人教版高中物理（选择性必修二）同步讲义+练习4.2 电磁场与电磁波（含解析）

4.2电磁场与电磁波模块一知识掌握知识点一电磁场【情境导入】如图所示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移动，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，情况会怎样？答案：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。【知识梳理】1．变化的磁场产生电场(1)实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流．(2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动．(3)实质：变化的磁场产生了电场．2．变化的电场产生磁场麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场．3．变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场．【重难诠释】对麦克斯韦电磁场理论的理解(1)变化的磁场产生电场①均匀变化的磁场产生恒定的电场．②非均匀变化的磁场产生变化的电场．③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场．(2)变化的电场产生磁场①均匀变化的电场产生恒定的磁场．②非均匀变化的电场产生变化的磁场．③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场．（2023春•海淀区校级期末）麦克斯韦在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例：圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。若某时刻连接电容器和电阻R的导线中电流i的方向如图中所示，则下列说法正确的是（）A．两平行板间的电场正在增强 B．该变化电场产生逆时针方向（俯视）的磁场 C．该变化电场产生的磁场越来越强 D．电路中的电流正比于板间的电场强度的大小【解答】解：A、由电容器中电场方向可知电容器的上极板带负电，下极板带正电，电流是由下极板通过电阻R流向上极板，故电容器正在放电，电容器的电荷量正在减少，两平行板间的电压减小，其中的电场正在减弱，故A错误；B、由题意可知产生的磁场相当于由上极板直接流向下极板的电流所产生的磁场，由安培定则可知产生的磁场为顺时针方向（俯视），故B错误；C、两平行板间的电压减小，由欧姆定律可知通过电阻R的电流减小，由题意：产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场，故该变化电场产生的磁场越来越弱，故C错误；D、设电容器的电压为U，板间距离为d，板间的电场强度的大小为E，则有：E=而电路中的电流为：I=可知电路中的电流正比于板间的电场强度的大小，故D正确。故选：D。（2023春•谯城区校级期末）根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（）A．有电场的空间一定存在磁场，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，在变化的磁场周围一定产生变化的电场 C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 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【解答】解：A、恒定的电场不产生磁场，恒定的磁场也不产生电场，故A错误；BC、根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的电场周围一定产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围一定产生稳定的电场，故BC错误；D、根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的磁场（振荡磁场）周围一定产生同频率的周期性变化的电场，故D正确；故选：D。（2022•新罗区校级开学）如图所示，L为电感线圈，C为电容器，R为定值电阻，线圈及导线电阻均不计。先闭合开关S，稳定后，再将其断开，并规定此时t＝0。当t1＝0.03s时，LC回路中电容器左极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则当t2＝0.13s时，下列判断正确的是（）A．电容器中的电场能最大 B．线圈中的磁场能最大 C．电流沿顺时针方向，电容器正在充电 D．电流沿逆时针方向，电容器正在放电【解答】解：AB、LC回路中，在一个周期内，电容器充电两次，放电两次，线圈及导线电阻均不计，先闭合开关S，稳定后，线圈两端没有电压，电容器不带电，线圈具有磁场能，在t＝0时刻，断开开关S，线圈产生自感电动势，对电容器充电，使右极板带正电，后开始放电，再充电，由电磁振荡的周期性可知，当t1＝0.03s时，电容器左极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值时所经时间应是34T，则有34T=0.03s，可得T＝0.04s，此时再经T4CD、在3T～3T+T4时，电流沿LC回路逆时针方向对电容器充电，使电容器右极板带正电，在t故选：A。知识点二电磁波【情境导入】如图所示的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么？答案当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到导线环时，在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也产生电火花．这个实验证实了电磁波的存在．【知识梳理】1．电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波．2．电磁波的特点(1)电磁波在空间传播不需要介质．(2)电磁波是横波：电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直．(3)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象．3．电磁波具有能量电磁场的转换就是电场能量与磁场能量的转换，电磁波的发射过程是辐射能量的过程，传播过程是能量传播的过程．【重难诠释】电磁波的特点(1)电磁波是横波，在传播方向上的任一点，E和B彼此垂直且均与传播方向垂直．如图所示．(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即v真空＝c＝3.0×108m/s.(3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射、反射、折射和偏振等现象，电磁波也是传播能量的一种形式．(4)电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为c＝λf.（2023春•天津期末）下列关于电磁场和电磁波的说法正确的是（）A．均匀变化的磁场能够在空间产生电场 B．均匀变化的电场能够在空间产生电磁波 C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D．电磁波在真空和介质中传播速度相同【解答】解：A、根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场可产生恒定的电场，故A正确；BC、均匀变化的电场能够在空间产生恒定不变的磁场，而恒定不变的磁场不能产生电场，故不能够在空间产生电磁波，故BC错误；D、电磁波在真空和介质中传播速度不相同，在真空中传播速度最大，而在介质中传播速度较小，故D错误。故选：A。（2023春•武昌区期末）有四种磁场，其磁感应强度B随时间t变化的图像如图所示。下列说法正确的是（）A．这四种磁场都能产生电场 B．除了图甲中的磁场，其它三种磁场都可以产生电场 C．只有图丙中的磁场可以产生电磁波 D．除了图甲中的磁场，其它三种磁场都可以产生电磁波【解答】解：A.根据麦克斯韦的电磁场理论，恒定磁场周围不会产生的电场，所以图甲不会产生电场，故A错误；B．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，所以乙、丙、丁都可以产生电场，故B正确；CD．均匀变化的磁场产生恒定的电场，故乙不能产生电磁波，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，从而产生电磁波，故丙、丁可以产生电磁波，故CD错误。故选：B。知识点三电磁波和机械波的比较【重难诠释】名称项目机械波电磁波研究对象力学现象电磁现象周期性位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播情况传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无须介质，在真空中波速等于光速c，在介质中传播时，波速与介质和频率都有关产生机理由质点(波源)的振动产生由电磁振荡激发波的特点横波或纵波横波干涉和衍射可以发生干涉和衍射模块二巩固提高（2023春•渝中区校级期中）关于电磁波的理论和应用，下列说法正确的是（）A．有磁场必定有电场，有电场必定有磁场 B．麦克斯韦建立了电磁场理论，并成功地通过实验证明了电磁波的存在 C．紫外线的频率较可见光更大，可利用紫外线消毒杀菌 D．不同频率的电磁波在真空中的传播速度也不相同【解答】解：A．根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的磁场周围才能产生电场，变化的电场周围才能产生磁场，故A错误；B．麦克斯韦建立了电磁场理论，赫兹通过电火花实验证明了电磁波的存在，故B错误；C．电磁波谱中紫外线的频率比可见光更高，具有更大的能量，常用于消毒杀菌，故C正确；D．各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同，均为光速，故D错误。故选：C。（2023春•苏州期中）关于电磁波，下列说法中正确的是（）A．周期性变化的电场和磁场交替产生由近及远的向周围传播，形成了电磁波 B．电磁波在真空中的传播速度比在水中小 C．电磁波能发生反射、折射、衍射和干涉现象，但不能发生偏振现象 D．不同电磁波具有不同的频率，但在同一介质中波速相同【解答】解：A、周期性变化的电场和磁场交替产生，相互激发，在空间由远及近的传播，形成了电磁波，故A正确；B、电磁波在真空中传播速度为光速c，根据公式：v=cC、电磁波是横波，可以发生反射、折射、衍射、干涉、偏振等现象，故C错误；D、根据v＝λf，可知频率f不同，在同种介质中，波长λ不同，则波速v不同，故D错误。故选：A。（2022秋•朝阳区期末）关于电磁波的发现及其应用，下列说法不正确的是（）A．麦克斯韦建立了经典电磁场理论 B．赫兹通过实验证明了电磁波的存在 C．电磁波可以传递能量和信息，但不能在真空中传播 D．按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱【解答】解：A.麦克斯韦最终建立了经典电磁场理论，符合史实，故A正确；B.赫兹通过实验证明了电磁波的存在，符合史实，故B正确；C.电磁波可以传递能量和信息，能在真空中传播，故C错误；D.按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱，电磁波波长由大到小的排列顺序依次为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，故D正确；本题选说法不正确的，故选：C。（2022秋•郴州期末）关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是（）A．电场一定产生磁场 B．磁场一定产生电场 C．均匀变化的磁场产生均匀变化的电场 D．变化的电场产生磁场【解答】解：A、均匀变化的电场产生稳定的磁场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，恒定的电场不会产生磁场，故A错误；B、均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的磁场将产生非均匀变化的电场，恒定的磁场不会产生电场，故B错误；C、均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的磁场将产生非均匀变化的电场，故C错误；D、均匀变化的电场产生稳定的磁场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，即变化的电场一定产生磁场，故D正确；故选：D。（多选）（2022秋•阿勒泰地区期末）关于电磁波，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 B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失【解答】解：A、电磁波在真空中的传播速度均相同，与电磁波的频率无关，故A正确；B、根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，相互激发，形成电磁波，故B正确；C、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C正确；D、当电磁振荡停止了，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会消失，还要继续传播，故D错误。故选：ABC。（2021秋•保定期末）如图所示，2021年12月9日下午，神舟十三号乘组航天员在中国空间站成功进行了“天宫课堂”第一课。航天员太空授课的画面通过电磁波传输到地面接收站，下列关于电磁波的说法正确的是（）A．麦克斯韦证实了电磁波的存在 B．电磁波可以在真空中传播 C．电磁波在各种介质中传播的速度都是3×108m/s D．电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场【解答】解：A、电磁波是由麦克斯韦预言，而赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故A错误；B、电磁场本身就是一种物质，可以不依赖物质传播，所以可以在真空中传播，故B正确；C、电磁波在真空中传播的速度都是3×108m/s，而在介质中的传播速度要小于3×108m/s，故C错误；D、根据麦克斯韦电磁场理论，可知变化的磁场周围产生电场，变化的电场周围产生磁场，故D错误。故选：B。（2022春•荔城区校级期中）麦克斯韦预言了电磁波的存在，下列关于电磁波的说法正确的是（）A．麦克斯韦通过实验装置证实了电磁波的存在 B．电磁波的传播需要具有弹性的介质 C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场 D．周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场【解答】解：A、物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验装置证实了电磁波的存在，故A错误；B、电磁波可以在真空中传播，故B错误；CD、根据麦克斯韦电磁场理论，可知均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场，故C错误，D正确。故选：D。（2022春•泗阳县期中）关于电磁场理论，下列叙述不正确的是（）A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路