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(共57張PPT)
第5章　初識電磁場與電磁波
第3節(jié)　初識電磁波及其應(yīng)用
核心素養(yǎng)：1.了解麥克斯韋的電磁場理論，知道電磁波的形成以及赫茲證明了電磁波 的存在. 2.知道電磁波在真空中傳播的速度與波長、頻率的關(guān)系. 3.了解電磁波譜的 組成和各波段電磁波的特點及應(yīng)用. 4.通過探究捕捉電磁波的活動，讓學(xué)生真實感受 到電磁波的存在. 5.能體會電磁技術(shù)應(yīng)用對人類生活和社會發(fā)展帶來的影響.
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研習(xí)任務(wù)一　電磁場
合作　討論
如圖所示，當(dāng)磁鐵相對閉合導(dǎo)體運動時，導(dǎo)體中的電子做定向移動，是因為受到 什么力的作用？若把閉合導(dǎo)體換成一個內(nèi)壁光滑的絕緣環(huán)形管，管內(nèi)有直徑略小于環(huán) 內(nèi)徑的帶正電的小球，則磁鐵運動過程中會有什么現(xiàn)象？小球受到的是什么力？以上 現(xiàn)象說明了什么問題？
提示：電子受到電場力的作用做定向移動.磁鐵運動過程中，帶正電小球會做定 向滾動，小球受到的仍然是電場力.可見空間磁場變化，就會產(chǎn)生電場，與有沒有閉 合導(dǎo)體無關(guān).
教材　認(rèn)知
1. 麥克斯韋電磁場理論的兩個基本假設(shè)
（1）變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生 .
電場　
（2）變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生 .
圖甲變化的磁場在其周圍空間產(chǎn)生電場.
圖乙變化的電場在其周圍空間產(chǎn)生磁場.
磁場　
2. 電磁場：變化的 和變化的 相互聯(lián)系在一起，就會在空間形成一 個統(tǒng)一的、不可分割的電磁場.
電場　
磁場　
核心　歸納
1. 麥克斯韋電磁場理論要點
（1）變化的磁場產(chǎn)生電場
在變化的磁場中放一個閉合電路，電路里會產(chǎn)生感應(yīng)電流，其實質(zhì)是變化的磁場在它 周圍產(chǎn)生了電場，電路中的自由電荷在電場力作用下做定向運動，形成了感應(yīng)電流， 即使在變化的磁場周圍沒有閉合電路同樣也可以產(chǎn)生電場，如圖所示.
（2）變化的電場產(chǎn)生磁場
既然變化的磁場能夠產(chǎn)生電場，麥克斯韋確信自然規(guī)律的統(tǒng)一性與和諧性，相信電場 與磁場的對稱之美，大膽地假設(shè)：變化的電場會產(chǎn)生磁場.根據(jù)麥克斯韋電磁場理 論，在給電容器充電的時候，不僅導(dǎo)體中的電流要產(chǎn)生磁場，而且在電容器兩極板間 變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場，如圖所示.
2. 對麥克斯韋電磁場理論中“變化”的理解
如何變化 電場 磁場
恒定 恒定的電場不產(chǎn)生磁場 恒定的磁場不產(chǎn)生電場
均勻變化 均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒 定的磁場 均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒 定的電場
非均勻變化 非均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生 變化的磁場 非均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生 變化的電場
周期性變化 周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率周期 性變化的磁場 周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率周期 性變化的電場
BC
理解麥克斯韋電磁場理論的兩點注意
（1）靜電場不產(chǎn)生磁場，靜磁場也不產(chǎn)生電場.
（2）變化的電場一定能產(chǎn)生磁場，但不一定能產(chǎn)生變化的磁場，如均勻變化的 電場產(chǎn)生恒定的磁場；同理，變化的磁場也不一定產(chǎn)生變化的電場.
A. 有電場的空間一定存在磁場，有磁場的空間也一定能產(chǎn)生電場
B. 在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場
C. 均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場
D. 變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關(guān)
解析：根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，只有變化的電場周圍才能產(chǎn)生磁場，只有變化的磁 場周圍才能存在電場，選項A錯誤；根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，在均勻變化的電場周 圍產(chǎn)生恒定的磁場，非均勻變化的電場周圍產(chǎn)生變化的磁場，在均勻變化的磁場周圍 產(chǎn)生恒定的電場，非均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生變化的電場，選項B、C均錯誤；變化 的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關(guān)，電路只是顯示出電流的存在， 選項D正確.
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研習(xí)任務(wù)二　電磁波的產(chǎn)生、特點及應(yīng)用
合作　討論
“為了您和他人的安全，請您不要在飛機上使用手機和手提電腦.”這句提醒警 示語是乘坐飛機的旅客都聽過的語言，因為有些空難事故就是由于某位乘客在飛行的 飛機中使用手機造成的.如圖所示是飛機上的警示標(biāo)志.1999年廣州白云機場飛機降落 時，機上有四位旅客同時使用了手機，使飛機降落偏離了8度，險些造成事故；2015 年4月27日下午一位旅客在飛往烏魯木齊的途中使用手機，被處以五百元的治安罰款. 請問為什么在飛機上不能使用手機和手提電腦呢（包括游戲機）？
提示：由于手機在使用時要發(fā)射電磁波，對飛機產(chǎn)生電磁干擾，而飛機上導(dǎo)航系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，抗干擾能力不是很強，所以如果飛機上的乘客使用了手機，對飛機產(chǎn)生電磁干擾，那么后果將十分可怕.所以，在飛機上不能使用手機和手提電腦.
教材　認(rèn)知
一、電磁波
（1）電磁波的產(chǎn)生：如圖所示，在空間 的電磁場傳播出去就形成了電 磁波.
（2）電磁波的特點：電磁波的傳播速度恰好與真空中的光速 .
（3）電磁波的驗證：1888年，德國物理學(xué)家 通過實驗證實了電磁波的存在.
交替變化　
相同　
赫茲　
二、電磁波的應(yīng)用
1. 廣播、電視：用無線電波傳遞的聲音或畫面信號被送到發(fā)射天線發(fā)出，收音機或 電視機接收到信號后，再將 轉(zhuǎn)化為原來的聲音或圖像，我們就能收聽到廣 播、看到電視畫面了.
2. 手機：手機通話是靠一種特殊的 系統(tǒng)來實現(xiàn)的.
3. 雷達：雷達系統(tǒng)由天線、 和接收機組成.
4. 衛(wèi)星通信：衛(wèi)星通信主要分為國際衛(wèi)星通信、 和國內(nèi)衛(wèi)星通信.
電信號　
無線通信　
發(fā)射機　
區(qū)域衛(wèi)星通信　
三、電磁污染及防護
1. 電磁污染又稱 或射頻輻射污染.
2. 防護
可以從 、電磁波的傳播途徑及 這三個方面進行防護.
[思考]　頻率較高的電磁波為什么會對人體產(chǎn)生損傷？
提示：頻率較高的電磁波可以具有很大的能量.
電磁波污染　
電磁波源　
受輻射的人　
核心　歸納
1. 電磁波的共性
（1）它們在本質(zhì)上都是電磁波，它們的行為服從相同的規(guī)律，各波段之間的區(qū)別并 沒有絕對的意義.
（2）都遵守公式c＝λf，它們在真空中的傳播速度都是c＝3.0×108 m/s.
（3）它們的傳播都不需要介質(zhì).
（4）它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性.
2. 不同電磁波的特點及其應(yīng)用
特點 應(yīng)用
無線電波 波動性強 通訊、廣播、導(dǎo)航
紅外線 熱作用強 加熱、遙測、遙感
可見光 感光性強 照明、照相等
紫外線 化學(xué)作用
熒光效應(yīng) 殺菌消毒、治療皮膚病等
X射線 穿透力強 檢查、探測、透視、治療
γ射線 穿透力最強 探測、治療
A. 電磁波是一種物質(zhì)，也具有能量
B. 電磁波跟聲波一樣，其傳播都需要介質(zhì)
C. 麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，并通過實驗捕捉到了電磁波
D. 航天員講話時畫面與聲音同步，說明電磁波與聲波具有相同的傳播速度
A
[解析]　電磁波是一種物質(zhì)，也具有能量，選項A正確；電磁波的傳播不依賴介質(zhì)， 可在真空中傳播，聲波是機械波，只能在介質(zhì)中傳播，選項B錯誤；麥克斯韋預(yù)言了 電磁波的存在，赫茲通過實驗捕捉到了電磁波，選項C錯誤；航天員講話時畫面能與 聲音同步，那是因為畫面與聲音同時轉(zhuǎn)化成電信號，通過電磁波傳回到地面接收器再 轉(zhuǎn)化成畫面和聲音.電磁波的傳播速度為光速，聲波在空氣中的傳播速度約為340 m/s，選項D錯誤.
1. 從無線電波到γ射線都是本質(zhì)相同的電磁波，遵循共同的規(guī)律，但因波長（或 頻率）不同又表現(xiàn)出不同的特點.
2. 波長越長的電磁波頻率越低，能量越低，衍射能力越強，穿透力越差.波長越 短的電磁波頻率越高，能量越高，衍射能力越弱，穿透力越強.
A. 米波的頻率比厘米波頻率高
B. 和聲波一樣需靠介質(zhì)傳播
C. 同光波一樣會發(fā)生反射現(xiàn)象
D. 雷達發(fā)射的無線電波只傳遞信息不傳遞能量
C
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研習(xí)任務(wù)三　電磁波的能量及通信
合作　討論
“神舟號”系列飛船的成功發(fā)射及正常運行，載人航天測控通信系統(tǒng)立下了很大 的功勞，它通過國內(nèi)外的地面測控站和遍布三大洋的4艘遠洋測量船，保證地面指揮 員及時與飛船取得聯(lián)系.你知道各測控站點是通過什么途徑對飛船傳遞指令的嗎？
提示：各測控站點和飛船之間通過發(fā)射和接收載有指令信號的電磁波實現(xiàn)對飛船 的測控.
核心　歸納
1. 電磁波的能量
（1）電磁波是物質(zhì)存在的一種特殊形式
電磁波和我們學(xué)過的電場、磁場一樣，是一種特殊的物質(zhì)，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(zhì)所具有的能 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(fā) 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(xiàn)無線傳播.
有線傳播利用金屬導(dǎo)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(wǎng)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(biāo)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.
A. 在真空中的傳播速度更快
B. 在真空中的波長更長
C. 與4G網(wǎng)絡(luò)使用的無線電波具有相等的能量
D. 頻率更高，相同時間傳遞的信息量更大
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[解析]　無線電波在真空中的傳播速度與光速相同，保持不變，其速度與頻率沒有關(guān) 系，A錯誤；由c＝λf，知頻率變大，波長變短，B錯誤；電磁波的頻率越高，能量越 高，C錯誤；無線電波頻率越高，相同時間內(nèi)傳遞的信息量越大，D正確.
　　電磁波可以通過電纜、光纜進行有線傳輸，也可實現(xiàn)無線傳輸.電磁波的頻率越 高，相同時間內(nèi)傳遞的信息量越大.
每一部移動電話就是一個無線電臺，它將用戶的聲音轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l電信號發(fā)射到空中；同時它又相當(dāng)于一臺收音機，捕捉空中的電磁波，使用戶接收到對方送來的信息.
[訓(xùn)練3]　微波爐的工作應(yīng)用了一種電磁波——微波（微波的頻率為2.45×109 Hz）. 食物中的水分子在微波的作用下加劇了熱運動，內(nèi)能增加，溫度升高，食物增加的能 量是微波給它的.下表是某微波爐的部分技術(shù)參數(shù)，問：
微波爐
MG—5021 MW
額定電壓：220V　50 Hz
微波額定功率：1 100 W
微波輸出功率：700 W
內(nèi)腔容積：20 L
振蕩頻率：2 450 MHz
（1）該微波爐內(nèi)磁控管產(chǎn)生的微波波長是多少？
答案：（1）0.12 m
（2）該微波爐在使用微波擋工作時的額定電流是多少？
答案：（2）5 A
（3）如果做一道菜，使用微波擋需要正常工作30 min，則做這道菜需消耗多少 電能？
解析：（3）消耗的電能ΔE＝W＝Pt＝1 100×1 800 J＝1.98×106 J.
答案：（3）1.98×106 J
微波爐
MG—5021 MW
額定電壓：220V　50 Hz
微波額定功率：1 100 W
微波輸出功率：700 W
內(nèi)腔容積：20 L
振蕩頻率：2 450 MHz
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課后提素養(yǎng)
基礎(chǔ)　題組
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A. 任何電場周圍都要產(chǎn)生磁場
B. 任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場
C. 任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場
D. 周期性變化的電場要在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場
解析：由麥克斯韋電磁場理論可知，變化的電場在周圍空間產(chǎn)生磁場，均勻變化的電 場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場，周期性變化的電場在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁 場，D正確.
D
A. 2.70 m B. 270 m
C. 333 m D. 3.33 m
D
A. 麥克斯韋認(rèn)為電場周圍總能產(chǎn)生磁場，磁場周圍總能產(chǎn)生電場，并用實驗證實了 電磁波的存在
B. 醫(yī)院里“γ手術(shù)刀”和B超“超聲波”都能在真空中傳播
C. 無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線均屬于電磁波
D. 紅外線的顯著作用是熱作用，溫度較低的物體不能輻射紅外線
解析：麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，故 A錯誤；超聲波是機械波，必須有介質(zhì)才能傳播，所以無法在真空中傳播，故B錯 誤；無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線均屬于電磁波，故C正確； 紅外線的顯著作用是熱作用，所有物體都能輻射紅外線，故D錯誤.
C
A. 2.0 m B. 3.0 m
C. 4.0 m D. 6.0 m
A
A. 5G信號的波長比4G信號的波長更短
B. 5G信號與4G信號相遇能發(fā)生干涉現(xiàn)象
C. 在真空中5G信號比4G信號傳播的更快
D. 麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲通過實驗證實了電磁波的存在
AD
解析：5G信號的頻率比4G信號的頻率更高，則5G信號的波長比4G信號的波長更短， 選項A正確；5G信號與4G信號頻率不同，則相遇時不能發(fā)生干涉現(xiàn)象，選項B錯誤； 在真空中5G信號與4G信號傳播的速度相同，均為3×108 m/s，選項C錯誤；麥克斯韋 預(yù)言了電磁波的存在，赫茲通過實驗證實了電磁波的存在，選項D正確.
A. 赫茲最早預(yù)言了電磁波的存在，并通過自己的實驗證實了電磁波的存在
B. 無線電波的傳播速度是340 m/s，司機收聽到的新聞信息比在人民大會堂實時信息 有所滯后
C. 無線電波與光一樣都是電磁波，都能發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象
D. 由于汽車外殼是金屬，則在雷雨天氣，在空曠地面上人在車子里比在木屋里危險
C
解析：麥克斯韋最早預(yù)言了電磁波的存在，赫茲通過實驗證實了電磁波的存在，選項 A錯誤；無線電波的傳播速度是光速，選項B錯誤；無線電波與光一樣都是電磁波， 都能發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，選項C正確；由于汽車外殼是金屬，則在雷雨天氣，汽車 是等勢體，金屬外殼起屏蔽作用，人在車子里比在木屋里安全，選項D錯誤.
A. 當(dāng)電場和磁場在某一區(qū)域同時存在時，可稱為電磁場
B. 電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處傳播形成電磁波
C. 在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場
D. 電磁波是一種波，聲波也是一種波，它們是同種性質(zhì)的波動
B
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A. 波長越長，傳播速度就越大
B. 頻率越高，傳播速度就越大
C. 發(fā)射能量越大，傳播速度就越大
D. 電磁波的傳播速度與傳播介質(zhì)有關(guān)
解析：電磁波在真空中傳播速度均相同，在介質(zhì)中電磁波的傳播速度與介質(zhì)有關(guān)，還 與頻率有關(guān).
A. 頻率 B. 波長 C. 能量 D. 波速
解析：不同電磁波在真空中傳播時，只有速度相同，即為波速.
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A. 在電場的周圍一定存在著由該電場產(chǎn)生的磁場
B. 非均勻變化的電場產(chǎn)生的磁場一定是均勻變化的
C. 均勻變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場
D. 均勻變化的電場一定產(chǎn)生恒定的磁場
解析：A錯：在穩(wěn)定的電場周圍不會產(chǎn)生磁場.B錯：非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁 場，而均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場.C錯，D對：均勻變化的磁場一定產(chǎn)生恒定的 電場，均勻變化的電場一定產(chǎn)生恒定的磁場.
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A. λ＝cf B. c＝λf
D. f＝cλ
A. 無線電波 B. 紅外線
C. γ射線 D. 紫外線
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A. 真空中電磁波的傳播速度等于光速
B. 光是以波動形式傳播的一種電磁振動
C. 一束紅光從空氣傳入水中，光的頻率發(fā)生變化
D. 電磁波具有能量
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解析：電磁波是電磁場的傳播，光是以波動形式傳播的一種電磁振動，電磁波在真空 中的傳播速度等于光速，故A、B正確；一束紅光從空氣傳入水中，光的顏色不變， 即光的頻率不變，故C錯誤；電磁波具有能量，如微波爐發(fā)出的微波可以加熱食物， 故D正確.
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A. X射線 B. 紅外線
C. 紫外線 D. 可見光
解析：X射線具有較強的穿透能力，常在醫(yī)療上用來檢查身體.紅外線具有顯著的熱 效應(yīng)，能制成熱譜儀、紅外線夜視儀，紅外線還可以用來遙控，制成電視遙控器.紫 外線化學(xué)效應(yīng)強，能制成消毒燈，還具有熒光效應(yīng)，能制成驗鈔機來驗鈔.紅橙黃綠 藍靛紫等光都屬于可見光，可見光的穿透性還不及紫外線.A符合題意.
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A. 電磁波是由恒定不變的電場或磁場產(chǎn)生的
B. 超聲波屬于電磁波
C. 光屬于電磁波
D. 電磁波不能在真空中傳播
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解析：由麥克斯韋電磁場理論，當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電流時，由于其激發(fā)恒定的磁場， 故無電磁波產(chǎn)生，故A錯誤；當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電流或電壓時會激發(fā)出均勻變化的磁 場，再在較遠處激發(fā)起恒定的電場，故也不會產(chǎn)生電磁波，故B、D錯誤；只有周期 性變化的電壓，才會激發(fā)出周期性變化的磁場，其又激發(fā)出周期性變化的電場……如 此不斷激發(fā)，便會形成電磁波，故C正確.
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A. 電磁波是以波動的形式由發(fā)生區(qū)域向遠處傳播的電磁場
B. 電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3×108 m/s
C. 電磁波由真空進入介質(zhì)中傳播時，波長將變短
D. 電磁波由真空進入介質(zhì)中傳播時，頻率將變大
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A. 雷達可以利用反射電磁波定位，是因為其工作波段的電磁波衍射效應(yīng)較為明顯
B. 移動電話選擇微波作為工作波段，是因為微波比其他波段的電磁波的波速更快
C. X射線衍射能探測晶體內(nèi)原子的排列結(jié)構(gòu)，是因為X射線的波長與原子間距相近
D. 工程上用γ射線探測金屬內(nèi)部缺陷，是因為γ射線具有頻率高、波動性強的特點
解析：雷達可以利用反射電磁波定位，是因為其工作波段的電磁波的波長短，衍射現(xiàn) 象不明顯，傳播的方向性好，有利于定位，A錯；移動電話選擇微波作為工作波段， 是因為微波的波長短，方向性強，頻帶范圍廣，與波速無關(guān)，且所有波段的電磁波在 真空中的傳播速度均和光速一樣，B錯；X射線的波長與原子間距相近，衍射現(xiàn)象明 顯，能探測晶體內(nèi)原子的排列結(jié)構(gòu)，C對；工程上用γ射線探測金屬內(nèi)部缺陷，是因為 γ射線能量大，波動性弱，穿透本領(lǐng)強的特點，D錯.
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答案：電磁波傳遞信息需要時間　0.24 s
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