2019-2020学年高中物理 第四章 电磁波及其应用 1 第一节 电磁波的发现 第二节 电磁波谱课

第一节电磁波的发现第二节电磁波谱第四章电磁波及其应用第四章电磁波及其应用1.了解麦克斯韦电磁场理论，了解电磁波的形成和传播．(重点＋难点)2.知道波长、频率和波速的关系．知道电磁波在真空中的传播速度．(重点)3.了解电磁波谱是由无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线组成的，知道它们各自的特点与主要应用．一、伟大的预言1．变化的磁场产生______．2．变化的电场产生______．电场磁场二、电磁波1．产生：如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的______；这个变化的磁场又会引起新的变化的电场和磁场……于是，变化的电场和磁场交替产生，由____及____地传播，这种电场和磁场的传播是一种波动过程，这就是电磁波．2．传播速度：电磁波可以在______中传播，它的传播速度等于______，光也是一种________．磁场近远真空光速电磁波三、赫兹的电火花物理学家______用实验证实了电磁波的存在及麦克斯韦电磁理论的正确性．赫兹1．手机发射的是电磁波还是机械波？提示：是电磁波．因为手机信号能在真空中传播．四、波长、频率和波速1．概念(1)在波的传播中，凸起的最高处，叫做______．凹下的最低处叫做______．相邻的两个波峰(或波谷)的距离叫______．(2)在一秒内所通过波峰或波谷的______叫波的频率．(3)波的传播快慢用______来表示．2．波长、频率和波速的关系波长、频率和波速三者的关系式为波速＝波长×频率，即c＝λf.3．电磁波在真空中传播的速度为c＝____________m/s.波峰波谷波长次数波速3.00×108五、电磁波谱按电磁波的波长或______大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱．按波长由大到小的顺序，它们分别是：无线电波、________、可见光、________、________和________．六、电磁波的能量1．电磁波具有能量，电磁波是物质存在的一种形式．2．微波炉的工作应用了一种电磁波——______，食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高．频率红外线紫外线X射线γ射线微波七、太阳辐射1．太阳光中含有可见光、红外线、紫外线、X射线、γ射线、无线电波．2．辐射的能量主要集中在可见光、红外线和紫外线三个区域内．眼睛正好接收________这个区域的辐射．可见光2．太阳光是包含各种颜色的白光，为什么清晨和傍晚的时候，我们看到太阳发红呢？提示：清晨或傍晚时，太阳光几乎平行于地平面，穿过的大气层最厚，波长较短的蓝光、紫光等侧向散射较多，剩下波长较长的红光、橙光透过大气射入我们的眼睛，所以看起来太阳就是红色的了．当天空中有云块时，云块为阳光所照射，也呈红色，从而形成了朝霞和晚霞．而正午时大气层最薄，散射不多，因此阳光仍然呈白色．对电磁场理论的理解1．电磁场的产生(1)变化的磁场产生电场(如图甲所示)，这是电磁场理论的核心之一．在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里将会产生感应电流，这是法拉第发现的电磁感应现象．麦克斯韦认为：这个现象的实质是变化的磁场周围产生电场，也正是由于这个电场的产生使得放在它里面的闭合电路出现电流(如图乙所示)．这是一种普遍存在的现象，就算闭合电路不存在，电场也照样产生，而闭合电路的作用只是用来显示电场的存在．(2)变化的电场产生磁场，这是电磁场理论的核心之二．这个假设没有直接的实验做基础，它出于麦克斯韦对自然规律的洞察力，是一个大胆而且富有创造性的假设．自然规律有着和谐美和对称美．根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流会产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场(极板上的电荷量不断改变造成电场变化)周围也会产生磁场．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)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；(4)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；(5)如果在空间某处有周期性变化的电场，就在空间产生周期性变化的磁场；这个周期性变化的磁场又会引起新的周期性变化的电场，如此下去，变化的电场和磁场交替产生，从而形成由近至远传播的电磁波．某电路中电场随时间变化的图象如图所示，能发射电磁波的电场是()[关键提醒]解答本题应注意以下两点：(1)均匀变化的电场(磁场)产生恒定的磁场(电场)；(2)非均匀变化的电场(磁场)产生变化的磁场(电场)．[解析]变化的电场可产生磁场，产生磁场的性质是由电场的变化情况决定的．均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场．A中电场不随时间变化，不会产生磁场．B和C中电场都随时间做均匀变化，在周围空间产生稳定的磁场，这个磁场不能再激发电场，所以不能激起电磁波．D中是一振荡电场，它将在周围空间产生振荡的磁场，振荡的磁场又产生振荡的电场，从而形成一个不可分割的统一体，即电磁场，它由近及远的传播即为电磁波．故选项D正确．[答案]D1．关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A．稳定的电场产生稳定的磁场B．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场C．变化的电场产生的磁场一定是变化的D．振荡电场周围空间产生的磁场也是振荡的解析：选D.麦克斯韦电磁场理论的要点是：变化的磁场(电场)要在周围空间产生电场(磁场)，若磁场(电场)的变化是振荡的，产生的电场(磁场)也是振荡的；稳定的电场不产生磁场，均匀变化的电场产生的是稳定的磁场，变化的电场产生的磁场不一定是变化的，也可能是稳定的．电磁波的特点1．电磁波传播时不需要介质，机械波传播必须在介质中传播．2．电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射现象，也能发生反射、吸收、折射等现象．它是物质存在的一种形式，也是能量传递的一种方式．3．波长、频率、波速的关系：电磁波和机械波的波速、波长、频率关系相同都是v＝λf，式中λ表示波长，频率与周期的关系是f＝1T或T＝1f，频率的单位是赫(Hz)，也常用千赫(kHz)或兆赫(MHz)作单位.1kHz＝103Hz，1MHz＝106Hz.4．在真空中传播时，不同频率的电磁波的传播速度相同，都等于光速，即v＝c＝3.00×108m/s.(1)电磁波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度，在一般计算中认为电磁波在空气中的传播速度与真空中的传播速度相等．(2)机械波和电磁波的频率取决于波源，从一种介质进入另一种介质时，波的频率不变．(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[解析]对电磁波的产生机制及传播途径要搞清，如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，就不能产生新的电场(或磁场)，也就不能产生电磁波．电磁波不同于机械波，它的传播不需要介质，故应选C、D项．[答案]CD2．关于电磁波，下列说法正确的是()A．所有电磁波的频率相同B．电磁波只能在真空中传播C．电磁波在任何介质中的传播速度相同D．电磁波在真空中的传播速度是3.0×108m/s答案：D电磁波谱及应用波长特征用途无线电波大↓小波动性强通信广播、导航等无线电技术红外线热效应强加热、遥测、遥感、红外制导可见光引起视觉照明、摄影等紫外线化学效应日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等X射线贯穿性强检查、探测、医用透视、治疗等γ射线贯穿本领最强工业探伤、探测、治疗等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．下列器件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．紫外消毒柜——紫外线D．遥控器——红外线[关键提醒]熟记各种电磁波的特点和应用是解题的关键．[解析]由电磁波的不同特性可知，雷达、手机利用无线电波，消毒柜利用紫外线，遥控器则利用红外遥感技术，由此可知选项B不正确．[答案]B3．我国进行第三次大熊猫普查时，首次使用了全球卫星定位系统和RS卫星红外遥感技术，详细调查了珍稀动物大熊猫的种群、数量、栖息地周边情况等，红外遥感利用了红外线的()A．热效应B．相干性C．反射性能好D．波长较长，易衍射解析：选D.红外线的波长较长，衍射现象明显，容易穿透云雾、烟尘，因此被广泛应用于红外遥感和红外高空摄影，故D对．机械波和电磁波的比较电磁波和机械波不同：机械波的传播速度与介质有关，电磁波的传播速度与介质和电磁波的频率均有关．1．在同一均匀介质中传播时，机械波的传播速度相同；在同一均匀介质中频率不同的电磁波传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大，当波从一种介质进入另一种介质时频率不变．2．在不同的介质中传播时，频率相同的电磁波和机械波传播速度不同．(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是()A．机械波与电磁波本质上是一致的B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象[审题指导]解答本题应注意电磁波和机械波的本质，波长、波速和频率与哪些因素有关，并注意电磁波和机械波的共性．[解析]机械波由振动产生，机械波传播需要介质，速度由介质决定；电磁波传播不需要介质，波速由介质和本身频率共同决定，机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，故选项B、C、D正确．[答案]BCD(1)电磁波和机械波都是波，都具有波的共性，能发生干涉、衍射等现象；(2)电磁波和机械波又有自己不同的特点，传播时有的需要介质有的不需要介质，波速的影响因素也不同．