新教材高中物理必修三 第十三章 4

第4节电磁波的发现及应用第5节能量量子化课程内容要求核心素养提炼1．了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁波的形成和传播．2．知道波长、频率、波速，了解电磁波谱．3．知道普朗克关于能量子的概念，了解原子的能级和能级跃迁．1．物理观念：电磁场，电磁波的波长、频率、波速，电磁波谱，热辐射，能量子，能级．2．科学思维：(1)电磁波的形成和传播．(2)能量子观点的建立和意义．一、电磁波的发现及应用1．麦克斯韦电磁理论(1)变化的磁场产生电场．(2)变化的电场产生磁场．(3)变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场．2．电磁波(1)麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦电磁场理论．(2)变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播形成了电磁波．3．电磁波谱(1)电磁波波速、波长、频率的关系式为c ＝λf ．(2)电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱．(3)不同电磁波有不同的特性，在生产、生活中具有广泛的应用．①长波、中波、短波可用于广播及其他信号的传输．②微波可用于卫星通信、电视等的信号传输．③红外线可以用来加热理疗，紫外线可以消毒，X 射线可以用于诊断病情．4．电磁波的能量(1)赫兹用实验证实了电磁波的存在，说明电磁波是真正的物质存在．(2)微波炉能加热食物，收音机能收到电台发射的电磁波，说明电磁波具有能量．5．电磁波通信(1)电信网、广播电视网、互联网、移动电话等都是通过电磁波传递信息．(2)电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播．[判断](1)稳定的电场产生稳定的磁场．(×)(2)电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播．(√)(3)电磁波的传播速度一定为3×108m/s．(×)(4)电磁波具有能量可用于对物体加热，也可以携带信息，用于信息通信．(√)二、能量量子化1．热辐射(1)一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，叫作热辐射．(2)黑体不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，经典的电磁理论不能解释黑体辐射的实验规律．2．能量子(1)普朗克假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，最小能量值ε叫作能量子．(2)能量子的大小：ε＝hν，h称为普朗克常量．(3)普朗克假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说是不连续(分立)的．(4)爱因斯坦认为电磁场本身是不连续的，光本身是由能量子组成的，叫作光子．光子的能量ε＝hν．3．能级(1)原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级．原子可以自发地从能量较高的能级向能量较低的能级跃迁，放出光子．(2)原子跃迁时放出光子的能量，等于前后两个能级之差．[判断](1)物体在常温下也在不断地辐射电磁波．(√)(2)黑体不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波．(√)(3)普朗克认为带电微粒的能量是量子化的．(√)(4)原子发生能级跃迁时要放出光子．(×)探究点一麦克斯韦的电磁场理论1．对麦克斯韦电磁场理论的理解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不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场2．电磁场的产生如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场．关于电磁场的理论，下列说法正确的是()A ．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B ．变化的磁场周围产生的电场一定是变化的C ．均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的D ．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的D [非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场产生恒定的磁场，所以变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场，但不一定变化，故选项A 、B 错误；均匀变化的磁场一定产生恒定的电场，故选项C 错误；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故选项D 正确．][训练1]下列有关电磁场理论说法正确的是()A ．法拉第预言了电磁波的存在，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性B ．变化的磁场一定产生变化的电场C ．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场D ．赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦关于光的电磁理论D [法拉第预言了电磁波的存在，赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦关于光的电磁理论，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，选项A 错误，选项D 正确；均匀变化的磁场产生恒定的电场，选项B 错误；均匀变化的电场产生恒定的磁场，选项C 错误．][训练2]在下图所示的四种磁场情况中，能产生恒定的电场的是()C [由电磁场理论，结合图像，则有：选项A 中磁场不变，则不会产生电场，故选项A 错误；选项B 中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故选项B 错误；选项C 中磁场随着时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故选项C 正确；选项D 中磁场随着时间非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故选项D 错误．]探究点二对电磁波的理解1．电磁波的特点(1)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．(2)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波．(3)电磁波可以在真空中传播，因为电磁波本身就是一种物质——场物质，所以传播时不再需要其他介质．(4)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 ＝3.0×108m/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．2．波长、频率与波速之间的关系波速＝波长×频率，即v ＝λf ．(1)频率由波源决定，与介质无关，波长、波速的大小与介质有关．所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中速度小．(2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同．波长为0.6μm 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？它的频率是多少？(c ＝3×108m/s)解析由速度公式v ＝x t可求得时间，可根据电磁波波长、频率和波速关系式c ＝λf 可求得频率其中t ＝x c ＝103×108s ≈3.33×10－8s 由c ＝λf 得f ＝c λ＝3×1086×10－7Hz ＝5×1014Hz ．答案 3.33×10－8s 5×1014Hz[训练3]关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是()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，两者互相联系，统称为电磁场B ．电磁场从发生区域由近及远地传播形成电磁波C ．电磁波是一种物质，可在真空中传播．所以，平时说真空没有实物粒子，但不等于什么都没有，还有“场”这种特殊物质D ．电磁波可在真空中传播，也可在介质中传播A [根据麦克斯韦电磁场理论，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生的是恒定的磁场，所以选项A 错误．][训练4](多选)下列关于电磁波的说法正确的是()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CD [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，所以选项A 错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要介质而在真空中传播，选项B 错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，选项C 正确；电磁波具有能量，电磁波传播的过程也就是能量传播的过程，所以选项D 正确．]探究点三电磁波谱1．电磁波谱是把电磁波按波长由大到小的顺序排列起来的图表．顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线．它们共同构成了范围广阔的电磁波谱．2．电磁波谱中各种波段的特征用途比较(如下表)电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X 射线γ射线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大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、照相等杀菌消毒、治疗皮肤病等检查、探测、透视、治疗探测、治疗(多选)下列有关电磁波的特性和应用，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 ．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞D ．紫外线和X 射线都可以使感光底片感光CD[X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线则不能，选项A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞，选项C正确；紫外线和X射线都可以使感光底片感光，选项D正确．] [训练5]下列关于紫外线的说法正确的是()A．照射紫外线可增进人体对钙的吸收，因此人们应尽可能多地接受紫外线的照射B．一切高温物体发出的光都含有紫外线C．紫外线有很强的荧光效应，常被用来防伪D．紫外线有杀菌消毒的作用，是因为其有热效应C[由于紫外线有显著的生理作用，杀菌能力较强，在医疗上有其应用，但是过多地接受紫外线的照射，对人体来说也是有害的，选项A、D错误；并不是所有的高温物体发出的光都含有紫外线，选项B错误；紫外线有很强的荧光效应，可用来防伪，选项C正确．] [训练6]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B[声波、电磁波都能传递能量和信息，A项错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波又涉及声波，B项正确；可见光属于电磁波，“B超”中的超声波是声波，波速不同，C项错误；红外线波长较X射线波长长，故D项错误．]探究点四对能量子的理解与计算1．每个能量子的能量ε＝hν，其中ν是电磁波的频率；光子的能量ε＝hν，其中ν是光的频率．2．能量子观点与黑体辐射实验的比较普朗克能量子假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．借助于能量子的假说，普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得很好．3．对能量量子化的理解(1)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态．(2)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()A．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18WA[因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，所以察觉到绿光所接收的最小功率P＝Et，式中E＝6ε，t＝1s，又ε＝hν＝hcλ，可解得P＝6×6.63×10－34×3×108530×10－9×1W＝2.3×10－18W．][题后总结]分析有关能量子问题的技巧(1)熟练掌握能量子的计算公式：ε＝hν＝hcλ．(2)把握宏观能量E＝Pt与微观能量子的关系：E＝nε．(3)正确建立模型．[训练7](多选)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是()A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C．能量子与电磁波的频率成正比D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的BC[普朗克能量子假说认为，能量存在某一个最小值，带电微粒辐射或吸收的能量只能是这个最小能量值的整数倍，故选项A错误，选项B正确；能量子与电磁波的频率成正比，故选项C正确；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，故选项D错误．][训练8](多选)对于带电微粒辐射或吸收能量时的特点，下列说法正确的是() A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B．辐射或吸收的能量是某一最小值的整数倍C．吸收的能量可以是连续的D．辐射或吸收的能量是量子化的ABD[带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的．故A、B、D正确，C错误．]。

章末整合提升主题一功和功率的计算1.安培定则的应用.安培定则描述了电流方向与电流产生的磁场的方向之间的关系,应用它可以判断直线电流、环形电流及通电螺线管周围磁感线的分布及方向.在应用时,应注意分清“因”和“果”.2.磁场叠加问题.空间中的磁场通常会是多个磁场的叠加,磁感应强度是矢量,可以利用平行四边形定则解决磁场的叠加问题.通常,题目中出现的磁场不是匀强磁场.如图所示,通电直导线M 、N 中的电流大小相等,M 中的电流在C 点的磁感应强度为B 1,B 1垂直MC ,N 中的电流在C 点的磁感应强度为B 2,B 2垂直NC ,C 点的磁感应强度为B 1和B 2的矢量和B.【典例1】如图所示,在磁感应强度大小为B 0的匀强磁场中,两长直导线P 和Q 垂直于纸面固定放置,二者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I 时,纸面内与两导线距离均为l 的A 点的磁感应强度为0.如果让P 中的电流反向,其他条件不变,那么A 点的磁感应强度的大小为 ( )A.0B.√33B 0C.2√33B 0D.2B 0解析:导线P 和Q 中电流I 均垂直于纸面向里时,设它们在A 点产生的磁感应强度大小分别为B P 、B Q ,则B P =B Q =B 1,如图所示.B P 与B Q 的夹角为60°,它们在A 点的合磁场的磁感应强度平行于PQ 向右、大小为√3B 1.又根据题意A 点的实际磁感应强度B A =0,则B 0=√3B 1,且B 0平行于PQ 向左.若P 中电流反向,则B P 反向、大小不变,B Q 和B P 大小不变,夹角变为120°,二者的合磁场的磁感应强度大小为B 1'=B 1(方向垂直于PQ向上,与B 0垂直),此时A 点实际磁感应强度B A '=√B 02+B 1'2=2√33B 0,则选项A 、B 、D 均错误,选项C正确.答案:C【典例2】如图甲所示,A 、B 两平行直导线中通有相同的电流,当两通电导线垂直纸面放置于圆周上,且两导线与圆心连线的夹角为60°时,圆心处的磁感应强度大小为B .如图乙所示,C 导线中通有与A 、B 导线完全相同的电流,A 、B 、C 垂直纸面放置在圆周上,且A 、B 两导线与圆心连线的夹角为120°,B、C两导线与圆心连线的夹角为30°,则此时圆心处的磁感应强度大小为( )甲乙B B.B C.0 D.√2BA.√63解析:当A、B两导线与圆心连线的夹角为60°时,它们在圆心处的磁感应强度如图甲所示,设B A=B B=B1,则有B=√3B1.如图乙所示,当A、B两导线与圆心连线夹角为120°时,它们在圆心处的磁感应强度的矢量和为B'=B1;B'与C导线在圆心处产生的磁场叠加,磁感应强度矢量和为√2B1,因B,选项A正确.此圆心处的磁感应强度大小为√63甲乙答案:A主题二磁通量及其变化1.对磁通量的理解.磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积是穿过这个面积的磁通量,定义式为Φ=BS,适用于匀强磁场;磁通量也可以用穿过某一面积磁感线的净条数来表示.(1)面积S是指平面中有磁场的那部分区域的有效面积.如图所示,若闭合回路abcd和矩形ABCD共面,均与匀强磁场垂直,面积分别为S1和S2,且S1>S2,但磁场分布在矩形ABCD对应的区域,穿过S1和S2的磁通量是相同的,Φ=BS中的S是指闭合回路中包含磁场的那部分的有效面积S2.(2)如果平面与磁感应强度B不垂直,可将磁感应强度B向着垂直于平面的方向投影,也可以将平面向着垂直于磁感应强度B的方向投影.特例:B∥S时,Φ=0;B⊥S时,Φ最大(Φ=BS).(3)磁通量与线圈的匝数无关.线圈匝数的多少不改变线圈面积的大小,所以不管有多少匝线圈,S是不变的,B也和线圈无关,所以磁通量不受线圈匝数影响.也可以理解为磁通量大小只取决于穿过闭合线圈的磁感线条数.2.磁通量的正、负.(1)磁通量是标量,其正、负不表示大小,只表示与规定的正方向相同或相反.若磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁通量为Ф1,反向磁通量为Ф2,则磁通量等于穿过该平面的磁通量的代数和,即Ф=Ф1-Ф2,这类似于导体带电时的“净”电荷.(2)穿过任意闭合曲面的磁通量一定为0.例如一个球面,磁感线只要穿入球面,就一定穿出球面,穿过球面的磁感线的净条数为0,即穿过球面的磁通量为0.3.磁通量的变化量ΔΦ.如图所示,θ为磁场方向与平面的夹角.B是匀强磁场的磁感应强度,线圈的面积为S,穿过线圈的磁通量Φ=BS sin θ.(1)S、θ不变,B改变,这时ΔΦ=ΔB·Ssin θ.(2)B、θ不变,S改变,这时ΔΦ=ΔS·B sin θ.(3)B、S不变,θ改变,这时ΔΦ=BS(sin θ2-sin θ1).磁通量Φ是由B、S及它们间的夹角θ共同决定的,磁通量的变化情况应从B、S、θ这三个方面去考虑.【典例3】如图所示,一有界匀强磁场(磁感应强度为B)恰好完全垂直穿过圆环C,正方形线框A 与圆环C在同一平面内.设正方形线框A的面积为S1,圆环C的面积为S2,则穿过正方形线框的磁通量为( )A.BS1B.BS2C.B(S1-S2)D.B(S1+S2)解析:线框平面与磁场方向垂直,穿过正方形线框的磁通量Φ=BS2,故选项B正确.答案:B【典例4】如图所示,框架面积为S,框架所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直.(1)若使框架绕OO'轴从初始位置转过60°,则穿过框架的磁通量为多少?(2)若使框架绕OO'轴从初始位置转过90°,则穿过框架的磁通量为多少?(3)若使框架绕OO'轴从初始位置转过180°,则穿过框架的磁通量变化量为多少?解析:(1)当框架绕OO'轴转过60°,Φ=BS⊥=BS·cos 60°=1BS.2(2)当框架绕OO'轴转过90°时,由磁感线垂直穿过线框变为磁感线与磁场平行,Φ'=0.(3)在初始位置时,磁感线与框架平面垂直,Φ1=BS,框架转过180°时,磁感线仍然垂直穿过框架,只不过穿过方向改变了,因而Φ2=-BS,ΔΦ=Φ2-Φ1=-2BS,即磁通量变化了2BS.BS (2)0(3)2BS答案:(1)12。

4电磁波的发现及应用[学习目标] 1.了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念.2.知道电磁波的特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系.3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量．一、电磁场1．麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场产生电场①在变化的磁场中放入一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场．②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样会在空间产生电场．(2)变化的电场产生磁场变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场．2．电磁场：变化的电场和磁场互相联系，所形成的不可分割的统一体．二、电磁波1．产生：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，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．即光是以波动形式传播的一种电磁振动．三、电磁波谱电磁波的能量电磁波通信1．电磁波谱(1)概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱．(2)电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf.(3)电磁波在真空中的速度c＝3×108 m/s.(4)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．(5)各种电磁波的特性①无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输．②红外线：用来加热理疗等．③可见光：照亮自然界，也可用于通信．④紫外线：用于消毒．⑤X射线：用于诊断病情．⑥γ射线：可以摧毁病变的细胞．2．电磁波的能量(1)光是一种电磁波，光具有能量．(2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质．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．(×)(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、红外线、可见光、紫外线都属于电磁波．(√)一、麦克斯韦电磁场理论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恒定的磁场不产生电场恒定的电场不产生磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变不均匀变化的电场在周围空间产生变化化的电场的磁场周期性变化的磁场在周围空间产生同频率的周期性变化的电场周期性变化的电场在周围空间产生同频率的周期性变化的磁场例1(2021·南宁一中月考)关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A．电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B．稳定的电场周围产生稳定的磁场，稳定的磁场周围产生稳定的电场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．周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场答案 D解析稳定的电场不能产生磁场，稳定的磁场不能产生电场，A、B错误；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，C错误；根据麦克斯韦电磁场理论，可知周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场，D正确．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)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相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．如图．(2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s.(3)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．(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)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质．3．电磁波的波速对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf.例2(多选)关于电磁波，下列说法中正确的是()A．只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在C．电磁波和机械波都依赖于介质才能传播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BD解析要想产生电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是周期性变化的，A错误；麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在，选项B正确；电磁波可以在真空中传播，选项C错误；电磁波具有能量，电磁波的传播过程，也就是能量的传播过程，D正确．例3电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为()A．2.70 m B．270 mC．3.00 m D．3.33 m答案 D解析根据c＝λf可得，λ＝3×10890.0×106m≈3.33 m．故选D.三、电磁波谱1．电磁波谱电磁波按波长由大到小排列顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．它们共同构成了范围广阔的电磁波谱．2．不同电磁波的特性和用途种类波长范围特性应用无线电波大于1 mm 波动能力强通信、广播、射电望远镜红外线760～106 nm 热作用强烘干、红外遥感、测温、夜视仪可见光400～760 nm 感光性强照明、照相紫外线10～400 nm 化学作用、荧光作用消毒、荧光效应、促使人体合成维生素DX射线0.001～10 nm 较强的穿透能力透视人体、检查金属零件的质量γ射线小于10－3 nm 穿透能力最强医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷例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．红外线具有显著的热效应B．紫外线具有很强的荧光作用C．紫外线具有杀菌消毒作用D．X射线具有很强的穿透力答案(1)D(2)C(3)A解析(1)X光机是用来透视人体内的器官的，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的伤害，因此采用了X射线，因此选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A.四、电磁波的能量电磁波通信1．电磁波的能量(1)电磁波是物质存在的一种特殊形式电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的，具有通常物质所具有的质量和能量等客观属性．(2)电磁波具有能量从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播．2．电磁波通信(1)传播途径电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以实现无线传播．有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息，如台式电脑、电话等，具体的媒介有：光纤、电缆、电话线、网线等．无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等．(2)传输特点电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息．例5(2021·武汉市华中师大一附中期中)5G是“第五代移动通信技术”的简称，目前世界各国正大力发展5G网络，5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G及以下网络(通信频率在0.3～3.0 GHz的特高频段)拥有更大的带宽和更快的传输速率.5G网络的传输速率(指单位时间传输的数据量大小)可达20 Gbps.关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是()A．在真空中的传播速度更快B．在真空中的波长更长C．在真空中的波长与4G网络使用的无线电波相同D．频率更高，相同时间传递的信息量更大答案 D解析无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，其速度与频率没有关系，A错误；由c＝λf，知频率变大，波长变短，B、C错误；无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越大，D正确．考点一麦克斯韦电磁场理论1．(多选)在电磁学发展的过程中，许多科学家做出了贡献．下列说法正确的是() A．奥斯特发现了电流的磁效应B．法拉第发现了电磁感应现象C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，楞次用实验证实了电磁波的存在D．库仑发现了点电荷间的相互作用规律，密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值答案ABD解析奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，A、B正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，C错误；库仑发现了点电荷间的相互作用规律，密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值，D正确．2．(多选)(2021·宁波效实中学期中)关于电磁场理论，下列说法正确的是()A．电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B．变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场C．变化的电场周围一定产生变化的磁场D．电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s答案BD解析根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场，但变化的电场周围不一定产生变化的磁场，如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场，电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s.故选B、D.3．(多选)某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示，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．考点二电磁波谱及电磁波的应用4．(多选)(2021·武汉二中期中)下列关于电磁波的叙述正确的是()A．电磁波是电磁场由发生区域向远处传播形成的B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/sC．电磁波由真空进入介质中，波长将变短D．电磁波的传播不需要介质答案ACD解析变化的电场、磁场相互激发并由近及远地向周围传播，形成电磁波，选项A正确．电磁波只有在真空中传播时速度才为3×108m/s，在介质中传播时，速度均小于3×108m/s，选项B错误．根据λ＝v，可知电磁波从真空进入介质中，频率不变，波速变小，所以波长λf变短，选项C正确．电磁波的传播不需要介质，能在真空中传播，选项D正确．5．(多选)(2022·常州市高二期中)在抗击新冠肺炎疫情的战役中，为了发现高危人群中的疑似病人，通常利用红外线测量人体的温度．关于电磁波的应用，下列说法正确的是() A．红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最短B．银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线C．微波可用于广播及其他信号的传播D．X射线可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞答案CD解析红外线、X射线、γ射线中红外线的频率最小，波长最长，选项A错误；银行的验钞机发出的光是紫外线，家用电器的遥控器发出的光是红外线，选项B错误；微波不但能加热物体，而且能传播信息，故可以用于通信、广播及其他信号传输，故C正确；X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，γ射线有极强的穿透能力和很高的能量，可以摧毁病变的细胞，故D正确．6．(多选)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．γ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γ射线、X射线和紫外线有一部分频率重叠，界限不明显，故A、B错误，C 正确；可见光波长一定比无线电波波长短，故D正确．7．下列说法中正确的是()A．变化的电场一定产生变化的磁场B．电磁波按波长从长到短顺序排列依次是：γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波C．X射线的穿透本领比γ射线更强D．电磁波在真空中的传播速度等于光速答案 D解析根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电场产生稳定的磁场，选项A错误；电磁波按波长从短到长顺序排列依次是：γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波，选项B错误；γ射线的穿透本领比X射线更强，选项C错误；电磁波在真空中的传播速度等于光速，选项D正确．8．下列说法正确的是()A．根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场周围存在变化的磁场B．红外线遥感技术是利用红外线的化学作用C．在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线比红外线的热效应显著D．工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力答案 D解析根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场周围存在磁场，不一定是变化的磁场，选项A错误；红外线遥感技术是利用红外线的衍射作用和热效应，选项B错误；在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线具有杀菌消毒的化学作用，选项C错误；工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力，选项D正确．9．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射线都有很强的穿透本领，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．电磁波中频率最大的是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射线有很强的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有穿透本领，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波中频率最大的是γ射线，C错误；紫外线和X射线都具有明显的化学效应，可以使感光底片感光，故D正确．10．以下关于电磁波的说法不正确的是()A．无线电通信利用的是电磁波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射线是电磁波答案 B解析无线电通信用的是无线电波，它是电磁波；超声波是声波，不是电磁波；遥控器发出的红外线是电磁波；X射线也是电磁波．所以A、C、D正确，B错误．11．(多选)(2021·合肥一中期中)下列能说明电磁波具有能量的是()A．可见光射入人的眼睛，人看到物体B．放在红外线区域的温度计升温很慢C．电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流D．γ射线的穿透能力强，可用于探测金属部件内部的缺陷答案ACD解析人眼看到物体，说明人眼感受到了可见光的能量，A项正确；红外线具有热效应，会使放在该区域的温度计升温很快，说明红外线具有能量，B错误；电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流，电流的能量来源于电磁波，C项正确；γ射线的穿透能力强，说明γ射线具有很高的能量，D项正确．12．(2021·长沙市一中期中)电磁波在生活中有着广泛的应用．不同波长的电磁波具有不同的特性，因此也有不同的应用．下列器材与其所应用的电磁波对应关系不正确的是( ) A ．雷达——无线电波 B ．手机——X 射线 C ．消毒柜——紫外线 D ．遥控器——红外线答案 B解析 雷达是利用了无线电波中的微波来测距的，故A 正确；手机采用的是无线电波，X 射线对人体有很大的辐射，不能用于通信，故B 错误；紫外线具有杀菌消毒作用，故C 正确；红外线可以用于遥控器，故D 正确．13．(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz 至1 000 MHz 的范围内．下列关于雷达和电磁波的说法正确的是( )A ．真空中上述雷达发射的电磁波的传播速度为3×108 m/sB ．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C ．测出从发射电磁波到接收到反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离D ．雷达使用的是无线电波的微波波段 答案 ACD解析 真空中电磁波的传播速度为3×108 m/s ，A 正确；电磁波是由周期性变化的电场和磁场产生的，B 错误；由雷达的工作原理可知，C 正确；雷达使用的是无线电波的微波波段，D 正确．14．频率为5×1014 Hz 的红光，从10 m 外的交通信号灯直接传到你的眼睛，大约需要多长时间？在这个距离中有多少个波长？ 答案 3.3×10－8 s 1.7×107个 解析 传到眼睛需要的时间是 t ＝x c ＝103×108 s ≈3.3×10－8 s ， 由c ＝λf 得，该红光的波长λ＝c f ＝3×1085×1014m ＝6×10－7 m.在这个距离中的波长数为n ＝x λ＝106×10－7≈1.7×107(个)． 15．波长为50～100 m 的无线电波可通过电离层的反射向远处传播，这些无线电波的频率范围是多大？若传到相隔1 500 km 的远处至少需要多长时间？答案 3×106～6×106 Hz 5×10－3 s 解析 由c ＝λf 得，f 1＝c λ1＝3×10850Hz ＝6×106 Hz ， f 2＝c λ2＝3×108100Hz ＝3×106 Hz ， 所以频率范围为3×106～6×106 Hz由x ＝ct 可得t ＝x c ＝1 500×1033×108 s ＝5×10－3 s.。

（新教材）统编人教版高中物理必修三第十三章第4节《电磁波的发
现及应用》优质说课稿
今天我说课的内容是新人教版高中物理必修三第十三章第4节《电磁波的发现及应用》。

第十三章讲述电磁感应与电磁波。

利用电磁波，天文学家不仅可以用眼睛“看”宇宙，也可以用耳朵“听”宇宙。

正是对电与磁的研究，发展成了电磁场与电磁波的理论。

发电机、电动机、电视、移动电话等的出现，使人类进入了电气化、信息化时代。

《电磁波的发现及应用》一节主要讲解电磁波知识。

本课教学承担着实现本单元教学目标的任务，为了更好地教学，下面我将从课程标准、教材分析、教学目标和学科核心素养、教学重难点、学情分析、教学方法、教学准备、教学过程等方面进行说课。

一、说课程标准
普通高中物理课程标准（2017版2020年修订）【内容要求】：“3.3.4 通过实验，了解电磁波，知道电磁波的物质性。

3.3.5 通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。

例 3 知道手机和卫星通信等都是电磁波的应用。

”
二、说教材分析
本课教材主要内容有五个方面：电磁场、电磁波、电磁波谱、电磁波的能量、电磁波通信。

教材一开始以问题引入，让学生思考电磁波的发现历史；紧接着教材定性地介绍了麦克斯韦关于电磁波的一些观点；在此基础上，教材从历史的角度介绍了电磁波的发现，证实了麦。

第十三章电磁感应与电磁波初步1、磁场磁感线一认识磁场的性质1.对磁场性质的理解:基本性质对放入其中的磁体或电流产生力的作用客观性质磁场虽然不是由分子、原子组成的,但是它和常见的桌子、房屋、水和空气一样,是一种客观存在的物质特殊性质磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同,它是以一种场的形式存在的形象性磁体之间、磁体与电流间,电流与电流间通过磁场发生作用,如同用弹簧连接的小球,靠弹簧发生相互作用一样2.电场与磁场的比较:比较项目电场磁场不同点产生电荷周围磁体、电流、运动电荷周围基本性质对放入其中的电荷有电场力的作用对放入其中的磁极、电流有磁场力的作用作用特点对放入其中的磁体无力的作用对放入其中的静止电荷无力的作用相同点磁场和电场一样,都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质,都具有能量【思考·讨论】图一中异名磁极相互吸引,同名磁极相互排斥,图二中一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间,通以电流,导线就会移动;图三中两条通过同向电流的导线相互吸引,通过反向电流的导线相互排斥,这些相互作用是怎样实现的?提示:磁体的周围和电流的周围都存在着磁场,磁体和磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场来传递的。

【典例示范】下列关于磁场的说法中,正确的是( )A.只有①磁铁周围才存在磁场B.磁场是为了解释磁极间的相互作用而人为规定的C.磁场只有②在磁极与磁极、磁极和通电导线发生作用时才产生D.磁极与磁极之间、磁极与通电导线之间、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的【审题关键】序号信息提取①电流周围也有磁场②电流和电流之间发生作用时也有【解析】选D。

磁场存在于磁体周围和电流周围,故A错误;磁场是实际存在的,不是假想的,磁感线是假想的,故B错误;磁场存在于磁体和电流周围,即使没有发生作用,磁场仍然是存在的,故C错误;磁极与磁极,磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的,故D正确。