（2021新人教版）高中物理选择性必修第二册第4章 2．电磁场与电磁波讲义.doc

1、2 2电磁场与电磁波电磁场与电磁波 学习目标：学习目标：1.物理观念物理观念了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学 发展史上的意义。发展史上的意义。2.科学思维科学思维了解电磁波的基本特点及其发现过程，通过电了解电磁波的基本特点及其发现过程，通过电 磁波体会电磁场的物质性。磁波体会电磁场的物质性。 一、电磁场一、电磁场 1变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场 (1)实验现象：如图所示实验现象：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产电路里就会产 生生感应电流感应电流。 (2)麦克斯韦的观点麦克斯韦的观点：

2、电路里有感应电流产生电路里有感应电流产生，一定是变化的一定是变化的磁场磁场 产生了电产生了电 场场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。 (3)结论：变化的结论：变化的 磁场磁场 产生了电场产生了电场。 2变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间那么变化的电场也会在空间 产生产生磁场磁场。 二、电磁波二、电磁波 1电磁波的产生电磁波的产生 变化的电场和变化的磁场交替产生变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播由近及远地向周围传播，形成形成电磁波电磁

3、波。 2电磁波是横波电磁波是横波 根据麦克斯韦的电磁场理论根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁它的电场强度和磁 感应强度互相感应强度互相垂直垂直，而且二者均与波的传播方向而且二者均与波的传播方向垂直垂直，因此电磁波是横波因此电磁波是横波。 3电磁波的速度电磁波的速度 麦克斯韦得到电磁波的速度等于麦克斯韦得到电磁波的速度等于 光速光速。他指出了光的他指出了光的 电磁电磁本质本质。 4麦克斯韦电磁场理论的意义麦克斯韦电磁场理论的意义 不仅预言了不仅预言了电磁波电磁波的存在的存在，而且揭示了电而且揭示了电、磁磁、光现象在本质上的光现象在本质上的统一性统

4、一性， 建立了完整的电磁场理论建立了完整的电磁场理论。 5赫兹的电火花赫兹的电火花 (1)赫兹的实验装置赫兹的实验装置 (2)实验现象实验现象 当感应圈两个金属球间有火花跳过时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火花导线环两个小球间也跳过火花。 (3)现象分析现象分析 当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生火花时当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生火花时，空间出现了迅速变化空间出现了迅速变化 的的电磁场电磁场，这种变化的电磁场以这种变化的电磁场以 电磁波电磁波的形式在空间传播的形式在空间传播。当电磁波到达导线当电磁波到达导线 环时环时，它在导线环中激发出它在导线环中激发出

5、 感应电动势感应电动势 ，使得导线环的空隙中也产生了火花使得导线环的空隙中也产生了火花。 (4)实验结论：证实了实验结论：证实了电磁波电磁波的存在的存在。 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”，错误的打错误的打“”“”) (1)变化的电场一定产生变化的磁场变化的电场一定产生变化的磁场。() (2)电磁波和光在真空中的传播速度都是电磁波和光在真空中的传播速度都是 3.0108m/s。( () ) (3)电磁波在真空和介质中传播速度相同电磁波在真空和介质中传播速度相同。( () ) (4)只要有电场和磁场只要有电场和磁场，就能产生电磁波就能产生电磁波。( () ) (5)电磁波在同种介质中

6、只能沿直线传播电磁波在同种介质中只能沿直线传播。( () ) 2(多选多选)下列说法中正确的是下列说法中正确的是() A变化的磁场不能产生电场变化的磁场不能产生电场 B变化的电场不能产生磁场变化的电场不能产生磁场 C赫兹证实了电磁波的存在赫兹证实了电磁波的存在 D电磁波能在真空中传播电磁波能在真空中传播 CD均匀变化的电场会产生恒定的磁场均匀变化的电场会产生恒定的磁场， 均匀变化的磁场会产生恒定的电均匀变化的磁场会产生恒定的电 场场，故故 A、B 错误错误；麦克斯韦首先从理论上预言了电磁波的存在麦克斯韦首先从理论上预言了电磁波的存在，赫兹首先利用赫兹首先利用 实验证实了电磁波的存在，故实验证实

7、了电磁波的存在，故 C 正确；电磁波能在真空中传播，故正确；电磁波能在真空中传播，故 D 正确。正确。 3建立完整的电磁场理论建立完整的电磁场理论，并首先预言电磁波存在的科学家是并首先预言电磁波存在的科学家是( ) A法拉第法拉第B奥斯特奥斯特 C赫兹赫兹D麦克斯韦麦克斯韦 D麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹证实了麦克斯韦预言的正确麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹证实了麦克斯韦预言的正确 性。性。 电磁场电磁场 如图所示如图所示，磁铁相对闭合线圈上下运动时磁铁相对闭合线圈上下运动时，闭合线圈中的自由电荷做定向闭合线圈中的自由电荷做定向 移动移动，是受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场

8、产生了电场？如果没有导是受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电场？如果没有导 体体，情况会怎样？情况会怎样？ 提示：提示：磁铁上、下运动时，导体中自由电荷定向移动，说明电荷受到静电磁铁上、下运动时，导体中自由电荷定向移动，说明电荷受到静电 力作用，即导体处在电场中。磁铁的上、下运动使线圈处在变化的磁场中，这力作用，即导体处在电场中。磁铁的上、下运动使线圈处在变化的磁场中，这 表明变化的磁场周围产生了电场。如果没有导体，该处仍会产生电场。表明变化的磁场周围产生了电场。如果没有导体，该处仍会产生电场。 1电磁场的产生电磁场的产生 如果在空间某处有周期性变化的电场如果在空间某处有周期性变化的

9、电场，那么这个变化的电场就在它周围空那么这个变化的电场就在它周围空 间产生周期性变化的磁场间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场 变化的电场和变化的磁场是相互联系着的变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体形成不可分割的统一体，这就这就 是电磁场是电磁场。 2对麦克斯韦电磁场理论的理解对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定均匀变化的电场在周围空间产生恒定 的磁场的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生均匀变化

10、的磁场在周围空间产生 恒定的电场恒定的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变不均匀变化的电场在周围空间产生变 化的磁场化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产不均匀变化的磁场在周围空间产 生变化的电场生变化的电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场振荡磁场产生同频率的振荡电场 【例【例 1】(多选多选)关于电磁场的理论关于电磁场的理论，下列说法中正确的是下列说法中正确的是() A变化的电场周围产生的磁场一定是变化的变化的电场周围产生的磁场一定是变化的 B变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的 C均匀变化的磁场

11、周围产生的电场也是均匀变化的均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的 D振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场 BD变化的电场产生磁场有两层含义。变化的电场产生磁场有两层含义。均匀变化的电场产生恒定的磁均匀变化的电场产生恒定的磁 场。场。非均匀变化的电场产生变化的磁场。振荡的电场产生同频率的振荡的磁非均匀变化的电场产生变化的磁场。振荡的电场产生同频率的振荡的磁 场。均匀变化的磁场产生恒定的电场，故场。均匀变化的磁场产生恒定的电场，故 B、D 正确，正确，A、C 错误。错误。 1变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合

12、的，而静电场中的电场线是不而静电场中的电场线是不 闭合的。闭合的。 2振荡电场振荡电场(即周期性变化的电场即周期性变化的电场)产生同频率的振荡磁场。产生同频率的振荡磁场。 振荡磁场振荡磁场(即周期性变化的磁场即周期性变化的磁场)产生同频率的振荡电场。产生同频率的振荡电场。 跟进训练跟进训练 1(多选多选)关于电磁场理论的叙述正确的是关于电磁场理论的叙述正确的是( ) A变化的磁场周围一定存在着电场变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关与是否有闭合电路无关 B周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 C变化的电场和变化的磁场相互关联变化

13、的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场形成一个统一的场，即电磁场即电磁场 D电场周围不一定存在磁场电场周围不一定存在磁场，磁场周围不一定存在电场磁场周围不一定存在电场 ABD变化的磁场周围产生电场变化的磁场周围产生电场， 当电场中有闭合回路时当电场中有闭合回路时， 回路中有电流回路中有电流， 若无闭合回路电场仍然存在若无闭合回路电场仍然存在， A 正确正确； 若形成电磁场必须有周期性变化的电场和若形成电磁场必须有周期性变化的电场和 磁场磁场，B 正确正确，C 错误错误；电场电场(或磁场或磁场)周围不一定存在磁场周围不一定存在磁场(或电场或电场)，D 正确正确。 电磁波与机械波的比较电磁波

14、与机械波的比较 爸爸出差在外爸爸出差在外，小明相隔千里与爸爸通电话小明相隔千里与爸爸通电话，声音在瞬间就传递到爸爸耳声音在瞬间就传递到爸爸耳 边边。 1小明的声音是怎样传递给爸爸的？小明的声音是怎样传递给爸爸的？ 2介质对声波和电磁波的传播速度的影响有什么不同？介质对声波和电磁波的传播速度的影响有什么不同？ 提示：提示：1. 2声波的传播速度由介质决定声波的传播速度由介质决定，与频率无关与频率无关，即同种介质不同频率的声波即同种介质不同频率的声波 传播速度相同传播速度相同。电磁波在真空中传播速度相同电磁波在真空中传播速度相同，均为均为 3108m/s。在同种介质中在同种介质中 不同频率的电磁波

15、传播速度不同，频率越大传播速度越小。不同频率的电磁波传播速度不同，频率越大传播速度越小。 机械波机械波电磁波电磁波 研究对象研究对象力学现象力学现象电磁现象电磁现象 周期性变化周期性变化 的物理量的物理量 位移随时间和空间做位移随时间和空间做 周期性变化周期性变化 电场强度电场强度 E 和磁感应强度和磁感应强度 B 随时随时 间和空间做周期性变化间和空间做周期性变化 传播传播 传播需要介质传播需要介质，波速波速 与介质有关与介质有关，与频率与频率 无关无关 传播无需介质传播无需介质， 在真空中波速总在真空中波速总是是 c，在介质中传播时在介质中传播时，波速与介质波速与介质 及频率都有关系及频率

16、都有关系 产生产生 由质点由质点(波源波源)的振动的振动 产生产生 由周期性变化的电流由周期性变化的电流(电磁振荡电磁振荡)激激 发发 干涉干涉可以发生可以发生可以发生可以发生 衍射衍射可以发生可以发生可以发生可以发生 横波横波可以是可以是是是 纵波纵波可以是可以是不是不是 【例【例 2】(多选多选)关于机械波与电磁波关于机械波与电磁波，下列说法正确的是下列说法正确的是() A电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关 B电磁波可以发生衍射现象和偏振现象电磁波可以发生衍射现象和偏振现象 C简谐机械波在给定的介质中传播时简谐机械波在给定的介质中传播时，振

17、动的频率越高振动的频率越高，则波传播速度越则波传播速度越 大大 D机械波不但能传递能量机械波不但能传递能量，而且能传递信息而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息其传播方向就是能量或信息 传递的方向传递的方向 BD电磁波在真空中的传播速度都等于光速电磁波在真空中的传播速度都等于光速，与电磁波的频率无关与电磁波的频率无关，故故 A 错误；衍射现象是波特有的现象，而偏振现象是横波特有的现象，电磁波也是错误；衍射现象是波特有的现象，而偏振现象是横波特有的现象，电磁波也是 一种横波一种横波，可以发生衍射现象和偏振现象可以发生衍射现象和偏振现象，故故 B 正确正确；波传播速度与介质有关波传播速度与介质有

18、关， 则在同一种介质中传播时，简谐机械波的传播速度相等，故则在同一种介质中传播时，简谐机械波的传播速度相等，故 C 错误；机械波不错误；机械波不 但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向，如但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向，如 声波，故声波，故 D 正确。正确。 电磁波与机械波的三点不同电磁波与机械波的三点不同 (1)电磁波是电磁现象电磁波是电磁现象，由电磁振荡产生由电磁振荡产生；机械波是力学现象机械波是力学现象，由机械振动由机械振动 产生。产生。 (2)机械波的传播依赖于介质的存在，但电磁波的传播不需要介质。机械波的传播依赖于介质的存在

19、，但电磁波的传播不需要介质。 (3)不同频率的机械波在同一介质中传播速度相同，在不同介质中传播速度不同频率的机械波在同一介质中传播速度相同，在不同介质中传播速度 不同不同；不同频率的电磁波在真空中传播速度相同不同频率的电磁波在真空中传播速度相同，在同一介质中传播速度不同在同一介质中传播速度不同。 跟进训练跟进训练 2(多选多选)关于电磁波关于电磁波，下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A手机既能发射电磁波手机既能发射电磁波，也能接收电磁波也能接收电磁波 B手机只能接收电磁波手机只能接收电磁波，不能发射电磁波不能发射电磁波 C收音机既能发射电磁波收音机既能发射电磁波，也能接收电磁波也能接收电

20、磁波 D收音机不能发射电磁波收音机不能发射电磁波，只能接收电磁波只能接收电磁波 AD手机在使用过程中手机在使用过程中，将要传递的信息用电磁波发射出去将要传递的信息用电磁波发射出去，另一方面又另一方面又 可以通过接受电磁波来获取他人传递给自己的信息，故可以通过接受电磁波来获取他人传递给自己的信息，故 B 错误，错误，A 正确；收音正确；收音 机只能利用天线接收电磁波，不能发射电磁波，故机只能利用天线接收电磁波，不能发射电磁波，故 C 错误，错误，D 正确。正确。 1根据麦克斯韦电磁场理论根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A有电场的空间一定存在磁场有电场的空间一定存在

21、磁场，有磁场的空间也一定能产生电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电场周围一定产生变化的磁场， ，在变化的磁场周期一定产生变在变化的磁场周期一定产生变 化的电场化的电场 C均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场 D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非均匀

22、变化的电场产生变化的磁场， 只有选项只有选项 D 正确正确。 2(多选多选)关于电磁波关于电磁波，下列说法正确的是下列说法正确的是() A电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B周期性变化的电场和磁场可以相互激发周期性变化的电场和磁场可以相互激发， ，形成电磁波形成电磁波 C电磁波在真空中自由传播时电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂磁感应强度均垂 直直 D电磁波可以由电磁振荡产生电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止若波源的电磁振荡停止， ，空间的电磁波随空间的电磁波随 即消失即消失 ABC

23、电磁波在真空中的传播速度均相同电磁波在真空中的传播速度均相同，与电磁波的频率无关与电磁波的频率无关，故故 A 正正 确确；变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场，相互激发相互激发，形成电磁波形成电磁波，故故 B 正确；电磁波是横波，每一处的电场强度和磁场强度总是相互垂直的，且与波正确；电磁波是横波，每一处的电场强度和磁场强度总是相互垂直的，且与波 的传播方向垂直，故的传播方向垂直，故 C 正确；当发射电路的电磁振荡停止了，只是不能产生新正确；当发射电路的电磁振荡停止了，只是不能产生新 的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，故的电磁波，

24、但已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，故 D 错错 误。误。 3(多选多选)关于电磁波和机械波关于电磁波和机械波，下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A电磁波和机械波的传播都需要借助于介质电磁波和机械波的传播都需要借助于介质 B电磁波在任何介质中传播的速度都相同电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密而机械波的波速大小与介质密 切相关切相关 C电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象 D根据麦克斯韦的电磁场理论根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场 CD机械波的传播需要借助于介质机械波的传播需要借助

25、于介质，但电磁波的传播不需要借助介质但电磁波的传播不需要借助介质，选选 项项 A 错误；电磁波和机械波的传播速度都与介质有关；选项错误；电磁波和机械波的传播速度都与介质有关；选项 B 错误；电磁波和错误；电磁波和 机械波都能产生干涉和衍射现象；选项机械波都能产生干涉和衍射现象；选项 C 正确；根据麦克斯韦的电磁场理论，正确；根据麦克斯韦的电磁场理论， 变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场；选项变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场；选项 D 正确。正确。 4(多选多选)下列关于电磁场的说法中正确的是下列关于电磁场的说法中正确的是() A只要空间某处有变化的电场或磁场只要空间某处有变化的电场或

26、磁场，就会在其周围产生电磁场就会在其周围产生电磁场， ，从而形从而形 成电磁波成电磁波 B任何变化的电场周围一定有磁场任何变化的电场周围一定有磁场 C周期变化电场和周期变化磁场交替产生周期变化电场和周期变化磁场交替产生，相互依存相互依存，形成不可分离的统形成不可分离的统 一体一体，即电磁场即电磁场 D电磁波的理论在先电磁波的理论在先，实践证明在后实践证明在后 BCD均匀变化的电场或磁场，不会在其周围产生电磁场，也不会有电磁均匀变化的电场或磁场，不会在其周围产生电磁场，也不会有电磁 波存在，故波存在，故 A 错误；任何变化的电场周围一定有磁场，故错误；任何变化的电场周围一定有磁场，故 B 正确；周期变化电正确；周期变化电 场和周期变化磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场，场和周期变化磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场， 故故 C 正确正确； 麦克斯韦建立电磁波的理论在先麦克斯韦建立电磁波的理论在先， 赫兹用实践证明在后赫兹用实践证明在后， 故故 D 正确正确。