人教版 (2019)选择性必修 第二册2 电磁场与电磁波学案

2．电磁场与电磁波

学习目标：1.[物理观念]了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学发展史上的意义。　2.[科学思维]了解电磁波的基本特点及其发现过程，通过电磁波体会电磁场的物质性。

一、电磁场

1．变化的磁场产生电场

(1)实验现象：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)麦克斯韦的观点：电路里有感应电流产生，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)结论：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。

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

麦克斯韦得到电磁波的速度等于 光速。他指出了光的 电磁本质。

4．麦克斯韦电磁场理论的意义

不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁场理论。

5．赫兹的电火花

(1)赫兹的实验装置

(2)实验现象

当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花。

(3)现象分析

当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生火花时，空间出现了迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以 电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出 感应电动势 ，使得导线环的空隙中也产生了火花。

(4)实验结论：证实了电磁波的存在。

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)变化的电场一定产生变化的磁场。  (×)

(2)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s。 (√)

(3)电磁波在真空和介质中传播速度相同。 (×)

(4)只要有电场和磁场，就能产生电磁波。 (×)

(5)电磁波在同种介质中只能沿直线传播。 (×)

2．(多选)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．赫兹证实了电磁波的存在

D．电磁波能在真空中传播

CD　[均匀变化的电场会产生恒定的磁场，均匀变化的磁场会产生恒定的电场，故A、B错误；麦克斯韦首先从理论上预言了电磁波的存在，赫兹首先利用实验证实了电磁波的存在，故C正确；电磁波能在真空中传播，故D正确。]

3．建立完整的电磁场理论，并首先预言电磁波存在的科学家是(　　)

A．法拉第　　　　 B．奥斯特

C．赫兹   D．麦克斯韦

D　[麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹证实了麦克斯韦预言的正确性。]

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

【例1】　(多选)关于电磁场的理论，下列说法中正确的是(　　)

A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的

B．变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的

C．均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的

D．振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场

BD　[变化的电场产生磁场有两层含义。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。振荡的电场产生同频率的振荡的磁场。均匀变化的磁场产生恒定的电场，故B、D正确，A、C错误。]

1．变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的，而静电场中的电场线是不闭合的。

2．①振荡电场(即周期性变化的电场)产生同频率的振荡磁场。

②振荡磁场(即周期性变化的磁场)产生同频率的振荡电场。

1．(多选)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的周期性变化的电场

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．电场周围不一定存在磁场，磁场周围不一定存在电场

ABD　[变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路电场仍然存在，A正确；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B正确，C错误；电场(或磁场)周围不一定存在磁场(或电场)，D正确。]

爸爸出差在外，小明相隔千里与爸爸通电话，声音在瞬间就传递到爸爸耳边。

1．小明的声音是怎样传递给爸爸的？

2．介质对声波和电磁波的传播速度的影响有什么不同？

【例2】　(多选)关于机械波与电磁波，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．电磁波可以发生衍射现象和偏振现象

C．简谐机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速度越大

D．机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向

BD　[电磁波在真空中的传播速度都等于光速，与电磁波的频率无关，故A错误；衍射现象是波特有的现象，而偏振现象是横波特有的现象，电磁波也是一种横波，可以发生衍射现象和偏振现象，故B正确；波传播速度与介质有关，则在同一种介质中传播时，简谐机械波的传播速度相等，故C错误；机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向，如声波，故D正确。]

电磁波与机械波的三点不同

 (1)电磁波是电磁现象，由电磁振荡产生；机械波是力学现象，由机械振动产生。

(2)机械波的传播依赖于介质的存在，但电磁波的传播不需要介质。

(3)不同频率的机械波在同一介质中传播速度相同，在不同介质中传播速度不同；不同频率的电磁波在真空中传播速度相同，在同一介质中传播速度不同。

2．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是(　　)

A．手机既能发射电磁波，也能接收电磁波

B．手机只能接收电磁波，不能发射电磁波

C．收音机既能发射电磁波，也能接收电磁波

D．收音机不能发射电磁波，只能接收电磁波

AD　[手机在使用过程中，将要传递的信息用电磁波发射出去，另一方面又可以通过接受电磁波来获取他人传递给自己的信息，故B错误，A正确；收音机只能利用天线接收电磁波，不能发射电磁波，故C错误，D正确。]

1．根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　)

A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场

B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周期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．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场

D　[根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，只有选项D正确。]

2．(多选)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

D．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

ABC　[电磁波在真空中的传播速度均相同，与电磁波的频率无关，故A正确；变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，相互激发，形成电磁波，故B正确；电磁波是横波，每一处的电场强度和磁场强度总是相互垂直的，且与波的传播方向垂直，故C正确；当发射电路的电磁振荡停止了，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，故D错误。]

3．(多选)关于电磁波和机械波，下列说法正确的是(　　)

A．电磁波和机械波的传播都需要借助于介质

B．电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切相关

C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象

D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场

CD　[机械波的传播需要借助于介质，但电磁波的传播不需要借助介质，选项A错误；电磁波和机械波的传播速度都与介质有关；选项B错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象；选项C正确；根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场；选项D正确。]

4．(多选)下列关于电磁场的说法中正确的是(　　)

A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波

B．任何变化的电场周围一定有磁场

C．周期变化电场和周期变化磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场

D．电磁波的理论在先，实践证明在后

BCD　[均匀变化的电场或磁场，不会在其周围产生电磁场，也不会有电磁波存在，故A错误；任何变化的电场周围一定有磁场，故B正确；周期变化电场和周期变化磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场，故C正确；麦克斯韦建立电磁波的理论在先，赫兹用实践证明在后，故D正确。]