1、第四节第四节 电磁波及其应用电磁波及其应用 学习目标 1.了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场、电磁波的概念.2.知道电磁场的物质性和电磁波的特 点.3.了解无线电波的应用 一、电磁场与电磁波 1麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的电场产生磁场 (2)变化的磁场产生电场 2电磁场：变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场 3电磁波 变化的电磁场在空间中的传播形成电磁波 二、电磁场的物质性 1微波炉利用电磁波加热食物，说明电磁场具有能量 2彗星尾是太阳光的光压压迫彗星尘埃物质形成的，表明电磁场具有与其他物质相互作用的属性 3电磁场具有能量、具有运动质量光压现象说明电磁场具有质量 4电磁场和电
2、荷系统相互作用时遵守动量守恒定律和能量守恒定律 5电磁场具有质量、能量，物质间可以相互作用，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，所以电磁场是一种 物质 三、电视广播、雷达、移动电话 1电视信号 (1)电视图像和声音信号是通过电磁波传播的 (2)电视广播使用微波传送电视信号 2雷达 (1)雷达是利用电磁波进行测距、定位的仪器雷达主要由发射机、接收机和显示器组成 (2)雷达工作时使用的是微波 3移动电话 无线电话、无线对讲机、移动电话均是通过电磁波实现信号的发射与接收的 判断下列说法的正误 (1)变化的磁场可以产生电场，但变化的电场不能产生磁场( ) (2)电磁场是一种物质，具有能量、质量( ) (3
3、)电视广播是利用电磁波传递图像信号和声音信号的( ) (4)无线电通信是利用声波实现信号的发射和接收的( ) 一、麦克斯韦电磁场理论 1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 周期性变化的磁场产生同 频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场产生同频 率的周期性变化的磁场 2.电磁场的产生 如果在空间某处有周期性的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化 的磁场又在它
4、周围空间产生变化的电场变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统 一体，这就是电磁场 (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 答案 AB 解析 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 正确；周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，B 正确；若形成电磁场必须有 周期性变化的电场和磁场， C 错误； 只有变化的
5、电场才能产生磁场， 只有变化的磁场才能产生电场， D 错误 针对训练 关于电磁场理论，下列说法正确的是( ) A在电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场 B在变化的电场周围一定产生变化的磁场，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周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场 答案 D 解析 根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀 变化的电场才产生变化的磁场，A、B、C 错误，D 正确 二、电磁波 电磁场的物质性 1电磁波的形成 周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成
6、电磁波 2电磁波的特点 (1)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 相互垂直， 且与电磁波的传播方向垂直 如 图 1. 图 1 (2)电磁波可以在真空中传播在真空中传播速度等于光速 c3108 m/s. (3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程 (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)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质场物质 3电磁波的波速 对于电磁波，用 表示电磁波的波长、f 表示频率、c 表示波速，则有 cf. (多选)下列关于电磁波的说法中正确的是( ) A只要电场和磁场发生变化，就能产生电
7、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 答案 CD 解析 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)必须是周期性变化的，A 错误；电 磁波是物质波，电磁波的传播不需要介质，B 错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C 正确；电磁波 具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传播过程，D 正确 电磁波在真空中传播的速度 c3108 m/s，有一个广播电台的频率 f90.0 MHz，这个电台发射的 电磁波的波长 为( ) A2.70 m B270 m C3.00 m D3.33 m 答案
8、 D 解析 根据 cf 可得， 3108 90.0106 m3.33 m. 三、电视广播、雷达、移动电话、电磁波谱 1电视广播是通过电磁波传递图像信号和声音信号的，电视广播通常是利用微波传送信号的 2雷达是利用电磁波中的微波进行测距、定位的仪器 3移动通话是通过手机中的发射装置将用户的声音或数字信息转变为高频信号发射到空中，通过手机中的 接收装置接收对方发射来的信息 4电磁波谱 (1)电磁波谱：电磁波按频率由小到大顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、 射线它们共 同构成了范围广阔的电磁波谱 (2)不同频率的电磁波的比较 名称 特性 无线电 波 红外线 可见光 紫外线 X 射线 射
9、线 主要应用 通信、 广播 红外探 测器、 红外体 温计 引起 视觉 灭菌、 消毒、 防伪 医学透 视、安 检 治疗疾 病、金 属探伤 真空中的 速度 c3108 m/s 频率 小大 雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间是 1 s，两次发射的时间间隔为 100 s，在指示器的荧 光屏上呈现出的尖形波如图 2 所示，已知图中 abbc，则障碍物与雷达之间的距离是多大？ 图 2 答案 7.5103 m 解析 题图中 a 和 c 处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的， b 处的尖形波是雷达收到障碍物反射 回来的无线电波时出现的，由 abbc 可知，无线电波由发射到返回所用时间为 t50 s.
10、设障碍物与雷达之 间的距离为 s，由 2sct，得 sct 2 31085010 6 2 m7.5103 m. 1(麦克斯韦电磁场理论)下列说法正确的是( ) A在电场周围一定存在着磁场 B任何变化的电场周围一定存在着变化的磁场 C均匀变化的磁场周围一定存在着变化的电场 D电磁波是一种物质 答案 D 解析 在变化的电场周围才存在磁场，周期性变化的电场会产生同频率周期性变化的磁场，均匀变化的磁 场周围存在着稳定的电场，故 A、B、C 错误电磁波在空间存在，具有能量，是一种物质，故 D 正确 2(麦克斯韦电磁场理论)(多选)某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示，能产生磁场的电场是 ( )
11、答案 ABC 解析 根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场产生磁场，选项 A、B、C 正确 3 (电磁波谱)根据电磁波谱， 从下列选项中选出电磁波的频率顺序由高到低排列且中间没有间断的是( ) AX 射线、紫外线、可见光 BX 射线、紫外线、红外线 C紫外线、红外线、可见光 D无线电波、红外线、紫外线 答案 A 4(电磁波的应用)(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在 200 MHz 至 1 000 MHz 的范围内下列关于雷达 和电磁波的说法正确的是( ) A真空中上述雷达发射的电磁波的传播速度为 3108 m/s B电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的 C测出从发射电磁波到接收到反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离 D雷达使用的是无线电波的微波波段 答案 ACD 解析 真空中电磁波的传播速度为 3108 m/s，A 正确；电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的，B 错 误；由雷达的工作原理可知，C 正确；雷达使用的是无线电波的微波波段，D 正确