学年高考物理主题3电磁场与电磁波初步5电磁波的发现及其应用学案必修3.docx

1、学年高考物理主题3电磁场与电磁波初步5电磁波的发现及其应用学案必修35电磁波的发现及其应用学科素养与目标要求物理观念：1.了解麦克斯韦电磁场理论，了解电磁波的产生机理.2.知道电磁波的特点，知道电磁场的物质性.3.了解电磁波的应用及其带来的影响.4.知道光是一种电磁波，知道光的能量的不连续性.科学态度与责任：1.了解麦克斯韦在物理学发展中的贡献，体会其研究物理问题的方法.2.了解电磁波在现代生活中的应用，激发热爱科学、献身科学的热情.一、麦克斯韦伟大的预言1.变化的磁场产生电场(1)在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流.这个现象的实质是变化的磁场在

2、空间产生了电场.(2)即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场.2.变化的电场产生磁场变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场.二、电磁波1.电磁波的产生：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又会引起新的变化的电场于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播.电磁场这样由近及远地传播，就形成电磁波.2.特点(1)电磁波可以在真空中传播.(2)电磁波的传播速度等于光速.(3)光在本质上是一种电磁波.(4)光是以波动形式传播的一种电磁振动.3.电磁波的波速(1)波速、波长、频率三者之间的

3、关系：波速波长频率.电磁波的波速c与波长、频率f的关系是cf.(2)电磁波在真空中的传播速度c3.00108 m/s.三、电磁波谱1.按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱.2.不同波长电磁波的特性(1)无线电波波长大于1mm(频率小于300GHz)的电磁波是无线电波.无线电波用于通信和广播.(2)红外线红外线是一种光波，它的波长比无线电波的波长短，比可见光长.所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强.我们看不见红外线.利用红外线遥感可以在飞机或人造卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮.(3)可见光可见光的波长在400760nm之间.(4

4、)紫外线波长范围在5370nm的电磁波是紫外线.可以利用紫外线灭菌消毒.人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康.在紫外线的照射下，许多物质会发出荧光，根据这个特点可以设计防伪措施.(5)X射线和射线波长比紫外线更短的电磁波就是X射线和射线.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.X射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官.波长最短的电磁波是射线，它具有更高的能量.在医学上可以治疗某些癌症，还可用于探测金属部件内部的缺陷.判断下列说法的正误.(1)变化的磁场可以产生电场，但变化的电场不能产生磁场.()(2)电磁波在空气中可以传播，在真空中不能传播.()

5、(3)光在真空中的速度与电磁波在真空中的速度相同，光是一种电磁波.()(4)无线电波、可见光、红外线、紫外线都属于电磁波.()一、麦克斯韦电磁场理论1.变化的磁场产生电场如图1所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路(导体环)是否存在无关.导体环的作用只是用来显示电流的存在.图1注意：在变化的磁场中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.变化的电场产生磁场根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场.(如图2所示).图23.小结(1)变化的磁场在周围空间产生电场，

6、变化的电场也在周围空间产生磁场.(2)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.(3)振荡的磁场产生同频率振荡的电场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场.(4)周期性变化的电场和磁场相互联系，形成一个统一的场，就是电磁场，而电磁场由近及远地向周围空间传播形成电磁波.例1(多选)关于电磁场理论的叙述正确的是()A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C.变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场答案AB解析变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若

7、无闭合回路，电场仍然存在，A正确；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错.二、电磁波1.电磁波的形成周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波.2.电磁波的特点(1)电磁波的传播不需要介质.在真空中传播速度等于光速c3.00108m/s.(2)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.(3)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波.(4)电磁波是电磁场在空中的传播，电磁场是一种客观存在的物质场物质.(5)电磁波具有波的一切特性，能够发生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象.3.麦克斯韦电磁理论的实验验证赫兹在实验室研究证实了电

8、磁波的存在，并且证明了电磁波与光具有相同的性质，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论.4.电磁波波速与波长和频率的关系(1)波长、波速、频率的概念在一列水波中，凸起的最高处叫做波峰；凹下的最低处叫做波谷.相邻的两个波峰(或波谷)的距离叫做波长.在1s内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少.用来描述波传播快慢的物理量叫做波速.(2)波速、波长、频率之间的关系：波速波长频率(3)对于电磁波，用表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有cf，电磁波在真空中的传播速度c3.00108m/s.例2(多选)下列关于电磁波的说法中正确的是()A.只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波B.电磁波的传播需要介

9、质C.停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的答案CD解析要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，所以A选项错误；电磁波是物质波，电磁波的传播不需要介质，B选项错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C选项正确；电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传播过程，所以D正确.例3电磁波在真空中传播的速度c是3.00108m/s，有一个广播电台的频率f90.0MHz，这个电台发射的电磁波的波长为()A.2.70m B.270mC.3.00m D.3.33m答案D解析根据得，m3.33m.三、电

10、磁波谱1.电磁波谱电磁波谱的顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线.它们共同构成了范围广阔的电磁波谱.2.不同波长的电磁波的比较名称特性无线电波红外线可见光紫外线X射线射线主要应用通信、广播红外探测器、红外体温计引起视觉灭菌、消毒、防伪医学透视、安检治疗疾病、金属探伤真空中的速度都是c3.00108m/s频率小大同介质中速度大小例4下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象.请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上.(1)X光机，_.(2)紫外线灯，_.(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好.这里的“神灯”是利用_.A.光的全反射B.紫外线具有很

11、强的荧光作用C.紫外线具有杀菌消毒作用D.X射线具有很强的穿透力E.红外线具有显著的热效应F.红外线波长较长，易发生衍射答案(1)D(2)C(3)E解析(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线，选D.(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选C.(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选E.四、光的能量1.光是一种电磁波，光能发生反射、折射、干涉、衍射和偏振，光具有波

12、的一切特征.2.普朗克的能量子概念(1)能量子：普朗克认为微观世界带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量叫做能量子，h，其中h叫做普朗克常量，实验测得h6.631034Js，为电磁波的频率.(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化.量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离.3.爱因斯坦的光子说光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称

13、光子.频率为的光子的能量为h.4.光的波粒二象性光子说说明光具有粒子性，光的干涉、衍射说明光具有波动性.所以光既具有波动性，也具有粒子性，即光具有波粒二象性.例5光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400700nm.400nm、700nm电磁辐射的能量子的值各是多少？答案见解析解析根据公式和h可知：400nm对应的能量子1h6.631034J4.971019J.700nm对应的能量子2h6.631034J2.841019J.1.(电磁波)(多选)关于电磁场和电磁波的说法中正确的是()A.电场和磁场总是相互联系的，它们被统称为电磁场B.电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波C.电磁波在真空

14、中的传播速度是3108m/sD.电磁波是一种物质，可以在真空中传播答案BCD2.(电磁波)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是()A.麦克斯韦用实验成功地证明了电磁波的存在B.电磁波的传播不需要借助任何介质C.电磁波的传播过程是电磁场能的传播过程D.均匀变化的电场一定能形成电磁波答案BC解析麦克斯韦提出电磁理论，赫兹用实验证明了电磁波的存在，A错误；电磁波可以在真空中传播，B正确；电磁波是将电磁场能传播出去，C正确；均匀变化的电场形成的磁场是稳定的，无法形成电磁波，D错误.3.(电磁波谱)下列各组电磁波中，按波长由长到短排列正确的是()A.红外线、紫外线、可见光、射线B.射线、紫外线、红外线、

15、可见光C.射线、紫外线、可见光、红外线D.红外线、可见光、紫外线、射线答案D4.(电磁波的特性)(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.射线是波长最短的电磁波，它的频率比X射线还要高C.紫外线的频率比紫光低D.在电磁波谱中，穿透能力最强的是X射线答案AB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，选项A正确；射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，选项B正确；在电磁波谱中从无线电波到射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，紫外线的频率比紫光高，在电磁波谱中射线的穿透能力最强，故选项C、D错误

16、.5.(光能量的量子化)已知某单色光的波长为，真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子的值为()A.hB. C. D.以上均不正确答案A解析由光速、波长的关系可得出光的频率，从而hh，故A选项正确.一、选择题考点一麦克斯韦电磁场理论1.(多选)下列说法中，正确的有()A.最早发现电和磁有密切联系的科学家是奥斯特B.电磁感应现象是法拉第发现的C.建立完整的电磁场理论的科学家是麦克斯韦D.最早预言电磁波存在的科学家是赫兹答案ABC解析最早预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦，赫兹用实验证明了电磁波的存在，D项错误；由物理学史的知识可知，A、B、C都是正确的.2.(多选)按照麦克斯韦的电磁场

17、理论，以下说法正确的是()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，变化的磁场周围产生电场C.均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，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，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场答案BD解析麦克斯韦的电磁场理论的核心内容是：变化的电场周围产生磁场；变化的磁场周围产生电场.对此理论全面正确的理解为：恒定的电场周围不产生磁场；变化的电场周围可以产生变化磁场或不变化磁场；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场；周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场，由变化的磁场产生电场的规律与以上类似，故正确

18、答案为B、D.3.(多选)关于电磁场的理论，下列说法中正确的是()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.周期性变化的电场在周围空间产生同样频率的周期性变化的磁场答案BD4.(多选)某电场中电场强度随时间变化的图象如图所示，能产生磁场的电场是( )答案ABC解析根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场产生磁场，选项A、B、C正确.考点二电磁波的理解5.(多选)下列关于机械波与电磁波的说法正确的是( )A.声波是机械波，耳朵能够听到声波，是因为耳朵和声源之间有空气B.水波的传播需要水，没有水就没有水波C.电磁

19、波传播需要空气，没有空气，即使产生了电磁波也传不出来D.电磁波的传播速率等于光速，不受其他因素影响答案AB解析机械波的传播需要介质，在真空中不能传播；电磁波可以在真空中传播，选项A、B正确，C错误；电磁波只有在真空中的速度才等于光速，选项D错误.考点三电磁波谱及电磁波的应用6.(多选)关于光波和无线电波，下列说法正确的是()A.都是电磁波B.都可以在真空中传播C.在真空中的传播速度都是3108m/sD.二者的波长、频率均相同答案ABC解析光波和无线电波本质上都是电磁波，都可以在真空中传播，在真空中传播的速度都是3108m/s，所以A、B、C对；光波和无线电波波长、频率不同，所以D错.7.(多选

20、)在电磁波谱中，下列说法正确的是()A.各种电磁波有明显的频率和波长区域界限B.射线的频率一定大于X射线的频率C.X射线的波长有可能等于紫外线波长D.可见光波长一定比无线电波的短答案CD解析X射线和射线、X射线和紫外线有一部分频率重叠，界限不明显，故C、D选项正确.8.关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是()A.红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体B.过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康C.电磁波频率最大的是X射线D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光答案D解析X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波中频

21、率最大的是射线，C错误.9.关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是()A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同答案B解析无论是电磁波还是声波，都可以传递能量和信息，则A项错误；太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波的传播速度不相同，则C项错误；遥控器发出的红外线频率和医院“CT”中的X射线频率不同，它们的波长也不相同，则D项错误.10.间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标.这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，即使车队离

22、开，也瞒不过它.这种遥感照相机敏感的电磁波属于()A.可见光波段 B.红外波段C.紫外波段 D.X射线波段答案B解析一切物体在任何情况下都辐射红外线，但不能随意辐射可见光、紫外线和X射线，故这种遥感照相机敏感的电磁波属于红外波段，B正确.二、非选择题11.频率为51014Hz的红光，从10m外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？在这个距离中有多少个波长？答案3.3108s1.7107个解析由cf得，该红光的波长m6.0107m.传到眼睛需要的时间是ts3.3108s，在这个距离中的波长数有n1.7107(个).12.波长为50m100m的无线电波适宜通过电离层的反射向远处传播，这些无线

23、电波的频率范围是多大？若传到相隔1500km的远处至少需要多长时间？答案3106Hz6106Hz5103s解析由cf得，f1Hz6106Hz，f2Hz3106Hz，所以频率范围为3106Hz6106Hz由xct可得ts5103s13.神光“”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可以获得能量为2 400 J、波长0.35 m的紫外激光.已知普朗克常量h6.631034 Js，则该紫外激光所含光子数为多少？答案见解析解析紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为2400J，即可求得紫外激光所含光子数.紫外激光能量子的值为0J5.681019J.则该紫外激光所含光子数n4.231021(个).