人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學案：第2-4節(jié) 電磁場與電磁波 無線電波的發(fā)射和接收 電磁波譜

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE1第2節(jié)電磁場與電磁波第3節(jié)無線電波的發(fā)射和接收第4節(jié)電磁波譜核心素養(yǎng)目標物理觀念1.了解電磁波的發(fā)射、傳播和接收的過程。知道無線電通信的基本原理。2.能區(qū)分調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)等概念。3.能說出電磁波譜的組成，知道光是電磁波?？茖W態(tài)度與責任能結(jié)合實際，知道無線電通信在生活中的應用。知識點一電磁場麥克斯韋觀點(1)變化的磁場產(chǎn)生電場；變化的電場產(chǎn)生磁場。(2)變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場。(3)變化的電場和磁場由近及遠地向四周傳播，形成了電磁波?！白兓拇艌霎a(chǎn)生電場”是基于電磁感應現(xiàn)象提出的假設。知識點二電磁波1.麥克斯韋預言：電磁波在真空中的傳播速度等于光速c；光是電磁波。2.赫茲通過實驗證實了電磁波的存在?！妓伎寂袛唷?1)變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場。(×)(2)磁場一定可以產(chǎn)生電場，電場也一定可以產(chǎn)生磁場。(×)(3)電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同。(×)(4)只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波。(×)(5)電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播。(×)知識點三無線電波的發(fā)射與接收1.有效發(fā)射電磁波的條件(1)要有足夠高的振蕩頻率。(2)振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間。2.電磁波的調(diào)制(1)載波：用于攜帶信號的高頻電磁波。(2)調(diào)制：使載波隨各種信號而改變的技術(shù)。(3)調(diào)幅(AM)：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變。(4)調(diào)頻(FM)：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變。3.無線電波的接收(1)電諧振：當接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強。(2)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程。(3)解調(diào)：把聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來。4.電視廣播的發(fā)射和接收(1)高頻電視信號的傳播方式主要有三種無線電傳輸、有線網(wǎng)絡傳輸以及衛(wèi)星傳輸。(2)不同的傳播方式使用不同頻率范圍的電磁波，采取不同的調(diào)制方式。〖思考判斷〗(1)頻率越高，振蕩電路發(fā)射電磁波本領(lǐng)越大。(√)(2)電視臺發(fā)射的電磁波都經(jīng)過了調(diào)制。(√)(3)當接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時，出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。(√)(4)收音機能夠直接接收聲波。(×)(5)要使電視機的屏幕上出現(xiàn)圖像，必須將電視機接收到的無線信號解調(diào)。(√)音頻電流的頻率比較低，不能直接用于發(fā)射電磁波，載波必須是高頻電磁波。電諧振相當于機械振動中的共振解調(diào)是調(diào)制的逆過程。知識點四電磁波譜1.概念按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列成譜。2.電磁波譜的排列按波長由長到短依次為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。3.不同電磁波的特點及應用特點用途無線電波波動性強通訊、廣播、導航紅外線熱作用強加熱、遙測、遙感、紅外線制導可見光感光性強照明、照相等紫外線化學作用熒光效應殺菌消毒、治療皮膚病等X射線穿透力強檢查、探測、透視、治療γ射線穿透力最強探測、治療4.電磁波的能量各種各樣的儀器能夠探測到許許多多電磁波，說明電磁波具有能量，電磁波是一種物質(zhì)。5.太陽輻射的特點太陽輻射的能量集中在可見光、紅外線和紫外線三個區(qū)域，在眼睛最敏感的黃綠光附近，輻射的能量最強。〖思考判斷〗(1)X射線是電磁波，它由速度較高的電子構(gòu)成。(×)(2)紫外線在真空中的傳播速度大于可見光在真空中的傳播速度。(×)(3)可利用紅外線的熒光效應辨別人民幣的真?zhèn)巍?×)

核心要點電磁波與機械波的比較〖問題探究〗如圖所示，某同學正在回答“神舟十號”航天員王亞平的問題，請問她們的通話是通過機械波進行的還是通過電磁波進行的？為什么？〖答案〗她們的通話是通過電磁波進行的，因為機械波在真空中無法傳播。〖探究歸納〗機械波電磁波研究對象力學現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時間和空間做周期性變化電場強度E和磁感應強度B隨時間和空間做周期性變化傳播情況傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播無需介質(zhì)，在真空中波速總等于光速c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān)產(chǎn)生機理由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生由電磁振蕩(周期性變化的電流)激發(fā)是否橫波可以是是是否縱波可以是否干涉現(xiàn)象滿足干涉條件時均能發(fā)生干涉現(xiàn)象衍射現(xiàn)象滿足衍射條件時均能發(fā)生明顯衍射〖試題案例〗〖例1〗下列說法正確的是()A.電磁波在真空中以光速c傳播B.在空氣中傳播的聲波是橫波C.聲波只能在空氣中傳播D.光需要介質(zhì)才能傳播〖解析〗電磁波在真空中的傳播速度等于光速c，A正確；在空氣中傳播的聲波是縱波，B錯誤；聲波的傳播需要介質(zhì)，可以在空氣、液體和固體中傳播，C錯誤；光屬于電磁波，其傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播，D錯誤?！即鸢浮紸誤區(qū)警示理解電磁波與機械波的三點不同(1)電磁波是電磁現(xiàn)象，由電磁振蕩產(chǎn)生；機械波是力學現(xiàn)象，由機械振動產(chǎn)生。(2)機械波的傳播依賴于介質(zhì)的存在，但電磁波的傳播不需要介質(zhì)。(3)不同頻率的機械波在同一介質(zhì)中傳播速度相同，在不同介質(zhì)中傳播速度不同；不同頻率的電磁波在同一介質(zhì)中傳播速度不同?！坚槍τ柧?〗(多選)關(guān)于電磁波和機械波，下列說法正確的是()A.電磁波和機械波的傳播都需要借助于介質(zhì)B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相同，而機械波的波速大小與介質(zhì)密切相關(guān)C.電磁波和機械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D.根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場產(chǎn)生磁場〖解析〗機械波的傳播需要借助于介質(zhì)，但電磁波的傳播不需要借助介質(zhì)，選項A錯誤；電磁波和機械波的傳播速度都與介質(zhì)有關(guān)，選項B錯誤；電磁波和機械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，選項C正確；變化的電場產(chǎn)生磁場，選項D正確?！即鸢浮紺D〖針對訓練2〗(多選)關(guān)于電磁波與聲波，下列說法正確的是()A.電磁波是由電磁場發(fā)生的區(qū)域向遠處傳播，聲波是聲源的振動向遠處傳播B.電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播有時也不需要介質(zhì)C.由空氣進入水中傳播時，電磁波的傳播速度變小，聲波的傳播速度變大D.由空氣進入水中傳播時，電磁波的波長不變，聲波的波長變小〖解析〗由電磁波和聲波的概念可知，A正確；因為電磁波可以在真空中傳播，而聲波屬于機械波，它的傳播需要介質(zhì)，在真空中不能傳播，故B錯誤；電磁波在空氣中的傳播速度近似等于真空中的速度，大于在水中的傳播速度；聲波在水中的傳播速度大于在空氣中的傳播速度，故C正確；無論是電磁波還是聲波，從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時頻率都不變，所以由波長λ＝eq\f(v,f)及它們在不同介質(zhì)中的傳播速度可知，由空氣進入水中時，電磁波的波長變短，聲波的波長變長，故D錯誤?！即鸢浮紸C核心要點電磁波譜〖要點歸納〗1.電磁波的共性(1)它們在本質(zhì)上都是電磁波，它們的行為服從相同的規(guī)律，各波段之間的區(qū)別并沒有絕對的意義。(2)都遵守公式v＝λf，它們在真空中的傳播速度都是c＝3.0×108m/s。(3)它們的傳播都不需要介質(zhì)。(4)它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。2.電磁波的個性(1)不同電磁波的頻率或波長不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長越長越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長越短穿透能力越強。(2)同頻率的電磁波，在不同介質(zhì)中速度不同。不同頻率的電磁波，在同一種介質(zhì)中傳播時，頻率越大，速度越小。(3)產(chǎn)生機理不同無線電波振蕩電路中電子周期性運動產(chǎn)生紅外線、可見光和紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生X射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生γ射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)生(4)用途不同：無線電波用于通信和廣播，紅外線用于加熱和遙感技術(shù)，紫外線用于殺菌消毒，X射線應用于醫(yī)學上的X光照片，γ射線檢查金屬部件的缺陷等?！荚囶}案例〗〖例2〗關(guān)于電磁波的特性和應用，下列說法正確的是()A.紅外線和X射線都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學上透視人體B.過強的紫外線照射有利于人的皮膚健康C.電磁波譜中頻率最大的為γ射線，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D.紫外線和X射線都可以使感光底片感光〖解析〗X射線有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學上透視人體，紅外線沒有，A錯誤；過強的紫外線照射對人的皮膚有害，B錯誤；電磁波譜中頻率最大的為γ射線，其波長最短，最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，C錯誤；紫外線和X射線都具有明顯的化學效應，可以使感光底片感光，D正確?！即鸢浮紻方法總結(jié)電磁波譜相關(guān)問題解題方法(1)熟記各種電磁波的特性及應用。(2)按電磁波譜的排列順序，波長越長，頻率越低，衍射能力越強，穿透能力越弱；波長越短，頻率越高，衍射能力越弱，穿透能力越強?！坚槍τ柧?〗2011年3月11日，日本發(fā)生里氏9.0級地震，地震和地震引發(fā)的海嘯造成大量建筑物倒塌。為了將埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出來，我國及時派出了救援隊。救援隊在救援過程中使用生命探測儀來尋找被壓在廢墟中的大量傷員，這種儀器主要是接收人體發(fā)出的()A.可見光 B.紅外線C.紫外線 D.聲音〖解析〗不同溫度的物體會發(fā)出不同頻率的紅外線，生命探測儀就是根據(jù)人體發(fā)出的紅外線與周圍環(huán)境輻射的紅外線不同而尋找的，B正確。〖答案〗B1.(物理學史)電磁場理論是誰提出的()A.法拉第 B.赫茲C.麥克斯韋 D.安培〖解析〗電磁場理論是由麥克斯韋提出的，并由赫茲首先驗證。故C正確?！即鸢浮紺2.(電磁波)真空中所有電磁波都具有相同的()A.頻率 B.波長 C.波速 D.能量〖解析〗電磁波在真空中的傳播速度相同，而電磁波的頻率、波長、能量不一定相同，故C正確?！即鸢浮紺3.(電磁波)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〗電磁波在真空中也能傳播，A錯誤；衍射是一切波所特有的現(xiàn)象，B正確；電磁波是橫波，橫波能發(fā)生偏振現(xiàn)象，C錯誤；所有波都能傳遞信息，D錯誤。〖答案〗B4.(電磁波譜)電磁波包含了γ射線、紅外線、紫外線、無線電波等，按波長由長到短的排列順序是()A.無線電波、紅外線、紫外線、γ射線B.紅外線、無線電波、γ射線、紫外線C.γ射線、紅外線、紫外線、無線電波D.紫外線、無線電波、γ射線、紅外線〖解析〗電磁波的頻率由小到大的順序依次是無線電波、紅外線、紫外線和γ射線，這也是波長由長到短的順序。故A正確?！即鸢浮紸第2節(jié)電磁場與電磁波第3節(jié)無線電波的發(fā)射和接收第4節(jié)電磁波譜核心素養(yǎng)目標物理觀念1.了解電磁波的發(fā)射、傳播和接收的過程。知道無線電通信的基本原理。2.能區(qū)分調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)等概念。3.能說出電磁波譜的組成，知道光是電磁波?？茖W態(tài)度與責任能結(jié)合實際，知道無線電通信在生活中的應用。知識點一電磁場麥克斯韋觀點(1)變化的磁場產(chǎn)生電場；變化的電場產(chǎn)生磁場。(2)變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場。(3)變化的電場和磁場由近及遠地向四周傳播，形成了電磁波?！白兓拇艌霎a(chǎn)生電場”是基于電磁感應現(xiàn)象提出的假設。知識點二電磁波1.麥克斯韋預言：電磁波在真空中的傳播速度等于光速c；光是電磁波。2.赫茲通過實驗證實了電磁波的存在?！妓伎寂袛唷?1)變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場。(×)(2)磁場一定可以產(chǎn)生電場，電場也一定可以產(chǎn)生磁場。(×)(3)電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同。(×)(4)只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波。(×)(5)電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播。(×)知識點三無線電波的發(fā)射與接收1.有效發(fā)射電磁波的條件(1)要有足夠高的振蕩頻率。(2)振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間。2.電磁波的調(diào)制(1)載波：用于攜帶信號的高頻電磁波。(2)調(diào)制：使載波隨各種信號而改變的技術(shù)。(3)調(diào)幅(AM)：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變。(4)調(diào)頻(FM)：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變。3.無線電波的接收(1)電諧振：當接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強。(2)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程。(3)解調(diào)：把聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來。4.電視廣播的發(fā)射和接收(1)高頻電視信號的傳播方式主要有三種無線電傳輸、有線網(wǎng)絡傳輸以及衛(wèi)星傳輸。(2)不同的傳播方式使用不同頻率范圍的電磁波，采取不同的調(diào)制方式?！妓伎寂袛唷?1)頻率越高，振蕩電路發(fā)射電磁波本領(lǐng)越大。(√)(2)電視臺發(fā)射的電磁波都經(jīng)過了調(diào)制。(√)(3)當接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時，出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。(√)(4)收音機能夠直接接收聲波。(×)(5)要使電視機的屏幕上出現(xiàn)圖像，必須將電視機接收到的無線信號解調(diào)。(√)音頻電流的頻率比較低，不能直接用于發(fā)射電磁波，載波必須是高頻電磁波。電諧振相當于機械振動中的共振解調(diào)是調(diào)制的逆過程。知識點四電磁波譜1.概念按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列成譜。2.電磁波譜的排列按波長由長到短依次為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。3.不同電磁波的特點及應用特點用途無線電波波動性強通訊、廣播、導航紅外線熱作用強加熱、遙測、遙感、紅外線制導可見光感光性強照明、照相等紫外線化學作用熒光效應殺菌消毒、治療皮膚病等X射線穿透力強檢查、探測、透視、治療γ射線穿透力最強探測、治療4.電磁波的能量各種各樣的儀器能夠探測到許許多多電磁波，說明電磁波具有能量，電磁波是一種物質(zhì)。5.太陽輻射的特點太陽輻射的能量集中在可見光、紅外線和紫外線三個區(qū)域，在眼睛最敏感的黃綠光附近，輻射的能量最強?！妓伎寂袛唷?1)X射線是電磁波，它由速度較高的電子構(gòu)成。(×)(2)紫外線在真空中的傳播速度大于可見光在真空中的傳播速度。(×)(3)可利用紅外線的熒光效應辨別人民幣的真?zhèn)巍?×)

核心要點電磁波與機械波的比較〖問題探究〗如圖所示，某同學正在回答“神舟十號”航天員王亞平的問題，請問她們的通話是通過機械波進行的還是通過電磁波進行的？為什么？〖答案〗她們的通話是通過電磁波進行的，因為機械波在真空中無法傳播?！继骄繗w納〗機械波電磁波研究對象力學現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時間和空間做周期性變化電場強度E和磁感應強度B隨時間和空間做周期性變化傳播情況傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播無需介質(zhì)，在真空中波速總等于光速c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān)產(chǎn)生機理由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生由電磁振蕩(周期性變化的電流)激發(fā)是否橫波可以是是是否縱波可以是否干涉現(xiàn)象滿足干涉條件時均能發(fā)生干涉現(xiàn)象衍射現(xiàn)象滿足衍射條件時均能發(fā)生明顯衍射〖試題案例〗〖例1〗下列說法正確的是()A.電磁波在真空中以光速c傳播B.在空氣中傳播的聲波是橫波C.聲波只能在空氣中傳播D.光需要介質(zhì)才能傳播〖解析〗電磁波在真空中的傳播速度等于光速c，A正確；在空氣中傳播的聲波是縱波，B錯誤；聲波的傳播需要介質(zhì)，可以在空氣、液體和固體中傳播，C錯誤；光屬于電磁波，其傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播，D錯誤。〖答案〗A誤區(qū)警示理解電磁波與機械波的三點不同(1)電磁波是電磁現(xiàn)象，由電磁振蕩產(chǎn)生；機械波是力學現(xiàn)象，由機械振動產(chǎn)生。(2)機械波的傳播依賴于介質(zhì)的存在，但電磁波的傳播不需要介質(zhì)。(3)不同頻率的機械波在同一介質(zhì)中傳播速度相同，在不同介質(zhì)中傳播速度不同；不同頻率的電磁波在同一介質(zhì)中傳播速度不同?！坚槍τ柧?〗(多選)關(guān)于電磁波和機械波，下列說法正確的是()A.電磁波和機械波的傳播都需要借助于介質(zhì)B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相同，而機械波的波速大小與介質(zhì)密切相關(guān)C.電磁波和機械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D.根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場產(chǎn)生磁場〖解析〗機械波的傳播需要借助于介質(zhì)，但電磁波的傳播不需要借助介質(zhì)，選項A錯誤；電磁波和機械波的傳播速度都與介質(zhì)有關(guān)，選項B錯誤；電磁波和機械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，選項C正確；變化的電場產(chǎn)生磁場，選項D正確?！即鸢浮紺D〖針對訓練2〗(多選)關(guān)于電磁波與聲波，下列說法正確的是()A.電磁波是由電磁場發(fā)生的區(qū)域向遠處傳播，聲波是聲源的振動向遠處傳播B.電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播有時也不需要介質(zhì)C.由空氣進入水中傳播時，電磁波的傳播速度變小，聲波的傳播速度變大D.由空氣進入水中傳播時，電磁波的波長不變，聲波的波長變小〖解析〗由電磁波和聲波的概念可知，A正確；因為電磁波可以在真空中傳播，而聲波屬于機械波，它的傳播需要介質(zhì)，在真空中不能傳播，故B錯誤；電磁波在空氣中的傳播速度近似等于真空中的速度，大于在水中的傳播速度；聲波在水中的傳播速度大于在空氣中的傳播速度，故C正確；無論是電磁波還是聲波，從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時頻率都不變，所以由波長λ＝eq\f(v,f)及它們在不同介質(zhì)中的傳播速度可知，由空氣進入水中時，電磁波的波長變短，聲波的波長變長，故D錯誤。〖答案〗AC核心要點電磁波譜〖要點歸納〗1.電磁波的共性(1)它們在本質(zhì)上都是電磁波，它們的行為服從相同的規(guī)律，各波段之間的區(qū)別并沒有絕對的意義。(2)都遵守公式v＝λf，它們在真空中的傳播速度都是c＝3.0×108m/s。(3)它們的傳播都不需要介質(zhì)。(4)它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。2.電磁波的個性(1)不同電磁波的頻率或波長不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長越長越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長越短穿透能力越強。(2)同頻率的電磁波，在不同介質(zhì)中速度不同。不同頻率的電磁波，在同一種介質(zhì)中傳播時，頻率越大，速度越小。(3)產(chǎn)生機理不同無線電波振蕩電路中電子周期性運動產(chǎn)生紅外線、可見光和紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生X射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生γ射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)生(4)用途不同：無線電波用于通信和廣播，紅外線用于加熱和遙感技術(shù)，紫外線用于殺菌消毒，X射線應用于醫(yī)學上的X光照片，γ射線檢查金屬部件的缺陷等?！荚囶}案例〗〖例2〗關(guān)于電磁波的特性和應用，下列說法正確的是()A.紅外線和X射線都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學上透視人體B.過強的紫外線照射有利于人的皮膚健康C.電磁波譜中頻率最大的為γ射線，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D.紫外線和X射線都可以使感光底片感光〖解析〗X射線有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學上透視人體，紅外線沒有，A錯誤；過強的紫外線照射對人的皮膚有害，B錯誤；電磁波譜中頻率最大的為γ射線，其波長最短，最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，C錯誤；紫外線和X射線都具有明顯的化學效應，可以使感光底片感光，D正確?！即鸢浮紻方法總結(jié)電磁波譜相關(guān)問題解