高中物理 第4章 电磁波与现代通信 41电磁波的发现教师用书 沪科版选修11.docx

高中物理 第4章 电磁波与现代通信 41电磁波的发现教师用书 沪科版选修11.docx

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高中物理第4章电磁波与现代通信41电磁波的发现教师用书沪科版选修11

4.1　电磁波的发现

1．（3分）下列关于电机的说法，不正确的是（　　）

A．电机就是发电机

B．电机实现了电能和其他形式能源的相互转换

C．发电机使人类获得了高效清洁的电能

D．电机包括电动机和发电机

【解析】　电机包括电动机和发电机，前者是把电能转化成其他形式的能，后者是把其他形式能转化成电能．

【答案】　A

2．（3分）如图411所示，矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场内一半在匀强磁场外，下述过程中使线圈产生感应电流的是（　　）

图411

A．以bc边为轴转动45°

B．以ad边为轴转动45°

C．将线圈向下平移

D．将线圈向上平移

【解析】　以bc边为轴转动45°的过程，穿过矩形线圈中的磁通量没有变化；以ad边为轴转动45°，穿过矩形线圈中的磁通量减小；而将线圈上、下平移时，穿过矩形线圈的磁通量不变，根据产生感应电流的条件可知选项B对，选项A、C、D错．

【答案】　B

3．（4分）与磁感应强度B＝0.8T垂直的线圈面积为0.05m2，

（1）此线圈的磁通量是多大？

（2）若这个线圈绕有50匝时，磁通量多大？

【解析】　根据磁通量的定义：

磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个面的磁通量，但要注意S是与磁感应强度B相垂直的那部分面积，即Φ＝BS，故：

（1）Φ1＝BS＝0.8×0.05Wb＝4×10－2Wb

（2）线圈绕有50匝，但与磁感应强度B垂直的面积还是0.05m2，故穿过这个面的磁感线条数不变．磁通量也可理解为穿过这个面的磁感线的条数．所以仍然为4×10－2Wb.

【答案】　

（1）4×10－2Wb　

（2）4×10－2Wb

课

标

导

思

1.了解麦克斯韦和赫兹在物理学发展中的贡献，体会科学家研究物理问题的思维方法．

2．了解变化的电场和磁场互相联系形成电磁场，电磁场在空间传播形成电磁波，掌握波长、频率和波速的关系．（重点＋难点）

3．通过实例认识电磁波谱，了解电磁波的组成，知道它们各自的特点及重要应用.

一、发现电磁波的历程

1．麦克斯韦的天才预见：

1865年，麦克斯韦建立的电磁场理论，预言了电磁波的存在，并推算出电磁波的传播速度等于光速．

2．赫兹实验：

赫兹的实验显示了电磁振荡在空间的传播，他的天才之“手”终于“捕捉”到了向往已久的电磁波．

二、认识电磁波

1．电磁波：

任何带电体振荡时，都会产生一个变化的电场，这个变化的电场会激发一个磁场，变化的磁场又会激发一个电场．电场→磁场→电场→磁场……如此反复，在带电体周围就会形成一个交替变化的电磁场，也叫电磁振荡．电磁场向周围空间由近及远地传播，形成电磁波．

2．电磁波的特点

（1）电磁波是横波．

（2）电磁波的传播不需要水和空气等介质，它可在真空中传播．

（3）电磁波具有波的一般特征，其波长λ、频率ν、波速c之间的关系是c＝λν.

（4）电磁波同其他波一样，也具有能量．

3．电磁波王国

电磁波谱：

按电磁波的波长或频率的大小顺序把电磁波排列成谱，叫做电磁波谱．如按用途将电磁波谱划分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.

一、电磁波的基本知识

1．波长λ：

电磁波在一个周期传播的距离等于一个波长．

2．频率f：

单位时间内完成的全振动的次数叫做频率．

3．波速c：

电磁波的传播速度等于光速，c＝3×108m/s.

4．波长、波速和频率间的关系公式：

c＝λf.

5．传播：

在真空中传播，不需要水或空气等介质．

6．无线电波的应用

（1）长波：

主要用于导航、报时等．

（2）中波：

主要用于电话、电报、广播、标准频率报时、防汛、救灾、军事通信等．

（3）微波：

卫星通信、常规的中继通信、电话、电报、传输数据、图像、长途干线通信等．

7．无线电波三种传播方式的比较

传播

方式

概念

优点

缺点

适用波段

地波

沿地球表面传播的无线电波

比较稳定

传播过程中消耗部分能量

长波段和中波段

天波

靠大气中电离层的反射传播的无线电波

受地面障碍的影响较小

传播不稳定

短波

空间

波

像光束那样沿直线传播的无线电波

受外界干扰小

不能进行远距离传播，若进行远距离传播要借助于中继站

微波和超短波

【特别提醒】　由于波长不同、频率不同、各个波段的电磁波穿透能力、传播能力也不同，根据它们不同特点有不同应用.

二、电磁波谱

1．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来，构成了范围非常广泛的电磁波谱．可见光只是其中很窄的一个波段．由于它们都是本质相同的电磁波，所以它们的行为都遵循共同的规律，但另一方面，由于它们的频率不同而又表现出不同的特性．例如，波长较长的无线电波，很容易表现出干涉、衍射现象．但对波长越来越短的可见光、紫外线、X射线、γ射线，要观察到它们的干涉、衍射现象就越来越困难了．

2．各波段的电磁波谱的比较

电磁

波谱

特性

应用

真空中

波长/m

频率

/Hz

递变

规律

无线电波

波动性强

易发生衍射

无线电

技术

＞10－3

＜3×1011

红外线

热效应

红外线

遥感

10－4～

10－7

1012～1015

可见光

引起视觉

照明、

摄影

10－7

1015

紫外线

化学效应荧光

效应能杀菌

医用消

毒、防伪

10－7～

10－9

1015～

1017

X射线

贯穿性强

检查、医

用透视

10－8～

10－12

1016～1020

γ射线

贯穿本领

最强

工业探伤

医用治疗

＜10－11

＞1019

一、对电磁波的认识

　（多选）关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（　　）

A．电磁波是横波

B．电磁波的传播需要介质

C．电磁波能产生干涉和衍射现象

D．电磁波中电场和磁场的方向处处相互垂直

【解析】　电磁场由近及远地传播形成电磁波，电磁波在传播过程中，电场、磁场以及传播方向三者相互垂直，电磁波是一种波，它具有波的一切特性，它能发生反射、折射、干涉、衍射等现象，电磁波在真空中的速度最大，它的传播不需要介质．故正确答案为ACD.

【答案】　ACD

本题涉及了电磁场、电磁波的基本知识，也启示我们在学习中要关注科技、国防、医疗、社会生活，并能从中了解有关知识的应用.

1．（多选）下列关于电场、磁场及电磁波的说法中正确的（　　）

我国电视

频道的划

分频道号

1

2

……

6

……

68

频率范围

/MHz

48.5～

56.5

56.5～

64.5

……

167～

178

……

950～

958

A.均匀变化的电场在周围空间产生均匀变化的磁场

B．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波

C．振荡电路发射电磁波的过程，也是向外辐射能量的过程

D．电磁波的传播并不依赖介质

【解析】　均匀变化的电场产生恒定的磁场，A项错；只有周期性变化的电场和磁场才能交替产生，由发生区域向外传播形成电磁波，B项错；发射电磁波的过程，也是向外辐射能量的过程，C项正确；电磁波是电磁场自身的运动过程不需要介质，D项正确．

【答案】　CD

二、对电磁波谱的理解

　（多选）下列有关电磁波的说法中正确的是（　　）

A．电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波

B．电磁波谱中最难发生衍射的是γ射线

C．频率大于可见光的电磁波表现为沿直线传播

D．以上说法都不正确

【解析】　波长越长，越容易发生衍射现象，在电磁波中，无线电波波长最长，γ射线的波长最短，故选项A错误，B正确；波长越短，频率越大的电磁波，其衍射现象不明显，传播的直线性越好，故C项正确．

【答案】　BC

从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，其行为服从共同的规律，但因波长或频率不同又表现出不同的特点，要熟记各部分的波长，频率范围及其关系，知道同一电磁波的波长与频率成反比.

2．红外线、紫外线、无线电波、可见光、γ射线、伦琴射线按波长由大到小的排列顺序是（　　）

A．无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线

B．红外线、可见光、紫外线、无线电波、γ射线、伦琴射线

C．γ射线、伦琴射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波

D．紫外线、红外线、γ射线、伦琴射线、无线电波、可见光

【解析】　在电磁波谱中以无线电波波长最大，γ射线波长最小，所以正确的顺序为A.

【答案】　A

1．近来军事行动中，士兵都配戴“红外夜视仪”，以便在夜间也能清楚地看清目标，这主要是因为（　　）

A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体

B．一切物体均不停地辐射红外线

C．一切高温物体不停地辐射红外线

D．“红外夜视仪”发射出γ射线，放射性物体受到激发而发出红外线

【解析】　一切物体都不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同．采用红外线接收器，可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，而且不受白天和夜晚的影响．故选B.

【答案】　B

2．（多选）关于电磁波谱，下列说法中正确的是（　　）【导学号：

22940030】

A．红外线的波长比红色光波长长，它的热作用很强

B．X射线就是伦琴射线

C．阴极射线是一种频率极高的电磁波

D．紫外线的波长比伦琴射线的长，它的显著作用是化学作用

【解析】　在电磁波谱中，红外线的波长比可见光的波长长，A项正确；阴极射线是电子流，它与电磁波有着本质的区别，C项错误；紫外线的显著作用是化学作用，伦琴射线的显著作用是穿透作用，D项正确．故选ABD.

【答案】　ABD

3．比较可见光、无线电波以及激光在真空中的传播速度的大小，可知（　　）

A．可见光最大　B．无线电波最大

C．激光最大D．三者相同

【解析】　三者均属于不同频率的电磁波，它们的速度在真空中全为3×108m/s，故选项D正确．

【答案】　D

4．下列关于电磁波的说法正确的是（　　）

A．电磁波必须依赖介质传播

B．电磁波可以发生衍射现象

C．电磁波不会发生偏振现象

D．电磁波无法携带信息传播

【解析】　电磁波可以在真空中传播，能发生干涉、衍射、偏振等现象，并且它可以传递信息，可知只有B选项正确．

【答案】　B

学业达标测评（十）

（建议用时：

45分钟）

1．在物理学史上，最先建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家是（　　）

A．赫兹　B．爱因斯坦

C．麦克斯韦D．法拉第

【解析】　麦克斯韦是经典电磁理论的奠基人，他在前人的基础上建立了完整的电磁学理论，C项正确．

【答案】　C

2．在飞机飞行过程中，禁止飞机上的乘客和司乘人员使用手机，这是因为

（　　）

A．对周围乘客造成电子辐射，损害乘客健康

B．影响飞机的动力设备

C．干扰飞机的电子通信系统

D．造成对飞机电子线路的破坏

【解析】　使用手机时的电磁辐射干扰飞机的电子通信系统．

【答案】　C

3．（多选）验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发出可见光；家用电器的遥控器发出的“光”用来控制电视机、空调器等。

关于它们发出的“光”，下列说法中正确的是（　　）

A．验钞机发出的“光”是红外线

B．遥控器发出的“光”是红外线

C．红外线是由原子的内层电子受到激发后产生的

D．红外线是由原子的外层电子受到激发后产生的

【解析】　紫外线具有荧光效应，红外线可用于遥控、遥感．由题意知，验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发出可见光，则其为紫外线；家用电器的遥控器发出的“光”用来控制电视机、空调器，为红外线；红外线和紫外线都是由原子的外层电子受到激发后产生的．综上所述，B，D正确，A，C错误．

【答案】　BD

4．一种电磁波入射到半径为1m的孔上，可发生明显的衍射现象，这种电磁波是（　　）

A．γ射线B．可见光

C．无线电波D．紫外线

【解析】　一种波要发生明显的衍射现象，就要求障碍物或孔的尺寸和波长相差不多或者比波长小．故本题中只有无线电波才能发生明显的衍射．

【答案】　C

5．雷达是用来对目标进行定位的现代化定位系统，海豚也具有完善的声呐系统，它能在黑暗中准确而快速地捕捉食物，避开敌害，远远优于现代化的无线电系统．海豚的定位、雷达的定位分别利用了自身发射的（　　）

A．电磁波　次声波B．红外线　光线

C．次声波　红外线D．超声波　电磁波

【解析】　海豚能发射超声波，它是一种频率高于2×104Hz的声波，它的波长非常短，因而能定向发射，而且在水中传播时因能量损失小，要比无线电波和广播传播得远．海豚就是靠自身发出的超声波的回声来在混浊的水里准确确定远处小鱼的位置而猛冲过去吞食．雷达是一个电磁波的发射和接收系统，因而是靠发射电磁波来定位的．

【答案】　D

6．以下关于电磁波的说法不正确的是（　　）

A．无线通信是用电磁波进行传播的

B．医院B超发出的超声波是电磁波

C．遥控器发出的红外线是电磁波

D．透视使用的X射线是电磁波

【解析】　超声波是声波（机械波），不是电磁波，所以B不正确．

【答案】　B

7．电磁波与机械波相比较有（　　）

A．电磁波、机械波传播都需要介质

B．电磁波在任何介质中的传播速率都相同，机械波在同一介质中的传播速率都相同

C．电磁波与机械波都不能产生干涉现象

D．电磁波与机械波都能产生衍射现象

【解析】　电磁波传播不需要介质，A错误．电磁波在不同介质中的传播速度不同，B错误．电磁波和机械波都能产生干涉、衍射现象，故D正确，C错误．

【答案】　D

8．下列哪种现象是由于所产生的电磁波所引起的（　　）

A．用室内天线接收微弱信号时，人走过时电视画面会发生变化

B．在夜间用电高峰时，有部分地区白炽灯变暗发红，日光灯不容易启动

C．把半导体收音机放在开着的日光灯附近，会听到噪声

D．在边远地区，用手机或小灵通通话时，会发生信号中断的情况

【解析】　A中是人走动时影响了室内天线对电视信号的接收，并非产生电磁波所引起．B中是因用电功率过大，输电线上损失电压及功率大所致．C中日光灯用的是交变电流，由于镇流器不断产生自感现象，产生变化的磁场与电场而产生电磁波，收音机接收到这些电磁波后，会发出噪声．而D中是信号的问题．故只有C项符合．

【答案】　C

9．已知真空中的电磁波波速是3×108m/s.在真空中波长是5m的无线电波，它的频率是（　　）

A．6×107HzB．1.5×109Hz

C．8×108HzD．1.7×108Hz

【解析】　由v＝λf得f＝

＝

Hz＝6×107Hz.

【答案】　A

电磁辐射对人体伤害知多少

电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和积累效应等．

1．热效应：

人体内70%以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到身体其他器官的正常工作．

2．非热效应：

人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁波的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场就遭到破坏，人体正常循环机能会遭受破坏．

3．累积效应：

热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态或危及生命．对于长期接触电磁波辐射的群体，即使功率很小，频率很低，也会诱发想不到的病变，应引起警惕！

各国科学家经过长期研究证明：

长期接受电磁辐射会造成人体免疫力下降、新陈代谢紊乱、记忆力减退、提前衰老、心率失常、视力下降、听力下降、血压异常、皮肤产生斑痘、粗糙，甚至导致各类癌症等；男女生殖能力下降、妇女易患月经紊乱、流产、畸胎等症．

随着人们生活水平的日益提高，电视、电脑、微波炉、电热毯、电冰箱等家用电器越来越普及，电磁波辐射对人体的伤害越来越严重．但由于电磁波看不见，摸不着，感觉不到，且其伤害是缓慢、隐性的，所以尚未引起人们的广泛注意．家用电器尽量勿摆放于卧室，也不宜集中摆放或同时使用．

看电视勿持续超过3小时，并与屏幕保持3米以上的距离；关机后立即远离电视机，并开窗通风换气，用洗面奶或香皂等洗脸．

用手机通话时间不宜超过3分钟，通话次数不宜多．尽量在接通1～2秒钟之后再移至面部通话，这样可减少手机电磁波对人体的辐射危害．

具有防电磁波辐射危害的食物有：

绿茶、海带、海藻、裙菜、卵磷脂、猪血、牛奶、甲鱼、蟹等动物性优质蛋白等.