.能量

2、当电磁波的频率增加时，它在真空中的速度将（）

A.减小B.增大C.不变D.以上都不对

3、关于电磁波的传播速度，下列说法正确的是（）

A.电磁波的频率越高，传播速度越大

B.电磁波的波长越大，传播速度越大

C.电磁波的能量越大，传播速度越大

D.电磁波的传播速度与传播介质有关

4、对于声波、无线电波和红外线，以下说法正确的是（）

A.都能在真空中传播

B.都能发生反射

C.都能发生干涉

D.都是本质上相同的波，只是频率不同而已

5、在电磁波传播过程中，不变的物理量是

A、频率B、波长

C、振幅D、波速

6、对于声波、无线电波和红外线，以下说法正确的是（）

A．都能在真空中传播　　B．都能发生反射

C．都能发生干涉D．都是本质上相同的波，只是频率不同而已

二、填空题

7、麦克斯韦从理论上预言电磁波在真空中的传播速度等于的速度，其数值为.

8、一无线电发射机，辐射无线电波的波长为λ。

现要使其辐射波长为2λ的无线电波，且振荡电路中的电感不变，则电路中的电容应变为原来的　　　倍。

9、某电台发射500kHz的电磁波，则此电磁波的波长是　　　m；若距该电台6000km远处有一无线电接受机，则从发射台发出的信号经　　　s可被接受机收到。

若该电台发射频率为800kHz的电磁波，则经　　　s信号可被接受机收到。

三、计算题

10、在真空中传播的波长为15米的电磁波，进入某一介质中传播时，若传播速度为2×108米/秒，该电磁波在介质中的波长是多少？

11.从地球向月球发射电磁波，经过2.56s收到它的反射波，月球、地球之间的距离是km.

12、你有几种测量凸透镜焦距的方法

答案：

1、C2、C3、D4、BC5、A6、BC

7、光在真空中传播，3×108m/s8、4倍9、600、0.02、0.02

10、10m11、7.68×105

12、

（1）将太阳光聚焦法，测量光斑到凸透镜的距离

（2）利用凸透镜的成像原理找焦距，方法是在光具座上找到物体成等大像的位置，则此时物距的一半就是焦距。

　　物像共扼法；凸透镜与平面镜结合法等

能力提升

（选3题，填1题，计1题）

一、填空题

1、任何电磁波在真空中传播时，都具有相同的（B）

A、波长B、波速C、周期D、频率

2、关于激光的应用问题，以下说法正确的是（C）

A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号来进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息

B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光是相干光的特点来进行的

C．医学上用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点

D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点

3、有些动物夜间几乎什么都看不到，而猫头鹰在夜间却有很好的视力．其原因是（C）

A．不需要光线，也能看到目标

B．自身眼睛发光，照亮搜索目标

C．可对红外线产生视觉

D．可对紫外线产生视觉

二、填空题

4、一台收音机中，用一可变电容器与两组不同线圈构成产生中波和短波的两个波段的振荡电路，其中细导线密绕的一组线圈属于_______波段，粗导线疏绕的一组线圈属于______波段．（中波；短波）

三、填空题

5、根据热辐射理论，物体发出光的最大波长λm与物体的绝对温度的关系满足：

T·λm=2．90×10-3（K·m），若猫头鹰的猎物——蛇在夜间的体温为27℃，则它发出光的最大波长为___________m，属于___________波段．

（9．7×10-6m，属于红外线波段）

第三节电磁波的发射和接收

典型例题

【例1】发射的无线电波如何被接收到呢？

答案：

电磁波在空间传播时，如果遇到导体，会使导体产生感应电流，感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。

因此利用放在电磁波传播空间中的导体，就可以接收到电磁波了。

【例2】如何使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强呢？

答案：

当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强。

这样我们便可以接收无线电波了，下图是收音机内接收无线电波的调谐装置：

通过改变可变电容的电容大小改变调谐电路的固有频率，进而使其与接收电台的电磁波频率相同，这个频率的电磁波就在调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了电台。

【例3】无线广播的中波段波长的范围是187m