新教材适用2024-2025学年高中物理第4章电磁振荡与电磁波2.电磁场与电磁波学案新人教版选择性必修第二册

2．电磁场与电磁波课程标准1．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，知道电磁场的概念。2．知道电磁波的概念，初步了解场的统一性和多样性。3．体验赫兹证明电磁波存在的试验过程及试验方法，领悟物理试验对物理学发展的重要作用。核心素养1．物理观念：理解电磁场、电磁波及麦克斯韦电磁场理论，了解变更的电场和变更的磁场交替产生，由近及远向四周传播的“能量观”及电磁场客观存在的“物质观”。2．科学探究：探究电磁场与电磁波的存在。3．科学思维：通过了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹试验，体会两位科学家探讨物理问题的思想方法。4．科学看法与责任：通过电磁波发觉的过程，领悟人类相识世界的认知规律，培育实事求是的科学看法。学问点1电磁场1．变更的磁场产生电场(1)试验基础：如图所示，在变更的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生_感应电流__。(2)麦克斯韦对该问题的见解：回路里有_感应电流__产生，肯定是变更的_磁场__产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了_定向__移动。(3)该现象的实质：变更的_磁场__产生了电场。2．变更的电场产生磁场从场的观点动身，麦克斯韦假设：变更的电场就像运动的电荷，也会在空间产生_磁场__。即_变更__的电场产生_磁场__。3．电磁场变更的电场和磁场总是相互联系的，形成一个_不行分割__的统一的电磁场。『判一判』(1)电场肯定能产生磁场，磁场肯定能产生电场。(×)(2)稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场。(×)(3)周期性变更的电场产生周期性变更的磁场，周期性变更的磁场产生周期性变更的电场。(√)(4)匀称变更的电场产生匀称变更的磁场，匀称变更的磁场产生匀称变更的电场。(×)学问点2电磁波1．电磁波的形成假如在空间某区域有_周期性__变更的电场，就会在四周引起变更的磁场，变更的电场和磁场又会在_较远__的空间引起新的变更的电场和磁场。这样，变更的电场和磁场由近及远向四周传播，形成了_电磁波__。2．电磁波的特点(1)电磁波中的电场强度与磁感应强度相互_垂直__，而且二者均与波的传播方向_垂直__，因此电磁波是_横波__。(2)电磁波的速度等于_光速__，光的本质是_电磁波__。『判一判』(5)电磁波也能产生干涉、衍射现象。(√)(6)电磁波的传播不须要介质，可以在真空中传播。(√)『选一选』(2024·北京通州高二期中)某闭合电路的电流或电压随时间变更的规律如图所示，能放射电磁波的是(C)ABCD解析：非匀称变更的电场产生变更的磁场，非匀称变更的磁场再产生变更的电场，从而形成电磁场，电磁场由近及远地传播，形成电磁波，故要求电流或电压是变更的，但不能是匀称变更的，C正确。『想一想』打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量。在收音机旁边，将电池盒的两根引线反复碰触，你会听到收音机中发出“喀喀”的响声。为什么会产生这种现象呢？打开电扇，将它靠近收音机，看看又会怎样。解析：电磁波是由电磁振荡产生的，在收音机旁边，将电池盒两引线反复碰触，变更的电流产生变更的磁场，变更的磁场产生变更的电场，这样会发出电磁波，从而导致收音机中发出“喀喀”声。若将转动的电扇靠近收音机，因为电扇中电动机内通有交变电流，电动机的运行同样会引起收音机发出“喀喀”声。学问点3赫兹的试验1．赫兹的试验装置如图所示2．试验现象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__。3．现象分析当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了快速变更的_电磁场__。这种电磁场以_电磁波__的形式在空间传播。当_电磁波__到达导线环时，它在导线环中激发出_感应电动势__，使得导线环的空隙中也产生了火花。探究对电磁场理论的理解情境导入(1)电子感应加速器就是用来获得高速电子的装置，其基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电磁铁线圈中通入变更的电流，真空室中的带电粒子就会被加速，其速率会越来越大。请思索：带电粒子受到什么力的作用而被加速？假如线圈中通以恒定电流会使粒子加速吗？这个现象告知我们什么道理？(2)用导线将手摇发电机与水平放置的平行板电容器两极相连，平行板电容器两极板间的距离为4cm左右，在下极板边缘放上几个带绝缘底座的可转动小磁针，当摇动发电机给电容器充电或电容器放电时，小磁针发生转动，充电结束或放电结束后，小磁针静止不动。请思索：小磁针受到什么力的作用而发生转动？这个现象告知我们什么道理？提示：(1)带电粒子受到电场力作用做加速运动。线圈中通入恒定电流时，带电粒子不会被加速。因为变更的磁场才能产生电场。(2)小磁针受到磁场力的作用而转动。变更的电场产生磁场。要点提炼1．电磁场的产生假如在空间某处有周期性变更的电场，那么这个变更的电场就在它四周空间产生周期性变更的磁场，这个变更的磁场又在它四周空间产生变更的电场——变更的电场和变更的磁场是相互联系着的，形成不行分割的统一体，这就是电磁场。2．对麦克斯韦电磁场理论的理解典例剖析典例1(多选)依据麦克斯韦电磁场理论，变更的磁场可以产生电场。当产生的电场的电场线如图所示时，可能是(AC)A．向上方向的磁场在增加B．向上方向的磁场在减弱C．向上方向的磁场先增加，然后反向减弱D．向上方的磁场先减弱，然后反向增加思路引导：变更的磁场产生电场，产生的电场为涡旋状电场，与磁场四周是否有闭合电路无关，由楞次定律推断其方向。解析：向上方向的磁场增加时，感应电流的磁场阻碍原磁场的增加而方向向下，依据安培定则感应电流方向如图中E的方向所示，选项A正确，B错误；同理，当磁场反向即向下的磁场削减时，也会得到如图中E的方向，选项C正确，D错误。(1)变更的磁场四周产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。(2)在变更的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的，而静电场中的电场线是不闭合的。(3)有单独存在的静电场，也有单独存在的静磁场，但没有静止的电磁场。对点训练❶(2024·北京丰台高二期中)依据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(D)A．在电场四周空间肯定能够产生磁场B．在变更的磁场四周空间肯定产生变更的电场C．匀称变更的电场四周空间肯定产生匀称变更的磁场D．周期性变更的磁场四周空间肯定产生周期性变更的电场解析：匀称变更的电场产生稳定的磁场，而非匀称变更的电场产生非匀称变更的磁场，恒定的电场不会产生磁场，故A、C错误；匀称变更的磁场肯定产生稳定的电场，而周期性变更的磁场将产生周期性变更的电场，恒定的磁场不会产生电场，故B错误，D正确。探究电磁波情境导入如图所示是赫兹试验的装置示意图，请问赫兹通过此试验装置证明了什么问题？提示：试验演示了电磁波的放射和接收，验证了麦克斯韦电磁场理论。要点提炼1．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随时间做正弦规律变更，E与B彼此垂直且与传播方向垂直。(2)电磁波的传播不须要介质，在真空中的电磁波的传播速度跟光速相同，即c＝3.0×108m/s。(3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。电磁波与物质相互作用时，能发生反射、汲取、折射等现象。2．电磁波的波速、波长与频率的关系c＝λfλ＝eq\f(c,f)说明：①同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源确定)，波速、波长发生变更。在介质中的速度都比真空中速度小。②不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大。典例剖析典例2(2024·山东菏泽高二期末)有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和探讨天体放射的电磁波的特别装置。下列有关电磁波的说法，正确的是(C)A．恒定电场可以在其四周产生电磁波B．麦克斯韦用试验证明了电磁波的存在C．电磁波的传播不须要介质D．电磁波具有能量，但没有质量解析：由电磁场理论可知，周期性变更的电场在空间引起周期性变更的磁场，这个变更的磁场又引起变更的电场，于是变更的电场和变更的磁场交替产生，由近及远向四周传播，产生电磁波，因此恒定电场不行以在其四周产生电磁波，A错误；麦克斯韦建立了电磁场理论，赫兹用电火花试验证明了电磁波的存在，B错误；电磁波的传播不须要介质，可在真空中传播，C正确；电场和磁场本身就是一种物质，因此电磁波是一种物质，具有能量，由质能方程可知，电磁波也有质量，D错误。对点训练❷(2024·湖北荆州高二期中)关于电磁波，下列说法不正确的是(D)A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变更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逝解析：电磁波在真空中的传播速度都相等，等于光速c，与电磁波的频率无关，故A正确；周期性变更的电场和磁场可以相互激发，形成电磁场，电磁场由发生的区域向远处传播，形成电磁波，故B正确；电磁场本身就是一种物质，电磁波可以在真空中自由传播。电磁波是横波，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，故C正确；电磁波可以由电磁振荡产生，当电磁振荡停止时，不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会消逝，还要接着传播，故D错误。本题选择不正确的，故选D。电磁波与机械波的比较机械波电磁波探讨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更电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变更传播状况传播须要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质和频率都有关产朝气理由质点(波源)的振动产生由电磁振荡(周期性变更的电流)激发是否横波可以是是是否纵波可以是否干涉现象满意干涉条件时均能发生干涉现象衍射现象满意明显衍射条件时均能发生明显衍射案例(多选)电磁波与声波比较，下列说法正确的是(ABC)A．电磁波的传播不须要介质，声波的传播须要介质B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大D．电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质确定，与频率无关解析：A、B均与事实相符，所以A、B正确；由空气进入水中时，依据λ＝eq\f(v,f)，电磁波波速变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，所以C正确；电磁波在介质中的速度与介质有关，也与频率有关，在同一介质中，频率越大，波速越小，所以D错误。一、电磁场1．关于电磁场理论，以下说法正确的是(D)A．在电场四周肯定会产生磁场B．任何变更的电场四周空间肯定会产生变更的磁场C．匀称变更的电场会产生变更的磁场D．周期性变更的电场会产生周期性变更的磁场解析：变更的电场四周肯定产生磁场，但若电场不发生变更，则不能在四周空间产生磁场，A错误。匀称变更的电场只能在四周空间产生稳定的磁场，只有不匀称变更的电场才能在四周空间产生变更的磁场，B、C错误。周期性变更的电场在四周空间产生周期性变更的磁场，D正确。2．(多选)如图所示，有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管，半径为R，有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处于竖直向上的磁场中，要使带电粒子由静止起先沿管做圆周运动，所加磁场可能是(BC)A．匀强磁场B．匀称增加的磁场C．匀称削减的磁场D．由于洛伦兹力不做功，不管加什么磁场都不能使带电粒子沿管运动解析：磁场对静止的电荷不产生力的作用，但当磁场变更时可产生电场，电场对带电粒子产生电场力的作用，带电粒子在电场力作用下可以产生加速度，选项B、C正确。二、电磁波3．下列关于电磁波的说法，正确的是(C)A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波B．电场随时间变更时，肯定产生电磁波C．振荡电流会产生电磁波D．麦克斯韦第一次用试验证明了电磁波的存在解析：只有变更的电场和磁场才能激发电磁波，而稳定的电磁场不能产生电磁波，A错误。匀称变更的电场产生稳定的磁场，但是稳定的磁场不能产生电场，故不能产生电磁波，B错误。振荡电流会在空间产生周期性变更的电磁场，形成电磁波，C正确。赫兹第一次用试验证明了电磁波的存在，D错误。4．(2024·山东省淄博市高二期中)关于电磁场和电磁波，下列说法中不正确的是(A)A．变更的电场四周产生变更的磁场，变更的磁场四周产生变更的电场，两者相互联系，统称为电磁场B．电磁场从发生区域由近及远的传播称为电磁波C．电磁波是一种物质，可在真空中传播。所以平日说真空是没有实物粒子，但不等于什么都没有，有“场”这种特别物质D．电磁波在真空中的传播速度总是3×108m/s解析：只有非匀称变更的电场才能产生变更的磁场，非匀称变更的磁场才能产生变更的电场，故A错误；非匀称变更的电场四周产生变更的磁场，非匀称变更的磁场四周产生变更的电场且由近及远的传播出去就形成了电磁波，故B正确；电磁波是电场和磁场交替激发在真空中传播，所以电磁波是一种物质，即真空不空，有“场”这种物质，故C正确；电磁波在真空中的传播速度等于光速，即v＝3.0×108m/s，故D正确。三、赫兹的试验5.(2024·信阳中学高二期末)下列选项关于甲、乙、丙、丁四幅图的