第1节 电磁波的海洋
课堂·互动理解
一、正确理解电磁波的产生与传播
1.类比水波、声波理解电磁波的产生。
| 项目 | 产生的原因 | 波的形成 |
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| 水波 | 水面的振动 | 通过水使振动向外传播，形成水波 |
| 声波 | 发声体的振动 | 通过介质使振动向外传播，形成声波 |
| 电磁波 | 导线中迅速变化的电流 | 导线中迅速变化的电流在空间激起(产生)电磁波 |
2.正确理解电磁波的传播。
(1)电磁波可用波长、频率和波速来描述。
| 波长 | 邻近的两个波峰(或波谷)的距离，单位是米 |
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| 频率 | 电磁波的频率的单位是赫兹(Hz)，常用的单位还有千赫(kHz)、兆赫(MHz)等 |
| 波速 | 电磁波在真空中的传播速度 $ c=3×10^8 \ \mathrm{m/s} $ |
| 三者关系 | 在电磁波的波速一定的条件下，频率越高，波长越短；频率越低，波长越长 |
(2)电磁波与声波不同，声波不能在真空中传播，而电磁波可以在真空中传播，即电磁波的传播不需要介质。所以，在太空中，航天员可以用电磁波来通信。
(3)根据电磁波的传播速度 $ c $ 和 $ s=\frac{1}{2}ct $，可以利用电磁波进行测距，需要注意的是，$ t $ 是测距仪发出的电磁波经目标反射后回到仪器时又被探测到的往返时间。
(4)根据电磁波的传播速度 $ c $ 和 $ t=\frac{s}{v} $ 可以计算电磁波传播的时间。
跟踪训练1 太空授课开创了我国载人航天科普的新形式，在广大青少年心中播下了热爱航天、热爱科学的种子，点燃了他们仰望星空的太空梦想。
(1)在授课过程中，同学们可以与航天员通过（选填“声波”或“电磁波”）进行视频交流。
(2)已知中国空间站距离地面的高度约为400 km，同学们提出问题后，至少要等多长时间才能听到航天员的回答？

(1) 电磁波
(2) 解：问题信号从地面传到空间站，回答信号再从空间站传回地面，电磁波传播的总路程 $ s=2×400\ \mathrm{km}=8×10^5\ \mathrm{m} $，根据 $ v=\frac{s}{t} $ 可得，所需时间 $ t=\frac{s}{c}=\frac{8×10^5\ \mathrm{m}}{3×10^8\ \mathrm{m/s}}\approx2.67×10^{-3}\ \mathrm{s} $

【分析】
第(1)问需明确太空是真空环境，声波传播需要介质，无法在真空中传播，而电磁波传播不需要介质，可在真空中传播，据此判断通信方式；第(2)问为电磁波测距问题，要注意信号往返的总路程是空间站高度的2倍，再利用速度公式变形计算时间，需统一单位后代入数值运算。
【解析】
(1) 太空属于真空环境，声波的传播必须依赖介质，无法在真空中传播；电磁波的传播不需要介质，能在真空中传播，因此同学们与航天员的视频交流通过电磁波进行。
(2) 问题信号从地面传到空间站，回答信号再从空间站传回地面，电磁波传播的总路程为：
$s = 2×400\ \mathrm{km} = 2×4×10^5\ \mathrm{m} = 8×10^5\ \mathrm{m}$
电磁波在真空中的传播速度 $c = 3×10^8\ \mathrm{m/s}$，根据速度公式 $v = \frac{s}{t}$，变形可得所需时间：
$t = \frac{s}{c} = \frac{8×10^5\ \mathrm{m}}{3×10^8\ \mathrm{m/s}} \approx 2.67×10^{-3}\ \mathrm{s}$
【答案】
(1) 电磁波；(2) 约$2.67×10^{-3}\ \mathrm{s}$
【知识点】
电磁波的传播、速度公式应用、电磁波测距
【点评】
本题结合太空授课的实际场景，考查电磁波的传播特性及速度公式的应用，解题核心是明确电磁波测距时的往返路程，避免误用单程距离，属于基础应用类题目，侧重知识的实际运用。
【难度系数】
0.6