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1、第十三章 电磁感应与电磁波初步第4节 电磁波的发现及应用课程标准学习目标通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响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）课前阅读：1如图所示，战争中，天上有卫星，空中有战机，地上有战车，海里有战舰。你知道是什么把这些战场要素连成一个有机的整体的吗？答案：是电磁波。战场各个要素通过电磁波互通有无，传递信息，构成一个有机的战场系统。2. (1)观察上面两幅图，变化的磁场所产生电
2、场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗？(2)变化的磁场一定能产生电磁波吗？为什么？答案：(1)变化的磁场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)不一定，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场，如果变化的磁场能产生变化的电场，变化的电场又能产生变化的磁场，才能在周围空间产生电磁波。（二）基础梳理一、电磁场1麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场产生电场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
3、(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【拓展补充】赫兹的实验：如图所示。实验现象：当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环的两个金属小球间也跳过电火花。(1)赫兹实验证明了电磁波的存在。()(2)电磁波不需要介质可在真空中传播。()(3)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0108 m/s。()(4)麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。()(5)电磁波是带有能量的，在介质中传播时能把部分能量传递给介质。()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
4、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【即学即练】1. 判断下列说法的正误.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()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、频率f的关系是cf.(3
5、)电磁波在真空中的速度c3108 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、射线(5)各种电磁波的特性无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输红外线：用来加热理疗等可见光：照亮自然界，也可用于通信紫外线：用于消毒X射线：用于诊断病情射线：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【拓展补充】光子刀“光子刀”具有附带损伤小，术后恢复快等特点，被广泛应用于各种恶性肿瘤的治疗中。那么，你知道这种“光子刀”工作在什么波段？该波段有什么特点吗？答案：这种“光子刀”工作在射线波段；该波段频率
6、高，能量大，穿透能力强，被广泛应用于工业金属探伤、医学肿瘤治疗等领域。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化的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场周期性变
7、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【典例精析】例1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
8、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c3108 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，用表示电磁波的波
9、长、f表示频率、c表示波速，则有cf.【典例精析】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正确三、电磁波谱1电磁波谱电磁波按波长由大
10、到小排列顺序为无线电波、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760106 nm热作用强烘干、红外遥感、测温、夜视仪可见光400760 nm感光性强照明、照相紫外线10400 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0.00110 nm较强的穿透能力透视人体、检查金属零件的质量射线小于103 nm穿透能力最强医学上的刀技术、探测金属内部的缺陷例3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
11、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DX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
12、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，
13、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45G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0.33.0 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
14、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cf，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周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场2电场、磁场的变化关系可用下面的框图表示3电磁波的特点(1)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。(2)电磁场中储存着能量，电磁波的发射过程就是辐射电磁能的过程。(3)电磁波可以在真空中传播，且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传播速度，即c3108 m/s。(4)电磁波传播虽然不需要介质，但它可以在其他介质如光纤中传播，且速度都比在真空中的小。4波长、频率与波速之间的关系(1)
