高中物理必修三 學習筆記 第十三章　4　電磁波的發現及應用

4電磁波的發現及應用[學習目標]1.了解麥克斯韋電磁場理論，知道電磁場的概念.2.知道電磁波的特點，掌握電磁波波長、頻率、波速之間的關系.3.知道電磁波譜中各種電磁波的排列順序，了解各種電磁波的應用，了解電磁波的能量．一、電磁場1．麥克斯韋電磁場理論(1)變化的磁場產生電場①在變化的磁場中放入一個閉合電路，由于穿過電路的磁通量發生變化，電路中會產生________________．這個現象的實質是變化的磁場在空間產生了________．②即使在變化的磁場中沒有閉合電路，也同樣會在空間產生________．(2)變化的電場產生磁場：變化的電場就像導線中的電流一樣，會在空間產生_____________，即_____________的電場產生磁場．2．電磁場：變化的________和________互相聯系，所形成的不可分割的統一體．二、電磁波1．產生：_______變化的電場和_______變化的磁場交替產生，由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波．2．特點：(1)電磁波________在真空中傳播．(2)電磁波的傳播速度等于________．(3)光在本質上是一種電磁波．即光是以________形式傳播的一種電磁振動．三、電磁波譜電磁波的能量電磁波通信1．電磁波譜(1)概念：按電磁波的________或________大小的順序把它們排列起來，就是電磁波譜．(2)電磁波的波速c與波長λ、頻率f的關系是c＝________.(3)電磁波在真空中的速度c＝_____________________________________________.(4)各種電磁波按波長由大到小排列順序為：________________、紅外線、____________、____________、X射線、γ射線．(5)各種電磁波的特性①無線電波：用于________、衛星通信、________等的信號傳輸．②紅外線：用來________________等．③可見光：照亮自然界，也可用于________．④紫外線：用于________．⑤X射線：用于診斷病情．⑥γ射線：可以摧毀____________________．2．電磁波的能量(1)光是一種電磁波，光具有能量．(2)電磁波具有________，電磁波是一種物質．判斷下列說法的正誤．(1)變化的磁場可以產生電場，但變化的電場不能產生磁場．()(2)電磁波在空氣中可以傳播，在真空中不能傳播．()(3)光在真空中的速度與電磁波在真空中的速度相同，光是一種電磁波．()(4)無線電波、紅外線、可見光、紫外線都屬于電磁波．()一、麥克斯韋電磁場理論1．麥克斯韋電磁場理論(1)變化的磁場周圍會產生電場麥克斯韋提出，在變化的磁場周圍會激發出一種電場，不管有無閉合電路，變化的磁場激發的電場總是存在的，如圖所示．(2)變化的電場周圍會產生磁場麥克斯韋從場的觀點得出，即使沒有電流存在，只要空間某處的電場發生變化，就會在其周圍產生磁場．2．對麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的磁場不產生電場恒定的電場不產生磁場均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場不均勻變化的電場在周圍空間產生變化的磁場周期性變化的磁場在周圍空間產生同頻率的周期性變化的電場周期性變化的電場在周圍空間產生同頻率的周期性變化的磁場例1(2021·南寧一中月考)關于麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()A．電場周圍一定產生磁場，磁場周圍一定產生電場B．穩定的電場周圍產生穩定的磁場，穩定的磁場周圍產生穩定的電場C．均勻變化的電場周圍產生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場周圍產生均勻變化的電場D．周期性變化的電場周圍產生周期性變化的磁場，周期性變化的磁場周圍產生周期性變化的電場二、電磁波1．電磁波的形成周期性變化的電場和磁場交替產生，形成電磁場，電磁場由近及遠傳播，形成電磁波．2．電磁波的特點(1)在傳播方向上，任意一點的E和B都隨時間周期性變化，E和B相互垂直，且與電磁波的傳播方向垂直．如圖．(2)電磁波可以在真空中傳播．電磁波在真空中傳播速度等于光速c＝3×108m/s.(3)電磁場儲存電磁能，電磁波的發射過程就是輻射能量的過程．(4)只有周期性變化的電場和磁場相互激發才能形成電磁波．(5)電磁波是電磁場在空間中的傳播，電磁場是一種客觀存在的物質——場物質．3．電磁波的波速對于電磁波，用λ表示電磁波的波長、f表示頻率、c表示波速，則有c＝λf.例2(多選)關于電磁波，下列說法中正確的是()A．只要電場或磁場發生變化，就能產生電磁波B．麥克斯韋首先預言了電磁波的存在，赫茲最先用實驗證實了電磁波的存在C．電磁波和機械波都依賴于介質才能傳播D．電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的例3電磁波在真空中傳播的速度c＝3×108m/s，有一個廣播電臺的頻率f＝90.0MHz，這個電臺發射的電磁波的波長λ為()A．2.70m B．270mC．3.00m D．3.33m三、電磁波譜1．電磁波譜電磁波按波長由大到小排列順序為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線．它們共同構成了范圍廣闊的電磁波譜．2．不同電磁波的特性和用途種類波長范圍特性應用無線電波大于1mm波動能力強通信、廣播、射電望遠鏡紅外線760～106nm熱作用強烘干、紅外遙感、測溫、夜視儀可見光400～760nm感光性強照明、照相紫外線10～400nm化學作用、熒光作用消毒、熒光效應、促使人體合成維生素DX射線0.001～10nm較強的穿透能力透視人體、檢查金屬零件的質量γ射線小于10－3nm穿透能力最強醫學上的γ刀技術、探測金屬內部的缺陷例4下面列出一些醫療器械的名稱和這些器械運用的物理現象．請將相應的字母填寫在運用這種現象的醫療器械后面的空格上．(1)X光機，________.(2)紫外線燈，________.(3)理療醫用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好．這里的“神燈”是利用________．A．紅外線具有顯著的熱效應B．紫外線具有很強的熒光作用C．紫外線具有殺菌消毒作用D．X射線具有很強的穿透力四、電磁波的能量電磁波通信1．電磁波的能量(1)電磁波是物質存在的一種特殊形式電磁波和我們學過的電場、磁場一樣，是一種特殊的物質，不是由分子、原子所組成的，與通常的實物不同，但它是客觀存在的，具有通常物質所具有的質量和能量等客觀屬性．(2)電磁波具有能量從場的觀點來看，電場具有電場能，磁場具有磁場能，電磁場具有電磁能，電磁波發射的過程就是輻射能量的過程，電磁波在空間傳播，電磁能就隨之一起傳播．2．電磁波通信(1)傳播途徑電磁波攜帶的信息，既可以有線傳播，也可以實現無線傳播．有線傳播利用金屬導線、光纖等有形媒介傳送信息，如臺式電腦、電話等，具體的媒介有：光纖、電纜、電話線、網線等．無線傳播僅利用電磁波而不通過線纜傳遞信息，如收音機、手機、GPS、無線鼠標等．(2)傳輸特點電磁波的頻率越高，相同時間傳遞的信息量越大，由于光的頻率比無線電波的頻率高得多，因此光纜可以傳遞大量的信息．例5(2021·武漢市華中師大一附中期中)5G是“第五代移動通信技術”的簡稱，目前世界各國正大力發展5G網絡，5G網絡使用的無線電波通信頻率在3.0GHz以上的超高頻段和極高頻段，比目前4G及以下網絡(通信