高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 电磁场与电磁波精品同步练习题

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【核心素养目标】
知识点一 电磁场
【情境导入】
如图所示
磁铁相对闭合线圈上下运动时，闭合线圈中的自由电荷做定向移动，是受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电场？如果没有导体，情况会怎样？
答案：磁铁上、下运动时，导体中自由电荷定向移动，说明电荷受到静电力作用，即导体处在电场中。磁铁的上、下运动使线圈处在变化的磁场中，这表明变化的磁场周围产生了电场。如果没有导体，该处仍会产生电场。
【知识梳理】
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．
3．变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场．
【重难诠释】
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．
【典例精析】
例1．用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场(左侧)产生的磁场(右侧)，或磁场(左侧)产生的电场(右侧)随时间t的变化规律，其中错误的是( )
【答案】
C
【解析】
恒定的电场不产生磁场，选项A正确；均匀变化的电场产生恒定的磁场，选项B正确；周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比，对于正弦曲线，t＝0时，磁场的磁感应强度的变化率最大，故产生的电场的电场强度最大，选项C错误，D正确．
知识点二 电磁波
【情境导入】
如图所示的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么？
答案 当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到导线环时，在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也产生电火花．这个实验证实了电磁波的存在．
【知识梳理】
1．电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，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．
(3)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．
【重难诠释】
电磁波的特点
(1)电磁波是横波，在传播方向上的任一点，E和B彼此垂直且均与传播方向垂直．如图所示．
(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即v真空＝c＝3.0×
108 m/s.
(3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射、反射、折射和偏振等现象，电磁波也是传播能量的一种形式．
(4)电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为c＝λf.
【典例精析】
例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方向、磁感应强度方向均平行
D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
【答案】
AB
【解析】
电磁波在真空中的传播速度等于光速，与频率无关，A正确；电磁波是周期性变化的电场和磁场互相激发得到的，B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，C错误；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，D错误．
知识点三 电磁波和机械波的比较
【重难诠释】
【典例精析】
例3． (多选)下列关于机械波与电磁波的说法中，正确的是( )
A．机械波和电磁波本质上是一致的
B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关
C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波
D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
【答案】
BCD
【解析】
机械波由振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生；机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定；电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，故选项A错误，B、C、D正确．
针对训练
一、单选题
1．下列四个选项中的四种磁场变化情况，能产生如图所示电场的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【解析】由图可知，产生的电场为稳定的电场，由麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的磁场才能产生稳定的电场。
故选B。
2．根据麦克斯韦电磁场理论判断，如图所示的4组电场产生的磁场（或磁场产生的电场）随时间t变化的规律中，错误的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【解析】A．稳定的电场不能产生磁场，故A正确；
B．均匀变化的磁场产生稳定的电场，故B正确；
CD．周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比，故C错误，D正确。
本题选错误的，故选C。
3．根据麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是（ ）
A．磁场周围一定存在电场
B．电场周围一定存在磁场
C．点电荷的电场周围一定没有磁场
D．变化的磁场周围不一定存在变化的电场
【答案】D
【解析】A．变化的磁场可以激发电场，恒定的磁场不会产生电场，故A错误；
B．变化的电场可以激发磁场，恒定的电场不会产生磁场，故B错误；
C．运动的电荷可以产生磁场，故C错误；
D．变化的磁场周围不一定存在变化的电场，只有非均匀变化的磁场才能产生变化的电场，故D正确。
故选D。
4．各种电磁波的应用下列说法中正确的是（ ）
①夏天太阳光把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的
②医院里用射线进行人体透视，是因为它是各种电磁波中穿透本领最大的
③验钞机验钞票真伪体现了紫外线的荧光效应
④在热学中所说的热辐射就是红外线辐射
A．①②B．①③C．②④D．③④
【答案】D
【解析】热效应最强的是红外线，热辐射即红外线辐射，①错误，④正确；穿透本领最强的是射线，②错误；验钞机验钞票真伪体现了紫外线的荧光效应，③正确。
故选D。
5．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．
【答案】D
【解析】根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场产生磁场。
选不能产生磁场的，故选D。
6．一束持续电子流在电场力作用下做匀加速直线运动，则在其周围的空间中（ ）
A．产生稳定的磁场
B．产生变化的磁场
C．所产生的磁场又可产生电场
D．产生的磁场和电场形成电磁波
【答案】A
【解析】因持续的电子流被加速，虽然速度在增大，但是以任一截面为研究对象，在相等的时间内通过的电荷量相等，形成的电流是不变的，所以产生了稳定的磁场，稳定的磁场不能产生电场。
故选A。
7．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，与是否有闭合电路有关
B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，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】B
【解析】A．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，与电路是否闭合无关，故A错误；
B．周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，故B正确；
C．若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，故C错误；
D．只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，故D错误。
故选B。
8．关于电磁场和电磁波的正确说法是（ ）
A．电场和磁场总是相互联系的，它们统称为电磁场
B．电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波
C．电磁波传播速度总是3×108 m/s
D．电磁波是一种物质，不能在真空中传播
【答案】B
【解析】A．变化的电场和变化的磁场是相互联系的不可分割的统一整体，统称为电磁场，选项A错误；
B．电磁场由发生的区域向远处传播形成电磁波，选项B正确；
C．电磁波在真空中的传播速度总是3×108 m/s，在其它介质中的传播速度小于3×108 m/s，选项C错误；
D．电磁波是一种以波的形式存在的物质，可以不需要介质在真空中传播，选项D错误。
故选B。
9．手机A拨叫手机B时，手机B发出铃声且屏上显示A的号码。若将手机A置于一真空玻璃罩中，用手机B拨叫手机A，则（ ）
A．能听到A发出的铃声，并看到A显示B的号码
B．不能听到A发出的铃声，但能看到A显示B的号码
C．能听到A发出的铃声，但不能看到A显示B的号码
D．既不能听到A发出的铃声，也不能显示B的号码
【答案】B
【解析】声波是机械波，不能在真空中传播，当手机B拨叫真空玻璃罩中手机A时，不能听到A发出的铃声；而电磁波能在真空中传播，因此电磁信号可以被手机A接收到，能看到A显示B的号码。
故选B。
10．关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．麦克斯韦不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在
B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在
C．赫兹不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在
D．赫兹首先预言了电磁波的存在，麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在
【答案】B
【解析】麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在。
故选B。
二、多选题
11．梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子会在空中产生电磁波，该电磁波（ ）
A．是由于电荷运动产生的
B．不能在真空中传播
C．只能沿着梳子摇动的方向传播
D．在空气中的传播速度约为
【答案】AD
【解析】A．梳子带电后，摇动梳子，电荷发生移动形成变化的电流，变化的电流产生变化的磁场，从而形成电磁波，故A正确；
B．电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，故B错误；
C．电磁波产生后，可以沿任意方向传播，故C错误；
D．电磁波在真空中的传播速度等于光速，在空气中的传播速度约为，故D正确。
故选AD。
12．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．周期性变化的电场在周围空间产生同样频率的周期性变化的磁场
【答案】BD
【解析】AB．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场产生磁场，但产生的磁场不一定是变化的，如均匀变化的电场产生稳定的磁场，A错误，B正确；
C．均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，C错误；
D．周期性变化的电场在周围空间产生同样频率的周期性变化的磁场，D正确。
故选BD。
13．下列说法中正确的是（ ）
A．电磁波又叫无线电波
B．电磁波的传播不需要任何介质
C．电磁波的传播过程就是电磁场能量的传播过程
D．电磁波在各种介质中的传播速度都相等
【答案】BC
【解析】A．无线电波属于电磁波的一种，故A错误；
B．电磁波是由电场和磁场相互激发产生并向远处传播的，所以不需要介质，B正确；
C．电磁波传播的过程中电场能和磁场能也随之传向了远方，所以电磁波的传播过程就是电磁场能量的传播过程，C正确；
D．电磁波的传播速度和频率、介质都有关，所以在不同介质中电磁波的传播速度不同，D错误。
故选BC。
14．如图所示，某空间出现一组闭合的电场线，这可能是（ ）
A．在中心点O处有一个点电荷B．沿轴线方向有稳定的电流
C．沿轴线PQ方向的磁场在迅速减弱D．沿轴线QP方向的磁场在迅速增强
【答案】CD
【解析】A．电荷的周围产生静电场而不是涡旋场，A错误；
B．稳定电流的周围产生磁场，而不是电场，B错误；
CD．变化的磁场周围可以产生涡旋电场，根据楞次定律，若沿轴线PQ方向的磁场在迅速减弱，或者沿轴线QP方向的磁场在迅速增强，可产生如图所示的电场，则CD正确。
故选CD。
15．雾霾天气严重影响人们的身体健康，雾霾天气时能见度只有几米，天气变黄变暗，这是由于这种情况下（ ）
A．只有波长较短的一部分光才能到达地面
B．只有波长较长的一部分光才能到达地面
C．只有频率较大的一部分光才能到达地面
D．只有频率较小的一部分光才能到达地面
【答案】BD
【解析】根据光发生明显衍射的条件，雾霾天气时，只有波长较长、频率较小的一部分光发生衍射绕过空气中的颗粒物到达地面，故AC错误，BD正确。
故选BD。
物理观念
了解麦克斯韦电磁场理论的基本观点以及在物理学发展史上的意义。
科学思维
了解电磁波的特点及其发展过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质。
科学探究
回顾探究电磁波的实验过程，学会设计实验、观察现象、分析结果、归纳总结的科学探究方法。
科学态度与责任
通过电磁场与电磁波的知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。
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
传播无须介质，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