第4节 电磁波的发现及其应用
第5节 微观世界的量子化
学习目标 1.知道麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念，理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点。2.了解电磁波的形成及其特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系。3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的作用，了解电磁波的能量。4.理解波粒二象性。5.知道能量量子化的含义和能级的概念。
知识点一 电磁场
如图所示的实验演示了电磁波的发射和接收，通过此实验证实了什么问题？
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1.麦克斯韦的电磁场理论
(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场
麦克斯韦认为，磁场随时间变化快，产生的电场________；磁场随时间的变化不均匀时，产生____________；稳定的磁场周围________________(如图甲所示)。
变化的磁场能够产生电场(B增大时的情形)
甲
(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场
麦克斯韦认为，若电场随时间变化快，则产生的磁场________；若电场随时间的变化不均匀，则会产生____________。____________周围不产生磁场(如图乙所示)。
变化的电场能够产生磁场(E增大时的情形)
乙
2.电磁场
如果在空间某区域有随时间不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生变化的________；这个变化的________又在它周围空间引起变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场。
思考
1.恒定的磁场能否产生电场？
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2.假设空间存在非均匀变化的磁场，试分析由它所产生的激发情况。
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例1 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
理解麦克斯韦的电磁场理论的关键
掌握四个关键词：“恒定的”“均匀变化的”“不均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”，这些都是对时间来说的，是时间的函数。
训练1 (多选)下列关于磁场产生电场的图像中，符合麦克斯韦的电磁场理论的是( )
知识点二 电磁波与电磁波谱
有时医护人员会采用红外体温计测量体温，测量时并不需要和身体接触。你知道这是为什么吗？
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1.电磁波
(1)电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。如图所示。
(2)电磁波的特点
①电磁波可以在真空中传播。
②电磁波的传播速度等于________。
③光在本质上是一种________。即光是以________形式传播的一种电磁振动。
(3)电磁波的波速
①电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝________。
②电磁波在真空中的传播速度c＝____________。
2.电磁波谱
(1)概念：按电磁波的________或________大小的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。
(2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：________、红外线、________、________、X射线、γ射线。
(3)不同电磁波的特性和用途
种类 波长范围 特性 应用
无线电波 大于1 mm 波动能力强 通信、广播、射电望远镜
红外线 700～106 nm 热作用强 烘干、红外遥感、测温、夜视仪
可见光 400～700 nm 感光性强 照明、照相
紫外线 10～400 nm 化学作用、荧光作用 消毒、荧光效应、促使人体合成维生素D
X射线 0.001～10 nm 较强的穿透能力 透视人体、检查金属零件的质量
γ射线 小于10－3 nm 穿透能力最强 医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷
3.电磁波的应用
一是利用电磁波________，二是利用电磁波的________。
思考
1.电磁波的波速、波长和频率的关系是怎样的？
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2.真空中电磁波的传播速度为多大？
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3.判断正误。
①变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场。( )
②麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在。( )
③电磁波依赖于介质才能传播。( )
④无线电波、红外线、可见光、紫外线都属于电磁波。( )
角度1 对电磁波的理解
例2 (多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A.电磁波需要通过介质传播，它们由一种介质进入另一种介质时频率不变
B.根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直
C.发射的无线电波在传播过程中频率不变
D.雷达发射的是直线性能好、反射性能强的超声波
训练2 电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为( )
A.2.70 m B.270 m
C.3.00 m D.3.33 m
角度2 对电磁波谱的认识
例3 关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是( )
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是X射线
D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光
电磁波的特点和应用
我们不仅要牢记电磁波谱中的不同的电磁波(如红外线、紫外线、X射线、γ射线)的特点和应用，还要记住电磁波谱中波长、频率的变化规律，如频率越高，波长越短，穿透性越强；频率越低，波长越长，穿透性越弱。
训练3 关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A.红外体温计的工作原理是人的体温越高，发射的红外线越强，有时物体温度较低，不发射红外线，导致无法使用
B.紫外线的频率比可见光低，医学中常用于杀菌消毒，长时间照射人体可能损害健康
C.卫星通信、电视等的信号传输一般用长波
D.手机通信使用的是无线电波，其波长较长
知识点三 波粒二象性 能量量子化
1.波粒二象性
(1)古人对光的本性的认识
①在17世纪，牛顿主张________说，即光是很小的高速运动的粒子流。
②惠更斯认为光是一种波，光的干涉和衍射现象说明光是一种波。
③麦克斯韦进一步说明光是一种________。
④光电效应等现象证明光具有________，爱因斯坦为了解释光电效应，提出光子说。
(2)光子说
爱因斯坦认为，在空间传播的光是不________的，而是一份一份的，每一份叫作一个光量子，简称________。
(3)波粒二象性
①光的波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性，可以说光既是________，也是光子流，它是具有“波粒二象性”的________物质。
②光子的特性
光子的静止质量为零，也不带电，它只能以光速运动，它是一份一份的，但它具有________和频率。
③实物粒子的波粒二象性
实验证明电子、质子等实物粒子同样具有________性。宏观物体的波动性我们检测不到。
2.能量量子化
(1)能级：微观世界中“能量是一份一份的、不连续的”观念也适用于原子系统，原子的能量是________的。这些不连续的、________的能量值称为能级。
(2)能级跃迁：通常情况下，原子处于能量最低的状态(称为基态)，这是最________的状态。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会______________地向能量较低的能级______，放出光子。原子从高能态向低能态__________时放出的光子的能量，等于前后两个能级________。
(3)氢原子的能级图，如图所示。
思考
1.光同时具有波粒二象性吗？还是有的光具有波动性，有的光具有粒子性？
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2.原子处于什么能级时是稳定的？能级之间跃迁有哪些途径？
________________________________________________________________________
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例4 (多选)原子的能量量子化现象是指( )
A.原子的能量是不可改变的
B.原子的能量与电子的轨道无关
C.原子的能量状态是不连续的
D.原子具有分立的能级
训练4 一个氢原子从较高能级跃迁到较低能级。该氢原子( )
A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少
C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少
例5 光具有波粒二象性，干涉和衍射现象表明光具有( )
A.波动性 B.粒子性
C.偏振性 D.波粒二象性
随堂对点自测
1.(电磁场)在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的电场的是( )
2.(电磁波)(多选)下列关于磁场、电场及电磁波的说法中正确的是( )
A.均匀变化的磁场在周围空间产生均匀变化的电场
B.只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
C.赫兹通过实验证实了电磁波的存在
D.只有空间某个区域有振荡变化的电场或磁场，才能产生电磁波
3.(电磁波谱)各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序为( )
A.γ射线、紫外线、可见光、红外线
B.γ射线、红外线、紫外线、可见光
C.紫外线、可见光、红外线、γ射线
D.红外线、可见光、紫外线、γ射线
4.(能量量子化)(多选)下列说法正确的是( )
A.原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B.原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C.原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差
D.由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的光谱只有一些分立的亮线
第4节 电磁波的发现及其应用
第5节 微观世界的量子化
知识点一
导学 提示 验证了麦克斯韦电磁场理论。
知识梳理
1.(1)强 变化的电场 不产生电场 (2)强 变化的磁场 稳定的电场 2.磁场 磁场
[思考]
1.提示 不能。
2.提示
例1 D [根据麦克斯韦电磁场理论可知，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；周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，D正确。]
训练1 BC [选项A中，图像描述的磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，在其周围空间不会产生电场，A错误；选项B中，图像描述的磁场是均匀变化的，则其周围空间会产生恒定的电场，B正确；选项C中，图像描述的磁场是按正弦规律变化的，则其周围空间会产生同频率周期性变化的电场，且电场强度的大小与磁感应强度的变化率成正比，C正确；同理可知，D错误。]
知识点二
导学 提示 人体辐射红外线。体温越高，辐射的红外线越强。根据这个原理，红外体温计不与身体接触也可以测体温。
知识梳理
1.(2)②光速 ③电磁波 波动 (3)①λf ②3.0×108 m/s
2.(1)波长 频率 (2)无线电波 可见光 紫外线
3.传递信息 能量
[思考]
1.提示 c＝λf。
2.提示 与光速相同，约为3×108 m/s。
3.①× ②√ ③× ④√
例2 BC [电磁波的传播不需要通过介质，由一种介质进入另一种介质时频率不变，故A错误；根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，故B正确；发射的无线电波无论在什么介质中传播，频率均不变，而传播速度可能变化，故C正确；雷达发射的是直线性能好、反射性能强的微波，故D错误。]
训练2 D [根据c＝λf可得λ＝ m≈3.33 m，故D正确。]
例3 D [X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有很高的穿透本领，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波中频率最大的是γ射线，C错误；紫外线和X射线都具有明显的化学效应，可以使感光底片感光，D正确。]
训练3 D [人们利用红外线来测温，是利用红外线的热效应，体温越高人体发射的红外线越强，温度较低时仍发射红外线，故A错误；由电磁波波长与频率的关系f＝知，紫外线的频率比可见光高，故B错误；卫星通信、电视等的信号传输一般用微波，故C错误；无线电波波长较长，故D正确。]
知识点三
1.(1)①微粒 ③电磁波 ④粒子性 (2)连续 光子
(3)①电磁波 电磁性 ②波长 ③波动 2.(1)量子化 量子化 (2)稳定 自发 跃迁 跃迁 之差
[思考]
1.提示 光同时具有波动性和粒子性，只是有的情况下波动性更明显，有的情况下粒子性更明显而已。
2.提示 基态；吸收或放出光子。
例4 CD [电子绕核运动的轨道半径是不连续的，与之对应的原子的能量是不连续的，只能取一系列不连续的特定值，故C、D正确。]
训练4 B [由原子的能级跃迁规律知，氢原子从高能级跃迁到低能级时，辐射一定频率的光子，氢原子能量减少，光子的能量由这两个能级的能量差决定，故B正确。]
例5 A [光具有波粒二象性，干涉和衍射现象表明光具有波动性，故A正确。]
随堂对点自测
1.C [A中磁场不变，不会产生电场，故A错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误；C中磁场随时间均匀变化，会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随时间非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误。]
2.CD [均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，故选项A错误；均匀变化的电场或磁场只能产生恒定的磁场或电场，不会产生电磁波，故选项B错误；电磁波最早由麦克斯韦预测，由赫兹通过实验证实，故选项C正确；电磁波产生可以由振荡变化的电场或磁场发出，故选项D正确。]
3.A [在电磁波谱中，各种电磁波按照频率从小到大的排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，故A正确。]
4.CD [原子的能量是量子化的，故A错误；原子从高能级会自发地向低能级跃迁，向外放出光子，且光子的能量由两能级的能量差决定，故B错误，C正确；由于能级的分立性，放出的光子的能量也是分立的，故D正确。](共65张PPT)
第4节 电磁波的发现及其应用
第5节 微观世界的量子化
第三章 电磁场与电磁波初步
1.知道麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念，理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点。
2.了解电磁波的形成及其特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系。
3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的作用，了解电磁波的能量。
4.理解波粒二象性。
5.知道能量量子化的含义和能级的概念。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二 电磁波与电磁波谱
知识点一 电磁场
知识点三 波粒二象性 能量量子化
知识点一 电磁场
如图所示的实验演示了电磁波的发射和接收，通过此实验证实了什么问题？
提示 验证了麦克斯韦电磁场理论。
1.麦克斯韦的电磁场理论
(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场
麦克斯韦认为，磁场随时间变化快，产生的电场____；磁场随时间的变化不均匀时，产生____________；稳定的磁场周围____________ (如图甲所示)。
强
变化的电场
不产生电场
变化的磁场能够产生电场(B增大时的情形)
甲
(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场
麦克斯韦认为，若电场随时间变化快，则产生的磁场____；若电场随时间的变化不均匀，则会产生____________。____________周围不产生磁场(如图乙所示)。
强
变化的磁场
稳定的电场
变化的电场能够产生磁场(E增大时的情形)
乙
2.电磁场
如果在空间某区域有随时间不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生变化的______；这个变化的______又在它周围空间引起变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场。
磁场
磁场
【思考】
1.恒定的磁场能否产生电场？
提示 不能。
2.假设空间存在非均匀变化的磁场，试分析由它所产生的激发情况。
提示
D
例1 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
解析 根据麦克斯韦电磁场理论可知，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；周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，D正确。
理解麦克斯韦的电磁场理论的关键
掌握四个关键词：“恒定的”“均匀变化的”“不均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”，这些都是对时间来说的，是时间的函数。
训练1 (多选)下列关于磁场产生电场的图像中，符合麦克斯韦的电磁场理论的是( )
BC
解析 选项A中，图像描述的磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，在其周围空间不会产生电场，A错误；选项B中，图像描述的磁场是均匀变化的，则其周围空间会产生恒定的电场，B正确；选项C中，图像描述的磁场是按正弦规律变化的，则其周围空间会产生同频率周期性变化的电场，且电场强度的大小与磁感应强度的变化率成正比，C正确；同理可知，D错误。
知识点二 电磁波与电磁波谱
有时医护人员会采用红外体温计测量体温，测量时并不需要和身体接触。你知道这是为什么吗？
提示 人体辐射红外线。体温越高，辐射的红外线越强。根据这个原理，红外体温计不与身体接触也可以测体温。
1.电磁波
(1)电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。如图所示。
(2)电磁波的特点
①电磁波可以在真空中传播。
②电磁波的传播速度等于______。
③光在本质上是一种________。即光是以______形式传播的一种电磁振动。
(3)电磁波的波速
①电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝______。
②电磁波在真空中的传播速度c＝________________________。
光速
电磁波
波动
λf
3.0×108 m/s
2.电磁波谱
(1)概念：按电磁波的______或______大小的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。
(2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：__________、红外线、________、________、X射线、γ射线。
波长
频率
无线电波
可见光
紫外线
(3)不同电磁波的特性和用途
种类 波长范围 特性 应用
无线电波 大于1 mm 波动能力强 通信、广播、射电望远镜
红外线 700～106 nm 热作用强 烘干、红外遥感、测温、夜视仪
可见光 400～700 nm 感光性强 照明、照相
紫外线 10～400 nm 化学作用、荧光作用 消毒、荧光效应、促使人体合成维生素D
种类 波长范围 特性 应用
X射线 0.001～10 nm 较强的穿透能力 透视人体、检查金属零件的质量
γ射线 小于10－3 nm 穿透能力最强 医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷
3.电磁波的应用
一是利用电磁波__________，二是利用电磁波的______。
传递信息
能量
【思考】
1.电磁波的波速、波长和频率的关系是怎样的？
提示 c＝λf。
2.真空中电磁波的传播速度为多大？
提示 与光速相同，约为3×108 m/s。
3.判断正误。
①变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场。( )
②麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在。( )
③电磁波依赖于介质才能传播。( )
④无线电波、红外线、可见光、紫外线都属于电磁波。( )
×
√
×
√
角度1 对电磁波的理解
例2 (多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A.电磁波需要通过介质传播，它们由一种介质进入另一种介质时频率不变
B.根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直
C.发射的无线电波在传播过程中频率不变
D.雷达发射的是直线性能好、反射性能强的超声波
BC
解析 电磁波的传播不需要通过介质，由一种介质进入另一种介质时频率不变，故A错误；根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，故B正确；发射的无线电波无论在什么介质中传播，频率均不变，而传播速度可能变化，故C正确；雷达发射的是直线性能好、反射性能强的微波，故D错误。
训练2 电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为( )
A.2.70 m B.270 m C.3.00 m D.3.33 m
D
D
角度2 对电磁波谱的认识
例3 关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是( )
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是X射线
D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光
解析 X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有很高的穿透本领，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波中频率最大的是γ射线，C错误；紫外线和X射线都具有明显的化学效应，可以使感光底片感光，D正确。
电磁波的特点和应用
我们不仅要牢记电磁波谱中的不同的电磁波(如红外线、紫外线、X射线、γ射线)的特点和应用，还要记住电磁波谱中波长、频率的变化规律，如频率越高，波长越短，穿透性越强；频率越低，波长越长，穿透性越弱。
D
训练3 关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A.红外体温计的工作原理是人的体温越高，发射的红外线越强，有时物体温度较低，不发射红外线，导致无法使用
B.紫外线的频率比可见光低，医学中常用于杀菌消毒，长时间照射人体可能损害健康
C.卫星通信、电视等的信号传输一般用长波
D.手机通信使用的是无线电波，其波长较长
知识点三 波粒二象性 能量量子化
1.波粒二象性
(1)古人对光的本性的认识
①在17世纪，牛顿主张______说，即光是很小的高速运动的粒子流。
②惠更斯认为光是一种波，光的干涉和衍射现象说明光是一种波。
③麦克斯韦进一步说明光是一种________。
④光电效应等现象证明光具有________，爱因斯坦为了解释光电效应，提出光子说。
微粒
电磁波
粒子性
(2)光子说
爱因斯坦认为，在空间传播的光是不______的，而是一份一份的，每一份叫作一个光量子，简称______。
(3)波粒二象性
①光的波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性，可以说光既是________，也是光子流，它是具有“波粒二象性”的________物质。
连续
光子
电磁波
电磁性
②光子的特性
光子的静止质量为零，也不带电，它只能以光速运动，它是一份一份的，但它具有______和频率。
③实物粒子的波粒二象性
实验证明电子、质子等实物粒子同样具有______性。宏观物体的波动性我们检测不到。
波长
波动
2.能量量子化
(1)能级：微观世界中“能量是一份一份的、不连续的”观念也适用于原子系统,原子的能量是________的。这些不连续的、________的能量值称为能级。
(2)能级跃迁：通常情况下，原子处于能量最低的状态(称为基态)，这是最______的状态。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会______地向能量较低的能级______，放出光子。原子从高能态向低能态______时放出的光子的能量，等于前后两个能级______。
量子化
量子化
稳定
自发
跃迁
跃迁
之差
(3)氢原子的能级图，如图所示。
【思考】
1.光同时具有波粒二象性吗？还是有的光具有波动性，有的光具有粒子性？
提示 光同时具有波动性和粒子性，只是有的情况下波动性更明显，有的情况下粒子性更明显而已。
2.原子处于什么能级时是稳定的？能级之间跃迁有哪些途径？
提示 基态；吸收或放出光子。
CD
例4 (多选)原子的能量量子化现象是指( )
A.原子的能量是不可改变的
B.原子的能量与电子的轨道无关
C.原子的能量状态是不连续的
D.原子具有分立的能级
解析 电子绕核运动的轨道半径是不连续的，与之对应的原子的能量是不连续的，只能取一系列不连续的特定值，故C、D正确。
训练4 一个氢原子从较高能级跃迁到较低能级。该氢原子( )
A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少
C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少
解析 由原子的能级跃迁规律知，氢原子从高能级跃迁到低能级时，辐射一定频率的光子，氢原子能量减少，光子的能量由这两个能级的能量差决定，故B正确。
B
A
例5 光具有波粒二象性，干涉和衍射现象表明光具有( )
A.波动性 B.粒子性
C.偏振性 D.波粒二象性
解析 光具有波粒二象性，干涉和衍射现象表明光具有波动性，故A正确。
随堂对点自测
2
C
1.(电磁场)在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的电场的是( )
解析 A中磁场不变，不会产生电场，故A错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误；C中磁场随时间均匀变化，会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随时间非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误。
CD
2.(电磁波)(多选)下列关于磁场、电场及电磁波的说法中正确的是( )
A.均匀变化的磁场在周围空间产生均匀变化的电场
B.只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
C.赫兹通过实验证实了电磁波的存在
D.只有空间某个区域有振荡变化的电场或磁场，才能产生电磁波
解析 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，故选项A错误；均匀变化的电场或磁场只能产生恒定的磁场或电场，不会产生电磁波，故选项B错误；电磁波最早由麦克斯韦预测，由赫兹通过实验证实，故选项C正确；电磁波产生可以由振荡变化的电场或磁场发出，故选项D正确。
A
3.(电磁波谱)各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序为( )
A.γ射线、紫外线、可见光、红外线
B.γ射线、红外线、紫外线、可见光
C.紫外线、可见光、红外线、γ射线
D.红外线、可见光、紫外线、γ射线
解析 在电磁波谱中，各种电磁波按照频率从小到大的排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，故A正确。
CD
4.(能量量子化)(多选)下列说法正确的是( )
A.原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B.原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C.原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差
D.由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的光谱只有一些分立的亮线
解析 原子的能量是量子化的，故A错误；原子从高能级会自发地向低能级跃迁，向外放出光子，且光子的能量由两能级的能量差决定，故B错误，C正确；由于能级的分立性，放出的光子的能量也是分立的，故D正确。
课后巩固训练
3
D
题组一 电磁场
1.下列说法中正确的是( )
A.变化的磁场不能产生电场 B.变化的电场不能产生磁场
C.麦克斯韦证实了电磁波的存在 D.电磁波能在真空中传播
解析 变化的磁场周围会产生电场，变化的电场周围会产生磁场，故A、B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故C错误；电磁波可以在真空、固体、液体、气体中传播，故D正确。
基础对点练
C
2.磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如图所示，其中能产生电场的磁场和能产生持续电磁波的磁场分别为( )
A.②③④、③④ B.①③④、③④ C.②③④、②④ D.①③④、②④
解析 根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，故②③④都可以产生电场；周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，从而产生电磁波，故只有②④可以产生电磁波，故C正确。
D
题组二 电磁波与电磁波谱
3.关于电磁波，下列说法中正确的是( )
A.变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场
B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，法拉第最先用实验证实了电磁波的存在
C.电磁波和机械波都依赖于介质才能传播
D.各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同
解析 均匀变化的电场能够产生稳定的磁场，故A错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证明了电磁波的存在，故B错误；电磁波的传播不需要介质，机械波的传播需要介质，故C错误；各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同，均为光速，故D正确。
D
4.5G网络的传输速率(指单位时间传输的数据量大小)可达20 Gbps。关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是( )
A.在真空中的传播速度更快
B.在真空中的波长更长
C.在真空中的波长与4G网络使用的无线电波相同
D.频率更高，相同时间传递的信息量更大
解析 无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，与频率没有关系，A错误；由c＝λf，知频率变大，波长变短，B、C错误；无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越大，D正确。
B
5.某卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车。这种遥感照相机敏感的电磁波属于( )
A.可见光波段 B.红外波段 C.紫外波段 D.X射线波段
解析 所有的物体都能发出红外线，卫星上装的遥感照相机，实际上是红外线探测器，敏感的电磁波属于红外波段，故B项正确。
B
6.以下关于电磁波的说法不正确的是( )
A.无线电通信利用的是电磁波 B.医院B超发出的超声波是电磁波
C.遥控器发出的红外线是电磁波 D.透视使用的X射线是电磁波
解析 无线电通信用的是无线电波，它是电磁波，A正确；超声波是声波，不是电磁波，B错误；遥控器发出的红外线是电磁波，C正确；X射线也是电磁波，D正确。
AD
题组三 波粒二象性 能量量子化
7.(多选)关于“能量量子化”，下列说法正确的是( )
A.认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的
B.认为能量值是连续的
C.认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
D.认为微观粒子的能量是分立的
解析 普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的、不连续的，故A、D正确，B、C错误。
B
8.下列有关光子的说法不正确的是( )
A.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子
B.光子是具有质量、能量和体积的实物微粒
C.光子的能量跟它的频率有关
D.紫光光子的能量比红光光子的能量大
解析 光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫作一个光子，A正确；光子没有静止质量，也没有具体的体积，B错误；根据ε＝hν可知光子的能量与光子的频率有关，紫光的频率大于红光的频率，所以紫光光子的能量比红光光子的能量大，C、D正确。
D
9.关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是( )
A.麦克斯韦首先预言并证明了电磁波的存在
B.电磁波是机械波
C.使用空间波来传播信息时主要是应用无线电波波长大、衍射现象明显，可以绕过地面上的障碍物的特点
D.频率为750 kHz的电磁波在真空中传播时，其波长为400 m
综合提升练
D
10.下列说法正确的是( )
A.根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场周围存在变化的磁场
B.红外线遥感技术是利用红外线的化学作用
C.在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线比红外线的热效应显著
D.工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力
解析 根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场周围存在磁场，不一定是变化的磁场，选项A错误；红外线遥感技术是利用红外线的热效应，选项B错误；在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线具有杀菌的化学作用，选项C错误；工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力，选项D正确。
B
11.如图所示是中国天眼FAST－500 m口径球面射电望远镜，其主要工作波长在分米到米的范围，则天眼接收的电磁波的频率区间为( )
A.106 Hz～107 Hz B.108 Hz～109 Hz
C.1010 Hz～1011 Hz D.1012 Hz～1013 Hz
A
12.某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，而激光器t时间内发射的光子数为( )
B
13.能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J，已知可见光的平均波长为0.6 μm，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，恰能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为( )
A.1个 B.3个 C.30个 D.300个
14.雷达是一种利用电磁波来测定物体位置和速度的设备，它可以向一定方向发射电磁波脉冲，当电磁波遇到障碍物时会发生反射。雷达在发射和接收到反射回来的电磁波脉冲时，在监视屏上将对应呈现出一个尖形波。某防空雷达发现一架飞机正沿飞机与雷达的连线朝雷达匀速飞来。某时刻在雷达监视屏上显示的波形如图1所示，经过201 s后雷达向飞机发射和接收到的波形如图2所示，已知雷达监视屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为1×10－4 s，电磁波的速度为3×108 m/s，则该飞机的飞行速度大小约为( )
A.400 m/s B.75 m/s
C.200 m/s D.150 m/s
D
培优加强练
15.40瓦的白炽灯，有5%的能量转化为可见光。设所发射的可见光的平均波长为580 nm，那么该白炽灯每秒辐射的光子数为多少(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s)
答案 5.8×1018个第4节 电磁波的发现及其应用
第5节 微观世界的量子化
(分值:100分)
选择题1~14题,每小题6分,共84分。
基础对点练
题组一 电磁场
1.下列说法中正确的是 ( )
变化的磁场不能产生电场
变化的电场不能产生磁场
麦克斯韦证实了电磁波的存在
电磁波能在真空中传播
2.磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如图所示,其中能产生电场的磁场和能产生持续电磁波的磁场分别为 ( )
②③④、③④ ①③④、③④
②③④、②④ ①③④、②④
题组二 电磁波与电磁波谱
3.关于电磁波,下列说法中正确的是 ( )
变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场
麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,法拉第最先用实验证实了电磁波的存在
电磁波和机械波都依赖于介质才能传播
各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同
4.5G网络的传输速率(指单位时间传输的数据量大小)可达20 Gbps。关于5G网络使用的无线电波,下列说法正确的是 ( )
在真空中的传播速度更快
在真空中的波长更长
在真空中的波长与4G网络使用的无线电波相同
频率更高,相同时间传递的信息量更大
5.某卫星上装有某种遥感照相机,可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车。这种遥感照相机敏感的电磁波属于 ( )
可见光波段 红外波段
紫外波段 X射线波段
6.以下关于电磁波的说法不正确的是 ( )
无线电通信利用的是电磁波
医院B超发出的超声波是电磁波
遥控器发出的红外线是电磁波
透视使用的X射线是电磁波
题组三 波粒二象性 能量量子化
7.(多选)关于“能量量子化”,下列说法正确的是 ( )
认为带电微粒辐射或吸收能量时,是一份一份的
认为能量值是连续的
认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
认为微观粒子的能量是分立的
8.下列有关光子的说法不正确的是 ( )
在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫一个光子
光子是具有质量、能量和体积的实物微粒
光子的能量跟它的频率有关
紫光光子的能量比红光光子的能量大
综合提升练
9.关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是 ( )
麦克斯韦首先预言并证明了电磁波的存在
电磁波是机械波
使用空间波来传播信息时主要是应用无线电波波长大、衍射现象明显,可以绕过地面上的障碍物的特点
频率为750 kHz的电磁波在真空中传播时,其波长为400 m
10.下列说法正确的是 ( )
根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场周围存在变化的磁场
红外线遥感技术是利用红外线的化学作用
在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒,是因为紫外线比红外线的热效应显著
工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力
11.如图所示是中国天眼FAST-500 m口径球面射电望远镜,其主要工作波长在分米到米的范围,则天眼接收的电磁波的频率区间为 ( )
106 Hz~107 Hz 108 Hz~109 Hz
1010 Hz~1011 Hz 1012 Hz~1013 Hz
12.某激光器能发射波长为λ的激光,发射功率为P,c表示光速,h为普朗克常量,而激光器t时间内发射的光子数为 ( )
λPhct
13.能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10-18 J,已知可见光的平均波长为0.6 μm,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,恰能引起人眼的感觉,进入人眼的光子数至少为 ( )
1个 3个
30个 300个
14.雷达是一种利用电磁波来测定物体位置和速度的设备,它可以向一定方向发射电磁波脉冲,当电磁波遇到障碍物时会发生反射。雷达在发射和接收到反射回来的电磁波脉冲时,在监视屏上将对应呈现出一个尖形波。某防空雷达发现一架飞机正沿飞机与雷达的连线朝雷达匀速飞来。某时刻在雷达监视屏上显示的波形如图1所示,经过201 s后雷达向飞机发射和接收到的波形如图2所示,已知雷达监视屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为1×10-4 s,电磁波的速度为3×108 m/s,则该飞机的飞行速度大小约为 ( )
400 m/s 75 m/s
200 m/s 150 m/s
培优加强练
15.(16分)40瓦的白炽灯,有5%的能量转化为可见光。设所发射的可见光的平均波长为580 nm,那么该白炽灯每秒辐射的光子数为多少(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s)
第4节 电磁波的发现及其应用
第5节 微观世界的量子化
1.D [变化的磁场周围会产生电场，变化的电场周围会产生磁场，故A、B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故C错误；电磁波可以在真空、固体、液体、气体中传播，故D正确。]
2.C [根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，故②③④都可以产生电场；周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，从而产生电磁波，故只有②④可以产生电磁波，故C正确。]
3.D [均匀变化的电场能够产生稳定的磁场，故A错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证明了电磁波的存在，故B错误；电磁波的传播不需要介质，机械波的传播需要介质，故C错误；各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同，均为光速，故D正确。]
4.D [无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，与频率没有关系，A错误；由c＝λf，知频率变大，波长变短，B、C错误；无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越大，D正确。]
5.B [所有的物体都能发出红外线，卫星上装的遥感照相机，实际上是红外线探测器，敏感的电磁波属于红外波段，故B项正确。]
6.B [无线电通信用的是无线电波，它是电磁波，A正确；超声波是声波，不是电磁波，B错误；遥控器发出的红外线是电磁波，C正确；X射线也是电磁波，D正确。]
7.AD [普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的、不连续的，故A、D正确，B、C错误。]
8.B [光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫作一个光子，A正确；光子没有静止质量，也没有具体的体积，B错误；根据ε＝hν可知光子的能量与光子的频率有关，紫光的频率大于红光的频率，所以紫光光子的能量比红光光子的能量大，C、D正确。]
9.D [麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹首先证明了电磁波的存在，故A错误；电磁波不是机械波，故B错误；使用空间波来传播信息主要是应用了微波波长短、频率高的特点，故C错误；根据公式c＝λf可得λ＝＝ m＝400 m，故D正确。]
10.D [根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场周围存在磁场，不一定是变化的磁场，选项A错误；红外线遥感技术是利用红外线的热效应，选项B错误；在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线具有杀菌的化学作用，选项C错误；工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力，选项D正确。]
11.B [由电磁波的波速公式c＝λf可知，电磁波的频率f＝，由题可知，天眼主要工作波长在分米到米的范围，电磁波的波速c＝3.0×108 m/s，故接收的电磁波的频率区间为108 Hz～109 Hz，B正确。]
12.A [每个光子的能量ε＝hν＝，t时间内发光的总能量为Pt，则n＝＝，故A正确。]
13.B [每个光子的能量为ε＝h，能引起人的眼睛视觉效应的最小能量E为10－18 J，由E＝nε得能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为n＝＝＝个＝3个，故B正确。]
14.D [已知雷达监视屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为10－4 s，从题图1可以看出两次时间间隔为4个刻度线，即t＝4×10－4 s，电磁波的波速c＝3.0×108 m/s，则刚开始雷达与飞机之间的距离s1＝＝6×104 m，同理可得201 s后雷达与飞机之间的距离s2＝3×104 m，故201 s内飞机飞行距离Δs＝s1－s2＝3×104 m，则飞机的飞行速度v＝≈149 m/s，D正确。]
15.5.8×1018个
解析 波长为λ的光子能量为ε＝hν＝h
设白炽灯每秒辐射的光子数为n，白炽灯的电功率为P，则
n＝，式中η＝5%是白炽灯的发光效率，联立解得n＝
代入题给数据得n≈5.8×1018个。
