2．電磁場與電磁波第四章

電磁振蕩與電磁波整體感知·自我新知初探[學習任務]

任務1．了解麥克斯韋電磁場理論的主要觀點，知道電磁波的概念及通過電磁波體會電磁場的物質性。任務2．體驗赫茲證明電磁波存在的實驗過程及方法，領會物理實驗對物理學發展的基礎意義。[問題初探]

問題1．麥克斯韋電磁場理論內容是什么？問題2．電磁波傳播是否需要介質？在真空中傳播速度是多大？問題3．哪位科學家證實了電磁波的存在？[自我感知]經過你認真的預習，結合你對本節課的理解和認識，請畫出本節課的知識邏輯體系。探究重構·關鍵能力達成[鏈接教材]電磁振蕩電路中的能量有一部分要以電磁波的形式輻射到周圍空間中去，那么，這些電磁波是怎樣產生的？知識點一電磁場提示：如果在空間某區域有周期性變化的電場，就會在周圍引起變化的磁場，變化的電場和磁場又會在較遠的空間引起新的變化的電場和磁場。這樣變化的電場和磁場由近及遠地向周圍傳播，形成了電磁波。1．麥克斯韋電磁場理論的兩個基本假設(1)變化的磁場產生____。(2)變化的電場產生____。電場磁場2．電磁場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。提醒：變化的磁場產生電場，是一種普遍存在的現象，跟閉合電路是否存在無關。如圖所示，磁鐵相對閉合線圈向下運動時，閉合線圈中的自由電荷做定向移動。問題1．電荷受到什么力的作用？提示：磁鐵上下運動時，導體中自由電荷定向移動，說明電荷受到靜電力作用，即導體處在電場中。問題2．這能否說明變化的磁場產生了電場？提示：能，磁鐵的上下運動使線圈處在變化的磁場中，這表明變化的磁場周圍產生了電場。問題3．如果沒有導體，情況會怎樣？提示：如果沒有導體，該處仍會產生電場。對麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的電場不產生磁場恒定的磁場不產生電場均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場振蕩電場產生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產生同頻率的振蕩電場【典例1】

(電磁場理論的理解)(多選)對麥克斯韋電磁場理論理解正確的是(

)A．恒定的磁場不產生電場B．恒定的電場產生恒定的磁場C．均勻變化的磁場產生均勻變化的電場D．周期性變化的電場產生周期性變化的磁場√AD

[均勻變化的磁場一定產生恒定的電場，恒定的電場不會產生磁場，恒定的磁場也不會產生電場，故A正確，B、C錯誤；周期性變化的電場產生周期性變化的磁場，周期性變化的磁場產生周期性變化的電場，故D正確。故選AD。]√規律方法

(1)變化的磁場所產生的電場的電場線是閉合的，而靜電場中的電場線是不閉合的。(2)①振蕩電場(即周期性變化的電場)產生同頻率的振蕩磁場。②振蕩磁場(即周期性變化的磁場)產生同頻率的振蕩電場?！窘逃谩溥x例題】關于電磁場理論，下列說法正確的是(

)A．在電場周圍一定產生磁場，變化的磁場周圍一定產生電場B．在變化的電場周圍一定產生變化的磁場，變化的磁場周圍一定產生變化的電場C．均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場D．周期性變化的電場周圍一定產生周期性變化的磁場√D

[根據電磁場理論可知，在恒定電場周圍不會產生磁場，在恒定磁場周圍不會產生電場；在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，故A、B、C錯誤；周期性變化的電場周圍一定產生周期性變化的磁場，故D正確。故選D。]1．電磁波的產生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．電磁波是橫波根據麥克斯韋的電磁場理論，電磁波在真空中傳播時，它的電場強度和磁感應強度互相____，而且二者均與波的傳播方向____，因此電磁波是橫波。知識點二電磁波電磁波垂直垂直3．電磁波的速度麥克斯韋從理論上預見，電磁波在真空中的傳播速度等于____。他指出了光本身是按電磁波規律傳播的一種________。4．麥克斯韋電磁場理論的意義不僅預言了______的存在，而且揭示了電、磁、光現象在本質上的______，建立了完整的電磁場理論。光速電磁振動電磁波統一性5．赫茲的電火花(1)赫茲的實驗裝置(2)實驗現象當感應圈兩個金屬球間有火花跳過時，導線環兩個小球間也跳過了火花。(3)現象分析當與感應圈相連的兩個金屬球間產生電火花時，周圍空間出現了迅速變化的______。這種變化的電磁場以______的形式在空間傳播。當電磁波到達導線環時，它在導線環中激發出__________，使得導線環的空隙中也產生了火花。(4)實驗結論：證實了______的存在。提醒：電磁波具有波的一切特點，能發生反射、折射、干涉、衍射等現象。電磁場電磁波感應電動勢電磁波變化的磁場和變化的電場形成不可分離的統一體——電磁場，它會由近及遠地向外傳播。問題1．它的傳播需要介質嗎？提示：它是通過變化的磁場與變化的電場之間的相互“感應”而傳播到遠處，所以電磁場的傳播不需要介質。問題2．它傳播的速度是多大？提示：它在真空中傳播的速度等于光速。電磁波與機械波的比較

機械波電磁波研究對象力學現象電磁現象周期性位移隨時間和空間做周期性變化電場強度E和磁感應強度B隨時間和空間做周期性變化

機械波電磁波傳播情況傳播需要介質，波速與介質有關，與頻率無關傳播無須介質，在真空中波速等于光速c，在介質中傳播時，波速與介質和頻率都有關產生機理由質點(波源)的振動產生由電磁振蕩激發是橫波還是縱波可能是橫波，也可能是縱波

橫波干涉和衍射可以發生干涉和衍射【典例2】

(電磁波與機械波的比較)關于機械波與電磁波，以下說法正確的是(

)A．機械波與電磁波的傳播速度都只與介質種類有關B．無論是機械波還是電磁波，只有當障礙物或孔的尺寸跟波的波長相等時，才能發生明顯的衍射C．赫茲從理論上預言了電磁波的存在，麥克斯韋觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現象，麥克斯韋還測得電磁波在真空中具有與光相同的傳播速度D．機械波可能是橫波，也可能是縱波，而電磁波都是橫波√D

[機械波的波速只與介質有關，而電磁波在介質中的波速與介質和頻率都有關系，故A錯誤；無論是機械波還是電磁波，當障礙物或孔的尺寸跟波的波長相差不多時，就能夠觀察到明顯的衍射現象，故B錯誤；麥克斯韋從理論上預言了電磁波的存在，赫茲觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現象，赫茲還測得電磁波在真空中具有與光相同的傳播速度，故C錯誤；機械波可能是橫波，也可能是縱波，而電磁波能夠發生偏振現象，電磁波都是橫波，故D正確。故選D。]【教用·備選例題】

(多選)以下關于機械波與電磁波的說法正確的是(

)A．機械波和電磁波，本質上是一致的B．機械波的波速只與介質有關，而電磁波在介質中的波速不僅與介質有關，而且與電磁波的頻率有關C．機械波可能是縱波，而電磁波必定是橫波D．它們都能發生反射、折射、干涉和衍射現象√√√BCD

[機械波由振動產生，電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產生；機械波傳播需要介質，速度由介質決定，電磁波在介質中傳播時其波速由介質和自身的頻率共同決定；機械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波；它們都能發生反射、折射、干涉和衍射現象，故選項B、C、D正確。]應用遷移·隨堂評估自測1．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．都以光速傳播√243題號1B

[電磁波都是橫波，但機械波不一定都是橫波；電磁波與機械波都能傳輸能量；電磁波能在真空中傳播，機械波不能在真空中傳播；電磁波在真空中以光速傳播，機械波不是以光速傳播，故選B。]2．關于電磁波，下列說法正確的是(

)A．電磁波不能在真空中傳播B．電磁波是在空間傳播的周期性變化的電磁場C．電場或磁場隨時間變化時一定會產生電磁波D．麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在23題號14√B

[電磁波的傳播不需要介質，則電磁波能在真空中傳播，故A錯誤；周期性變化的電場產生磁場，周期性變化的磁場產生電場，由近及遠地傳播形成電磁波，故B正確；均勻變化的電場(磁場)產生恒定的磁場(電場)，則不能形成電磁波，故C錯誤；赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在，故D錯誤。故選B。]3．某長直導線中分別通以如圖所示的電流，則下列說法正確的是(

)23題號41A．如圖甲所示電流周圍產生勻強磁場B．如圖乙所示電流周圍的磁場是穩定的C．如圖丙所示電流周圍各點的磁場方向在0～t1內與t1～t2內的方向是相反的D．如圖丁所示電流周圍的磁場先變強再變弱，磁場中各點的磁感應強度方向不變23題號41√23題號41D

[題圖甲是恒定電流，則電流周圍產生恒定的磁場，而不是勻強磁場，故A錯誤；題圖乙是均勻變化的電流，則其周圍的磁場是均勻變化的，故B錯誤；題圖丙中電流大小在0～t1內均勻增加，而在t1～t2內均勻減小，但方向卻沒有變化，所以產生的磁場方向也不會變化，故C錯誤；題圖丁中電流大小先增后減，則磁場也先增后減，且方向不變，故D正確。]4．(多選)某空間出現了如圖所示的一組閉合的電場線，這可能是(

)A．沿AB方向磁場在迅速減弱B．沿AB方向磁場在迅速增加C．沿BA方向磁場在迅速增加D．沿BA方向磁場在迅速減弱243題號1√√AC

[根據電磁感應可知，閉合回路中的磁通量變化時，閉合回路中產生感應電流，該電流方向可用楞次定律判斷。根據麥克斯韋電磁場理論，閉合回路中產生感應電流，是因為閉合回路中受到了靜電力的作用，而變化的磁場產生電場，與是否存在閉合回路無關，故空間內磁場變化產生的電場，其方向仍然可用楞次定律判斷，四指環繞方向即為感應電場的方向，由此可知A、C正確。]243題號1回歸本節知識，完成以下問題：(1)電磁波是怎樣產生的？提示：周期性變化的電場和周期性變化的磁場交替產生，向周圍空間傳播，由近及遠地形成電磁波。(2)電磁波能否在真空中傳播？提示：能。(3)電磁波有哪些特點？提示：電磁波是橫波，是物質波，具有波的一切特性。題號課時分層作業(十四)電磁場與電磁波13524687910111213√

題組一電磁場1．下列關于電磁場和電磁波的說法正確的是(

)A．均勻變化的磁場能夠在空間產生電場B．均勻變化的電場能夠在空間產生電磁波C．只要有電場和磁場，就能產生電磁波D．電磁波在真空和介質中傳播速度相同題號13524687910111213A

[均勻變化的磁場能夠在空間產生恒定的電場，故A正確；均勻變化的電場能夠在空間產生恒定的磁場，恒定的磁場不能產生電場，所以不能形成電磁波，故B錯誤；非均勻變化的電場和磁場才能產生電磁波，故C錯誤；電磁波在真空中的傳播速度最快，為光速，在介質中傳播速度小于光速，所以電磁波在真空和介質中傳播速度不相同，故D錯誤。故選A。]題號21345687910111213√2．電磁波的發現使得人類進入無線電科學與技術的時代。下列有關電磁波的說法不正確的是(

)A．光是電磁波B．電磁波在真空中傳播時，電場強度與磁感應強度互相垂直C．電磁波的傳播需要介質D．變化的電場和磁場由近及遠地向周圍傳播，形成了電磁波題號21345687910111213C

[光波是電磁波的一種，A正確，不符合題意；電磁波在真空中傳播時，電場強度與磁感應強度互相垂直，B正確，不符合題意；電磁波可以在介質中傳播，也可以在真空中傳播，C錯誤，符合題意；據電磁場理論可知，變化的電場和磁場由近及遠地向周圍傳播，形成了電磁波，D正確，不符合題意。故選C。]題號32456879101112131√3．(多選)根據麥克斯韋電磁場理論，以下敘述正確的是(

)A．教室中亮著的日光燈周圍空間必有磁場和電場B．打點計時器工作時周圍必有磁場和電場C．恒定的電場產生恒定的磁場，恒定的磁場激發恒定的電場D．電磁波在傳播過程中，電場方向、磁場方向和傳播方向三者互相垂直√√題號32456879101112131ABD

[日光燈、打點計時器都通有交流電，交流電周圍存在周期性變化的磁場，周期性變化的磁場會激發電場，A、B正確；恒定的電場不產生磁場，恒定的磁場不激發電場，C錯誤；根據麥克斯韋電磁場理論可知，D正確。]題號42356879101112131√4．某一固定面的磁通量隨時間的變化圖像如圖所示，在它周圍空間產生的電場中的某一點的電場強度E應是(

)A．逐漸增強B．逐漸減弱C．不變D．無法確定C

[由題圖可知磁通量Φ隨時間t均勻變化，而Φ＝BS，所以磁場是均勻變化的，根據麥克斯韋電磁場理論可知C正確。]題號24536879101112131√

題組二電磁波與機械波的比較5．某同學對機械波和電磁波進行類比，總結出下列內容，其中不正確的是(

)A．機械波的頻率、波長和波速三者滿足的關系，對電磁波也適用B．機械波和電磁波都能產生干涉和衍射現象C．機械波的傳播依賴于介質，而電磁波可以在真空中傳播D．機械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波題號24536879101112131D

[機械波和電磁波有相同之處，也有本質區別，但v＝λf都適用，A項正確，不符合題意；機械波和電磁波都能產生干涉和衍射現象，B項正確，不符合題意；機械波的傳播依賴于介質，電磁波可以在真空中傳播，C項正確，不符合題意；機械波有橫波和縱波，而電磁波是橫波，D項錯誤，符合題意。]題號24536879101112131√6．關于電磁波，下列敘述正確的是(

)A．電磁波在真空中的傳播速度遠小于真空中的光速B．電磁波可以發生衍射現象C．電磁波和機械波一樣依賴于介質傳播D．隨著科技的發展，可以實現利用機械波從太空向地球傳遞信息B

[電磁波在真空中的傳播速度等于真空中的光速，故A錯誤；電磁波屬于波的一種，能夠發生衍射等波特有的現象，故B正確；電磁波能在真空中傳播，而機械波依賴于介質傳播，機械波不能在真空中傳播，故C、D錯誤。]題號24537689101112131√7．有關電磁波和聲波，下列說法錯誤的是(

)A．電磁波的傳播不需要介質，聲波的傳播需要介質B．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C．電磁波是橫波，聲波也是橫波D．由空氣進入水中傳播時，電磁波的波長變短，聲波的波長變長題號24537689101112131C

[電磁波本身就是一種物質，它的傳播不需要介質，而聲波的傳播需要介質，故選項A正確；電磁波由空氣進入水中時，傳播速度變小，但聲波在水中的傳播速度比其在空氣中大，故選項B正確；電磁波的傳播方向與電場、磁場的方向都垂直，是橫波，而聲波是縱波，故選項C錯誤；電磁波由空氣進入水中傳播時，波速變小，波長變短，而聲波由空氣進入水中傳播時，波速變大，波長變長，故選項D正確。]題號24538679101112131√8．下列關于電磁波的說法中，正確的是(

)A．電磁波在任何介質中傳播速度均為真空中的光速B．“中國天眼”FAST接收的脈沖星信號是電磁波中的無線電波C．麥克斯韋認為均勻變化的電場能激發出變化的磁場，空間將產生電磁波D．5G信號、4G信號都是電磁波，但是5G信號比4G信號在真空中傳播得更快題號24538679101112131B

[真空中的電磁波的速度為光速，而在介質中電磁波的速度不再是光速，A錯誤；“中國天眼”FAST接收的脈沖星信號是電磁波中的無線電波，B正確；根據麥克斯韋電磁場理論可知，均勻變化的電場能激發出恒定的磁場，恒定的磁場無法再形成電場，故無法在空間中產生電磁波，C錯誤；5G信號、4G信號都是電磁波，5G信號、4G信號在真空中的傳播速度都是光速，D錯誤。故選B。]題號92453867101112131√9．2023年9月21日，神舟十六號乘組航天員在中國空間站進行了太空授課活動?！疤鞂m課堂”主要依靠中繼衛星系統通過電磁波進行天地互動。下列關于電磁波的說法正確的是(

)A．電磁波傳播需要介質B．胡克預言了電磁波的存在C．電磁波傳播過程中也傳遞了能量D．不同波長的電磁波在真空中的傳播速度大小不同題號92453867101112131C

[電磁波傳播不需要介質，可以在真空中傳播，故A錯誤；麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲證實了電磁波的存在，故B錯誤；電磁波傳播過程中也傳遞了能量，故C正確；不同波長的電磁波在真空中均以光速傳播，故D錯誤。故選C。]題號92453867101112131√10．甲坐在人民大會堂臺前60m處聽報告，乙坐在家里離電視機5m處看電視直播，已知乙所在處與人民大會堂相距1000km，不考慮其他因素，則(空氣中聲速為340m/s)(

)A．甲先聽到聲音B．乙先聽到聲音C．甲、乙同時聽到聲音D．不能確定

題號92453867101112131√11．聲吶(水聲測位儀)向水中發出的超聲波遇到障礙物(如魚群、潛水艇、礁石等)后被反射回來，測出從發出超聲波到接收到反射波的時間及方向，即可測算出障礙物的方位；雷達則向空中發射電磁波，遇到障礙物后