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第十三章 第4节 电磁波的发现及应用 【学习目标】 1．了解人类发现电磁波的历中，知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波发现做出的巨天贡献，领会在电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法和科学精种。 2．体验赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。 3．了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息。 4．了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。知道可见光是电磁波谱家族中的一个频段。 【知识梳理】 一、电磁场 1．麦克斯韦电磁场理论 英国物理学家麦克斯韦在系统地总结前人对电磁规律研究成果的基础上，建立了经典电磁场理论：(1)变化的磁场产生电场；(2)变化的电场产生磁场。 2．变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。 二、电磁波 1．麦克斯韦的预言
(1)电磁波的预言：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播形成电磁波。 (2)电磁波可以在真空中传播。 (3)光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波的速度等于光速。 2．赫兹的贡献：赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了电磁波的存在，也证实了麦克斯韦的电磁场理论。 三、电磁波谱
1．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝λf。 2．电磁波在真空中的速度：c＝3×108 m/s。 3．电磁波谱的概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，形成电磁波谱。 4．电磁波谱组成
四、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．微波炉加热食物应用了一种电磁波——微波，食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，内能增加，温度升高。 3．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量。 五、电磁波通信 1．电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息通信网络。 2．以互联网为基础的信息服务都是通过电磁波来传递的，即电磁波可以传递信息。 ▲判一判 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)变化的电场可以产生磁场。 (√) (2)稳定的磁场产生稳定的电场。 (×) (3)电磁波的传播不需要介质。 (√) (4)赫兹用实验证实了电磁波的存在。 (√) (5)紫外线可以用来灭菌消毒。 (√) 【学习过程】 任务一：麦克斯韦电磁场理论 [例1] (多选)关于电磁场理论的叙述正确的是( ) A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关 B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场 C D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 AB [变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流．若无闭合回路，电场仍然存在，A对；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错。] [变式训练1-1]关于电磁场，下列说法不正确的是( ) A．在一个磁铁旁放一带电体，则两者周围空间就形成了电磁场 B．电磁场既不同于静电场，也不同于静磁场 C．电磁场中的电场和磁场是不可分割的一个统一体 D．电磁场中的电场的变化频率和磁场的变化频率是相同的 A [电磁场是变化的电场和变化的磁场形成的不可分割的统一场，而不是静电场和静磁场简单的复合。所以选项A错。] 任务二：电磁波的特点 [例2]关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是( ) A．变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场，两者互相联系，统称为电磁场 B．电磁场从发生区域由近及远地传播形成电磁波 C．电磁波是一种物质，可在真空中传播。所以，平时说真空没有实物粒子，但不等于什么都没有，还有“场”这种特殊物质 D．电磁波可在真空中传播，也可在介质中传播 A [根据麦克斯韦电磁场理论，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生的是稳定的磁场，所以A项错误。] [变式训练2-1] (多选)下列关于电磁波的说法正确的是( ) A．只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波 B．电磁波的传播需要介质 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 CD [要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，所以A选项错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要介质而在真空中传播，B选项错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C选项正确；电磁波可以使电荷移动，说明电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量传播的过程，所以D选项正确。] 任务三：电磁波谱的理解及应用 [例3]红外线、紫外线、无线电波、可见光、γ射线、伦琴射线按波长由大到小的排列顺序是( ) A．无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线 B．红外线、可见光、紫外线、无线电波、γ射线、伦琴射线 C．γ射线、伦琴射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波 D．紫外线、红外线、γ射线、伦琴射线、无线电波、可见光 A [在电磁波谱中以无线电波波长最大，γ射线波长最小，所以正确的顺序为A。] [变式训练3-1]电磁波在真空中传播的速度v是3.00×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个台发射的电磁波的波长λ为( ) A．2.70 m B．270 m C．333 m D．3.33 m D [根据λ＝得，λ＝ m≈3.33 m。] [变式训练3-2]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．光的全反射 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 D．X射线的很强的穿透力 E．红外线具有显著的热作用 [解析] (1)X光机是用来透视人的体内器官的，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，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线，故选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，故选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，故选E。 [答案] (1)D (2)C (3)E |
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