高中物理 第4章 電磁波與現(xiàn)代通信 4_1電磁波的發(fā)現(xiàn)教師用書 滬科版選修1-1

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4.1　電磁波的發(fā)現(xiàn) 1．(3分)下列關(guān)于電機的說法，不正確的是(　　) A．電機就是發(fā)電機 B．電機實現(xiàn)了電能和其他形式能源的相互轉(zhuǎn)換 C．發(fā)電機使人類獲得了高效清潔的電能 D．電機包括電動機和發(fā)電機 【解析】　電機包括電動機和發(fā)電機，前者是把電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能，后者是把其他形式能轉(zhuǎn)化成電能． 【答案】　A 2．(3分)如圖411所示，矩形線圈與磁場垂直，且一半在勻強磁場內(nèi)一半在勻強磁場外，下述過程中使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) 圖411 A．以bc邊為軸轉(zhuǎn)動45 B．以ad邊為軸轉(zhuǎn)動45 C．將線圈向下平移 D．將線圈向上平移 【解析】　以bc邊為軸轉(zhuǎn)動45的過程，穿過矩形線圈中的磁通量沒有變化；以ad邊為軸轉(zhuǎn)動45，穿過矩形線圈中的磁通量減小；而將線圈上、下平移時，穿過矩形線圈的磁通量不變，根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可知選項B對，選項A、C、D錯． 【答案】　B 3．(4分)與磁感應(yīng)強度B＝0.8 T垂直的線圈面積為0.05 m2，(1)此線圈的磁通量是多大？(2)若這個線圈繞有50匝時，磁通量多大？ 【解析】　根據(jù)磁通量的定義：磁感應(yīng)強度B與面積S的乘積，叫做穿過這個面的磁通量，但要注意S是與磁感應(yīng)強度B相垂直的那部分面積，即Φ＝BS，故： (1)Φ1＝BS＝0.80.05 Wb＝410－2 Wb (2)線圈繞有50匝，但與磁感應(yīng)強度B垂直的面積還是0.05 m2，故穿過這個面的磁感線條數(shù)不變．磁通量也可理解為穿過這個面的磁感線的條數(shù)．所以仍然為410－2 Wb. 【答案】　(1)410－2 Wb　(2)410－2 Wb 課 標 導 思 1.了解麥克斯韋和赫茲在物理學發(fā)展中的貢獻，體會科學家研究物理問題的思維方法． 2．了解變化的電場和磁場互相聯(lián)系形成電磁場，電磁場在空間傳播形成電磁波，掌握波長、頻率和波速的關(guān)系．(重點＋難點) 3．通過實例認識電磁波譜，了解電磁波的組成，知道它們各自的特點及重要應(yīng)用. 一、發(fā)現(xiàn)電磁波的歷程 1．麥克斯韋的天才預(yù)見：1865年，麥克斯韋建立的電磁場理論，預(yù)言了電磁波的存在，并推算出電磁波的傳播速度等于光速． 2．赫茲實驗：赫茲的實驗顯示了電磁振蕩在空間的傳播，他的天才之“手”終于“捕捉”到了向往已久的電磁波． 二、認識電磁波 1．電磁波：任何帶電體振蕩時，都會產(chǎn)生一個變化的電場，這個變化的電場會激發(fā)一個磁場，變化的磁場又會激發(fā)一個電場．電場→磁場→電場→磁場……如此反復(fù)，在帶電體周圍就會形成一個交替變化的電磁場，也叫電磁振蕩．電磁場向周圍空間由近及遠地傳播，形成電磁波． 2．電磁波的特點 (1)電磁波是橫波． (2)電磁波的傳播不需要水和空氣等介質(zhì)，它可在真空中傳播． (3)電磁波具有波的一般特征，其波長λ、頻率ν、波速c之間的關(guān)系是c＝λν. (4)電磁波同其他波一樣，也具有能量． 3．電磁波王國 電磁波譜：按電磁波的波長或頻率的大小順序把電磁波排列成譜，叫做電磁波譜．如按用途將電磁波譜劃分為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線. 一、電磁波的基本知識 1．波長λ：電磁波在一個周期傳播的距離等于一個波長． 2．頻率f：單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)叫做頻率． 3．波速c：電磁波的傳播速度等于光速，c＝3108 m/s. 4．波長、波速和頻率間的關(guān)系公式：c＝λf. 5．傳播：在真空中傳播，不需要水或空氣等介質(zhì)． 6．無線電波的應(yīng)用 (1)長波：主要用于導航、報時等． (2)中波：主要用于電話、電報、廣播、標準頻率報時、防汛、救災(zāi)、軍事通信等． (3)微波：衛(wèi)星通信、常規(guī)的中繼通信、電話、電報、傳輸數(shù)據(jù)、圖像、長途干線通信等． 7．無線電波三種傳播方式的比較 傳播 方式 概念 優(yōu)點 缺點 適用波段 地波 沿地球表面?zhèn)鞑サ臒o線電波 比較穩(wěn)定 傳播過程中消耗部分能量 長波段和中波段 天波 靠大氣中電離層的反射傳播的無線電波 受地面障礙的影響較小 傳播不穩(wěn)定 短波 空間 波 像光束那樣沿直線傳播的無線電波 受外界干擾小 不能進行遠距離傳播，若進行遠距離傳播要借助于中繼站 微波和超短波 【特別提醒】　由于波長不同、頻率不同、各個波段的電磁波穿透能力、傳播能力也不同，根據(jù)它們不同特點有不同應(yīng)用. 二、電磁波譜 1．無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線合起來，構(gòu)成了范圍非常廣泛的電磁波譜．可見光只是其中很窄的一個波段．由于它們都是本質(zhì)相同的電磁波，所以它們的行為都遵循共同的規(guī)律，但另一方面，由于它們的頻率不同而又表現(xiàn)出不同的特性．例如，波長較長的無線電波，很容易表現(xiàn)出干涉、衍射現(xiàn)象．但對波長越來越短的可見光、紫外線、X射線、γ射線，要觀察到它們的干涉、衍射現(xiàn)象就越來越困難了． 2．各波段的電磁波譜的比較 電磁 波譜 特性 應(yīng)用 真空中 波長/m 頻率 /Hz 遞變 規(guī)律 無線電波 波動性強 易發(fā)生衍射 無線電 技術(shù) ＞10－3 ＜31011 紅外線 熱效應(yīng) 紅外線 遙感 10－4～ 10－7 1012～1015 可見光 引起視覺 照明、 攝影 10－7 1015 紫外線 化學效應(yīng)熒光 效應(yīng)能殺菌 醫(yī)用消 毒、防偽 10－7～ 10－9 1015～ 1017 X射線 貫穿性強 檢查、醫(yī) 用透視 10－8～ 10－12 1016～1020 γ射線 貫穿本領(lǐng) 最強 工業(yè)探傷 醫(yī)用治療 ＜10－11 ＞1019 一、對電磁波的認識 　(多選)關(guān)于電磁場和電磁波，下列說法正確的是(　　) A．電磁波是橫波 B．電磁波的傳播需要介質(zhì) C．電磁波能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象 D．電磁波中電場和磁場的方向處處相互垂直 【解析】　電磁場由近及遠地傳播形成電磁波，電磁波在傳播過程中，電場、磁場以及傳播方向三者相互垂直，電磁波是一種波，它具有波的一切特性，它能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象，電磁波在真空中的速度最大，它的傳播不需要介質(zhì)．故正確答案為ACD. 【答案】　ACD 本題涉及了電磁場、電磁波的基本知識，也啟示我們在學習中要關(guān)注科技、國防、醫(yī)療、社會生活，并能從中了解有關(guān)知識的應(yīng)用. 1．(多選)下列關(guān)于電場、磁場及電磁波的說法中正確的(　　) 我國電視 頻道的劃 分頻道號 1 2 …… 6 …… 68 頻率范圍 /MHz 48.5～ 56.5 56.5～ 64.5 …… 167～ 178 …… 950～ 958 A.均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生均勻變化的磁場 B．只要空間某處的電場或磁場發(fā)生變化，就會在其周圍產(chǎn)生電磁波 C．振蕩電路發(fā)射電磁波的過程，也是向外輻射能量的過程 D．電磁波的傳播并不依賴介質(zhì) 【解析】　均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場，A項錯；只有周期性變化的電場和磁場才能交替產(chǎn)生，由發(fā)生區(qū)域向外傳播形成電磁波，B項錯；發(fā)射電磁波的過程，也是向外輻射能量的過程，C項正確；電磁波是電磁場自身的運動過程不需要介質(zhì)，D項正確． 【答案】　CD 二、對電磁波譜的理解 　(多選)下列有關(guān)電磁波的說法中正確的是(　　) A．電磁波譜中最難發(fā)生衍射的是無線電波 B．電磁波譜中最難發(fā)生衍射的是γ射線 C．頻率大于可見光的電磁波表現(xiàn)為沿直線傳播 D．以上說法都不正確 【解析】　波長越長，越容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，在電磁波中，無線電波波長最長，γ射線的波長最短，故選項A錯誤，B正確；波長越短，頻率越大的電磁波，其衍射現(xiàn)象不明顯，傳播的直線性越好，故C項正確． 【答案】　BC 從無線電波到γ射線都是本質(zhì)相同的電磁波，其行為服從共同的規(guī)律，但因波長(或頻率)不同又表現(xiàn)出不同的特點，要熟記各部分的波長，頻率范圍及其關(guān)系，知道同一電磁波的波長與頻率成反比. 2．紅外線、紫外線、無線電波、可見光、γ射線、倫琴射線按波長由大到小的排列順序是(　　) A．無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線 B．紅外線、可見光、紫外線、無線電波、γ射線、倫琴射線 C．γ射線、倫琴射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波 D．紫外線、紅外線、γ射線、倫琴射線、無線電波、可見光 【解析】　在電磁波譜中以無線電波波長最大，γ射線波長最小，所以正確的順序為A. 【答案】　A 1．近來軍事行動中，士兵都配戴“紅外夜視儀”，以便在夜間也能清楚地看清目標，這主要是因為(　　) A．“紅外夜視儀”發(fā)射出強大的紅外線，照射被視物體 B．一切物體均不停地輻射紅外線 C．一切高溫物體不停地輻射紅外線 D．“紅外夜視儀”發(fā)射出γ射線，放射性物體受到激發(fā)而發(fā)出紅外線 【解析】　一切物體都不停地向外輻射紅外線，不同物體輻射出來的紅外線不同．采用紅外線接收器，可以清楚地分辨出物體的形狀、大小和位置，而且不受白天和夜晚的影響．故選B. 【答案】　B 2．(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是(　　) 【導學號：22940030】 A．紅外線的波長比紅色光波長長，它的熱作用很強 B．X射線就是倫琴射線 C．陰極射線是一種頻率極高的電磁波 D．紫外線的波長比倫琴射線的長，它的顯著作用是化學作用 【解析】　在電磁波譜中，紅外線的波長比可見光的波長長，A項正確；陰極射線是電子流，它與電磁波有著本質(zhì)的區(qū)別，C項錯誤；紫外線的顯著作用是化學作用，倫琴射線的顯著作用是穿透作用，D項正確．故選ABD. 【答案】　ABD 3．比較可見光、無線電波以及激光在真空中的傳播速度的大小，可知(　　) A．可見光最大　 B．無線電波最大 C．激光最大 D．三者相同 【解析】　三者均屬于不同頻率的電磁波，它們的速度在真空中全為3108 m/s，故選項D正確． 【答案】　D 4．下列關(guān)于電磁波的說法正確的是(　　) A．電磁波必須依賴介質(zhì)傳播 B．電磁波可以發(fā)生衍射現(xiàn)象 C．電磁波不會發(fā)生偏振現(xiàn)象 D．電磁波無法攜帶信息傳播 【解析】　電磁波可以在真空中傳播，能發(fā)生干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象，并且它可以傳遞信息，可知只有B選項正確． 【答案】　B 學業(yè)達標測評(十) (建議用時：45分鐘) 1．在物理學史上，最先建立完整的電磁場理論并預(yù)言電磁波存在的科學家是(　　) A．赫茲　 B．愛因斯坦 C．麥克斯韋 D．法拉第 【解析】　麥克斯韋是經(jīng)典電磁理論的奠基人，他在前人的基礎(chǔ)上建立了完整的電磁學理論，C項正確． 【答案】　C 2．在飛機飛行過程中，禁止飛機上的乘客和司乘人員使用手機，這是因為 (　　) A．對周圍乘客造成電子輻射，損害乘客健康 B．影響飛機的動力設(shè)備 C．干擾飛機的電子通信系統(tǒng) D．造成對飛機電子線路的破壞 【解析】　使用手機時的電磁輻射干擾飛機的電子通信系統(tǒng)． 【答案】　C 3．(多選)驗鈔機發(fā)出的“光”能使鈔票上的熒光物質(zhì)發(fā)出可見光；家用電器的遙控器發(fā)出的“光”用來控制電視機、空調(diào)器等。關(guān)于它們發(fā)出的“光”，下列說法中正確的是(　　) A．驗鈔機發(fā)出的“光”是紅外線 B．遙控器發(fā)出的“光”是紅外線 C．紅外線是由原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的 D．紅外線是由原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的 【解析】　紫外線具有熒光效應(yīng)，紅外線可用于遙控、遙感．由題意知，驗鈔機發(fā)出的“光”能使鈔票上的熒光物質(zhì)發(fā)出可見光，則其為紫外線；家用電器的遙控器發(fā)出的“光”用來控制電視機、空調(diào)器，為紅外線；紅外線和紫外線都是由原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的．綜上所述，B，D正確，A，C錯誤． 【答案】　BD 4．一種電磁波入射到半徑為1 m的孔上，可發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，這種電磁波是(　　) A．γ射線 B．可見光 C．無線電波 D．紫外線 【解析】　一種波要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，就要求障礙物或孔的尺寸和波長相差不多或者比波長?。时绢}中只有無線電波才能發(fā)生明顯的衍射． 【答案】　C 5．雷達是用來對目標進行定位的現(xiàn)代化定位系統(tǒng)，海豚也具有完善的聲吶系統(tǒng)，它能在黑暗中準確而快速地捕捉食物，避開敵害，遠遠優(yōu)于現(xiàn)代化的無線電系統(tǒng)．海豚的定位、雷達的定位分別利用了自身發(fā)射的(　　) A．電磁波　次聲波 B．紅外線　光線 C．次聲波　紅外線 D．超聲波　電磁波 【解析】　海豚能發(fā)射超聲波，它是一種頻率高于2104 Hz的聲波，它的波長非常短，因而能定向發(fā)射，而且在水中傳播時因能量損失小，要比無線電波和廣播傳播得遠．海豚就是靠自身發(fā)出的超聲波的回聲來在混濁的水里準確確定遠處小魚的位置而猛沖過去吞食．雷達是一個電磁波的發(fā)射和接收系統(tǒng)，因而是靠發(fā)射電磁波來定位的． 【答案】　D 6．以下關(guān)于電磁波的說法不正確的是(　　) A．無線通信是用電磁波進行傳播的 B．醫(yī)院B超發(fā)出的超聲波是電磁波 C．遙控器發(fā)出的紅外線是電磁波 D．透視使用的X射線是電磁波 【解析】　超聲波是聲波(機械波)，不是電磁波，所以B不正確． 【答案】　B 7．電磁波與機械波相比較有(　　) A．電磁波、機械波傳播都需要介質(zhì) B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速率都相同，機械波在同一介質(zhì)中的傳播速率都相同 C．電磁波與機械波都不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象 D．電磁波與機械波都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象 【解析】　電磁波傳播不需要介質(zhì)，A錯誤．電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，B錯誤．電磁波和機械波都能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，故D正確，C錯誤． 【答案】　D 8．下列哪種現(xiàn)象是由于所產(chǎn)生的電磁波所引起的(　　) A．用室內(nèi)天線接收微弱信號時，人走過時電視畫面會發(fā)生變化 B．在夜間用電高峰時，有部分地區(qū)白熾燈變暗發(fā)紅，日光燈不容易啟動 C．把半導體收音機放在開著的日光燈附近，會聽到噪聲 D．在邊遠地區(qū)，用手機或小靈通通話時，會發(fā)生信號中斷的情況 【解析】　A中是人走動時影響了室內(nèi)天線對電視信號的接收，并非產(chǎn)生電磁波所引起．B中是因用電功率過大，輸電線上損失電壓及功率大所致．C中日光燈用的是交變電流，由于鎮(zhèn)流器不斷產(chǎn)生自感現(xiàn)象，產(chǎn)生變化的磁場與電場而產(chǎn)生電磁波，收音機接收到這些電磁波后，會發(fā)出噪聲．而D中是信號的問題．故只有C項符合． 【答案】　C 9．已知真空中的電磁波波速是3108 m/s.在真空中波長是5 m的無線電波，它的頻率是(　　) A．6107 Hz B．1.5109 Hz C．8108 Hz D．1.7108 Hz 【解析】　由v＝λf得f＝＝ Hz＝6107 Hz. 【答案】　A 電磁輻射對人體傷害知多少 電磁輻射危害人體的機理主要是熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和積累效應(yīng)等． 1．熱效應(yīng)：人體內(nèi)70%以上是水，水分子受到電磁波輻射后相互摩擦，引起機體升溫，從而影響到身體其他器官的正常工作． 2．非熱效應(yīng)：人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩(wěn)定和有序的，一旦受到外界電磁波的干擾，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場就遭到破壞，人體正常循環(huán)機能會遭受破壞． 3．累積效應(yīng)：熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用于人體后，對人體的傷害尚未來得及自我修復(fù)之前再次受到電磁波輻射的話，其傷害程度就會發(fā)生累積，久之會成為永久性病態(tài)或危及生命．對于長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也會誘發(fā)想不到的病變，應(yīng)引起警惕！ 各國科學家經(jīng)過長期研究證明：長期接受電磁輻射會造成人體免疫力下降、新陳代謝紊亂、記憶力減退、提前衰老、心率失常、視力下降、聽力下降、血壓異常、皮膚產(chǎn)生斑痘、粗糙，甚至導致各類癌癥等；男女生殖能力下降、婦女易患月經(jīng)紊亂、流產(chǎn)、畸胎等癥． 隨著人們生活水平的日益提高，電視、電腦、微波爐、電熱毯、電冰箱等家用電器越來越普及，電磁波輻射對人體的傷害越來越嚴重．但由于電磁波看不見，摸不著，感覺不到，且其傷害是緩慢、隱性的，所以尚未引起人們的廣泛注意．家用電器盡量勿擺放于臥室，也不宜集中擺放或同時使用． 看電視勿持續(xù)超過3小時，并與屏幕保持3米以上的距離；關(guān)機后立即遠離電視機，并開窗通風換氣，用洗面奶或香皂等洗臉． 用手機通話時間不宜超過3分鐘，通話次數(shù)不宜多．盡量在接通1～2秒鐘之后再移至面部通話，這樣可減少手機電磁波對人體的輻射危害． 具有防電磁波輻射危害的食物有：綠茶、海帶、海藻、裙菜、卵磷脂、豬血、牛奶、甲魚、蟹等動物性優(yōu)質(zhì)蛋白等.