第四章2電磁場與電磁波學習目標1.了解電磁波的基本特點及其發現過程。(物理觀念)2.知道電磁波的概念,通過電磁波體會電磁場的物質性。(物理觀念)3.體會赫茲證明電磁波存在的實驗過程及實驗方法,領會實驗對物理學發展的意義。(科學探究)4.了解麥克斯韋電磁場理論的基本內容及其在物理學發展史上的意義。(物理觀念)基礎落實·必備知識全過關重難探究·能力素養全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標基礎落實·必備知識全過關一、電磁場1.麥克斯韋電磁場理論的兩個基本觀點:

的磁場產生電場,

的電場產生磁場。

2.變化的電場和磁場總是相互聯系的,形成一個不可分割的統一的電磁場。電場和磁場交替激發

變化

變化

二、電磁波1.變化的電場和變化的磁場交替產生,由近及遠地向周圍傳播,形成

。

2.電磁波的傳播不需要介質,在真空中也能傳播。3.麥克斯韋預言:電磁波在真空中的傳播速度等于

。

4.電磁波在真空中傳播時,它的電場強度E與磁感應強度B

,而且二者均與波的傳播方向

。

5.1886年,

通過實驗證實了麥克斯韋的電磁場理論。

6.赫茲在一系列的實驗中觀察到電磁波的

、

、

、

和

現象。

電磁場傳播出去

電磁波光速c互相垂直垂直赫茲反射折射干涉偏振衍射情境鏈接電子感應加速器是用來獲得高速電子的裝置,其基本原理如圖所示,上、下為電磁鐵的兩個磁極,磁極之間有一個環形真空室,電磁鐵線圈中通入變化的電流,真空室中的帶電粒子就會被加速,其速率會越來越大。請思考:帶電粒子受到什么力的作用而被加速?如果線圈中通以恒定電流會使粒子加速嗎?這個現象說明什么?提示

帶電粒子受到電場力作用做加速運動。線圈中通入恒定電流時,帶電粒子不會被加速。變化的磁場能產生電場。易錯辨析(1)在電場周圍,一定存在和它聯系著的磁場。(

)(2)在變化的磁場周圍一定會產生變化的電場。(

)(3)電磁波也能產生干涉、衍射現象。(

)(4)電磁波在真空和介質中傳播速度相同。(

)×提示

變化的電場產生磁場,靜電場周圍沒有磁場。

提示

均勻變化的磁場周圍產生恒定的電場。

提示

電磁波在真空中和介質中的傳播速度不同。

×√×重難探究·能力素養全提升探究點一對麥克斯韋電磁場理論的理解導學探究下圖是赫茲實驗的裝置示意圖,請問赫茲通過此實驗裝置證實了什么問題。

要點提示

實驗演示了電磁波的發射和接收,驗證了電磁波的存在。

知識歸納1.電磁場的產生如果在空間某處有周期性變化的電場,那么這個變化的電場就在它周圍空間產生周期性變化的磁場,這個變化的磁場又在它周圍空間產生變化的電場——變化的電場和變化的磁場是相互聯系著的,形成不可分割的統一體,這就是電磁場。2.對麥克斯韋電磁場理論的理解

恒定的磁場不產生電場恒定的電場不產生磁場均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場不均勻變化的電場在周圍空間產生變化的磁場振蕩磁場產生同頻率的振蕩電場振蕩電場產生同頻率的振蕩磁場特別提示

變化的磁場周圍產生電場,與是否有閉合電路存在無關。

應用體驗【例1】

根據麥克斯韋電磁場理論,下列說法正確的是(

)A.有電場的空間一定存在磁場,有磁場的空間也一定能產生電場B.在變化的電場周圍空間一定產生變化的磁場,在變化的磁場周圍空間一定產生變化的電場C.均勻變化的電場周圍空間一定產生均勻變化的磁場D.周期性變化的磁場周圍空間一定產生周期性變化的電場D解析

根據麥克斯韋電磁場理論,只有變化的電場才能產生磁場,均勻變化的電場產生恒定的磁場,非均勻變化的電場產生變化的磁場,只有選項D正確。方法技巧

理解麥克斯韋電磁場理論的關鍵掌握四個關鍵詞:“恒定的”“均勻變化的”“非均勻變化的”“周期性變化的(即振蕩的)”,這些都是對時間來說的,是時間的函數。對點演練1.如圖所示的四種電場中,能產生電磁波的是(

)D解析

由麥克斯韋電磁場理論,當空間出現恒定的電場時(如A圖),由于它不激發磁場,故無電磁波產生;當出現均勻變化的電場時(如B、C圖),會激發出磁場,但磁場恒定,不會激發出電場,故也不會產生電磁波;只有振蕩的電場(即周期性變化的電場)(如D圖),才會激發出振蕩的磁場,振蕩的磁場又激發出振蕩的電場……如此周而復始,便會形成電磁波。探究點二電磁波與機械波的比較導學探究如圖所示,某同學正在回答神舟十號航天員王亞平的問題,請問她們的通話是通過機械波進行的還是通過電磁波進行的,為什么?要點提示

電磁波。因為機械波的傳播離不開介質,而電磁波可以在真空中傳播。知識歸納電磁波是電磁現象,機械波是力學現象,兩種波產生機理不同,所以除具有波的共性外,還有不同之處。分類機械波電磁波對象研究力學現象研究電磁現象周期性變化的物理量位移隨時間和空間做周期性變化電場強度和磁感應強度隨時間和空間做周期性變化傳播傳播需要介質,波速與介質有關,與頻率無關傳播不需要介質,在真空中波速總等于光速,在介質中傳播時,波速與介質及頻率都有關系產生由質點(波源)的振動產生由周期性變化的電流(電磁振蕩)激發分類機械波電磁波干涉可以發生可以發生衍射可以發生可以發生橫波可以是是縱波可以是不是應用體驗【例2】

(多選)關于電磁波與聲波,下列說法正確的是(

)A.電磁波是由電磁場發生的區域向遠處傳播,聲波是聲源的振動向遠處傳播B.電磁波的傳播不需要介質,聲波的傳播有時也不需要介質C.由空氣進入水中傳播時,電磁波的傳播速度變小,聲波的傳播速度變大D.由空氣進入水中傳播時,電磁波的波長不變,聲波的波長變小AC解析

由電磁波和聲波的概念可知A正確;因為電磁波可以在真空中傳播,而聲波屬于機械波,它的傳播需要介質,在真空中不能傳播,故B錯誤;電磁波在空氣中的傳播速度大于在水中的傳播速度,在真空中的傳播速度最大;聲波在氣體、液體、固體中的傳播速度依次增大,故C正確;無論是電磁波還是聲波,從一種介質進入另一種介質時頻率都不變,所以由波長λ=及它們在不同介質中的傳播速度可知,由空氣進入水中時,電磁波的波長變短,聲波的波長變長,故D錯誤。方法技巧

理解電磁波與機械波的三點不同(1)電磁波由電磁振蕩產生;機械波由機械振動產生。(2)機械波的傳播依賴于介質的存在,但電磁波的傳播不需要介質。(3)若機械波為橫波,則不同頻率的橫波在同一介質中傳播速度相同,在不同介質中傳播速度不同,若機械波為縱波,則可得出同樣結論,但同一種介質中的橫波和縱波傳播速度不同;不同頻率的電磁波在同一介質中傳播速度不同。對點演練2.關于電磁波與機械波,下列說法正確的是(

)A.機械波和電磁波,本質上是一樣的B.電磁波在任何介質中傳播速度都相同,機械波在同一種介質中傳播速度都相同C.電磁波和機械波都不能發生干涉D.電磁波與機械波都能發生衍射D解析

機械波由機械振動產生,電磁波由振蕩的電磁場產生,選項A錯誤;電磁波的波速與介質和頻率都有關,而機械波的傳播速度與介質有關,選項B錯誤;電磁波和機械波都具有波的特性,選項C錯誤,D正確。學以致用·隨堂檢測全達標123451.(電磁波與機械波的比較)電磁波與機械波具有的共同性質是(

)A.都是橫波B.都能傳輸能量C.都能在真空中傳播D.都具有恒定的波速B解析

電磁波是橫波,但機械波既有橫波也有縱波,A錯誤;電磁波可以在真空中傳播,機械波的傳播需要介質,不能在真空中傳播,C錯誤;電磁波在真空中速度是恒定的,在不同介質中速度不同,機械波的波速受介質的影響,在不同介質中波速一般是不同的,D錯誤;電磁波與機械波都能傳輸能量,B正確。123452.(電磁波)下列關于電磁波的說法正確的是(

)A.只要有電場和磁場,就能產生電磁波B.電場隨時間變化時,一定產生電磁波C.做非勻變速運動的電荷可以產生電磁波D.麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在C解析

只有變化的電場和磁場,才能激發電磁波,而穩定的電場和磁場不能產生電磁波,A錯誤;均勻變化的電場產生恒定的磁場,但是恒定的磁場不能產生電場,不能產生電磁波,B錯誤;做非勻變速運動的電荷可以在空間產生變化的電磁場,形成電磁波,C正確;赫茲證實了電磁波的存在,D錯誤。123453.(電磁波)關于電磁波的特點,下列說法不正確的是(

)A.電磁波中電場和磁場互相垂直,電磁波沿二者垂直的方向傳播B.電磁波是橫波C.電磁波傳播不需要介質D.電磁波不具有干涉和衍射現象D解析

電磁波具有波所特有的各種屬性,即電磁波具有干涉、衍射、反射等現象。123454.(麥克斯韋電磁場理論)根據麥克斯韋電磁場理論,下列說法正確的是(

)A.恒定的電場周圍產生恒定的磁場,恒定的磁場周圍產生恒定的電場B.變化的電場周圍產生變化的磁場,變化的磁場周圍產生變化的電場C.均勻變化的電場周圍產生均勻變化的磁場,均勻變化的磁場周圍產生均勻變化的電場D.均勻變化的電場周圍產生恒定的磁場,均勻變化的磁場周圍產生恒定的電場D12345解析

麥克斯韋電磁場理論的核心內容是:變化的電場周圍產生磁場,變化的磁場周圍產生電場。即恒定的電場周圍不產生磁場;變化的電場周圍可以