4.2电磁场与电磁波（原卷版）

第四章电磁振荡与电磁波第2节电磁场与电磁波【科技前沿】电磁波的本质到底是什么从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波。且温度越高，放出的电磁波波长就越短。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，除光波外，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁场包含电场与磁场两个方面，分别用电场强度E（或电位移D）及磁通密度B（或磁场强度H）表示其特性。按照麦克斯韦的电磁场理论，这两部分是紧密相依的。时变的电场会引起磁场，时变的磁场也会引起电场。电磁场的场源随时间变化时，其电场与磁场互相激励导致电磁场的运动而形成电磁波。电磁波的传播速度与光速相等，在自由空间中，为c=m/s。电磁波的行进还伴随着功率的输送。【核心素养目标】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。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？【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．(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，电场促使导体中的自由电荷做定向运动．(3)实质：变化的产生了电场．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．3．变化的电场和磁场总是，形成一个不可分割的统一的．【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．以下关于电磁场理论和电磁波的有关说法正确的是（）A．变化的电场周围一定产生电磁波B．当穿过未闭合的金属线圈的磁通量发生变化，就有感应电流产生C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，法拉第用实验验证了电磁波的存在D．普朗克能量子理论成功解释黑体辐射，能量只能采取某些分离数值的特征叫能量量子化知识点二电磁波【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？【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．2．电磁波的特点(1)电磁波在空间传播不需要．(2)电磁波是横波：电磁波中的电场强度与磁感应强度，而且二者均与波的传播方向垂直．(3)电磁波能产生反射、、干涉、偏振和等现象．3．电磁波具有能量电磁场的转换就是能量与能量的转换，电磁波的发射过程是能量的过程，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＝×108m/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）下列说法中正确的是（）A．电磁波传播时不需要介质，能在真空中传播B．变化的磁场一定可以产生变化的电场C．周期性变化的磁场一定可以产生变化的电场D．电磁波是纵波，电场强度的方向与电磁波的传播方向平行知识点三电磁波和机械波的比较【重难诠释】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【典例精析】例3．（多选）关于机械波与电磁波的说法中，正确的是（）A．机械波和电磁波都有反射、折射、干涉和衍射现象B．变化的电场一定能产生电磁波C．机械波在介质中的波速与波的频率无关，电磁波在介质中的波速与波的频率有关D．利用机械波可以从太空向地球传递信息针对训练一、单选题1．下列说法正确的是（）A．最早发现电流周围存在磁场的是奥斯特B．磁感线是法拉第提出的，其实磁感线并不存在，磁场客观上也不存在C．麦克斯韦预言了电磁波，并首次用实验证实了电磁波的存在D．电磁波只能在介质中传播2．下列说法正确的是（

）A．赫兹预言了电磁波的存在 B．奥斯特发现了电流的磁效应C．安培力的方向用安培定则判断 D．麦克斯韦认为变化的磁场一定会产生恒定的电场3．下列说法正确的是（）A．伽利略通过斜面实验得到力是改变物体运动状态原因的结论B．法拉第发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系C．麦克斯韦发现变化的磁场产生电场，证实了电磁波的存在D．卡文迪什通过扭秤实验测得引力常量，被誉为“第一个称出地球质量的人”4．物理概念的建立，需要有正确的科学思维，下列说法正确的是（）A．由电势差的定义式可知，A、B两点的电势差在数值上等于把单位正电荷从A点移动到B点的过程中电场力所做的功B．由磁感应强度的定义式可知，B与F成正比，与IL成反比C．对于磁通量的表达式，其中θ指的是磁感应强度B与平面S所成的夹角D．由波速与波长、频率的关系式可知，电磁波的波速与波长、频率均成正比5．下列说法正确的是（）A．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在B．微观世界的某些极少数带电粒子的能量的变化是连续的C．多用电表测量直流电流时，红表笔接触点的电势低D．多用电表作为欧姆表使用时，若指针偏转太大，则需选择更小的倍率进行测量6．下列说法正确的是（）A．水波、声波和电磁波等均能在真空中传播B．波源不动时，观察者接收到的波的频率一定与波源发出的频率一样C．红外线可以加热理疗，γ射线可以摧毁病变的细胞D．法拉第预言了空间可能存在电磁波，赫兹通过实验捕捉到了电磁波7．下列说法中正确的是（）A．感生电场由变化的磁场产生，感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向B．感生电场的方向同样也可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定C．磁电式仪表运输过程中用导线将正负接线柱短接，利用了电磁驱动D．电磁阻尼现象实质上不是电磁感应现象，但分析时同样遵循楞次定律8．现代生活中人类与电磁波结下了不解之缘，关于电磁波下列陈述中符合事实的是（）A．红外线的波长小于紫外线的波长B．麦克斯韦首先用实验证实了电磁波的存在C．变化的电场能产生磁场，变化的磁场又能产生电场D．把放在抽成真空的玻璃盒中，拨打该号码，由于接收不到电磁波信号而无法接通9．关于电磁场理论，下列说法正确的是（）A．在电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围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．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场10．关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（）A．麦克斯韦预言电磁波并用实验证实了电磁波的存在B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围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．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场二、多选题11．以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是（）A．机械波与电磁波本质上是一致的B．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波C．只有机械波中的声波才会发生多普勒效应D．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，还与电磁波的频率有关12．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场可以产生电场。当产生的电场的电场线如图所示时，可能是（）A．向上方向的磁场在增强B．向下方向的磁场在减弱C．向上方向的磁场在减弱D．向下方向的磁场在增强13．以下关于机械波与电磁波的说法，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、折射现象14．第五代移动通信技术（简称5G）是目前普遍使用的蜂窝移动通信技术，5G的性能是高数据速率、减少延迟、大规模设备连接等。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是（）A．5G和4G使用的电磁波都是横波B．5G使用的电磁波在真空中的传播速度比4G快C．5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象D．在真空中5G使用的电磁波波长比4G的长15．麦克斯韦在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例：圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。若某时刻连接电容器和电阻R的导线中电流i的方向，及电容器板板间电场强度E的方向如图中所示，则下列说法正确的是（）A．两平行板间的电场正在增强 B．该变化电场产生逆时针方向（俯视）的磁场C．该变化电场产生的磁场越来越弱 D．电路中的电流正比于板间的电场强度的大小16．关于电磁振荡和电磁波，下列说法正确的是（）A．在LC振荡电路中，当电流最大时，电路中电场能最大B．麦克斯韦从理论上预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在C．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波D．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关17．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