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第 15 讲 电磁波的发现及应用
1.理解麦克斯韦电磁场理论
2.掌握电磁波的特性，波长、波速、频率的关系。
一、麦克斯韦电磁场理论
1．麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场周围会产生电场
麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是存
在的，如图所示．
(2)变化的电场周围会产生磁场
麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在其周围产生磁场．
2．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 均匀变化的电场在周围空间产生恒定
电场 的磁场
不均匀变化的磁场在周围空间产生变化 不均匀变化的电场在周围空间产生变
的电场 化的磁场
周期性变化的磁场产生同频率的周期性 周期性变化的电场产生同频率的周期
变化的电场 性变化的磁场
二、电磁波
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(2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3×108 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λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf.
三、电磁波谱
1．电磁波谱
(1)概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱．
(2)电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf.
(3)电磁波在真空中的速度c＝3×108 m/s.
(4)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
(5)各种电磁波的特性
①无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输．
②红外线：用来加热理疗等．
③可见光：照亮自然界，也可用于通信．
④紫外线：用于消毒．
⑤X射线：用于诊断病情．
⑥γ射线：可以摧毁病变的细胞．
2．电磁波的能量
(1)光是一种电磁波，光具有能量．
(2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质．
【特别提醒】
1．电磁波谱
电磁波按波长由大到小排列顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．它们共同构成
了范围广阔的电磁波谱．
2．不同波长的电磁波的比较
名称 无线
红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
特性 电波
红外探
灭菌、 医学透 治疗疾
主要 通信、 测器、 引起
消毒、 视、安 病、金
应用 广播 红外体 视觉
防伪 检 属探伤
温计真空中
c＝3×108 m/s
的速度
频率 小→大
考点一：麦克斯韦电磁场理论
【例1】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，与是否有闭合电路有关
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】 B
【解析】A．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，与电路是否闭合无关，故A错误；
B．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，故B正确；
C．若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，故C错误；
D．只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，故D错误。
故选B。
考点二：电磁波
【例2】2022年6月5日，中央电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱交会对接进行了直播，其间航天员
与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站。下列关于电磁波和声波的说法正
确的是（ ）
A．电磁波是横波，声波是纵波
B．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播
C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在
D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度
【答案】A【解析】电磁波的传播和振动垂直是横波，声波的振动和传播平行则是纵波，故A正确；电磁波的传播不
依赖介质，声波是机械波只能在介质中传播，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证
了电磁波的存在，故C错误；航天员讲话时画面能与声音同步，但电磁波的速度为光速，声波的传播速度
为340m/s，两者差距很大，故D错误。
考点三、电磁波谱及应用
【例3】电磁波谱家族有众多的成员。关于电磁波的应用，下列说法不正确的是（ ）
A．电磁炉是利用电磁波来工作的
B．微波炉是利用电磁波的能量来快速煮熟食物的
C．雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的
D．夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的
【答案】A
【解析】电磁炉是利电磁感应原理和电流的热效应来工作的，故A错误，符合题意；B．微波时电磁波的
一部分，食物分子在微波的作用下剧烈震动，内能增大，温度升高，达到加热的目的，故B正确，不符合
题意；C．雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的，故C正确，不符合题意；D．不同温度的物体发出的
红外线特征不同，夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的，故D正确，不符合题意。
1.(2021·福建高考真题）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10
日,中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10 909米的深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信
等多种通信方式进行指令传输或数据交换,如图所示。下列说法正确的是 ( BD )
A.“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波B.“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波
C.“探索一号”与“通信卫星”的实时通信可以通过机械波实现
D.“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
【答案】BD
【解析】本题考查机械波、电磁波问题。由题知,“奋斗者”号与“探索一号”通信是通过水声通信,声波
是纵波,故信息载体属于纵波,A项错误;由题知,“奋斗者”号与“沧海”号通信是通过电磁通信,故信息载
体属于横波,B项正确;因为太空中没有介质,故机械波无法传播,所以“探索一号”与“通信卫星”的实时
通信只能通过电磁通信来实现,C项错误;在传递信息的过程也是传递能量的过程,故“探索一号”与“探索
二号”的通信过程也是能量传播的过程,D项正确。
2.(2021·浙江高考真题)大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明,当人体单位面积接收
的微波功率达到250 W/m2时会引起神经混乱,达到1 000 W/m2时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器,其
发射功率P=3×107 W。若发射的微波可视为球面波,则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远距
离约为( )
A.100 m 25 m B.100 m 50 m
C.200 m 100 m D.200 m 50 m
【答案】B
【解析】设微波有效攻击范围为r时单位面积接收微波功率为P'== ,解得r= ,则引起神经混乱时
有r= ≈ m≈100 m,引起心肺功能衰竭时有r= ≈ m≈50 m,B项正确。
1 2
3.(2020·天津高考真题)新冠肺炎疫情突发,中华儿女风雨同舟、守望相助,筑起了抗击疫情的巍峨长城。
志愿者用非接触式体温测量仪,通过人体辐射的红外线测量体温,防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀
病毒,为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较 ( B )
A.红外线的光子能量比紫外线的大
B.真空中红外线的波长比紫外线的长
C.真空中红外线的传播速度比紫外线的大
D.红外线能发生偏振现象,而紫外线不能
【答案】B【解析】红外线的频率比紫外线小,根据E=hν,可知红外线光子的能量比紫外线的小,A项错误;波长λ=,
红外线的频率低,波长长,B项正确;所有电磁波在真空中的速度都一样大,都是c=3.0×108 m/s,C项错误;红
外线和紫外线都是横波,都可以发生偏振现象,D项错误。
4.(2020·浙江高考真题)
在抗击新冠病毒的过程中,广泛使用了红外体温计测量体温,如图所示。下列说法正确的是 ( D )
A.当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线
B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线
C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D.红外体温计是依据人体温度越高,辐射的红外线强度越大来测体温的
【答案】D
【解析】本题属于基础性和应用性问题,以红外体温计为素材,考查红外线特点。人体时刻向外辐射红外线,
A、B项错误;红外体温计根据人体辐射红外线的强度大小测温,D项正确,C项错误。
5.(2020·北京高考真题)随着通信技术的更新换代,无线通信使用的电磁波频率更高,频率资源更丰富,在
相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能
力,“4G改变生活,5G改变社会”。与4G相比,5G使用的电磁波 ( A )
A.光子能量更大 B.衍射更明显
C.传播速度更大 D.波长更长
【答案】A
【解析】因为5G使用的电磁波频率比4G的高,根据E=hν可知5G使用的电磁波光子能量比4G的更大,A项
正确;发生明显衍射的条件是障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比,甚至比波长还小,而5G使用的电磁波频
率更高,即波长更短,故5G更不容易发生明显衍射,B、D项错误;光在真空中的传播速度都是相同的,光在介
质中的传播速度为v=,5G的频率比4G的高,而频率越高折射率越大,光在介质中的传播速度越小,C项错误。
6.(2018·江苏高考真题)梳子在梳头后带上电荷,摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波 ( )
A.是横波
B.不能在真空中传播C.只能沿着梳子摇动的方向传播
D.在空气中的传播速度约为3×108 m/s
【答案】AD
【解析】电磁波是横波,A项正确,C项错误;电磁波能在真空中传播,B项错误;电磁波的传播速度是光速,D
项正确。
7.(2016·全国高考真题)关于电磁波,下列说法正确的是 ( ABC )
A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波
C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输
E.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失
【答案】ABC
【解析】电磁波在真空中的传播速度为光速,A项正确;电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互激发产生
的,B项正确;传播速度方向、电场方向、磁场方向三者两两垂直,C项正确;电磁波可以通过光缆传播,D项
错误;当电磁振荡消失后,电磁波可继续传播,E项错误
1．关于电磁波的传播速度表达式c=λf，下列理解正确的是（ ）
A．电磁波在真空中的传播速度随波长增大而增大
B．电磁波在真空中的传播速度随频率增大而增大
C．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长不变
D．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大
【答案】 D
【解析】AB．电磁波在真空中的传播速度都相同，不随波长和频率的变化而变化，选项AB错误；
CD．根据
当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大，选项C错误，D正确。
故选D。
2．有一个广播电台的频率 ，这个电台发射的电磁波的波长 为（ ）
A． B． C． D．
【答案】 D【解析】这个电台发射的电磁波的波长
故选D。
3．目前，我国正在开展5G网络试点工作，并将于2020年进入全面5G时代。届时，将开启万物互联时代：
车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实。5G，即第五代移动通信技术，
采用 频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术， 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
【答案】 B
【解析】A．5G信号和4G信号都是电磁波，在真空中传播速度等于光速，A错误；
BC．根据
可知5G信号频率更高，波长更短，4G信号频率更低，波长更长，更容易发生明显衍射，即 5G信号比4G
信号更容易被障碍物阻挡，需要建设更密集的基站，B正确，C错误；
D．近距离数据传输技术也是未来5G移动通信网络构建过程中所研究的关键技术之一。近距离数据传输也
就是指移动网络数据信号可以不经过移动信号基站，而是直接实现设备与设备之间的通信传输，D错误。
故选B。
4．目前雷达发出的电磁波频率多在200~1000MHz的范围内。下列关于电磁波的说法正确的是（ ）
A．真空中，上述频率范围的电磁波的波长在30~150m之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．红外线的波长比紫外线的波长短
D．测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间，就可以确定障碍物的距离
【答案】 D
【解析】A．根据波长公式
可知电磁波频率在200~1000MHz的范围内，则电磁波的波长在0.3~1.5m之间，故A错误；
B．根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的电场或磁场才能产生电磁波，故B错误；
C．根据电磁波谱，红外线的波长比紫外线的波长更长，故C错误；
D．电磁波在空气中的传播速度约为3×108m/s，只要测出时间就可以求距离，即
故D正确。
故选D。5．（多选）下列关于电磁波说法正确的是（ ）
A．红外线与紫外线都不属于电磁波
B．赫兹从理论上预言了电磁波的存在
C．电磁波传播时不需要介质可以在真空中传播
D．可见光与微波炉中的微波一样都属于电磁波
【答案】 CD
【解析】AD．电磁波谱包括长波、中波、短波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，A错
误，D正确；
B．麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，从理论上预言了电磁波的存在，B错误；
C．电磁波传播时不需要介质可以在真空中传播，C正确。
故选CD。
6．（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．电磁波在真空中的传播速度等于光速
B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C．电磁波不能在真空中传播
D．麦克斯韦提出了电磁场理论并证实了电磁波的存在
【答案】 AB
【解析】A．电磁波在真空中的传播速度等于光速，选项A正确；
B．如果在空间区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场，这个变化的磁场又
引起新的变化的电场，于是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，从而形成了电磁
波，选项B正确；
C．电磁波可以在真空中传播，选项C错误；
D．麦克斯韦提出了电磁场理论并预言电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项D错误。
故选AB。
7．关于电磁场及电磁波，下列说法错误的是（ ）
A．麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹通过实验证实了电磁波的存在
B．变化的电场能够产生磁场，变化的磁场能够产生电场
C．不同电磁波具有不同的波长，电磁波中无线电波可用于通信
D．红外线的显著作用是热效应，温度较低的物体不能辐射红外线
【答案】 D
【解析】A．麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，选项A正确，不符合题意；
B．变化的电场能够产生磁场，变化的磁场能够产生电场，选项B正确，不符合题意；
C．不同电磁波具有不同的波长，电磁波中无线电波可用于通信，选项C正确，不符合题意；
D．红外线的显著作用是热效应，温度低的物体也能辐射红外线，选项D错误，符合题意。
故选D。
8．关于电磁场理论，下面说法中正确的是（ ）A．电场周围空间中产生磁场
B．稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场
C．静止电荷能够在周围空间产生稳定的磁场
D．变化的电场和变化的磁场互相激发，形成由近及远传播的电磁波
【答案】 D
【解析】A．在变化的电场周围空间中会产生磁场，选项A错误；
B．稳定电场在周围空间不会产生磁场，选项B错误；
C．静止电荷不会在周围空间产生磁场，运动的电荷才会，选项C错误；
D．变化的电场和变化的磁场互相激发，形成由近及远传播的电磁波，选项D正确。
故选D。
9．关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是（ ）
A．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
B．发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅，接收电磁波需经过解调过程，解调是调制
的逆过程
C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、 射线都是电磁波
D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
【答案】 D
【解析】A．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，故A正确；
B．发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅，接收电磁波需经过解调过程，解调是调制
的逆过程，故B正确；
C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、 射线、 射线都是电磁波，故C正确；
D．若波源的电磁振荡停止，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会消失，还要继续传播，故
D错误。
故选D。
10．电磁波给人类生活带来日新月异变化的同时，也带来了电磁污染。长期使用如图所示的通信装置，会
对人体健康产生影响的是（ ）
A． B．C． D．
【答案】 C
【解析】ABD．选项A、B、D中的图片都是固定电话，只是样式不同，固定电话是利用电现象和声现象
之间的联系来工作的，不会对人体健康产生影响；
C．选项C中的图片是移动电话，移动电话是利用电磁波来工作的，过量的电磁波会造成电磁辐射，对人
体造成伤害。
故选C。
11．“神舟十三号”载人飞船于2021年10月16日凌晨成功发射，在轨运行6个月后于2022年4月16日
返回地球。创造了中国载人航天任务的新纪录。在发射与回收过程中，地面测控站对飞船进行跟踪测量与
控制时，传输信号所使用的是电磁波谱中的（ ）
A．红外线 B．无线电波 C．紫外线 D．X射线
【答案】 B
【解析】在发射与回收过程中，地面测控站对飞船进行跟踪测量与控制时，传输信号所使用的是电磁波谱
中的无线电波。
故选B。
12．（多选）下列有关电磁波的特性和应用的说法正确的是（ ）
A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体
B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康
C．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
【答案】 CD
【解析】A．X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线不能用于透视人体，选项A错误；
B．过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误；
C．电磁波中频率最大的为γ射线，可以摧毁病变的细胞，选项C正确；
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光，选项D正确。
故选CD。
