文档内容
21.2 电磁波的海洋（导学案）
【学习目标】
1. 知道电磁波的产生和传播。
2. 知道波长、频率和波速。
3. 知道电磁波在真空中的传播速度。
4. 了解电磁波的应用及其对人类生活和社会发展的影响。
【学习重点】电磁波的传播。
【学习难点】电磁波的波长、波速和频率。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 电磁波的产生：当电路中有迅速变化的电流时，其周围会产生电磁波。
2. 电磁波的传播
（1）声音的传播需要介质；电磁波的传播不需要介质（选填“需要”或“不需要”），可以（选
填“可以”或“不可以”）在真空中传播。
（2）在一列水波的传播中，凸起的最高处，叫做波峰；凹下的最低处，叫做波谷。邻近的两个波
峰（或波谷）的距离叫做波长。
（3）波在1秒内传播波长的个数叫做波的频率。电磁波频率的单位是Hz，还有千赫（kHz）和兆
赫（MHz）。
（4）用来描述波传播快慢的物理量叫做波速。真空中电磁波传播的速度是 3 × 10 8 m/s，等于光在真
空中的传播速度。
3. 电磁波家族及电磁波的应用
（1）电磁波家族包括：一般根据波长来划分，波长从大到小依次是无线电波、红外线、可见光、
紫外线、 X 射线 、γ射线等。
（2）无线电波
电磁波中用于广播、电视和移动电话的是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分，叫做无线电波。
通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段，包括长波、中波、短波、微波等。
（3）电磁波的应用
①无线电波：用于广播、电视和移动电话；②红外线：家电的遥控器；③微波：可用来加热食品；
④紫外线：灭菌；⑤X射线：医学上用来做透视检查；⑥γ射线：金属探伤；⑦探测宇宙：射电望远
镜。
【合作探究】探究一、电磁波是怎样产生的
1. 水波、声波的产生
【想一想】尽管你对电磁波这个名词已经十分熟悉，但是，你知道电磁波是怎样产生的吗？为了
理解电磁波的产生，我们先回忆水波、声波的产生。
木棍在水面上振动会产生水波；说话时声带的振动在空气中形成声波。
【结论】声波与水波都是都是由于物体发生振动产生的。
水波 声波
2. 实验探究：电磁波是怎样产生的
【实验】
（1）如图所示，打开收音机的开关，旋至没有电台的位置，将音量调大，取一节干电池和一根导
线，拿到收音机附近；
（2）先将导线的一端与电池的负极相连，再将导线的另一端与正极相连，从收音机中能听到一次
“喀喀”声后，之后就没有“喀喀”的声音了（选填“有”或“没有”）；
（3）将导线的一端与电池的其中一极反复摩擦，使它们时断时续地接触，能从收音机中不断听到
“喀喀”声。
【实验分析】
（1）用导线连接电池正、负极。刚接通时电流从无到有，听到“喀喀”声，说明变化的电流产生
电磁波。接通后电流稳定不再变化，没有声音，说明稳定的电流不产生电磁波。
（2）导线的一端摩擦电池的一极，导线中电流不断变化，听到连续不断的“喀喀”声，说明变化
的电流产生电磁波。
【实验结论】当电路中有迅速变化的电流时，其周围会产生电磁波。
3. 电磁波的产生
（1）电磁波：导线中电流的迅速变化会在空间激起（产生） 电磁波。（2）电磁波传递信息：广播电台、电视台以及移动电话靠复杂的电子线路来产生迅速变化的电流，
发出电磁波。虽然电磁波看不见、摸不到，但它确实可以给我们传递各种信息。
【例题1】2022年10月12日，新晋“太空教师”陈冬、刘洋、蔡旭哲为广大青少年带来了一场精
彩的太空科普课，授课过程中“太空教师”与地面师生之间的互动交流主要依靠（ B ）
A．空气 B．电磁波 C．超声波 D．次声波
【解析】声音的传播需要介质，真空不能传声；电磁波可以在真空中传播，且传播速度最快。太
空中是真空，所以太空中进行太空授课，讲话声音是通过电磁波传达到地面师生，电磁波可以在真空
中传播，所以“太空教师”与地面师生之间的互动交流主要依靠电磁波。所以选B。
探究二、电磁波是怎样传播的
【想一想】电磁波是怎样传播的？传播的速度有多大？
1. 波长、频率、波速
以水波为例，了解描述波的特征的物理量：波长、频率、波速。当把一个小球仍入水中时，会发
现小球上下振动，形成水波，并且向四周传播。
（1）波长
在一列水波的传播中，凸起的最高处叫做波峰；凹下的最低处叫做波谷。邻近两个波峰（或波
谷）之间的距离叫做波长，用λ表示。
单位：米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。
（2）频率
波在1秒内传播波长的个数叫做波的频率。用字母 f 表示。
单位：赫兹（Hz），其他单位：千赫（kHz）、 兆赫（MHz）。这是某一列波在2秒内传播的波长个数为6 个，则该波的频率f =6/2S=3Hz
（3）波速
水波不停地向远处传播，用来描述波传播快慢的物理量叫做波速。
波速= 波长 × 频率 即 v= λf
单位： 米 / 秒 （m/s）
如上图所示，如果该波的波长为0.1m，频率f =3Hz，则波速v= λf= 0.1m×3Hz =0.3m/s
2. 探究电磁波的传播
【想一想】声波的传播需要介质，电磁波的传播是否需要介质呢？
【进行实验】如图所示，将一部手机置于一密封玻璃罩内，用另一部手机呼叫它，可以听到玻璃
罩内的手机发出的铃声，同时看见手机屏幕闪烁。然后，用抽气机逐渐向外抽气会发现铃声越来越小，
但玻璃罩内的手机屏幕仍然闪烁，同时呼叫它的手机也仍然是连通状态。
【实验结论】电磁波的传播不需要介质，电磁波能够在真空中传播。
大量事实可以证明真空可以传播电磁波。例如，在太空中的宇航员可以用无线电波与地面站进行
联系；美国“新视野号”探测器通过真空可以传回照片。
3. 描述电磁波的物理量
跟水波类似，电磁波也有自己的波速、频率和波长。
（1）电磁波的波速
真空中电磁波的波速为c，其数值大约为30万千米每秒。目前公认的数值是c=2.99792458×108
m/s= 3.0×10 8 m/s，电磁波的传播速度与光在真空中的传播速速相同。（2）电磁波的频率
电磁波频率的单位也是赫兹（Hz）。因为通常电磁波的频率都很高，所以常用的单位还有千赫
（kHz）和兆赫（MHz）。
4. 电磁波家族及电磁波的应用
（1）电磁波家族
电磁波有无线电波、红外线、可见光、紫外线、 X 射线 、 γ射线等。各种光和射线都是波长不同
的电磁波。
（2）无线电波
①定义：电磁波中用于广播、电视和移动电话的是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分，叫做
无线电波（无线电技术中使用的电磁波）。
②特点：无线电波的波长从几毫米到几千米，通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段，包
括长波、中波、短波、微波等。
（3）电磁波的应用
①无线电波：用于广播、电视和移动电话；②红外线：家电的遥控器；③微波：可用来加热食品；
④紫外线：灭菌；⑤X射线：医学上用来做透视检查；⑥γ射线：金属探伤；⑦探测宇宙：射电望远
镜。
5. 微波炉
（1）微波炉的原理
电磁波除了用于通信外，还有很多别的应用。比如，我们生活中常常见到的微波炉，就是用电磁
波来加热食品的。微波炉内有很强的电磁波，它的波长很短，所以叫做微波。食物的分子在微波的作
用下剧烈振动，使得内能增加，温度升高。
（2）使用微波炉的注意事项
食物中的水分子比其他分子更容易吸收微波的能量，所以含水量高的食物在微波炉中温度上升更
快。微波炉中不能使用金属容器（选填“能”或“不能”），因为会损坏微波炉。微波同其他频率的
电磁波一样，过量的照射对人体有害（选填“有害”或“有益”）。微波炉的外壳是金属壳，炉门的玻璃上有金属屏蔽网，可以减少电磁波的泄漏，使炉外的电磁波不超过允许值。
【看一看】请你看一看家里微波炉的说明书，向同学介绍它的容积、耗电量大小等数据。它的加
热温度和加热时间是由人工控制的还是程序控制的?
【例题2】天问一号于2021年5月在火星着地，火星车次表层探测雷达使用电磁波可以探测火星
土壤的地下分层和厚度。包含两个通道，低频通道（15×106Hz~95×106Hz）可以穿透10-100米的深度；
高频通道（0.45×109Hz~2.15×109Hz）可以穿透3-10米的深度，图是电磁波家族，下列选项正确的是（ B
）
A．低频通道的电磁波在真空中传播速度是340m/s
B．低频通道的电磁波波长比高频通道电磁波波长长
C．低频通道的电磁波在真空中的波速比高频通道电磁波慢
D．高频通道电磁波是x射线
【解析】AC．电磁波的传播速度与频率无关，它在真空中的传播速度为3×108m/s，故AC错误；
B．电磁波的频率越低，则波长越长，故低频通道的电磁波波长比高频通道电磁波波长长，故B正
确；
D．高频通道电磁波的频率明显高于x射线，高频通道电磁波不是x射线，故D错误。
故选B。
【精讲点拨】
1. 电磁波的产生
（1）对于电磁波的产生可采用类比法进行理解。手持木棍，让木棍下端接触水面振动，会发现水
面上有一圈一圈凹凸相间的水波从木棍接触水面处向外传播。
（2）两个音叉并排放置，并离得很近，敲击其中一个音叉，和另一个音叉接触的小球被弹起。音
叉振动时，在空气中会有疏密相间的声波向外传播，形成声波。
（3）当电路中有迅速变化的电流时，其周围会产生电磁波，并向周围传播。
2．电磁波的传播
电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，其数值是c =3.0×108 m/s。
3. 电磁波的分类
按照频率从低到高分为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。【归纳整理】
第2节 电磁波的海洋
【课堂练习】
1．如图所示，将导线一端与电池负极连接，用另一端与电池正极快速断续接触，可以听到收音机
发出“咯、咯”声，表明收音机接收到了（ ）
A．热量 B．声波 C．光能 D．电磁波
【答案】D。
【详解】将导线的一端与电池负极相连，再用导线的另一端与电池的正极快速断续接触，这时导
线中就会有变化的电流，故周围就会产生电磁波，产生的电磁波被收音机接收，故能听到收音机发出
“咯、咯”声，即ABC不符合题意，D符合题意。
所以选D.
2．下列家用电器中应用电磁波工作的是（ ）
A．微波炉 B．电熨斗 C．空调 D．洗衣机
【答案】A。
【详解】A．微波炉是利用电流的磁效应，通过电磁波高频率的振动，使物体分子相互摩擦，内能
增大，温度升高，从而加热物体，故A符合题意；
B．电熨斗是利用电流的热效应工作的，故B不符合题意；
C．空调是利用了物态变化的吸放热过程，故C不符合题意；D．洗衣机利用电流的磁效应，它的主要部件是电动机，电动机是利用了通电线圈在磁场中运动的
原理，故D不符合题意。
所以选A。
3．如图所示，是一台收音机的屏板，当指针（图中黑块）向右调时，所接收到的电磁波的波长及
波速将会（ ）
A．波长变大及波速变小 B．波长变大及波速不变
C．波长变小及波速变大 D．波长变小及波速不变
【答案】D
【详解】电磁波的速度与介质有关，电磁波在空气中的传播速度不变。从图中可以看出指针向右
调，收音机接收到的电磁波频率变大，由v=λf得，当波速不变，频率变大，故波长变小。故D符合题
意，ABC不符合题意。
所以选D。
4．中国自主建设的射电望远镜FAST自建成以后，在测量星际磁场、快速射电暴、脉冲星搜索等
方面取得了丰硕的成果。它接收的信号是来自太空的（ ）
A．电磁波 B．超声波 C．次声波 D．红外线
【答案】A。
【详解】太空是真空，靠电磁波中的无线电波传递信息，声波不能在太空中传播，故A符合题意，
BCD不符合题意。所以选A。
5．如图是电磁波及其应用事例，下列说法正确的是（ ）
A．电视机遥控器用γ射线遥控
B．体检胸透用的X射线频率比无线电波低
C．验钞机用的紫外线波长比红外线短
D．可见光比无线电波在真空中的传播速度快【答案】C。
【详解】A．电视机的遥控器利用了红外线遥控，故A错误；
B．体检胸透用的电磁波频率比无线电波高，故B错误；
C．验钞机用的紫外线频率比红外线高，它们在真空中传播速度相同，由c=λf可知，紫外线波长
比红外线短，故C正确；
D．可见光和无线电波在真空中的传播速度相同，故D错误。
故选C。
6. 电磁波在真空中的传播速度为_______。如图所示是部分电磁波谱，在如图的五种电磁波中，频
率最高的电磁波是______。
【答案】3×108，γ射线。
【详解】电磁波在真空中的传播速度和光速相同，都为3×108m/s。
根据公式c=λf，电磁波的传播速度不变，波长越短，传播频率越高，由图可知，γ射线波长最短，
故其频率最高。
7. 电磁波家族如图所示：
（1）家庭网络中，小红觉得5GWiFi比2.4GWiFi网速更快，则相关正确的表述是_______；（单选，
填字母）
A．5G比2.4G的传播速度更快 B．5G比2.4G的频率更高
C．5G比2.4G的波长更长 D．5G和2.4G分别用电磁波、声波传递信息
（2）微波炉是利用_______加热食物的，食物中水分发生了哪种物态变化而变少_____？
【答案】（1）B；（2）电磁波，汽化。
【详解】（1）5G网络比4G网络的频率更高，波长更短，但在空气中的传播速度是相同的，故B正确，ACD错误，故选B。
（2）微波炉是利用电磁波加热食物的，通过热传递的方式使加热后的食物内能增加，食物中水因
发生汽化变成水蒸气而减少。
8. 甲、乙分别为两种电磁波，其部分波形如图（a）所示，其中甲是我们能看得见的某种色光。
结合图（b）的电磁波谱，可以推测：乙可能是_________（选填“红外线”或“紫外线”），甲、乙
这两种电磁波具有相同的 _________（选填“波长”“波速”或“频率”）。
【答案】红外线；波速。
【详解】由图（a）可知，甲的波长小，乙的波长大，光属于电磁波，电磁波在真空中的传播速度
是相同的，根据c＝λf可知，甲的频率高，乙的频率低；
甲是我们能看得见的光，根据图（b）可知，乙的频率较低，可能是不可见光中的红外线。
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
