2020新教材高中物理第十三章电磁感应与电磁波初步4电磁波的发现及应用练习含解析 人教版必修第三册 7页

电磁波的发现及应用 一　电磁波的性质 ‎1.麦克斯韦电磁场理论:‎ ‎(1)变化的磁场周围会产生电场:‎ 麦克斯韦提出,在变化的磁场周围会激发出一种电场,不管有无闭合电路,变化的磁场激发的电场总是存在的,如图所示:‎ ‎(2)变化的电场周围会产生磁场:‎ 麦克斯韦从场的观点得出,即使没有电流存在,只要空间某处的电场发生变化,就会在其周围产生磁场。‎ ‎(3)对麦克斯韦电磁场理论的理解:‎ 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 ‎2.电磁波的性质:‎ ‎(1)电磁波是横波,在传播方向上,任意一点的E和B都随时间周期性变化,E和B彼此垂直,且与电磁波的传播方向垂直。如图 ‎(2)电磁场中储存电磁能,电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。‎ ‎(3)任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度,即c=3.0×108 m/s,电磁波传播虽然不需要介质,但在其他介质中的速度都比在真空中的小。‎ ‎(4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。‎ ‎(5)光也是一种电磁波,电磁波在真空中的传播速度与光速c相同。‎ ‎【思考·讨论】‎ - 7 -‎ ‎(1)观察上面两幅图,变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗? (科学思维) ‎ 提示:变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的;而静电场中的电场线是不闭合的。‎ ‎(2)变化的磁场一定能产生电磁波吗?为什么? (科学思维)‎ 提示:不一定,均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场,不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场,如果变化的磁场能产生变化的电场,变化的电场又能产生变化的磁场,才能在周围空间产生电磁波。‎ ‎【典例示范】‎ 根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是 (　　)‎ A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场 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.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场 ‎(物理观念)‎ ‎【解题探究】‎ ‎(1)恒定电场(磁场)能产生磁场(电场)吗?‎ 提示:不能。‎ ‎(2)均匀变化电场(磁场)能产生什么样磁场(电场)?‎ 提示:均匀变化电场(磁场)能产生恒定磁场(电场)。‎ ‎ (3)非均匀变化电场(磁场)产生怎样变化的磁场(电场)?‎ 提示:非均匀变化电场(磁场)产生变化磁场(电场)。‎ ‎(4)周期性变化电场(磁场)产生什么样的磁场(电场)?‎ 提示:周期性变化电场(磁场)产生周期性变化的磁场(电场)。‎ ‎【解析】选D。根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,只有D项正确。‎ - 7 -‎ ‎【素养训练】‎ ‎1.(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场,下图是表示变化的场产生的另外的场),正确的是 (　　)‎ ‎【解析】选B、C。A图中的上图磁场是稳定的,由麦克斯韦的电磁场理论可知,其周围空间不会产生电场,A图中的下图是与其不对应的;B图中的上图是均匀变化的电场,应该产生稳定的磁场,下图的磁场是稳定的,所以B图正确;C图中的上图是周期性变化的磁场,它能产生同频率周期性变化的电场,且相位相差,C图是正确的;D图的上图是周期性变化的电场,在其周围空间产生周期性变化的磁场,但是下图中的图像与上图相比较,相位相差π,故D图错误。所以只有B、C两图正确。‎ ‎2.关于电磁波,下列说法正确的是 (　　)‎ A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关 B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波 C.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输 D.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失 ‎【解析】选B。电磁波在真空中的传播速度都相同,与电磁波的频率无关,故A错误。根据麦克斯韦电磁理论,B正确。电磁波传递信号可以实现无线通信,电磁波也能通过电缆、光缆传输,故C错误。发射电路的电磁振荡停止了,只是不能产生新的电磁波,但已发出的电磁波不会立即消失,还要继续传播,故D错误。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎1.关于电磁场和电磁波,下列说法中正确的是 (　　)‎ A.电磁波是纵波 B.静止的电荷放在变化的磁场中不会受到力的作用 C.当电磁波在空间中传播时,能量也随着一起传播 D.电磁波的传播速度与介质无关 - 7 -‎ ‎【解析】选C。电磁波是变化的电场和磁场交替出现产生的。电场、磁场的传播方向相互垂直,因此电磁波是横波,故选项A错;变化的磁场产生电场,电场对电荷有力的作用,故选项B错;电磁波传播过程中,遇到导体能产生感应电流,说明电磁波在传播过程中也传播能量,故C正确;电磁波传播的速度与介质有关,在不同介质中传播的速度不同,故选项D错。‎ ‎2.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.电磁波的应用之一是电磁起重机 ‎【解析】选C。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A、B错,C对;电磁起重机利用的是电流的磁效应,故D错。‎ 二　电磁波谱的性质 ‎1.电磁波谱:按电磁波的波长或频率大小的顺序把他们排列成谱。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射线)、γ射线等合起来,便构成了范围非常广阔的电磁波谱。‎ ‎2.各种不同的电磁波既有共性,又有个性:‎ ‎(1)共性:它们在本质上都是电磁波,它们的行为服从相同的规律,都满足公式v=fλ,它们在真空中的传播速度都是c=3.0×108 m/s,它们的传播都不需要介质,各波段之间的区别并没有绝对的意义。‎ ‎(2)个性:不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性。‎ ‎3.电磁波谱及其应用:‎ 波谱 无线 电波 红外 线 可见 光 紫外 线 X射线 γ射线 特性 波动 性强 热 作用 产生 视觉 荧光效 应 穿透 能力 强 穿透 能力 强 应用 通讯广 播、导航 等 加热 理疗 照明 照相 杀菌消 毒、医 疗等 工业探 伤、医 学透视 工业探 伤、医 学治疗 ‎【思考·讨论】‎ ‎1.无线电波的波长范围如何?无线电波有何应用? (物理观念)‎ - 7 -‎ 提示:波长大于1 mm。无线电波可应用于广播、电视、天体物理研究。‎ ‎2.红外线有何特点? (物理观念)‎ 提示:红外线具有热效应,任何物体都能辐射红外线,温度越高,红外辐射越强。‎ ‎3.X射线和γ射线的波长有何特点? (物理观念)‎ 提示:波长比紫外线更短,频率比紫外线更大。‎ ‎【典例示范】‎ 微波炉的工作应用了一种电磁波——微波(微波的频率为2.45×109 Hz)。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,食物增加的能量是微波给它的。下表是某微波炉的部分技术参数,问: ‎ ‎(1)该微波炉内磁控管产生的微波波长是多少?‎ ‎(2)该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少?‎ ‎(3)如果做一道菜,使用微波挡需要正常工作30 min,则做这道菜需消耗多少电能?‎ ‎【解析】(1)微波炉的波长为 λ== m≈0.12 m。‎ ‎(2)微波挡工作时的额定电流为 I== A=5 A ‎(3)消耗的电能 ΔE=W=Pt=1 100×1 800 J=1.98×106 J。‎ 答案:(1)0.12 m　(2)5 A　(3)1.98×106 J ‎【素养训练】‎ - 7 -‎ ‎1.(多选)下列说法正确的是 (　　)‎ A.红外线易穿透云层,故广泛应用于遥感技术领域 B.医院用X光进行透视,是因为它是各种电磁波中穿透能力最强的 C.阳光可以晒黑皮肤,主要是阳光中红外线的作用 D.电取暖器利用了红外线的热作用 ‎【解析】选A、D。红外线衍射明显,选项A正确;γ射线穿透能力最强,选项B错误;阳光晒黑皮肤是紫外线的作用,选项C错误;红外线有显著的热作用,选项D正确。‎ ‎2.我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星,它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内,则对该无线电波的判断正确的是 (　　)‎ A.米波的频率比厘米波频率高 B.和声波一样需靠介质传播 C.同光波一样会发生反射现象 D.雷达发射的无线电波只传递信息不传递能量 ‎【解析】选C。据c=λf得f=,故波长越长,频率越低,选项A错误;无线电波属于电磁波,传播不需要介质,选项B错误;反射是波所特有的现象,选项C正确,雷达发射的无线电波传递信息也传递能量,选项D错误。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎1.如果在微波炉中放一个鸡蛋,先被加热的是 (　　)‎ A.炉内空气　　　　　　B.蛋壳 C.蛋黄 D.同时被加热 ‎【解析】选C。微波炉就是用电子元件激发出频率相当高的交替电磁场,相当于微波,处于电磁场中的导体(蛋黄)产生涡流,电磁能转化成内能,所以蛋黄先热。‎ ‎2.下列哪种现象是由于所产生的电磁波引起的 (　　)‎ A.用室内天线接收微弱信号时,人走过时电视画面会发生变化 B.在夜晚用电高峰时,有部分地区白炽灯变暗发红,日光灯不容易启动 C.把半导体收音机放在开着的日光灯附近会听到噪声 D.在边远地区用手机通话时,会发生信号中断的情况 - 7 -‎ ‎【解析】选C。电视信号由于人走过而发生变化是由于人对信号的干扰,A错误;电灯变暗是由于电压在输电线上损失过多,B错误;日光灯在工作时,其镇流器会发出微弱的电磁波,C正确;手机通话效果不好是由于信号弱的原因,D错误。‎ - 7 -‎