1、2电磁场与电磁波1知道麦克斯韦电磁场理论及其在物理学发展史上的意义。2.了解电磁波的基本特点、发现过程及传播规律，知道电磁波与机械波的区别。一、电磁场1麦克斯韦的两个观点(1)变化的磁场产生电场；(2)变化的电场产生磁场。2电磁场根据麦克斯韦的上述两个观点可以得出，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。3电磁波的形成如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。二、电磁波1麦克斯韦对电磁波的预见(1)电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播
2、，这是由电磁波的本性所决定的。(2)电磁波在真空中的传播速度等于光速c，光的本质是电磁波。(3)电磁波在真空中传播时，它的电场强度E与磁感应强度B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。2赫兹用实验证实电磁波(1)证实电磁波的存在：如图所示，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了火花。说明电磁波从发射器到达了接收器。(2)证实电磁波的性质：在以后的一系列实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。他还测得电磁波在真空中的速度等于光速c，证明了电磁波与光的统一性。这样，赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。3麦克斯韦电磁场理论的意义人们认识到物
3、质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。判一判(1)变化的电场一定产生变化的磁场。()(2)磁场一定可以产生电场，电场也一定可以产生磁场。()(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。()提示：(1)(2)(3)(4)(5)想一想麦克斯韦基于什么现象提出了“变化的磁场产生电场”这一假设？提示：麦克斯韦在法拉第电磁感应现象的基础上提出了“变化的磁场产生电场”的假设。课堂任务电磁场与电磁波仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图甲，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路
4、里就会产生感应电流。麦克斯韦从场的观点出发，提出了什么假设？提示：麦克斯韦从场的观点出发，认为电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，正是这个电场促使导体中的自由电荷做定向运动，产生感应电流。他将这种用场描述电磁感应现象的观点，推广到不存在闭合电路的情形，即变化的磁场产生电场。活动2：静止的电荷在空间各点产生的电场变化吗？当电荷从静止到运动时，它产生的电场变化吗？这时还会在空间产生什么场？提示：静止的电荷，它产生的是静电场，即空间各点的电场强度不随时间变化。当电荷从静止到运动时，电场就发生变化，即空间各点的电场强度将随时间变化。运动的电荷在空间要产生磁场。活动3：如图乙，在电容器放电
5、的过程中，电荷定向运动形成电流，同时两极板间的电场随着放电而变化，结合活动2，从场的观点出发，麦克斯韦提出了什么假设？提示：从场的观点出发，麦克斯韦假设：变化的电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。活动4：如果图乙中的电容器周期性地充、放电，在电容器两极板间就会形成周期性变化的电场。试根据麦克斯韦的两个假设阐述电磁波的形成。提示：这个周期性变化的电场会在空间引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。活动5：根据上述活动分析，电磁波在真空中能传播吗？提示：在机械波中，振动的传播需要具有
6、弹性的介质，而电磁波的传播，靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠介质的机械传递。所以电磁波不需要任何介质，在真空中也能传播。这是由电磁波的本性所决定的。活动6：根据甲、乙两图电场与磁场方向的关系分析，电磁波的传播方向与电场强度E和磁感应强度B的方向有什么关系？提示：根据甲、乙两图电场与磁场方向的关系并结合电磁波的形成过程可知，产生的电场方向垂直于磁场，产生的磁场方向垂直于电场，而电磁波的传播方向与电场强度E和磁感应强度B的方向都垂直。1麦克斯韦的电磁场理论麦克斯韦的两个假设(1)变化的磁场产生电场；(2)变化的电场产生磁场。2麦克斯韦对电磁波的预言(1)形成机理如果在空间某区域有周期性变化的电
7、场，那么这个变化的电场就会在它周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样，变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。(2)电磁波的特点由电磁波的本性可知，电磁波的传播不需要任何介质，在真空中也能传播。电磁波在真空中的传播速度等于光速c。电磁波是横波，即E与B彼此垂直且与传播方向垂直。3电磁波的实验验证(1)1886年，赫兹用实验证实了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了电磁波。赫兹的实验装置，如图所示。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了火花。现象分析：当与感应圈相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现了迅速变
8、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，说明这个导线环接收到了电磁波。(2)在以后的一系列实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，还测得电磁波在真空中的速度等于光速c，证明了电磁波与光的统一性。麦克斯韦的电磁场理论至此得到证实。4麦克斯韦电磁场理论的意义根据电磁场理论，电磁场的转换就是电场能量和磁场能量的转换，因而电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程。能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一。当法拉第提出“力线”和“场”的概念时，它们还仅仅被看作是
9、一种描述电磁力的方法，但是当麦克斯韦提出电磁场理论并被赫兹的实验证实以后，电磁场就像光一样真实了。麦克斯韦的电磁场理论的成功说明：物质不仅能以实物的形式存在，还能以场的形式存在。5电磁波与机械波的异同点(1)电磁波与机械波的相同点电磁波与机械波一样，能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。电磁波与机械波一样，是传播能量的一种形式，能传递信息。电磁波的波长、频率、周期、波速关系与机械波一样满足vf，T，且传播过程中频率不变。(2)电磁波与机械波的不同点产生的机理不同：电磁波是变化的电场与磁场相互感应产生的，是变化的电磁场在空间的传播；机械波是机械运动产生的，是机械振动这一运动形式在介质中的传播。电磁
10、波的传播不需要介质，机械波必须有介质才能传播。电磁场本身是一种物质，电磁波是物质传播的形式，是靠电和磁的相互“感应”而传播的，不是靠介质的机械传递，故在真空中也能传播。电磁波是横波，电场方向和磁场方向互相垂直且都与波的传播方向垂直；机械波有横波也有纵波。电磁波波速比机械波波速大得多，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度，即c3.0108 m/s，电磁波传播虽然不需要介质，但在其他介质中的速度都比在真空中的小。例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，在变化的磁场周围一定产生变化
11、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在周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场(1)在均匀变化的磁场(或电场)周围产生怎样的电场(或磁场)?提示：在均匀变化的磁场(或电场)周围产生恒定的电场(或磁场)。(2)周期性振荡的磁场(或电场)周围产生怎样的电场(或磁场)?提示：周期性变化的磁场(或电场)周围产生同频率周期性变化的电场(或磁场)。规范解答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，周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，只有D正确。完美答案D规律点拨对麦克斯韦电磁场理论的理解(1)恒定的电场不
12、产生磁场。(2)恒定的磁场不产生电场。(3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。(4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。(5)周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。(6)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。(多选)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解析机械波由机械振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生。机械波是质点振动的传播，传播需要介质，速
13、度由介质决定；电磁波是物质波，传播不需要介质，电磁波的波速由介质和本身频率共同决定。机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波。机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象。故B、C、D正确。 1(物理学史)电磁场理论是谁提出的()A法拉第 B赫兹C麦克斯韦 D安培答案C解析电磁场理论是由麦克斯韦提出的，由赫兹首先用实验验证的，故C正确。2(对电磁波的认识)真空中所有电磁波都具有相同的()A频率 B波长C波速 D能量答案C解析电磁波在真空中的传播速度相同，等于真空中的光速c，而电磁波的频率、波长、能量不一定相同，C正确。3(对电磁波的认识)下列关于电磁波的说法正确的是()A电磁波必须依赖介
14、质传播B电磁波可以发生衍射现象C电磁波不会发生偏振现象D电磁波无法携带信息传播答案B解析电磁波在真空中也能传播，A错误；衍射是一切波所特有的现象，B正确；电磁波是横波，横波能发生偏振现象，C错误；所有波都能传递信息，D错误。4(综合)电磁波与机械波具有的共同性质是 ()A都是横波 B都能传输能量 C都能在真空中传播 D都具有恒定的波速答案B解析电磁波是横波，但机械波有横波也有纵波，A错误；都能传输能量是电磁波与机械波具有的共同性质，B正确；电磁波可以在真空中传播，而机械波的传播需要介质，两者波速均随介质的变化而不同，C、D错误。5. (综合)某空间中出现的电场的电场线如图中虚线所示，为一组闭合
15、的电场线，这可能是()A在中心点O有一静止的点电荷B沿AB方向有一段通有恒定电流的直导线C沿BA方向的磁场在减弱D沿AB方向的磁场在减弱答案C解析由题图所示的电场线的特点可知，A、B错误；由变化的磁场产生电场及楞次定律，如题图所示的电场线所描述的电场，可能是沿BA方向的磁场在减弱，或者沿AB方向的磁场在增强，C正确，D错误。6(综合)手机A的号码是1330002，手机B的号码是1330008。手机A呼叫手机B时，手机B发出响声且屏上显示手机A的号码“1330002”，若将手机A置于一透明真空玻璃罩中，用手机B呼叫手机A，则玻璃罩外面的人发现手机A()A发出响声，并显示手机B的号码“133000
16、8”B不发出响声，但显示手机B的号码“1330008”C不发出响声，但显示手机A的号码“1330002”D既不发出响声，也不显示号码答案B解析声波为机械波，传播需要介质，在真空中不能传播，光波、手机发射的信号均为电磁波，传播不需要介质，可以在真空中传播，故用手机B呼叫手机A时，玻璃罩外面的人能看到手机A显示手机B的号码，但听不到声音，故B正确，A、C、D错误。7(综合)甲坐在人民大会堂台前60 m处听报告，乙坐在家里离电视机5 m处听电视转播，已知乙所在处与人民大会堂相距1000 km，不考虑其他因素，则(空气中声速为340 m/s)()A甲先听到声音 B乙先听到声音 C甲、乙同时听到声音 D
17、不能确定 答案B解析声音传到甲所在处所需时间为t1 s0.176 s，传到乙所在处所需时间为t2 s s0.018 s，故乙先听到声音，B正确。8. (麦克斯韦电磁场理论)如图所示是一个水平放置的圆环形玻璃小槽，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，让它受绝缘棒打击后获得一初速度v0。与此同时，有一变化的磁场垂直穿过圆环形玻璃小槽外径所对应的圆面积，磁感应强度B的大小跟时间成正比，方向竖直向下。设小球在运动过程中所带电荷量不变，那么()A小球受到的向心力大小不变B小球受到的向心力大小不断增大C洛伦兹力对小球做了功D小球受到的洛伦兹力大小与时间成正比答案B解析
18、根据麦克斯韦电磁场理论可知，磁感应强度随时间线性增大时将产生稳定的感应电场，根据楞次定律可知感应电场的方向与小球初速度方向相同，因小球带正电，故电场力对小球做正功，其速率增大，向心力的大小随之增大，A错误，B正确；带电小球所受的洛伦兹力FqBv，因为速率v随时间逐渐增大，且Bt，故D错误；因小球所受洛伦兹力方向与小球速度方向始终垂直，故洛伦兹力对小球不做功，C错误。9(麦克斯韦电磁场理论、电磁波)(多选)关于电磁场、电磁波的认识，下列说法正确的是()A电磁波的传播需要介质B电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变C电磁波传播的过程中也传递了能量D在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场答案
19、BC解析周期性变化的电场与磁场相互感应，并向周围传播，形成了电磁波，电磁波的传播不需要介质，A错误；只有变化的电场(磁场)才能产生磁场(电场)，D错误。10(麦克斯韦电磁场理论)(多选)按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是()A变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场B均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场C均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场D周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场答案ACD解析麦克斯韦电磁场理论的核心内容是：变化的电场产生磁场；变化的磁场产生电场。对此
20、理论全面正确的理解为：不变化的电场周围不产生磁场；变化的电场可以产生变化的磁场，也可产生不变化的磁场；均匀变化的电场产生稳定的磁场；周期性变化的电场产生同频率周期性变化的磁场。由变化的磁场产生电场的规律与上相似。由此可知，A、C、D正确。11(综合)我国“嫦娥三号”探测器在进行首次软着陆和自动巡视勘察时，地面上工作人员通过电磁波实现对月球车的控制。已知由地面发射器发射的电磁波的波长为30 km，地面上的工作人员通过测量发现该电磁波由发射到被月球车接收所用的时间为t1.3 s，电磁波的速度为c3108 m/s。则在发射器与月球车之间的距离相当于多少个波长？答案1.3104个解析发射器与月球车之间
21、的距离xct3.01081.3 m3.9108 m，相当于电磁波波长的个数n个1.3104个。12(综合)在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热带地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果有两个手持卫星电话的人通过同步卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话？(已知地球的质量为6.01024 kg，地球半径为6.4106 m，引力常量为6.671011 Nm2kg2，计算结果保留两位有效数字)答案利用电磁波传递信息需要时间0.24 s解析主持人与记者之间通过同步通信卫星通话总是迟“半拍”，是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的。设同步卫星距地面的高度为h，由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力得m(Rh)h R3.59107 m则一方讲话另一方听到所需的最短时间是t0.24 s。
