2019高中物理 第四章 电磁波与电信息技术 1 电磁波 2 电磁波谱学案 教科版选修1-1.doc

11 1 电磁波电磁波2 2 电磁波谱电磁波谱学 习 目 标知 识 脉 络1.知道麦克斯韦的电磁场理论(重点)2理解变化的电场和磁场相互激发形成电磁场(难点)3知道电磁波的基本性质(重点)4会用vf解决问题5知道电磁波的不同波段和用途.自 主 预 习·探 新 知知识梳理一、电磁波1麦克斯韦的大胆假设(1)变化的磁场能产生电场(2)变化的电场也能产生磁场2电磁波(1)变化的电场和磁场相互激发不断向外传播，这就是电磁波(2)赫兹用实验的方法验证了电磁波的存在3电磁波的基本性质(1)电磁波具有能量与质量，是物质运动的一种形式(2)电磁波可以在真空中传播，它的传播速度等于光速，即vc3×108 m/s.(3)单位时间内电磁波所发送的能量与振荡频率有关；频率愈大，发送的能量愈多二、电磁波谱1电磁波的波长、频率和波速的关系式为cf，频率越高的电磁波，波长越短2通常把电磁波分为七个波段：无线电波、微波、红外辐射(红外线)、可见光、紫外辐射(紫外线)、X 射线(伦琴射线)、 射线基础自测1思考判断(1)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场( )(2)电磁波的传播不需要介质( )(3)赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论( )2(4)波在传播过程中，频率不变( )(5)电磁波在真空中的速度最大，其值为 3.0×108 m/s.( )(6)红外线的波长大于紫外线的波长( )【提示】 (1)× (2) (3) (4) (5) (6)2电磁波在现代生活中有着广泛的应用，建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家是( )A法拉第B麦克斯韦C奥斯特D爱因斯坦B B 麦克斯韦是建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家3电磁波在空中的传播速度为v，北京交通广播电台的频率为f，该电台所发射电磁波的波长为( )A Bv f1 vfCDvff vA A 根据光速、频率、波长之间关系有：vf，所以波长为： ，故 A 正确，v fBCD 错误4在电磁波中，频率不同的电磁波具有不同的特性、真空中，红外线、紫外线和 X 射线的波长由长到短排列顺序正确的是( ) AX 射线、紫外线、红外线BX 射线、红外线、紫外线C红外线、紫外线、X 射线D紫外线、红外线、X 射线C C 真空中，红外线、紫外线和 X 射线的波长由长到短排列顺序正确的是：红外线、紫外线、X 射线故 C 正确合 作 探 究·攻 重 难电磁波的产生和特点1麦克斯韦电磁场理论(1)对变化的磁场产生电场的探究3图 4­1­1探究实验 1：装置如图 4­1­1 所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光线圈中产生感应电动势说明了什么？麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向移动，产生感应电流如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？(没有)想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？(有)实验结论：如图 4­1­2(甲)所示，麦克斯韦认为线圈只不过是用来显示电场的存在，如图 4­1­2(乙)所示线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路线圈是否存在无关线圈的作用只是用来显示电流的存在图 4­1­2静电场其电场线的特点是起于正电荷止于负电荷，不会闭合，而变化的磁场产生的电场其电场线是闭合的(2)对变化的电场产生磁场的探究探究实验 2：静止电荷周围的小磁针不偏转，运动电荷周围的小磁针发生偏转在电容器充放电时，周围的小磁针发生摆动实验分析：静止电荷的周围是稳定的电场，不产生磁场，电荷运动时，周围产生的是变化的电场，产生磁场使小磁针摆动，在给电容器充、放电时，两极板上的电荷量发生变化，引起两板间的电场发生变化，从而在周围产生磁场使小磁针摆动在给电容器充、放电的时候，不仅导体中电流要产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化着的电场周围也要产生磁场实验结论：在变化的电场周围空间中产生磁场2电磁波的特点(1)电磁波是横波，在传播方向上任一点电场E和磁场B随时间按正弦规律变化，E的方向和B的方向彼此垂直且与电磁波的传播方向垂直(2)电磁波的传播速度vf，在真空中的传播速度等于光速(3)电磁场中以电场和磁场的形式贮存着能量电磁能电磁波的发射过程就是辐射能量的过程(4)麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，测出了波长和频率，证实了电磁波在真空中传播速度等于光速，验证了电磁波的反射、折射、衍射和干涉等现象(多选)下列说法正确的是( )4A恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场B稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场C均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场D均匀变化的电场和磁场互相激发，形成由近及远的电磁场ACAC 根据奥斯特实验可以验证电流的磁效应，当电流恒定时产生的磁场是稳定的，故A 正确稳定的电场不能产生磁场，故 B 错误电场变化时产生磁场，且均匀变化时产生稳定磁场，故 C 正确均匀变化的电场产生稳定磁场，而稳定的磁场不能再次激发电场，故不能形成由近及远的电磁场，D 错误在理解麦克斯韦的电磁场理论时，要注意静电场不产生磁场，稳定的磁场也不产生电场.针对训练1电磁波在真空中的传播速度为_m/s，某电台发射 的电磁波的频率为 300 kHz，它的波长为_m.【解析】 电磁波在真空中的传播速度为c3×108 m/s根据cf，有c/fm1 000 m3 × 108 300 × 103【答案】 3×108 1 000电磁波谱及其应用1电磁波谱无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、 射线合起来，构成了范围非常广泛的电磁波谱可见光只是其中很窄的一个波段由于它们都是本质相同的电磁波，所以它们的行为都遵循共同的规律，但另一方面，由于它们的频率不同而又呈现出不同的特性例如，波长较长的无线电波，很容易表现出干涉、衍射现象，但对波长越来越短的可见光、紫外线、X 射线、 射线，要观察到它们的干涉、衍射现象越来越困难了2电磁波谱中各种波段的特征用途比较电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线伦琴射线 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强穿透力最强用途通讯广播、 加热、遥照明、杀菌消毒、 检查、探测、 探测、治5导航测遥感、红外摄像、红外制导照相等治疗皮肤病等透视、治疗疗产生机理振荡电路中自由电子的周期性运动原子外层电子受到激发原子内层电子受到激发原子核受激发说明振荡电路中产生一切物体都能辐射由七种色光组成一切高温物体都能辐射伦琴射线管中高速电子流射至阳极产生放射性元素衰变时产生递变规律 频率变大，衍射能力减弱(多选)以下关于电磁波谱的理解正确的是( ) A红外线的波长比紫外线的波长短B可见光不属于电磁波C无线电波的波长比 射线波长要长D无线电波的波长大于 1 mmCDCD 按照波长由小到大的顺序排列，电磁波可划分为 射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波，而波长大于 1 mm 的电磁波属于无线电波所以 C、D 正确从无线电波到 射线都是本质相同的电磁波，其行为服从共同的规律，但因波长或频率不同又表现出不同的特点.要熟记各部分的波长、频率范围及其关系，知道同一电磁波的波长与频率成反比.针对训练2(多选)电磁波按波长大小的顺序把它们排列成谱，如图 4­1­3 所示，由电磁波谱可知( )图 4­1­3A微波是不可见光6B红外线可以杀菌消毒C紫外线的波长比红外线长DX 射线能穿透物质，可以用来检查生物骨骼结构ADAD 微波是不可见光，选项 A 正确；红外线有热作用，紫外线可以杀菌消毒，选项 B错误；紫外线的波长比红外线短，选项 C 错误；X 射线能穿透物质，可以用来检查生物骨骼结构，选项 D 正确；故选 AD.当 堂 达 标·固 双 基1电磁场理论预言了什么( )A预言了变化的磁场能够在周围空间产生电场B预言了变化的电场能够在周围产生磁场C预言了电磁波的存在，电磁波在真空中的速度为光速D预言了电能够产生磁，磁能够产生电C C 麦克斯韦预言了电磁波的存在，并计算出了电磁波的传播速度等于光速2对红外线的作用及来源不正确的叙述有( )A一切物体都在不停地辐射红外线B红外线有很强的荧光效应C红外线最显著的作用是热作用D红外线容易穿过云雾、烟尘B B 一切物体都在不停地辐射红外线，且热的物体比冷的物体的红外线辐射本领大，A 正确荧光效应是紫外线特性，红外线没有，红外线的最显著作用是热作用，B 错误，C正确红外线波长较长，衍射能力比较强，D 正确故选 B.3根据麦克斯韦的电磁场理论，下列说法中正确的是( )A在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场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周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场D D 根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场故选 D.4验钞机的紫外线、电视机遥控器的红外线、CT 机的 X 射线，它们都是电磁波，按频率从高到低的排列顺序是( ) A BCDD CT 机的 X 射线的频率高于验钞机的紫外线的频率；验钞机的紫外线的频率高于电视 机遥控器的红外线的频率故 D 项正确7