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 电磁场与电磁波精品学案

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4.2 电磁场与电磁波
基础知识梳理

一、电磁场
1．变化的磁场产生电场
(1)实验基础：如图，在变化的磁场中放一个 电路，电路里就会产生 ．

(2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的 产生了 ，电场促使导体中的 做定向运动．
(3)实质：变化的 产生了 ．
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 ．
二、电磁波
1．电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成 ．
2．电磁波的特点：
(1)电磁波在空间传播不需要 ；
(2)电磁波是 ：电磁波中的电场强度与磁感应强度互相 ，而且二者均与波的传播方向 ，因此电磁波是 ．
(3)电磁波的波长、频率、波速的关系： ，在真空中，电磁波的速度 .
(4)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象．
3．电磁波具有能量
电磁场的转换就是电场能量与 的转换，电磁波的发射过程是辐射能量的过程，传播过程是 传播的过程．
典型例题分析

考点：电磁场理论与电磁波的发现
【例1】麦克斯韦电磁场理论告诉我们（　　）
A．任何电场周围都要产生磁场
B．任何变化的电场都要在周围空间产生变化的磁场
C．周期性变化的电场要在周围空间产生周期性变化的磁场
D．只要有变化的磁场，就会产生变化的电场
【变式练习】
1．根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（　　）
A．电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
B．变化的电场周围一定产生变化的磁场
C．变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场
D．所有电磁波的频率相同
2．下列关于麦克斯韦的电磁场理论，说法正确的是（    ）
A．在电场周围空间一定存在磁场 B．变化的磁场产生变化的电场
C．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场 D．振荡的磁场产生振荡的电场
【例2】英国物理学家麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。应用麦克斯韦的电磁场理论判断，如图表示四种电场随时间变化的图像中，能产生恒定的磁场的是（　　）
A． B．
C． D．
【变式练习】
1．某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示，不能产生磁场的电场是（　　）
A． B．
C． D．
2．电磁波的发现和使用带来了通信技术的发展。在以下磁感应强度B随时间t变化的磁场中，能产生电磁波的是（　　）
A． B．
C． D．
方法探究

一、电磁场
对麦克斯韦电磁场理论的理解
(1)变化的磁场产生电场
①均匀变化的磁场产生恒定的电场．
②非均匀变化的磁场产生变化的电场．
③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场．
(2)变化的电场产生磁场
①均匀变化的电场产生恒定的磁场．
②非均匀变化的电场产生变化的磁场．
③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场．
二、电磁波与机械波的比较
名称
项目　
机械波
电磁波
研究对象
力学现象
电磁现象
周期性
位移随时间和空间做周期性变化
电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化
传播情况
传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关
传播无需介质，在真空中波速等于光速c，在介质中传播时，波速与介质和频率都有关
产生机理
由质点(波源)的振动产生
由电磁振荡激发
波的特点
横波或纵波
横波
干涉和衍射
可以发生干涉和衍射
课后小练

一、单选题
1．关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是（　　）
A．电场一定产生磁场 B．磁场一定产生电场
C．均匀变化的磁场产生均匀变化的电场 D．变化的电场产生磁场
2．某电路中电场随时间变化的图像有如图所示几种情况，能激发电磁波的电场是（　　）
A． B．
C． D．
3．关于电磁波的论述，错误的是（　　）
A．在电磁波中，变化的电场和变化的磁场总是交替产生的
B．电磁波又叫无线电波
C．电磁波的传播不需要任何介质
D．电磁波的传播过程就是电磁场能量的传播过程
4．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磁场
B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，并且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以不同的速度来传播
5．如图甲、乙、丙、丁所示，下列选项中相关描述及判定正确的是（　　）

A．图甲中表示条形磁铁的磁感线从N极出发，到S极终止
B．图乙中导线通电后，其正下方小磁针的N极向纸面外转动
C．图丙中卡文迪许通过扭秤实验总结出了电荷之间相互作用的规律
D．图丁中变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，电磁波就是这样形成的
6．许多科学家在物理学发展中做出了重要贡献，下列有关物理学家的贡献，错误的是（　　）
A．安培提出了分子电流假说，能够解释一些磁现象
B．奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电现象和磁现象间的某种联系
C．麦克斯韦提出周期性变化的电磁和磁场可以形成电磁波，并提出光就是电磁波的假设
D．洛仑兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论
7．下列选项关于甲、乙、丙、丁四幅图的说法正确的是（  ）

A．库仑利用图甲的实验装置测出了万有引力常量
B．奥斯特利用图乙的实验，发现了“磁生电”现象
C．法拉第通过图丙的实验线圈，发现了电磁感应现象
D．麦克斯韦通过图丁的实验捕捉到了电磁波，并证实了自己关于“电磁波”的预言
8．如图甲所示，在变化的磁场中放置一个闭合电路，电路里产生了感应电流；如图乙所示，空间存在变化的磁场，其周围产生感应电场，下列说法正确的是（　　）

A．甲、乙两图一定能持续产生电磁波
B．对甲图，从上向下看，电子在回路中沿顺时针方向运动
C．闭合电路只是检验变化的磁场产生电场，即使没有闭合电路空间仍能产生电场
D．变化的电场周围产生磁场，与闭合电路是否存在有关
二、多选题
9．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
D．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
10．电磁波已广泛应用在很多领域。下列关于电磁波的说法正确的是（　　）
A．在电磁波的可见光区，紫光的折射率比红光更大
B．电磁波不能产生偏振现象
C．麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出磁场，空间将产生电磁波
D．赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论
11．如图所示是我国500m口径球面射电望远镜（FAST）它可以通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。截止到去年11月，它已经发现的脉冲星超过240颗，我国也因此成为世上发现脉冲星数量最多的国家。下列关于电磁波的说法正确的是（　　）

A．频率越高的电磁波，波长越短
B．电磁波在任何介质中传播速度均为3×108m/s
C．赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论
D．均匀变化的电场激发变化的磁场，空间将产生电磁波
三、实验题
12．某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光：调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：

（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可__________；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
（2）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ=_________；
（3）某次测量时，选用的双缝的间距为0．300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为______________nm（结果保留3位有效数字）。
四、解答题
13．我们平时可能会有这样的经历：雷雨天在家收听广播节目时，我们会先听到收音机里发出“咔嚓、咔嚓……”的声音，然后才听到雷声。
（1）打雷时收音机为什么会发出“咔嚓”的声音？
（2）为什么会先听到收音机里的“咔嚓”声，然后才听到雷声？
14．若某种电磁波在真空中的频率为，试回答下列问题：
(1)该电磁波的波长为多少？（电磁波在真空中的传播速度为）
(2)该电磁波属于哪个波段？（红外线波长范围为，紫外线的波长范围为5~370nm）
(3)现代科技可以使电磁波在特定介质中的传播速度大大减小。当频率为的电磁波以900m/s的速度传播时，电磁波的波长变为多少？