-新教材高中物理第四章電磁振蕩與電磁波2電磁場與電磁波學(xué)案新人教版選擇性必修第二冊

PAGEPAGE7電磁場與電磁波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(zhì)性。2．體驗赫茲證明電磁波存在的實驗過程及方法，領(lǐng)會物理實驗對物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)意義。知識點一電磁場[情境導(dǎo)學(xué)]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，是受到什么力的作用？這能否說明變化的磁場產(chǎn)生了電場？如果沒有導(dǎo)體，情況會怎樣？提示：(1)說明電荷受到電場力的作用。(2)能說明變化的磁場產(chǎn)生了電場。(3)沒有導(dǎo)體，該處仍會產(chǎn)生電場。[知識梳理]1．麥克斯韋電磁場理論的兩個基本假設(shè)(1)變化的磁場產(chǎn)生電場。(2)變化的電場產(chǎn)生磁場。2．電磁場變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場。[初試小題]1．判斷正誤。(1)在電場周圍，一定存在著和它聯(lián)系著的磁場。(×)(2)在變化的磁場周圍一定會產(chǎn)生變化的電場。(×)(3)在電容器充、放電的過程中，電容器兩極板間周期性變化的電場會產(chǎn)生磁場。(√)(4)變化的電場和磁場是相互聯(lián)系的。(√)2．關(guān)于電磁場理論，下列說法正確的是()A．在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場B．在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場C．均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場D．周期性變化的電場周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場解析：選D根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，只有變化的電場能產(chǎn)生磁場，均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場，非均勻變化的電場才產(chǎn)生變化的磁場。知識點二電磁波[情境導(dǎo)學(xué)]變化的磁場和變化的電場形成不可分離的統(tǒng)一體——電磁場，它會由近及遠(yuǎn)地向外傳播，它的傳播需要介質(zhì)嗎？它傳播的速度是多大？提示：它是通過變化的磁場與變化的電場之間的相互“感應(yīng)”而傳播到遠(yuǎn)處，所以電磁場的傳播不需要介質(zhì)，它在真空中傳播的速度等于光速。[知識梳理]1．電磁波的產(chǎn)生：變化的電場和磁場由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成了電磁波。2．電磁波的特點(1)電磁波的傳播靠的是電和磁的相互“感應(yīng)”，而不是靠介質(zhì)的機(jī)械傳遞。(2)電磁波在真空中的傳播速度等于光速c，光是電磁波。(3)電磁波的電場強(qiáng)度E與磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直，而且二者均與波的傳播方向垂直。(4)電磁波能發(fā)生反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象。(5)電磁場的轉(zhuǎn)換就是電場能量和磁場能量的轉(zhuǎn)換，電磁波傳播過程就是能量傳播過程。[初試小題]1．判斷正誤。(1)電磁波不能在真空中傳播。(×)(2)電磁波是橫波。(√)(3)赫茲證實了麥克斯韋的電磁場理論。(√)(4)電磁場的轉(zhuǎn)換就是電場能量和磁場能量的轉(zhuǎn)換。(√)2．[多選]梳子在梳頭后帶上電荷，搖動這把梳子在空中產(chǎn)生電磁波。該電磁波()A．是橫波B．不能在真空中傳播C．只能沿著梳子搖動的方向傳播D．在空氣中的傳播速度約為3×108解析：選AD電磁波是橫波，傳播方向與振動方向垂直，既能在真空中傳播，也能在介質(zhì)中傳播。電磁波產(chǎn)生后，可以在任意方向傳播。電磁波在空氣中的傳播速度約為3×108電磁場[問題探究]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(chǎn)生的？提示：電磁振蕩電路中周期性變化的電場周圍產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生變化的電場，這樣變化的電場和磁場由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，就形成了電磁波。[要點歸納]對麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場[例題1][多選]如圖所示，有一水平放置、內(nèi)壁光滑、絕緣的真空圓形管，半徑為R；有一帶正電的粒子靜止在管內(nèi)，整個裝置處于豎直向上的磁場中。要使帶電粒子由靜止開始沿管做圓周運動，所加磁場可能是()A．勻強(qiáng)磁場B．均勻增加的磁場C．均勻減少的磁場D．由于洛倫茲力不做功，不管加什么磁場都不能使帶電粒子運動[解析]恒定的磁場對靜止的電荷不產(chǎn)生力的作用，但當(dāng)磁場變化時可產(chǎn)生電場，電場對帶電粒子產(chǎn)生電場力的作用，帶電粒子在電場力作用下可以產(chǎn)生加速度，使其沿管做圓周運動，選項B、C正確。[答案]BC(1)變化的磁場所產(chǎn)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(chǎn)生同頻率的振蕩磁場。②振蕩磁場(即周期性變化的磁場)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場。[針對訓(xùn)練]1．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(chǎn)生的電場中的某一點場強(qiáng)E應(yīng)是()A．逐漸增強(qiáng) B．逐漸減弱C．不變 D．無法確定解析：選C由圖像可知磁通量Φ隨時間t均勻變化，而Φ＝BS，所以磁場是均勻變化的，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知C正確。2．如圖所示的四種變化電場，能發(fā)射電磁波的是()解析：選D圖A是穩(wěn)定的電場，不能產(chǎn)生磁場；圖B與圖C是均勻變化的電場，產(chǎn)生恒定的磁場，也不能形成電磁波；圖D是周期性變化的電場，會產(chǎn)生同頻率周期性變化的磁場，能形成電磁場，向外發(fā)射電磁波，選項D正確，A、B、C錯誤。電磁波[問題探究]赫茲實驗所用的感應(yīng)圈是一種利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生數(shù)千伏高電壓的實驗裝置，當(dāng)電火花在感應(yīng)圈兩個金屬球間跳動時，旁邊導(dǎo)線環(huán)兩個小球間也有電火花跳動，請你解釋這種現(xiàn)象。提示：當(dāng)火花在感應(yīng)圈兩個金屬球間跳動時，必定建立一個快速變化的電磁場。這種變化的電磁場以電磁波的形式在空間快速傳播，當(dāng)電磁波經(jīng)過導(dǎo)線環(huán)時，迅速變化的電磁場在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使得導(dǎo)線環(huán)的兩個小球間也產(chǎn)生了火花。[要點歸納]1．對電磁波的理解(1)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播。在真空中，不同頻率的電磁波傳播速度是相同的(都等于光速)。(2)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小。2．電磁波與機(jī)械波的比較機(jī)械波電磁波研究對象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時間和空間做周期性變化電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間和空間做周期性變化傳播情況傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播無需介質(zhì)，在真空中波速等于光速c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān)產(chǎn)生機(jī)理由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生由電磁振蕩激發(fā)(下節(jié)內(nèi)容)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(fā)生干涉和衍射[例題2][多選]以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法正確的是()A．機(jī)械波和電磁波，本質(zhì)上是一致的B．機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān)，而且與電磁波的頻率有關(guān)C．機(jī)械波可能是縱波，而電磁波必定是橫波D．它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象[解析]機(jī)械波由機(jī)械振動產(chǎn)生，電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產(chǎn)生；機(jī)械波傳播需要介質(zhì)，速度由介質(zhì)決定，電磁波在介質(zhì)中傳播時其波速由介質(zhì)和自身的頻率共同決定；機(jī)械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波；它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象。故選項B、C、D正確。[答案]BCD機(jī)械波與電磁波都屬于波，在波的特性上是相同的，但在產(chǎn)生機(jī)理上是不同的。[針對訓(xùn)練]1．關(guān)于電磁波，下列敘述中正確的是()A．電磁波在真空中的傳播速度遠(yuǎn)小于真空中的光速B．電磁波可以發(fā)生衍射現(xiàn)象C．電磁波和機(jī)械波一樣依賴于介質(zhì)傳播D．隨著科技的發(fā)展，可以實現(xiàn)利用機(jī)械波從太空向地球傳遞信息解析：選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(fā)生衍射現(xiàn)象等波特有的現(xiàn)象，故B正確；電磁波能在真空中傳播，而機(jī)械波依賴于介質(zhì)傳播，不能在真空中傳播，故C、D錯誤。2．電磁波與機(jī)械波相比較，下列說法不正確的是()A．電磁波傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波傳播需在介質(zhì)中B．電磁波與機(jī)械波的波動頻率都由波源確定C．電磁波、機(jī)械波都能發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象D．電磁波、機(jī)械波都包括橫波和縱波解析：選D電磁波是橫波，而機(jī)械波有橫波(例如繩波)有縱波(例如聲波)，所以D符合題意，A、B、C不符合題意。1．[多選]關(guān)于電磁場理論的敘述正確的是()A．變化的磁場周圍一定存在電場，與是否有閉合電路無關(guān)B．周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率變化的電場C．周期性變化的電場和周期性變化的磁場相互關(guān)聯(lián)，形成一個統(tǒng)一的場，即電磁場D．電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場解析：選ABC恒定的電場周圍不存在磁場，恒定的磁場周圍不存在電場，所以D錯誤。2．[多選]根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，以下敘述中正確的是()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(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場激發(fā)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解析：選ABD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(fā)電場，所以A、B正確。恒定的電場不激發(fā)磁場，恒定的磁場不激發(fā)電場，所以C錯誤。根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，選項D正確。3．有關(guān)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(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)B．由空氣進(jìn)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(jìn)入水中傳播時，電磁波的波長變短，聲波的波長變長解析：選C電磁波本身就是一種物質(zhì)，它的傳播不需要介質(zhì)，而聲波的傳播需要介質(zhì)，故選項A正確；電磁波由空氣進(jìn)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(jìn)入水中傳播時，波速變小，波長變短，而聲波由空氣進(jìn)入水中傳播時，波速變大，波長變長，故選項D正確。4．[多選]下列關(guān)于電磁波的說法中，正確的是()A．電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3．0×108C．電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時，波長將變短D．只要空間中某個區(qū)域有變化的電場或變化的磁場，就能產(chǎn)生電磁波解析：選AC電磁場以電磁波的形式向遠(yuǎn)處傳播。電磁波只有在真空中的傳播速度才為3．0×108m/s，在其他介質(zhì)中的傳播速度小于3．0×5．[多選]應(yīng)用麥克斯韋電磁場理論判斷下列表示電場產(chǎn)生磁場(或磁場產(chǎn)生電場)的關(guān)系圖像中(每個選項中的上圖是表示變化的場，下圖是表示變