第四章2電磁場(chǎng)與電磁波學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電磁波的基本特點(diǎn)及其發(fā)現(xiàn)過程。(物理觀念)2.知道電磁波的概念,通過電磁波體會(huì)電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。(物理觀念)3.體會(huì)赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)方法,領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)發(fā)展的意義。(科學(xué)探究)4.了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本內(nèi)容及其在物理學(xué)發(fā)展史上的意義。(物理觀念)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)一、電磁場(chǎng)1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)基本觀點(diǎn):

的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),

的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。

2.變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的,形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替激發(fā)

變化

變化

二、電磁波1.變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,形成

。

2.電磁波的傳播不需要介質(zhì),在真空中也能傳播。3.麥克斯韋預(yù)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(shí),它的電場(chǎng)強(qiáng)度E與磁感應(yīng)強(qiáng)度B

,而且二者均與波的傳播方向

。

5.1886年,

通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。

6.赫茲在一系列的實(shí)驗(yàn)中觀察到電磁波的

、

、

、

和

現(xiàn)象。

電磁場(chǎng)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(yīng)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(gè)磁極,磁極之間有一個(gè)環(huán)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(huì)被加速,其速率會(huì)越來越大。請(qǐng)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(huì)使粒子加速嗎?這個(gè)現(xiàn)象說明什么?提示

帶電粒子受到電場(chǎng)力作用做加速運(yùn)動(dòng)。線圈中通入恒定電流時(shí),帶電粒子不會(huì)被加速。變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)。易錯(cuò)辨析(1)在電場(chǎng)周圍,一定存在和它聯(lián)系著的磁場(chǎng)。(

)(2)在變化的磁場(chǎng)周圍一定會(huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。(

)(3)電磁波也能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象。(

)(4)電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同。(

)×提示

變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng),靜電場(chǎng)周圍沒有磁場(chǎng)。

提示

均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)。

提示

電磁波在真空中和介質(zhì)中的傳播速度不同。

×√×重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解導(dǎo)學(xué)探究下圖是赫茲實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖,請(qǐng)問赫茲通過此實(shí)驗(yàn)裝置證實(shí)了什么問題。

要點(diǎn)提示

實(shí)驗(yàn)演示了電磁波的發(fā)射和接收,驗(yàn)證了電磁波的存在。

知識(shí)歸納1.電磁場(chǎng)的產(chǎn)生如果在空間某處有周期性變化的電場(chǎng),那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng),這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)——變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系著的,形成不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場(chǎng)。2.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解

恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)不均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)不均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)特別提示

變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng),與是否有閉合電路存在無關(guān)。

應(yīng)用體驗(yàn)【例1】

根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,下列說法正確的是(

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

根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,只有變化的電場(chǎng)才能產(chǎn)生磁場(chǎng),均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),只有選項(xiàng)D正確。方法技巧

理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的關(guān)鍵掌握四個(gè)關(guān)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(duì)時(shí)間來說的,是時(shí)間的函數(shù)。對(duì)點(diǎn)演練1.如圖所示的四種電場(chǎng)中,能產(chǎn)生電磁波的是(

)D解析

由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場(chǎng)時(shí)(如A圖),由于它不激發(fā)磁場(chǎng),故無電磁波產(chǎn)生;當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場(chǎng)時(shí)(如B、C圖),會(huì)激發(fā)出磁場(chǎng),但磁場(chǎng)恒定,不會(huì)激發(fā)出電場(chǎng),故也不會(huì)產(chǎn)生電磁波;只有振蕩的電場(chǎng)(即周期性變化的電場(chǎng))(如D圖),才會(huì)激發(fā)出振蕩的磁場(chǎng),振蕩的磁場(chǎng)又激發(fā)出振蕩的電場(chǎng)……如此周而復(fù)始,便會(huì)形成電磁波。探究點(diǎn)二電磁波與機(jī)械波的比較導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,某同學(xué)正在回答神舟十號(hào)航天員王亞平的問題,請(qǐng)問她們的通話是通過機(jī)械波進(jìn)行的還是通過電磁波進(jìn)行的,為什么?要點(diǎn)提示

電磁波。因?yàn)闄C(jī)械波的傳播離不開介質(zhì),而電磁波可以在真空中傳播。知識(shí)歸納電磁波是電磁現(xiàn)象,機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象,兩種波產(chǎn)生機(jī)理不同,所以除具有波的共性外,還有不同之處。分類機(jī)械波電磁波對(duì)象研究力學(xué)現(xiàn)象研究電磁現(xiàn)象周期性變化的物理量位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間和空間做周期性變化傳播傳播需要介質(zhì),波速與介質(zhì)有關(guān),與頻率無關(guān)傳播不需要介質(zhì),在真空中波速總等于光速,在介質(zhì)中傳播時(shí),波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)系產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生由周期性變化的電流(電磁振蕩)激發(fā)分類機(jī)械波電磁波干涉可以發(fā)生可以發(fā)生衍射可以發(fā)生可以發(fā)生橫波可以是是縱波可以是不是應(yīng)用體驗(yàn)【例2】

(多選)關(guān)于電磁波與聲波,下列說法正確的是(

)A.電磁波是由電磁場(chǎng)發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播,聲波是聲源的振動(dòng)向遠(yuǎn)處傳播B.電磁波的傳播不需要介質(zhì),聲波的傳播有時(shí)也不需要介質(zhì)C.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí),電磁波的傳播速度變小,聲波的傳播速度變大D.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí),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?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑?而聲波屬于機(jī)械波,它的傳播需要介質(zhì),在真空中不能傳播,故B錯(cuò)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(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率都不變,所以由波長λ=及它們?cè)诓煌橘|(zhì)中的傳播速度可知,由空氣進(jìn)入水中時(shí),電磁波的波長變短,聲波的波長變長,故D錯(cuò)誤。方法技巧

理解電磁波與機(jī)械波的三點(diǎn)不同(1)電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生;機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生。(2)機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)的存在,但電磁波的傳播不需要介質(zhì)。(3)若機(jī)械波為橫波,則不同頻率的橫波在同一介質(zhì)中傳播速度相同,在不同介質(zhì)中傳播速度不同,若機(jī)械波為縱波,則可得出同樣結(jié)論,但同一種介質(zhì)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(zhì)中傳播速度不同。對(duì)點(diǎn)演練2.關(guān)于電磁波與機(jī)械波,下列說法正確的是(

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

機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生,電磁波由振蕩的電磁場(chǎng)產(chǎn)生,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;電磁波的波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān),而機(jī)械波的傳播速度與介質(zhì)有關(guān),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電磁波和機(jī)械波都具有波的特性,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)123451.(電磁波與機(jī)械波的比較)電磁波與機(jī)械波具有的共同性質(zhì)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(jī)械波既有橫波也有縱波,A錯(cuò)誤;電磁波可以在真空中傳播,機(jī)械波的傳播需要介質(zhì),不能在真空中傳播,C錯(cuò)誤;電磁波在真空中速度是恒定的,在不同介質(zhì)中速度不同,機(jī)械波的波速受介質(zhì)的影響,在不同介質(zhì)中波速一般是不同的,D錯(cuò)誤;電磁波與機(jī)械波都能傳輸能量,B正確。123452.(電磁波)下列關(guān)于電磁波的說法正確的是(

)A.只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng),就能產(chǎn)生電磁波B.電場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí),一定產(chǎn)生電磁波C.做非勻變速運(yùn)動(dòng)的電荷可以產(chǎn)生電磁波D.麥克斯韋第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在C解析

只有變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng),才能激發(fā)電磁波,而穩(wěn)定的電場(chǎng)和磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電磁波,A錯(cuò)誤;均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),但是恒定的磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電場(chǎng),不能產(chǎn)生電磁波,B錯(cuò)誤;做非勻變速運(yùn)動(dòng)的電荷可以在空間產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng),形成電磁波,C正確;赫茲證實(shí)了電磁波的存在,D錯(cuò)誤。123453.(電磁波)關(guān)于電磁波的特點(diǎn),下列說法不正確的是(

)A.電磁波中電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(zhì)D.電磁波不具有干涉和衍射現(xiàn)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(xiàn)象。123454.(麥克斯韋電磁場(chǎng)理論)根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,下列說法正確的是(

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

麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的核心內(nèi)容是:變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)。即恒定的電場(chǎng)周圍不產(chǎn)生磁場(chǎng);變化的電場(chǎng)周圍可以