2022-2023学年人教版选择性必修第二册 4.2电磁场与电磁波 学案

第四章电磁振荡与电磁波第2节电磁场与电磁波【素养目标】1．了解电磁波发现的过程，领会人类认识世界的认知规律。2．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展史上的意义。3．知道变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。知道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就形成电磁波。4．知道赫兹用实验证明了电磁波的存在，在人类历史上首先捕捉到了电磁波。【必备知识】知识点一、电磁场(1)变化的磁场产生电场实验基础：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。麦克斯韦对该问题的见解：回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。该现象的实质：变化的磁场产生了电场。(2)变化的电场产生磁场麦克斯韦大胆地假设，既然变化的磁场能产生电场，变化的电场也会在空间产生磁场。知识点二、电磁波(1)电磁波的产生：如果空间某区域存在不均匀变化的电场，那么它就会在空间引起不均匀变化的磁场，这一不均匀变化的磁场又引起不均匀变化的电场……于是变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。(2)电磁波是横波：根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波中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性，他预言电磁波的速度等于光速。知识点三、赫兹的电火花(1)赫兹的实验：如图所示。(2)实验现象：当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环两个金属小球也跳过电火花。(3)现象分析：当感应线圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的电磁场，这种电磁场以电磁波的形式在空间传播。在电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙处也产生了火花。(4)实验结论：赫兹证实了电磁波的存在。(5)赫兹的其他实验成果：赫兹做了一系列的实验，观察了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射现象，并通过测量证明，电磁波在真空中具有与光相同的速度，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。【重难点探究】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．麦克斯韦电磁场理论的要点(1)恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。(3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场，同样，振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场。电磁场是动态的，并且电场和磁场不可分割，磁感线、电场线都是闭合的曲线；静电场、静磁场是单独存在的，且电场线是非闭合曲线，静止的电场和磁场不是电磁场。二、电磁波的特点有哪些？1．同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变。在介质中的速度都比真空中速度小，注意机械波在不同介质中速度不同，其传播速度由介质决定。2．不同电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大。3．在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度相同：v＝c，且c＝λf,λ＝eq\f(c,f)。4．因为电磁波是交变电磁场互相激发产生的，所以电磁波传播时不需要介质，可在真空中传播。5．电磁波是横波，电场方向与磁场方向都跟传播方向垂直。6．电磁波遇到其他物体时，能发生反射、折射等现象。7．电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。8．电磁波可以脱离“波源”独立存在。电磁波发射出去后，产生电磁波的振荡电路停止振荡后，空间中的电磁波仍继续传播。三、电磁波与机械波的比较机械波电磁波对象研究力学现象研究电磁现象周期性变化的物理量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传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播不需要介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系产生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发干涉可以发生可以发生衍射可以发生可以发生横波可以是是纵波可以是——【课堂检测】1.一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图象如下图，A是发射时的雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，则敌机距雷达站的距离是()A.

9×105m

B.

4.5×105m

C.

3×105m

D.

无法确定【答案】B【解析】由题图知两波形相差3×10－3s，即敌机与雷达站距离为s＝vt＝3×108××3×10-3m＝4.5×105m，故B正确。【分析】掌握电磁波的传播速度，根据相关内容解答。2.目前雷达发射的电磁波频率在200MHz至1000MHz的范围内．下列说法正确的是（

）A.

波长越短的电磁波，对目标的反射性能越弱

B.

雷达发射的电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的

C.

上述雷达发射的电磁波在真空中的波长范围在0.3m至1.5m之间

D.

测出从发射电磁波到接收到反射波的时间间隔，不可以确定雷达和目标的距离【答案】C【解析】A、波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，故A错误；B、根据麦克斯韦的电磁场理论可知，恒定不变的电场不会产生磁场，电磁波是变化磁场产生电场变化电场产生磁场不断交替变化产生的，故B错误．C、根据λ=v/c电磁波频率在200MHz至1000MHz的范围内，则电磁波的波长范围在0.3m至1.5m之间，故C正确；D、测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间，根据无线电波的传播速度，就可以确定雷达和目标的间距，D不正确；故选C．【分析】本题考查了麦克斯韦的电磁场理论与雷达的原理，比较简单，根据麦克斯韦的电磁场理论内容即可正确解答【素养作业】1.关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（

）A.

在电场的周围空间总能产生磁场，在磁场的周围空间总能产生电场

B.

变化的电场和磁场交替产生，由近及远的传播形成电磁波

C.

电磁波是一种物质，只能在真空中传播

D.

电磁波在任何介质中的传播速度都是【答案】B【解析】A、变化的电场和变化的磁场是相互联系的，它们统称为电磁场，不符合题意；

B、变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，逐渐向外传播，形成电磁波，符合题意；

CD、电磁波是一种物质，可以不依赖物质传播，电磁波在真空中传播速度是3×108m/s,CD不符合题意。

故答案为：B

【分析】电磁波是由变化的电磁场产生的，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，逐渐向外传播，形成电磁场。电磁场在真空传播的速度等于光速，电磁波本身是一种物质，是客观存在的。2.在真空中所有电磁波都具有相同的()A.

频率

B.

波长

C.

能量

D.

波速【答案】D【解析】所有的电磁波在真空中都具有相同的波速，而γ射线的频率和能量最大，无线电波的频率与能量最小，对于不同电磁波的波长，无线电波最长，γ射线最小.故答案为：D.【分析】电磁波具有相同的速度；其频率、波长和能量不一定相同。3.频率为f的电磁波在某介质中的传播速度为v，该电磁波的波长为（

）A.

vf

B.

vf

C.

f【答案】B【解析】解：频率为f的电磁波在某介质中的传播速度为v，由v=λf得：该电磁波的波长为λ=v故选：B．【分析】已知电磁波的频率和波速，由波速公式v=λf求解波长．4.2008年9月27日，航天员翟志刚首次实现了中国航天员在舱外的太空活动，这是我国航天发展史上的又一里程碑．舱内、外的航天员近在咫尺，但要进行对话，一般需要利用（

）A.

紫外线

B.

无线电波

C.

γ射线

D.

X射线【答案】B【解析】解：现代的移动通信都是利用无线电波来传递信息的．B符合题意，A、C、D不符合题意．故答案为：B．【分析】该题目考察的类似于生活常识，移动通信一般是以无线电波为载体。5.19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在法拉第等人研究成果的基础上，进行总结，并加以发展，提出了系统的电磁理论并预言了电磁波的存在．以下有关电磁理论和电磁波的说法不正确的是（）A.

只要有磁场在变化，它的周围就一定会产生电场

B.

空间某区域有不均匀变化的电场，则一定会产生电磁波

C.

电磁波不同于机械波之处是电磁波能在真空中传播

D.

紫外线是一种比所有可见光波长更长的电磁波【答案】D【解析】A、变化的磁场一定会产生电场；故A正确；B、只要电场不均匀变化，就一定能产生电磁波；故B正确；C、电磁波不同于机械波之处是电磁波能在真空中传播；故C正确；D、紫外线波长要短于可见光；故D错误；本题选错误的；故选：D．【分析】变化的电（磁）场产生磁（电）场；非均匀变化的电场即可形成非均匀变化的磁场，从而形成电磁波．6.我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑，米波雷达发射无线电波的波长在1~10m范围内，则对该无线电波的判断正确的是（）A.

米波的频率比厘米波频率高

B.

和机械波一样须靠介质传播

C.

同光波一样会发生反射现象

D.

不可能产生干涉和衍射现象【答案】C【解析】根据

f=νλ【分析】电磁波能在真空中传播，机械波不能在真空中传播，涉和衍射是波特有的现象，光可以发生反射现象．7.甲坐在人民大会堂台前60m处听报告，乙坐在家里离电视机5m处听电视转播，已知乙所在处与人民大会堂相距1000km，不考虑其他因素，则(空气中声速为340m/s)()A.

甲先听到声音

B.

乙先听到声音

C.

甲、乙同时听到

D.

不能确定【答案】B【解析】声音传到甲所需时间为t1＝＝0.176s，传到乙所需时间为【分析】掌握电磁波的传播速度，根据相关内容解答。8.如图所示是某一固定面