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4 电磁波的发现及应用
[学习目标] 1.了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念。2.知道电磁波的特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系(重点)。3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量(重点)。
一、电磁场
1．麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场产生电场
①在变化的磁场中放入一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生________________。这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了________。
②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样会在空间产生________。
(2)变化的电场产生磁场
变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生______，即______的电场产生磁场。
2．电磁场：变化的电场和磁场互相联系，所形成的不可分割的统一体。
(多选)下列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．变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
对麦克斯韦电磁场理论的理解
恒定的磁场不产生电场 | 恒定的电场不产生磁场 |
均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 | 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 |
不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 | 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 |
周期性变化的磁场在周围空间产生同频率的周期性变化的电场 | 周期性变化的电场在周围空间产生同频率的周期性变化的磁场 |
二、电磁波
1．(1)麦克斯韦的伟大预言：周期性变化的电场引起____________变化的磁场，这个变化的磁场又引起新的变化的________，这样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________中传播，因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，不需要传播介质。
说明：电磁波传播虽然不需要介质，但它也可以在其他介质如光纤中传播，且速度都比在真空中的小。
(3)光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波在真空中的传播速度等于________，即c＝3×108 m/s。
(4)赫兹的贡献：1886年，德国科学家赫兹通过实验捕捉到了____________，证实了麦克斯韦的电磁场理论。
(5)电磁场中储存着能量，电磁波的发射过程就是辐射电磁能的过程。
2．波长、频率与波速之间的关系
(1)波速＝波长×频率，即c＝λf。
(2)频率由波源决定，与介质无关，而波长、波速的大小与介质有关，所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变。
(3)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。
(1)麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在。( )
(2)电磁波依赖于介质才能传播。( )
(2023·山东省鄄城一中高二期末)交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成，红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示，红灯发出的红光频率为5×1014 Hz，从12 m外的交通信号灯传到你的眼睛，需要时间为t，这个距离为波长的n倍，光速c＝3×108 m/s，则( )
A．t＝4×10－8 s，n＝4×107
B．t＝4×10－8 s，n＝2×107
C．t＝8×10－8 s，n＝4×107
D．t＝8×10－8 s，n＝2×107
三、电磁波谱
1．电磁波谱
(1)概念：按电磁波的________或________大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。
(2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：____________、红外线、____________、____________、X射线、γ射线。
2．不同电磁波的特性和用途
种类 | 波长范围 | 特性 | 应用 |
无线电波 | 大于1 mm | 波动能力强 | 通信、广播、射电望远镜 |
红外线 | 760～106 nm | 热作用强 | 烘干、红外遥感、测温、夜视仪 |
可见光 | 400～760 nm | 感光性强 | 照明、照相 |
紫外线 | 10～400 nm | 化学作用、荧光作用 | 消毒、荧光效应、促使人体合成维生素D |
X射线 | 0.001～10 nm | 较强的穿透能力 | 透视人体、检查金属零件的质量 |
γ射线 | 小于10－3 nm | 穿透能力最强 | 医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷 |
(1)过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康。( )
(2)电磁波频率最大的是γ射线，医学上常用它进行人体透视检查。( )
(3)紫外线和X射线都可以使感光底片感光。( )
某广播电台发射“中波”段某套节目的讯号，家用微波炉中的微波，VCD机中的激光(可见光)，人体透视用的X光，都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3、f4，则( )
A．f1＞f2＞f3＞f4B．f1＜f2＜f3＜f4
C．f1＜f3＜f2＜f4D．f1＞f3＞f2＞f4
关于电磁波谱及对一些应用的解释，下列说法中不正确的是( )
A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．紫外验钞机是利用紫外线的化学作用
C．红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点
D．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
四、电磁波的能量 电磁波通信
1．电磁波的能量
(1)电磁波是物质存在的一种特殊形式
电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的。
(2)电磁波具有能量
从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播。
2．电磁波通信
(1)传播途径
电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。
有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息，如台式电脑、电话等。
无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等。
(2)传输特点
电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息。
(2023·江西省铜鼓中学高二阶段测试)5G，即第五代移动通信技术，采用3 300～5 000 MHz频段，相比于现有的4G(即第四代移动通信技术，1 880～2 635 MHz频段)技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比，下列说法正确的是( )
A．5G信号比4G信号在真空中的传播速度更快
B．5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡
C．5G信号比4G信号需要更少的通信基站
D．5G信号比4G信号更适合长距离传输
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