第四章電磁振蕩與電磁波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)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.電磁波的產(chǎn)生:周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,形成

。

2.電磁波的特點(diǎn)(1)電磁波在空間傳播不需要

。

(2)電磁波是橫波:電磁波中的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度互相垂直,而且二者均與波的傳播方向

。

(3)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉、偏振和

等現(xiàn)象。

3.電磁波具有能量電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)換就是

能量與

能量的轉(zhuǎn)換,電磁波的發(fā)射過程是

能量的過程,傳播過程是能量傳播的過程。

電磁波介質(zhì)垂直衍射電場(chǎng)磁場(chǎng)輻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

帶電粒子受到靜電力作用做加速運(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)。教材拓展閱讀教材,思考麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的意義。提示

不僅預(yù)言了電磁波的存在,而且揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一性,建立了完整的電磁場(chǎng)理論。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。(

)××√×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)探究如圖所示,磁體相對(duì)閉合導(dǎo)體上下運(yùn)動(dòng)時(shí),閉合導(dǎo)體中的自由電子做定向移動(dòng),是受到什么力的作用?這能否說明變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)?如果沒有導(dǎo)體,情況會(huì)怎樣?提示

磁體上、下運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng),說明電子受到靜電力作用,即導(dǎo)體處在電場(chǎng)中。磁體的上、下運(yùn)動(dòng)使導(dǎo)體處在變化的磁場(chǎng)中,這表明變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生了電場(chǎng)。如果沒有導(dǎo)體,該處仍會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。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

特別提示

(1)變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng),是一種普遍存在的現(xiàn)象,與閉合電路是否存在無關(guān)。(2)變化的磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合的,而靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線是不閉合的。(3)有單獨(dú)存在的靜電場(chǎng),也有單獨(dú)存在的靜磁場(chǎng),但沒有靜止的電磁場(chǎng)。典例剖析【例題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.用麥克斯韋電磁場(chǎng)理論判斷如圖所示的四組電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)或磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)隨時(shí)間t的變化規(guī)律,其中錯(cuò)誤的是(

)C解析

恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng),A正確;均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),B正確;周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場(chǎng),產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率成正比,對(duì)于正弦曲線,t=0時(shí),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率最大,故產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大,C錯(cuò)誤,D正確。探究點(diǎn)二電磁波導(dǎo)學(xué)探究如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,當(dāng)接在高壓感應(yīng)圈上的兩金屬球間有電火花時(shí),導(dǎo)線環(huán)上兩小球間也會(huì)產(chǎn)生電火花,這是為什么?這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了什么問題?提示

當(dāng)A、B兩金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí)就會(huì)產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng),這種變化的電磁場(chǎng)傳播到導(dǎo)線環(huán)時(shí),在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),使導(dǎo)線環(huán)上兩小球間也產(chǎn)生電火花。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。知識(shí)歸納

特別提示

①同一種電磁波在不同介質(zhì)中傳播時(shí),頻率不變(頻率由波源決定),波速、波長(zhǎng)發(fā)生改變。在介質(zhì)中的速度都比真空中速度小。②不同電磁波在同一種介質(zhì)中傳播時(shí),傳播速度不同,頻率越高波速越小,頻率越低波速越大。2.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。比較項(xiàng)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)系比較項(xiàng)機(jī)械波電磁波產(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)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典例剖析BC【例題2】

(多選)(2025湖南長(zhǎng)沙高二期末)關(guān)于電磁波,下列敘述正確的是(

)A.電磁波在真空中自由傳播時(shí),其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度平行B.周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā),形成電磁波C.電磁波可以在真空中傳播D.電磁波的頻率越高,在真空中傳播的速度越大解析

電磁波在真空中自由傳播時(shí),其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直,故A錯(cuò)誤;根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng),周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng),相互激發(fā),形成電磁波,故B正確;電磁波的傳播不需要靠介質(zhì),可以在真空中傳播,任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都相同,故C正確,D錯(cuò)誤。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)12341.(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。12342.(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),才能產(chǎn)生電磁波,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。1234A3.(電磁場(chǎng)和電磁波)(2025廣東廣州高二期末)下列有關(guān)電磁場(chǎng)和電磁波的說法正確的是(

)A.變化的磁場(chǎng)周圍一定存在著電場(chǎng),與是否有閉合電路無關(guān)B.只要空間某處的電場(chǎng)或磁場(chǎng)發(fā)生變化,就會(huì)在其周圍產(chǎn)生電磁波C.電磁波傳播過程中,電場(chǎng)和磁場(chǎng)是獨(dú)立存在的,沒有關(guān)聯(lián)D.電磁波也可以傳播能量,具有干涉、衍射現(xiàn)象,沒有反射現(xiàn)象解析

根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知,變化的磁場(chǎng)周圍一定存在著電場(chǎng),與是否有閉合電路無關(guān),故A正確;如果空間某處的電場(chǎng)或磁場(chǎng)是均勻變化的,則只會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)或電場(chǎng),并不會(huì)產(chǎn)生電磁波,故B錯(cuò)誤;電磁波傳播過程中,電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng),磁場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng),兩者是相互關(guān)聯(lián)的,故C錯(cuò)誤;電磁波也可以傳播能量,且具有干涉、衍射等波動(dòng)現(xiàn)象,有反射現(xiàn)象,故D錯(cuò)誤。1234A4.(麥克斯韋電磁場(chǎng)理論)在下列磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的磁場(chǎng)中能產(chǎn)生電磁波的是(

)