高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第四章 电磁振荡与电磁波2 电磁场与电磁波学案

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册

 4.2 电磁场与电磁波 学案

学习目标

1、了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想。

2、知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。

3、了解电磁波的特点。

4、知道赫兹实验及其重要意义。

重点难点

1、理解麦克斯韦电磁理论，了解电磁波的形成和电磁波的特点。（重点）

2、麦克斯韦电磁理论的理解。（难点）

自主探究

一、电磁场

1、变化的磁场产生电场

（1）实验基础：如图1所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。

图1

（2）麦克斯韦的见解：电路里感应电流的产生，一定是变化的磁场产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。

（3）实质：变化的磁场产生电场。

2、变化的电场产生磁场

麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场。

二、电磁波

1、电磁波的产生：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，形成电磁波。

2、电磁波是横波：根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。

3、电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本质，他预言电磁波的速度等于光速。

4、赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。

探究思考

一、对麦克斯韦电磁场理论的理解

1、电磁场的产生

如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。

2、对麦克斯韦电磁场理论的理解

注：①振荡电场、磁场即周期性变化的电场、磁场。

②变化的磁场产生电场，但不能说变化的磁场产生变化的电场，同理变化的电场产生磁场，但不能说变化的电场产生变化的磁场。

【典例一】1、根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是(   )

A.周期性变化的电场周围一定产生同频率周期性变化的磁场

B.变化的电场一定产生变化的磁场

C.恒定的电场一定产生恒定的磁场

D.均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场

解题思路：周期性变化的电场周围一定产生同频率周期性变化的磁场，A正确;均匀变化的电场产生恒定的磁场，B、D错误;恒定的电场不会产生磁场，C错误

答案：A

二、电磁波与机械波的比较

1、电磁波特点

（1）电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。在真空中不同频率的电磁波传播速度是相同的（都等于光速c）。

（2）不同频率的电磁波，在同种介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。

（3）中，f是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC振荡电路的频率：，改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长。

2、电磁波与机械波的比较

【典例二】2、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与电磁波的频率有关

B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波

C.电磁波在传播过程中可以发生干涉、衍射，但不能发生反射和折射

D.电磁波的传播需要介质

解题思路：电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光速，与电磁波的频率无关，选项A错误;周期性变化的电场和磁场可以相互激发，并由近及远向周围传播，形成电磁波，选项B正确;电磁波在传播过程中可以发生干涉、衍射，也可以发生反射和折射，选项C错误;电磁波可以在真空中传播，不需要介质，选项D错误

答案： B

随堂训练

1、用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场产生的磁场(或磁场产生的电场)随时间t的变化规律，其中错误的是(   )

A.                      B.
C.                       D.

答案：C

2、关于电磁波的传播速度，下列说法正确的是(   )

A.电磁波的频率越高，传播速度越大
B.电磁波的波长越长，传播速度越大
C.电磁波的能量越大，传播速度越大
D.所有电磁波在真空中的传播速度都相等

答案：D

3、关于电磁场理论，下列叙述不正确的是(   )

A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C.变化的电场和变化的磁场相互关联，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：D

4、下列关于机械波和电磁波的说法中正确的是(   )

A.电磁波和机械波都能产生干涉、衍射和多普勒效应

B.波源停止振动，机械波立即停止传播，电磁波能继续传播

C.机械波和电磁波由一种介质进入另一种介质传播时，波速保持不变

D.机械波和电磁波由一种介质进入另一种介质传播时，波长保持不变

答案：A