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5 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、频率三者之间的关系：波速＝波长×频率.电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf。
(2)电磁波在真空中的传播速度c＝3。
00×108 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①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.②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.③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。
第4节电磁波的发现及应用第5节能量量子化学习目标核心素养形成脉络1.知道麦克斯韦电磁场理论及其在物理学发展史上的意义．2．了解电磁波的基本特点、发现过程及传播规律，知道电磁波与机械波的区别．3．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射.[学生用书P112]一、电磁场1．麦克斯韦认为：(1)变化的磁场产生电场；(2)变化的电场产生磁场．2．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．二、电磁波1．麦克斯韦预言空间存在电磁波并推算电磁波的速度等于光速．2．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论．三、电磁波谱1．波速、波长、频率三者之间的关系是波速＝波长×频率．2．电磁波的波速c与λ、f的关系是c＝λf．3．电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，都是电磁波．四、电磁波的能量电磁波具有能量，电磁波是一种物质．五、电磁波的通信1．互联网信息通过电磁波来传递．2．电磁波携带的信息既可以有线传播，也可以无线传播．六、热辐射1．定义：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射．辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同．2．黑体：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体叫作黑体．七、能量子1．定义：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，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．2．能量子ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是一个常量，称为普朗克常量．3．爱因斯坦认为光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子叫作光子．七、能级1．定义：原子的能量是量子化的．这些量子化的能量值叫作能级．2．原子处于能量最低的状态，这是最稳定的．3．原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差．思维辨析(1)变化的电场一定产生变化的磁场．()(2)磁场一定可以产生电场，电场也一定可以产生磁场．()(3)电磁波在真空和介质中传播速度相同．()(4)只有高温物体才能辐射电磁波．()(5)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍．()(6)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．()(7)“光子”就是“光电子”的简称．()提示：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√(7)×深度思考黑体是指黑颜色的物体吗？提示：黑体不是指黑颜色的物体，是指能完全吸收电磁波的物体．麦克斯韦电磁场理论及实验验证[学生用书P113]【核心深化】1．麦克斯韦的电磁场理论(1)电磁场理论的核心之一：变化的磁场产生电场如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流，其实质是变化的磁场在它周围产生了电场，电路中的自由电荷在电场力作用下做定向运动，形成了感应电流，即使在变化的磁场周围没有闭合电路同样可以产生电场．(2)电磁场理论的核心之二：变化的电场产生磁场麦克斯韦认为：由电现象和磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的观点猜想变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场．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．(如图所示)2．对麦克斯韦电磁场理论的理解(1)恒定的电场不产生磁场．(2)恒定的磁场不产生电场．(3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场．(4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场．(5)周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场．(6)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场．根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场[解析]根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，D正确．[答案] D下列关于电场与磁场的产生的理解正确的是()解析：选C.题中A、B选项所描述的磁场是稳定的，由麦克斯韦电磁场理论可知其周围空间不会产生电场，A、B错误；题中C选项描述的是周期性变化的磁场，它能产生同频率周期性变化的电场，且磁通量的变化率最大时电场强度最强，其相位差为π2，C正确；题中D所描述的是周期性变化的电场，在其周围空间产生周期性变化的磁场，其相位差为π，D错误．黑体辐射的规律[学生用书P113]【核心深化】1．一般物体与黑体的比较热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射2.随着温度的升高，黑体辐射的各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知()A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动[解析]由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来．[答案]ACD关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D ．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体解析：选C.黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A 错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，B 错误，C 正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔成了黑体，D 错误．能量子的理解和计算[学生用书P114]【核心深化】1．物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，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．3．能量子的能量ε＝hν，其中h 是普朗克常量，ν是电磁波的频率．人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm 的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34 J ·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 ．2.3×10－18 W B ．3.8×10－19 W C ．7.0×10－10 W D ．1.2×10－18W [解析] 因只要每秒有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 ＝E t ，式中E ＝6ε，又ε＝hν＝h c λ，可解得P ＝6×6.63×10－34×3×108530×10－9 W ≈2.3×10－18 W.[答案] A(多选)对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是( )A ．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B ．辐射和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 ．辐射和吸收的能量是量子化的解析：选ABD.带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍或一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，A 、B 、D 正确，C 错误．电磁波预言与发现1．理论预言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新的周期性变化的电场……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，这就是电磁波．2．实验验证电磁波的实验证明：1886年，赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了电磁波．(1)赫兹的实验装置，如图所示．(2)实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花．(3)现象分析：当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的电磁场．这种电磁场以电磁波的形式在空间传播．当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙中也产生了火花．[学生用书P115] 1．(物理学史)电磁场理论是谁提出的()A．法拉第B．赫兹C．麦克斯韦D．安培解析：选C.电磁场理论是由麦克斯韦提出的，并由赫兹首先验证．C正确．2．(电磁波)真空中所有电磁波都具有相同的()A．频率B．波长C．波速D．能量解析：选C.电磁波在真空中的传播速度相同，而电磁波的频率、波长、能量不一定相同，C正确．3．(电磁场理论)某空间中出现了如图中虚线所示的一组闭合的电场线，这可能是()A．在中心点O有一静止的点电荷B．沿AB方向有一段通有恒定电流的直导线C．沿BA方向的磁场在减弱D．沿AB方向的磁场在减弱解析：选C.首先应知道闭合的电场线是由变化的磁场产生的，闭合的电场线类似于环形电流，根据楞次定律环形电流产生的磁场由B→A，阻碍原磁场的变化，所以BA方向的磁场在减弱，C正确．4．(热辐射)(多选)下列叙述正确的是()A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波解析：选ACD.根据热辐射定义知A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错误，C正确；根据黑体定义知，D正确．[学生用书P169(单独成册)](建议用时：30分钟)【合格考练】1．能正确解释黑体辐射实验规律的是()A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的能量微粒说解析：选B.根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，B正确．2．电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是()A．无线电波、红外线、紫外线、γ射线B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线解析：选A.电磁波的频率由小到大的顺序依次是无线电波、红外线、紫外线和γ射线，这也是波长由长到短的顺序，A正确．3．(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是()A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的解析：选AD.普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，A、D正确．4．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是()A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波B．电磁波在真空和介质中传播速度不相同C．均匀变化的磁场能够在空间形成电磁波D．赫兹证明了电磁波的存在解析：选BD.若只有电场和磁场，而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波，A、C错误；光也是电磁波，在真空和介质中传播的速度不同，B正确；赫兹证明了电磁波的存在，D正确．5．(多选)某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中正确的是() A．机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用B．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C．机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D．机械波只有横波解析：选ABC.机械波和电磁波有相同之处，也有本质区别，但v＝λf都适用，A正确；机械波和电磁波都具有干涉和衍射现象，B正确；机械波的传播依赖于介质，电磁波可以在真空中传播，C正确；机械波有横波和纵波，而电磁波是横波，D错误．6．(多选)关于麦克斯韦的电磁理论及其成就，下列说法正确的是()A．变化的电场可以产生磁场B．变化的磁场可以产生电场C ．证实了电磁波的存在D ．预见了真空中电磁波的传播速度等于光速解析：选ABD.选项A 和B 是电磁理论的两大支柱，所以A 和B 正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹最早证实了电磁波的存在，C 错误；麦克斯韦预见了真空中电磁波的传播速度等于光速，D 正确．7．(多选)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，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解析：选BD.麦克斯韦电磁场理论的核心内容是：变化的电场产生磁场；变化的磁场产生电场．对此理论全面正确理解为：不变化的电场周围不产生磁场；变化的电场可以产生变化的磁场，也可产生不变化的磁场；均匀变化的电场产生稳定的磁场；周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场．由此可知，B 、D 正确．8．(多选)关于电磁场、电磁波的认识，下列说法正确的是( )A ．电磁波的传播需要介质B ．电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变C ．电磁波传播的过程中也传递了能量D ．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场解析：选BC.周期性变化的电场与磁场相互感应产生，并向外传播，从而形成电磁波，电磁波的传播不需要介质，A 错误；只有变化的电场(磁场)才能产生磁场(电场)，D 错误．【等级考练】9．甲坐在人民大会堂台前60 m 处听报告，乙坐在家里离电视机5 m 处听电视转播，已知乙所在处与人民大会堂相距 1 000 km ，不考虑其他因素，则(空气中声速为340 m/s)( )A ．甲先听到声音B ．乙先听到声音C ．甲、乙同时听到声音D ．不能确定解析：选B.声音传到甲所需时间为t 1＝60340 s ＝0.176 s ；传到乙所需时间为t 2＝1×1063×108s ＋5340s ＝0.018 s ，B 正确．10．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P ，c 表示光速，h 为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为( )A.λP hcB ．hP λc C.cPλh D ．λPhc解析：选A.每个光量子的能量ε＝hν＝hc λ，每秒钟发射的总能量为P ，则n ＝P ε＝λP hc. 11．无线电波的中波波长范围为200～3 000 m ．求该波段的频率范围．解析：根据频率公式f ＝c λ得f 1＝c λ1＝3×108200 Hz ＝1.5×106 Hz ，f 2＝c λ2＝3×1083 000Hz ＝1.0×105 Hz ，即该波段的频率范围为1.0×105～1.5×106 Hz.答案：1.0×105～1.5×106 Hz12．某广播电台发射功率为10 kW 在空气中波长为187.5 m 的电磁波．(1)求该电台每秒钟从天线发射多少个光子？(2)若发射的光子四面八方视为均匀的，试求在离天线2.5 km 处，直径为2 m 的环状天线每秒钟接收的光子个数以及接收功率．解析：(1)每个光子的能量E ＝hν＝hc λ＝6.63×10－34×3×108187.5J ＝1.06×10－27 J ， 则每秒钟电台发射上述波长光子数n 0＝Pt E＝1031个． (2)设环状天线每秒接收光子数为n 个，以电台发射天线为球心，则半径为R 的球面积S ＝4πR 2，而环状天线的面积S ′＝πr 2，所以，n ＝πr 24πR 2n 0＝4.0×1023个 接收功率P 收＝n n 0P 总＝4×10－4 W. 答案：(1)1031个 (2)4.0×1023个 4×10－4 W。
5 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、频率三者之间的关系：波速＝波长×频率.电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf.(2)电磁波在真空中的传播速度c＝3.00×108 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①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.②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.③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400～760nm之间.(4)紫外线波长范围在5～370nm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γ射线波长比紫外线更短的电磁波就是X射线和γ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γ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.( ×)(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，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c＝3.00×108m/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①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.②在1s 内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少. ③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λ表示电磁波的波长、f 表示频率、c 表示波速，则有c ＝λf ，电磁波在真空中的传播速度c ＝3.00×108m/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3.00×108m/s ，有一个广播电台的频率f ＝90.0MHz ，这个电台发射的电磁波的波长λ为( ) A.2.70m B.270m C.3.00m D.3.33m答案 D解析 根据λ＝c f 得，λ＝3.00×10890.0×106m≈3.33m.三、电磁波谱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、γ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ε叫做能量子，ε＝hν，其中h叫做普朗克常量，实验测得h＝6.63×1034J·s，ν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，简称光子.频率为ν的光子的能量为ε＝hν.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400～700nm.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ν＝cλ和ε＝hν可知：400nm对应的能量子ε1＝hcλ1＝6.63×10－34×3.0×108400×10－9J≈4.97×10－19J.700nm对应的能量子ε2＝hcλ2＝6.63×10－34×3.0×108700×10－9J≈2.84×10－19J.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.电磁波在真空中的传播速度是3×108m/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、γ射线B.γ射线、紫外线、红外线、可见光C.γ射线、紫外线、可见光、红外线D.红外线、可见光、紫外线、γ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.γ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；γ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γ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γ射线的穿透能力最强，故选项C、D错误.5.(光能量的量子化)已知某单色光的波长为λ，真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为( )A.h cλB.hλC.chλD.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ν＝cλ，从而ε＝hν＝hcλ，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3×108m/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3×108m/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)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；电磁波中频率最大的是γ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5×1014Hz 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 3.3×10－8s 1.7×107个解析 由c ＝λf 得，该红光的波长λ＝c f ＝3.00×1085×1014m ＝6.0×10－7m.传到眼睛需要的时间是t ＝x c ＝103.00×108s≈3.3×10－8s ，在这个距离中的波长数有n ＝x λ＝106.0×10－7≈1.7×107(个).12.波长为50m ～100m 的无线电波适宜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1500km 的远处至少需要多长时间？ 答案 3×106Hz ～6×106Hz 5×10－3s解析 由c ＝λf 得，f 1＝cλ1＝3×10850Hz ＝6×106Hz ，f 2＝cλ2＝3×108100Hz ＝3×106Hz ，所以频率范围为3×106Hz ～6×106Hz由x ＝ct 可得t ＝x c ＝1500×1033×108s ＝5×10－3s13.神光“Ⅱ”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λ＝0.35 μm 的紫外激光.已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，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ε0＝hcλ＝6.63×10－34×3×1080.35×10－6J≈5.68×10－19J.则该紫外激光所含光子数n＝Eε0＝24005.68×10－19≈4.23×1021(个).。
