4.2电磁场与电磁波（解析版）-2025年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第二册）

4.2电磁场与电磁波学习目标学习目标课程标准物理素养1.知道电磁场的概念及产生的原理.2.了解麦克斯韦电磁场理论的基本观点以及在物理学发展史上的意义。物理观念：知道电磁波的概念。初步了解电磁场是物质的一种形式。科学思维：会从电磁场的物质性与能量传播的观点解释电磁波的发射与接收。科学探究：领会在发现电磁波的过程中所蕴含的科学精神和科学研究方法，体会赫兹实验证明电磁波存在的重大意义。科学态度与责任：了解发现电磁波的历史背景，知道麦克斯韦对电磁学的伟大贡献。领会物理实验对物理学发展的基础意义。002思维导图003知识梳理课前研读课本，梳理基础知识：一、电磁场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．二、电磁波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．004题型精讲【题型一】电磁场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．【典型例题1】如图所示是一个水平放置的圆环形玻璃小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同。现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它受绝缘棒打击后获得一初速度v0。与此同时，有一变化的磁场垂直穿过圆环形玻璃小槽外径所对应的圆面积，磁感应强度B的大小跟时间成正比，方向竖直向下。设小球在运动过程中所带电荷量不变，那么（）A．小球受到的向心力大小不变B．小球受到的向心力大小不断增大C．洛伦兹力对小球做了功D．小球受到的洛伦兹力大小与时间成正比【答案】B【解析】AB．根据麦克斯韦电磁场理论可知，磁感应强度随时间线性增大时将产生稳定的感应电场，根据楞次定律可知感应电场的方向与小球初速度方向相同，因小球带正电，故电场力对小球做正功，小球的速度逐渐增大，向心力的大小随之增大，故A错误，B正确；C．洛伦兹力对小球不做功，故C错误;D．带电小球所受的洛伦兹力为因为速率随时间逐渐增大，且磁感应强度B的大小跟时间成正比，所以小球受到的洛伦兹力大小与时间不成正比，故D错误.故选B。【典型例题2】根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（

）A．均匀变化的电场周围一定产生变化的磁场B．周期性变化的电场周围空间一定产生不变化的电场C．有电场就一定能产生磁场，有磁场也一定能产生电场D．在变化的电场周围一定产生磁场，在变化的磁场周围一定产生电场【答案】D【解析】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，非均匀变化的电场产生变化的磁场，选项D正确ABC错误。故选D。【对点训练1】下列有关电磁场的说法正确的是（

）A．静止的电荷可以产生磁场B．只有在闭合电路中，变化的磁场才产生电场C．赫兹证实了麦克斯韦电磁场理论D．电磁场不具有物质性【答案】C【解析】A．静止的电荷不可以产生磁场，故A错误；B．不需要在闭合电路中，只要空间有变化的磁场，就能产生电场，故B错误；C．赫兹证实了麦克斯韦电磁场理论，故C正确；D．电磁场具有物质性，故D错误。故选C。【对点训练2】根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（）A．振荡的电场周围一定产生同频率变化的磁场B．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场C．在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场D．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【答案】A【解析】A．振荡电场周围一定产生同频率的振荡磁场，振荡磁场周围一定产生同频率的振荡电场。故A正确；BCD．均匀变化的电场产生恒定的磁场，若非均匀变化的电场，则产生非均匀变化的磁场。同样，均匀变化的磁场产生恒定的电场。故BCD错误。故选A。【题型二】电磁波电磁波的特点(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.【典型例题3】19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，精辟地揭示了电场与磁场之间的联系，预言了电磁波的存在。在闭合金属线圈中通入以下不同的电流，能产生电磁波的是（

）A． B．C． D．【答案】B【解析】A．在闭合金属线圈中通入恒定电流，产生稳定的电场，不能产生电磁波。故A错误；B．在闭合金属线圈中通入周期性变化的电流，产生周期性变化的磁场，然后周期性变化的磁场，又会产生周期性变化的电场，传播开去，能产生电磁波。故B正确；CD．在闭合金属线圈中通入均匀变化的电流，产生稳定的磁场，不能产生电磁波。故CD错误。故选B。【典型例题4】麦克斯韦电磁场理论对应的两个模型：甲是变化的磁场产生电场，乙是变化的电场产生磁场，下列说法正确的是（）A．对甲图，变化的磁场只能在其周围的闭合线圈中产生电场B．对乙图，只有带电平行板间的变化电场才能在板间产生磁场C．甲、乙两图一定能产生持续的电磁波D．电磁波是横波，而且是一种真实存在的物质【答案】D【解析】AB．变化的磁场能够在周围的空间产生电场，变化的电场能够在周围的空间产生磁场，不需要闭合线圈，不是只有带电平行板间的变化电场才能在板间产生磁场且这种现象可以在真空中发生，故AB错误；C．若甲乙两图的磁场均匀变化，就不会产生稳定不变的电场，稳定不变的电场不会产生磁场，就不会持续产生电磁波，故C项错误；D．电磁波是横波，而且是一种真实存在的物质，故D项正确。故选D。【对点训练3】太赫兹通信作为实现6G（第六代通信技术）愿景的关键技术，已得到全球通信业认可，2023年4月，我国成功完成了太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，实现重大技术突破，为6G通信技术的发展提供了重要保障和支撑，该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，关于该实验信号与5G信号下列说法正确的是（）A．该实验信号和5G信号都属于电磁波，且都可能是纵波B．该实验信号和5G信号都一定具有偏振现象C．该实验信号相比5G信号光子能量更小D．该实验信号相比5G信号在真空中的传播速度更小【答案】B【解析】AB．5G信号和4G信号都是电磁波。由于电磁波是横波，都具有偏振现象，故A错误，B正确；C．该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，根据可知，该实验信号相比5G信号光子能量更大，故C错误；D．所有电磁波在真空的的传播速度都为光速，故D错误。故选B。【对点训练4】体外冲击波治疗具有非侵入性、患者易于接受、对人体组织损伤少、治疗成功率高等优点，目前在临床医疗上得到广泛的应用。一种冲击波治疗仪的充电和瞬时放电电路如图甲所示。交流电经调压、整流后向电容器C充电储能。当触发器S导通时，电容器经置于水中的冲击波源W瞬时放电，高压强电场的巨大能量瞬间释放使水迅速汽化、膨胀而形成冲击波。如图乙所示，冲击波向四周传播，碰到反射体光滑的内表面而反射，波源发出的冲击波经反射后在F点聚焦，形成压力强大的冲击波焦区，当人体深处的病变处于该焦区时，就会得到治疗的作用。冲击波治疗对放电时间要求不超过1μs，电容器C的电容一般在0.3~1.0μF之间，充电电压大约10kV。下列说法正确的是（）A．治疗仪产生的冲击波是电磁波B．电容器放电电流不能达到104A数量级C．若仅减小电路中电阻R的阻值，可减小电容器的充电时间D．若仅增大电容器C的电容，放电时间仍符合冲击波的要求【答案】C【解析】A．治疗仪产生的冲击波是机械波，故A错误；B．电容器C的电容为1.0μF时，充满电后所带电荷量电容器平均放电电流故B错误；C．若仅减小电路中电阻R的阻值，充电电流增大，电容器的充电时间减小，故C正确；D．由得若仅增大电容器C的电容，电容器所带电荷量将变大，放电时间变长，不符合冲击波的要求，故D错误。故选C。00501强化训练【基础强化】1．首先用实验证实电磁波存在、验证麦克斯韦电磁场理论正确的科学家是（

）A．法拉第 B．麦克斯韦 C．赫兹 D．奥斯特【答案】C【解析】由物理史实可知首先用实验证实电磁波存在、验证麦克斯韦电磁场理论正确的科学家是赫兹，故选C。2．关于电磁场，下列说法正确的是（）A．变化的磁场激发电场，变化的电场激发磁场B．电磁波从真空进入水中，传播速度、频率、波长都会发生变化C．红光的频率低于紫光的频率，在真空中红光的传播速度大于紫光的传播速度D．电磁波本质是振动在介质中的传播【答案】A【解析】A．变化的磁场激发电场，变化的电场激发磁场，故A正确；B．电磁波从真空进入水中，频率保持不变，传播速度和波长发生变化，故B错误；C．红光的频率低于紫光的频率，在真空中红光的传播速度等于紫光的传播速度，均为光速，故C错误；D．电磁波本质是电场、磁场的交替产生，由近向远处传播，电磁波的传播不需要介质，故D错误。故选A。3．下列关于电磁场和电磁波的理解正确的是（）A．均匀变化的磁场产生均匀变化的电场B．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场C．周期性变化的电场和周期性变化的磁场互相激发，形成电磁波D．电磁波不能在真空中传播【答案】C【解析】A．均匀变化的磁场产生稳定的电场，故A错误；B．均匀变化的电场产生稳定的磁场，故B错误；C．根据麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的电场和周期性变化的磁场互相激发，形成电磁波，故C正确；D．电磁波传播不需要介质，能在真空中传播，故D错误。故选C。4．2023年10月26日11时14分，长征二号F遥十七运载火箭托举着神舟十七号载人飞船，送3名航天员奔赴“天宫”。神十六、神十七两个乘组“太空会师”，直播画面通过电磁波传送到地面。下列关于电磁波说法正确的是（）A．电磁波可以在真空中传播B．麦克斯韦首次通过实验验证了电磁波的存在C．电磁波传播过程中，电场和磁场都是均匀变化的D．太空中航天员讲话时画面与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度【答案】A【解析】A．电磁波可以在真空中传播，故A正确；B．赫兹首次通过实验验证了电磁波的存在，故B错误；C．均匀变化的电场和磁场变化时只能产生恒定的磁场和电场，不会产生电磁波，故电磁波传播过程中，电场和磁场不是均匀变化的，故C错误；D．太空中航天员讲话时画面与声音都是通过电磁波传播到地面的，故画面和声音同步，但不能说明电磁波与声波具有相同的传播速度，故D错误。故选A。5．下列有关四幅图的说法正确的是（）A．图甲中振荡电路正在放电B．图乙中的发电机线圈若变为等面积的圆形，则电动势会增加C．图丙中的双线绕法可减小绕线的漏磁现象，从而减小磁场能的损失D．图丁中变化的磁场产生电场是一个普遍规律，与闭合电路是否存在无关【答案】D【解析】A．对图甲，由右手螺旋定则可知电流方向为顺时针方向，电子运动为逆时针方向，上极板失电子，由于上极板带正电，可知，极板所带电荷量增大，可知振荡电路正在充电，故A错误；B．根据正弦交流电产生原理可知，对图乙，感应电动势与线圈的形状无关，故B错误；C．对图丙，采用双线绕法时，相邻导线中电流方向相反，电流的磁效应可相互抵消，从而减小电阻的感抗，故C错误；D．对图丁，根据麦克斯韦电磁理论可知，变化的磁场产生电场是一个普遍规律，与闭合电路是否存在无关，故D正确。故选D。6．用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场产生的磁场（或磁场产生的电场）随时间的变化规律，其中错误的是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】A．恒定的电场不产生磁场，故A正确，不符题意；B．均匀变化的电场产生恒定的磁场，故B正确，不符题意；CD．周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比，对于正弦曲线，时，磁场的磁感应强度的变化率最大，故产生的电场的电场强度最大，选项C错误，符合题意；D正确，不符题意。故选C。【素养提升】7．关于科学家的贡献，下列说法中正确的是（）A．奥斯特发现了感应电流产生的条件B．赫兹提出了电磁场理论，并预言了电磁波的存在C．泊松亮斑的发现，有力的证实了光具有波的特性D．布朗观察悬浮在液体中的花粉颗粒在不停地做无规则运动，表明了液体分子在不停地做无规则运动【答案】CD【解析】A．法拉第发现了感应电流产生的条件，故A错误；B．麦克斯韦提出了电磁场理论，并预言了电磁波的存在，故B错误；C．泊松亮斑的发现，有力的证实了光具有波的特性，故C正确；D．布朗观察悬浮在液体中的花粉颗粒在不停地做无规则运动，表明了液体分子在不停地做无规则运动，故D正确。故选CD。8．下列关于电磁波的叙述中，正确的是（）A．电磁波是电磁场由发生区域向远处传播的B．电磁波在任何介质中的传播速度均为C．电磁波由真空进入介质传播时，波长变短D．电磁波不能产生干涉现象【答案】AC【解析】A．电磁波是电磁场由发生区域向远处传播的，故A正确；B．电磁波只有在真空中的传播速度才是3×108m/s，而在其他介质中传播的速度均小于3×108m/s，故B错误；C．当电磁波由真空进入介质传播时，频率不变，波速减小，波长变短，故C正确；D．电磁波与其他波一样具有干涉、衍射等波的特性，故D错误。故选AC。9．关于电磁波，下列说法中正确的是（

）A．变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场B．电磁波既可以传递信息，又可以传递能量C．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，法拉第最先用实验证实了电磁波的存在D．各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同【答案】BD【解析】A．均匀变化的电场能够产生稳定的磁场，故A错误；B．电磁波既可以传递信息，又可以传递能量，故B正确；C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证明了电磁波的存在，故C错误；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正确。故选BD。10．第五代移动通信技术简称5G，5G网络的主要优势在于数据传输速率快，比4G网络快100倍，可以满足高清视频，虚拟现实等大数据量传输，所以越来越多的人选择使用5G手机。5G手机传递信息是通过电磁波来实现的。下列有关电磁波的说法正确的是（

）A．1886年，科学家麦克斯韦首先通过实验捕捉到了电磁波B．电磁波和超声波、次声波一样，都可以在真空中传播C．物体中存在着不停运动的带电微粒，带电微粒的振动会产生变化的电磁场，从而一切物体都在辐射电磁波D．电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播【答案】CD【解析】A．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故A错误；B．电磁波能在真空中传播，但超声波、次声波是机械波不能在真空中传播，故B错误；C．物体中存在着不停运动的带电微粒，带电微粒的振动会产生变化的电磁场，从而一切物体都在辐射电磁波，故C正确；D．电磁波不需要依赖于介质传播，所以电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播，故D正确。故选CD。11．关于电磁波，下列说法正确的是（）A．电磁波的传播不需要借助任何介质B．麦克斯韦用实验成功地证明了电磁波的存在C．均匀变化的电场一定能形成电磁波D．电磁波的传播过程是电磁场能的传播过程【答案】AD【解析】A．电磁波可以在真空中传播，传播不需要借助任何介质，A正确；B．麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹用实验证明了电磁波的存在，B错误；C．均匀变化的电场形成的磁场是稳定的，无法形成电磁波，C错误；D．电磁波的传播就是将电磁场能传播出去，D正确；故选AD。12．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（）A．电磁波是一种横波B．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场C．麦克斯韦预言了电磁波的存