第14讲 电磁场与电磁波（原卷版）-高二物理同步精品讲义（人教版选择性必修第二册）

第14讲  电磁场与电磁波

知识点01 电磁场

1．变化的磁场产生电场

(1)实验基础：如图所示，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．

(2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动．

(3)实质：变化的磁场产生了电场．

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．

【知识拓展1】

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．

【即学即练1】麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦这一阶段中最伟大的理论物理学家，他的科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命来临时才充分体现出来，下列关于麦克斯韦的理论，正确的是（　　）

A．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场

B．光是以波动形式传播的一种电磁振动

C．水波、声波和电磁波都能在真空中传播

D．当电场和磁场同时存在空间某一区域时，就会形成电磁波

知识点02  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，形成电磁波．

2．电磁波的特点：

(1)电磁波在空间传播不需要介质；

(2)电磁波是横波：电磁波中的电场强度与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)电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108 m/s.

(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磁场能量的转换，电磁波的发射过程是辐射能量的过程，传播过程是能量传播的过程．

【知识拓展2】

电磁波与机械波的比较

【即学即练2】下列说法正确的是（　　）

A．磁场中某一点的磁感应强度等于一小段通电导线放在该点时受到的磁场力F与该导线的长度1、通过的电流I乘积的比值，即

B．环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置。若将金属软弹簧沿半径向外拉，使其面积增大，则穿过金属软弹簧所包围面积的磁通量将增大

C．把带电体和永磁体放在一起，就可以在其周围空间产生电磁波

D．均匀带负电的塑料圆环绕垂直于圆环平面且过圆心的轴旋转，在环的圆心处有一闭合小线圈，小线圈和圆环在同一平面， 当圆环在做变速转动时，小线圈内一定有感应电流

考法01  电磁场

【典例1】根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是（　　）

A．变化的磁场会激发电场，这种电场与静电场相同，其电场线不是闭合曲线

B．变化的电场会激发磁场，这种磁场与电流的磁场不同，其磁感线不是闭合曲线

C．均匀变化的电场激发变化的磁场，空间将产生电磁波

D．振荡的电场激发同频率的振荡的磁场，空间将产生电磁波

考法02  电磁波

【典例2】关于电磁波在真空中的传播速度，下列说法中正确的是（　　）

A．频率越高，传播速度越大

B．能量越大，传播速度越大

C．波长越长，传播速度越大

D．频率、波长、能量的强弱都不能影响电磁波的传播速度

题组A  基础过关练

1．物理学中发现电荷之间的相互作用规律、最早提出利用电场线描述电场、发现电流的热效应和用实验证实电磁场理论的依次是哪几位物理学家（　　）

A．牛顿、奥斯特、焦耳和赫兹 B．牛顿、法拉第、伏特和安培

C．库伦、奥斯特、伏特和安培 D．库仑、法拉第、焦耳和赫兹

2．下列几种波中不属于电磁波的是（　　）

A．B超检查身体时发出的超声波 B．微波炉加热食物时发出的微波

C．电视发射塔发出的无线电波 D．互联网光缆中传播的激光

3．关于电磁波，下列说法正确的是（　　）

A．手机放在一个真空玻璃罩中不能接收到信号，我们隔着玻璃罩看不到来电显示，没法听到来电音乐

B．手机放在一个真空玻璃罩中能接收到信号，我们隔着玻璃罩只能看到来电显示，没法听到来电音乐

C．载有信号的电磁波只能在真空中传播

D．电磁振荡停止后，其发射到空间的电磁波随即消失

4．如图所示是我国口径球面射电望远镜（FAST），它可以接收来自宇宙深处的电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　）

A．电磁波是纵波  B．麦克斯韦通过实验捕捉到电磁波

C．频率越高的电磁波，波长越长 D．电磁波可以传递信息和能量

5．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。以下不符合物理学历史的是（　　）

A．库仑在前人工作的基础上通过扭秤实验研究确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律

B．法拉第不仅提出了场的概念，而且他用电场线和磁感线形象地描述电场和磁场

C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，还揭示了电、磁、光现象的统一性，而且他通过实验进行了证实

D．惠更斯发现单摆做简谐运动的周期与摆长的二次方根成正比，与重力加速度的二次方根成反比

6．引力波是根据爱因斯坦的广义相对论作出的奇特预言之一，三位美国科学家因在引力波的研究中有决定性贡献而荣获诺贝尔奖，对于引力波概念的提出，可以通过这样的方法来理解：麦克斯韦认为，电荷周围有电场，当电荷加速运动时，会产生电磁波；爱因斯坦认为，物体周围存在引力波，当物体加速运动时，会辐射出引力波，爱因斯坦的观点的提出，采取了哪种研究方法（　　）

A．类比法 B．对比法 C．对称法 D．观察法

7．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法符合事实的是（　　）

A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论

B．查德威克用α粒子轰击获得反冲核，发现了中子

C．居里夫人发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构

D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型

8．关于电磁场理论，下列说法中正确的是（    ）

A．在电场的周围空间一定产生磁场

B．任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场

C．均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场

D．振荡电场的周围空间产生变化的振荡磁场

9．有关电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（　　）

A．麦克斯韦首先预言并证明了电磁波的存在

B．变化的电场一定产生变化的磁场

C．电磁波的传播速度总是3.0×10m/s

D．光也是一种电磁波

10．2020年我国将全面进入万物互联的商用网络新时代，即5G时代。所谓5G是指第五代通信技术，采用3300~5000MHz（1M=106）频段的无线电波。现行的第四代移动通信技术4G，其频段范围是1880~2635MHz。未来5G网络的传输速率（指单位时间传送的数据量大小）可达10Gbps（bps为bitspersecond的英文缩写，即比特率、比特/秒），是4G网络的50~100倍。下列说法正确的是（　　）

A．4G信号和5G信号都是纵波

B．4G信号更容易发生衍射现象

C．4G信号和5G信号相遇能产生稳定干涉现象

D．5G信号比4G信号在真空中的传播速度快

题组B  能力提升练

1．下列说法中正确的是（　　）

A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波

B．在闭合回路的内、外电路中，沿着电流方向电势都一定降低

C．实物和场是物质存在的不同形式，都是客观存在的

D．麦克斯韦根据电磁场理论，预言并证实了电磁波的存在

2．对于物理学家的成就与贡献的叙述，与物理学史实相符合的是（　　）

A．法拉第发现了电流的磁效应

B．奥斯特提出了著名的分子电流假说

C．麦克斯韦创建了电磁场理论，赫兹预言并用实验证实了电磁波的存在

D．普朗克最早提出能量量子化的概念

3．许多科学家对物理学的发展做出了巨大贡献，下列说法正确的是（　　）

A．库仑利用扭秤测出了静电力常量k的数值

B．麦克斯韦提出了电磁场统一理论并用实验证明了电磁波的存在

C．富兰克林通过油滴实验测定了电荷量e的数值

D．法拉第提出了场的概念并用电场线形象地描述电场

4．类比是一种有效的学习方法，通过类比，能较牢固地掌握新知识，提高学习效率。在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不正确的是（　　）

A．机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用

B．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象

C．机械波的传播依赖介质，而电磁波可以不依赖介质在真空中传播

D．机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波

5．电信网、广播电视网和互联网逐步整合成为统一的信息通信网络，这些信息都是通过电磁波来传递的。下列关于麦克斯韦的电磁场理论说法正确的是（　　）

A．变化的磁场产生的电场一定是变化的

B．不均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生不均匀变化的电场

C．稳定的磁场产生不稳定的电场

D．振荡的磁场在周围空间产生的电场是振荡的

6．关于机械波与电磁波，以下说法正确的是（　　）

A．公路上的超声波测速仪向迎面驶来的汽车发射一个已知频率的超声波，根据测速仪接收到的反射波频率变化的多少，就可知汽车运动的速度大小，其原理是波的多普勒效应

B．赫兹从理论上预言了电磁波的存在，麦克斯韦观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，麦克斯韦还测得电磁波在真空中具有与光相同的传播速度

C．机械波与电磁波的传播都需要介质

D．无论是机械波还是电磁波，只有当障碍物或孔的尺寸跟波的波长相等时，才能发生衍射

7．以下对物理学知识的相关描述中，正确的是（　　）

A．交警通过发射超声波来测量车速是利用了波的多普勒效应

B．根据麦克斯韦电磁场理论变化的电场周围一定会产生变化的磁场

C．对于受迫振动的物体，当驱动力的频率越大，越容易发生共振现象

D．5G的数据传输速率比4G大幅提升，由于5G信号比4G信号在真空中的传播速度快

8．如图所示是一个水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同。现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它获得一初速度，与此同时，有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环形小槽外径所在的区域，磁感应强度的大小跟时间成正比例增大，方向竖直向下。设小球在运动过程中电荷量不变，则（　　）

A．小球需要的向心力大小不变 B．小球需要的向心力大小不断增大

C．磁场力对小球做了功 D．小球受到的磁场力大小与时间成正比

9．手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示电磁感应式无线充电的原理与变压器类似，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈（原线圈）两端接上正弦式交变电压后，就会在邻近的受电线圈（副线圈）中产生感应电动势，最终实现为手机电池充电。则关于受电线圈（副线圈）中产生的感应电动势情况，下列说法正确的是（　　）

A．受电线圈（副线圈）中的感应电动势恒定不变

B．受电线圈（副线圈）中的感应电动势周期性变化

C．受电线圈（副线圈）中的感应电动势大小不变、极性不断变化

D．受电线圈（副线圈）中的感应电动势极性不变、大小不断变化

10．用绝缘工具将如图所示的带电的平行板电容器的两个极板间的距离缓慢均匀增大的过程中，在电容器周围空间（   ）

A．会产生变化的磁场 B．会产生稳定的磁场

C．不产生磁场 D．会产生周期性变化的磁场

题组C  培优拔尖练1．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

2．某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中正确的是（　　）

A．机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用

B．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象

C．机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播

D．机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波

3．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，与是否有闭合电路无关

B．周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场

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

4．用麦克斯韦的电磁场理论判断，图中表示电场（或磁场）产生磁场（或电场）的正确图像是（　　）

A． B．

C． D．

5．电磁波与声波比较，下列说法中正确的是（　　）

A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质

B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大

C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大

D．电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的，与频率无关

E.电磁波能产生干涉和衍射现象，声波不能

6．某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是（　　）

A．沿AB方向磁场在迅速减弱 B．沿AB方向磁场在迅速增加

C．沿BA方向磁场在迅速增加 D．沿BA方向磁场在迅速减弱

7．如图所示，线圈L的自感系数为25 mH，电阻为零，电容器C的电容为40 μF，灯泡D的规格是“4 V、2 W”．开关S闭合后，灯泡正常发光，S断开后，LC中产生振荡电流．若从S断开开始计时，求：

（1）当t=×10–3 s时，电容器的右极板带何种电荷；

（2）当t=π×10–3 s时，LC回路中的电流．