2.电磁场与电磁波
课后训练巩固提升
一、基础巩固
1.关于电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,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.正弦交变的电场在其周围空间一定产生同频率交变的磁场
答案:D
解析:根据麦克斯韦的电磁场理论,只有变化的电场才产生磁场,均匀变化的电场产生稳定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,周期性变化的电场周围一定产生同频率变化的磁场。本题考查麦克斯韦电磁场理论,提高学生的理解和分析能力,培养科学思维。
2.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( )
A.法拉第
B.奥斯特
C.赫兹
D.麦克斯韦
答案:D
解析:麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,赫兹用实验证明了电磁波的存在。
3.电磁波在传播时,不变的物理量是( )
A.振幅
B.频率
C.波速
D.波长
答案:B
解析:离波源越远,振幅越小。电磁波在不同介质中的波速不一样,波长也不一样,但频率不变。
4.下列关于电磁波的说法正确的是( )
A.电磁波必须依赖介质传播
B.电磁波可以发生衍射现象
C.电磁波不会发生偏振现象
D.电磁波无法携带信息传播
答案:B
解析:电磁波具有波的共性,可以发生衍射现象,故B正确。电磁波是横波,能发生偏振现象,故C错误。电磁波能携带信息传播,且传播不依赖介质,在真空中也可以传播,故A、D错误。本题考查电磁波的特点,提高学生的辨析能力,培养科学思维。
5.(2020吉林扶余市第一中学检测)某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示,能发射电磁波的是( )
答案:D
解析:由麦克斯韦电磁场理论知,当空间出现恒定的电场时(如A图),由于它不激发磁场,故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场时(如B图、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会在较远处激发出电场,故也不会产生电磁波;只有周期性变化的电场(如D图),才会激发出周期性变化的磁场,它又激发出周期性变化的电场……如此交替的产生磁场和电场,便会形成电磁波,故D正确。
6.电磁波与机械波具有的共同性质是( )
A.都能在真空中传播
B.都能传输能量
C.都有横波和纵波
D.都需要介质传播
答案:B
解析:电磁波能在真空中传播,而机械波不能在真空中传播,故A错误。两种波都能传输能量,故B正确。电磁波是简谐横波,故C错误。电磁波的传播不需要介质,故D错误。
7.磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如下图所示,其中能产生电场的有 图所示的磁场,能产生持续电磁波的有 图所示的磁场。
答案:BCD BD
解析:根据麦克斯韦的电磁场理论,可以作出如下判断:A图的磁场是恒定的,不能产生电场,更不能产生电磁波;B图中的磁场是周期性变化的,可以产生周期性变化的电场,因而可以产生持续的电磁波;C图中的磁场是均匀变化的,能产生恒定的电场,而恒定的电场不能再产生磁场,因此不能产生向外扩展的电磁场,因此不能产生持续的电磁波;D图所示的磁场是周期性变化的,能产生周期性变化的电场,能产生电磁波。
二、能力提升
1.有关电磁波和声波,下列说法错误的是( )
A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质
B.由空气进入水中传播时,电磁波的传播速度变小,声波的传播速度变大
C.电磁波是横波,声波也是横波
D.由空气进入水中传播时,电磁波的波长变短,声波的波长变长
答案:C
解析:电磁波本身就是一种物质,它的传播不需要介质,而声波的传播需要介质,选项A正确;电磁波由空气进入水中时,传播速度变小,但声波在水中的传播速度比其在空气中大,选项B正确;电磁波的传播方向与E、B两个振动矢量的方向都垂直,是横波,而声波是纵波,选项C错误;电磁波由空气进入水中传播时,波速变小,波长变短,而声波由空气进入水中传播时,波速变大,波长变长,选项D正确。
2.(多选)(2020四川眉山模拟)根据麦克斯韦电磁场理论,变化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( )
A.向上方向的磁场在增强
B.向上方向的磁场在减弱
C.向上方向的磁场先增强,然后反向减弱
D.向上方向的磁场先减弱,然后反向增强
答案:AC
解析:在电磁感应现象的规律中,当通过一个闭合回路的磁通量发生变化时,回路中就有感应电流产生,回路中并没有电源,电流的产生是由于磁场的变化造成的。麦克斯韦把以上的观点推广到不存在闭合回路的情况,即变化的磁场产生电场。判断电场与磁场变化的关系仍可利用楞次定律,只不过是用电场线方向代替了电流方向。向上方向的磁场增强时,感应电流的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下,根据安培定则知感应电流方向如题图中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减弱时,也会得到如题图中E的方向,选项C正确,D错误。
3.类比是一种有效的学习方法,通过归类和比较,有助于掌握新知识,提高学习效率。在类比过程中,既要找出共同之处,又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比,总结出下列内容,其中不正确的是( )
A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系,对电磁波也适用
B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
C.机械波的传播依赖于介质,而电磁波可以在真空中传播
D.机械波既有横波又有纵波,而电磁波只有纵波
答案:D
解析:无论机械波还是电磁波,波速、波长和频率间的关系都满足v=λf,A说法是正确的。干涉和衍射现象是一切波具有的特性,B说法是正确的。机械波只能在介质中传播,而电磁波可以在真空中传播,C说法是正确的。机械波既有横波又有纵波,电磁波只有横波,D说法是错误的。
4.一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动,如图所示。当磁感应强度均匀增大时,此粒子的 ( )
A.动能不变 B.动能增大
C.动能减小 D.以上情况都可能
答案:B
解析:当磁场均匀增加时,根据麦克斯韦电磁场理论,将产生一恒定的电场,带电粒子将受一电场力作用,该力对带电粒子做正功,所以粒子的动能将增大,选项B正确。
5.甲、乙两地进行无线电通信,把太平洋上空的通信卫星作为中继站。若甲、乙两地到达卫星的距离都是4.2×107 m,那么甲地发射的电磁波要经过多长时间到达乙地
答案:0.28 s
解析:甲地发射的电磁波要经卫星后再传播到乙地,电磁波在真空中的传播速度为光速,故t= s=0.28 s。
6.按照有关规定,工作场所受到的电磁辐射强度(单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量)不得超过0.50 W/m2。若某小型无线通信装置的电磁辐射功率是1 W,那么在距离该通信装置多少米以外是符合规定的安全区域 已知球表面积为S=4πR2。
答案:0.4 m
解析:t时间内辐射的能量W=Pt,这些能量分布在半径R=ct的整个球面上
由=0.50 W/m2,解得R=0.4 m。(共32张PPT)
2.电磁场与电磁波
第四章
2022
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
1.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想及其在物理发展史上的物理意义。
2.认识电磁场的物质性,通过电磁波体会电磁场的物理性质。
3.了解电磁波的产生和电磁波的特点。
素 养 阐 释
1.通过对麦克斯韦电磁场理论和电磁波的学习,形成物理观念。
2.能从电磁场理论的两个基本观点出发分析有关的简单问题,掌握科学思维的方法。
3.体会麦克斯韦电磁场理论在物理学发展史上的物理意义,培养科学态度与责任。
自主预习·新知导学
一、电磁场
1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点是什么
提示:(1)变化的磁场产生电场;(2)变化的电场产生磁场。
2.电磁场:根据麦克斯韦的两个基本观点可以得出,变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一的电磁场。
3.电磁波:如果在空间某区域有周期性变化的电场,就会在周围引起变化的磁场,变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播,形成了电磁波。
二、电磁波
1.电磁波的传播是否也需要介质
提示:不需要。电磁波在真空中也能传播。
2.哪位科学家验证了电磁波的存在
提示:赫兹。
3.电磁波与所有波动现象一样,能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。
4.电磁波在真空中的传播速度等于光速c,光是电磁波。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)变化的电场一定产生变化的磁场。( )
(2)恒定电流周围产生磁场,磁场又产生电场。( )
(3)电磁波是一种波,也有反射、折射。( )
(4)电磁波和光在真空中传播速度都是3×108 m/s。( )
(5)麦克斯韦证实了电磁波的存在。( )
×
×
√
√
×
2.打开收音机的开关,转动选台旋钮,使收音机收不到电台的频道,然后开大音量。在收音机附近,将装有电池的电池盒的两根引线反复碰撞,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
提示:电磁波是由电磁振荡产生的,在收音机附近,将电池盒两引线反复碰触,变化的电流产生变化的磁场,变化的磁场产生变化的电场,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。
3.空间实验室飞行任务总指挥部人员与神舟十一号宇航员通过卫星通话时,他们间的对话为什么总是迟“半拍”
提示:电磁波是以一定的速度传播的,利用电磁波传递信息是需要时间的。
合作探究·释疑解惑
知识点一
对麦克斯韦电磁场理论的理解
【问题引领】
如图所示,当磁铁相对闭合线圈运动时,线圈中的自由电荷做定向移动,是因为受到什么力的作用 若把闭合线圈换成一个内壁光滑的绝缘环形管,管内有直径略小于环内径的带正电的小球,则磁铁运动过程中会有什么现象 小球受到的是什么力 以上现象说明什么问题
提示:电荷受到电场力作用做定向移动。磁铁运动过程中,带电小球会做定向滚动,小球受到的仍然是电场力。空间磁场变化,就会产生电场,与有没有闭合线圈无关。
【归纳提升】
1.对电磁场的理解
如果在空间某区域有周期性变化的电场,那么这个变化的电场在它周围空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新的周期性变化的电场……变化的电场和磁场相互联系,形成了不可分割的统一体,这就是电磁场。
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
1.恒定电场(磁场)→不产生磁场(电场)。
2.均匀变化的电场(磁场)→恒定的磁场(电场)。
3.非均匀变化的电场(磁场)→变化的磁场(电场)。
4.周期性变化的电场(磁场)→同频率变化的磁场(电场)。
【典型例题】
【例题1】 关于电磁场理论,以下说法正确的是( )
A.在电场周围一定会产生磁场
B.任何变化的电场在周围空间一定会产生变化的磁场
C.均匀变化的电场会产生变化的磁场
D.周期性变化的电场会产生周期性变化的磁场
答案:D
解析:变化的电场周围一定产生磁场,但若电场不发生变化,则不能在周围空间产生磁场,选项A错误;均匀变化的电场只能在周围空间产生稳定的磁场,只有不均匀变化的电场才能在周围空间产生变化的磁场,选项B、C错误;周期性变化的电场(或磁场)在周围空间产生周期性变化的磁场(或电场),选项D正确。
变化的磁场能够在周围空间产生电场,变化的电场能够在周围空间产生磁场。均匀变化的磁场(或电场)产生稳定的电场(或磁场),这里的“均匀变化”是指在相等时间内磁感应强度(或电场强度)的变化量相等,或者说磁感应强度(或电场强度)对时间的变化率一定。非均匀变化的磁场产生变化的电场,非均匀变化的电场产生变化的磁场。
【变式训练1】 (多选)根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是
( )
A.在电场的周围空间,一定存在着和它对应的磁场
B.在变化的电场周围空间,一定存在着和它对应的磁场
C.恒定电流在其周围不产生磁场
D.恒定电流周围存在着稳定的磁场
答案:BD
解析:电场按其是否随时间变化分为稳定电场(静电场)和变化电场(如运动电荷形成的电场),稳定电场不产生磁场,只有变化的电场周围空间才存在对应的磁场,故B选项对,A选项错;恒定电流周围存在稳定磁场,磁场的方向可由安培定则判断,D选项对,C选项错。
知识点二
电磁波的产生及特点
【问题引领】
麦克斯韦英年早逝,没有见到科学实验对电磁场理论的证明。把天才的预言变成世人公认的真理,这是赫兹的功劳。
赫兹在实验中看到了什么现象呢
提示:当感应圈两个金属球间有火花跳过时,立刻产生一个交变电磁场,形成电磁波在空间传播,经过导线环时激发出感应电动势,使得导线环两个金属球间也产生了火花。
【归纳提升】
1.因为电磁波是交变电场、磁场互相激发产生的,所以电磁波传播时不需要介质,可在真空中传播。
2.同一种电磁波在不同介质中传播时,频率不变(频率由波源决定),波速、波长发生改变。在介质中的速度都比真空中的速度小。注意机械波在不同介质中速度不同,其传播速度由介质决定。
3.不同电磁波在同一介质中传播时,传播速度不同,频率越高的波速越小,频率越低的波速越大。
4.在真空中传播时,不同频率的电磁波的速度相同,v=c,且
5.电磁波是横波,电场方向与磁场方向都跟传播方向垂直。
6.电磁波遇到其他物体时,能发生反射、折射等现象。
7.电磁波具有波的共性,能产生干涉、衍射等现象。
8.电磁波可以脱离波源独立存在。电磁波发射出去后,产生电磁波的振荡电路停止振荡后,空间中的电磁波仍继续传播。
9.机械波与电磁波的比较。
我们熟悉的声波、绳波,它们都是机械波。电磁波和机械波一样都具有波的特性,可以发生反射、折射、干涉和衍射,都满足 ,但电磁波是一种更特殊的波,它的电磁特性比机械波更复杂。
【典型例题】
【例题2】 (多选)下列关于电磁波的叙述,正确的是( )
A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s
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、衍射现象
答案:AC
解析:电磁波是交替产生呈周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生的,故A项正确;电磁波只有在真空中传播时,其速度为3×108 m/s,故B项不正确;电磁波在传播过程中其频率f不变,由波速公式v=λf知,由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小,所以可得此时波长变短,故C项正确;电磁波是一种波,具有波的一切特性,能产生干涉、衍射等现象,D项不正确。
【变式训练2】 下列关于电磁波的说法,正确的是( )
A.电磁波只能在真空中传播
B.电场随时间变化时一定产生电磁波
C.做变速运动的电荷可能会在空间产生电磁波
D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
答案:C
解析:电磁波在真空和介质中都可以传播,A错;均匀变化的电场不会产生电磁波,B错;做变速运动的电荷,形成变化的电场,如果电荷的运动满足一定的条件,则变化的电场可以产生变化的磁场,有可能产生电磁波,C对;麦克斯韦只是预言了电磁波的存在,赫兹第一次用实验证明了电磁波的存在,D错。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(麦克斯韦电磁场理论)(多选)根据麦克斯韦电磁场理论,以下叙述正确的是( )
A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场
B.打点计时器工作时周围必有磁场和电场
C.稳定的电场产生稳定的磁场,稳定的磁场激发稳定的电场
D.电磁波在传播过程中,电场方向、磁场方向和传播方向三者互相垂直
答案:ABD
2.(电磁波)下列关于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.电磁波在真空和介质中的传播速度相同
C.只要有电场和磁场,就能产生电磁波
D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
答案:A
解析:如果电场(或磁场)是均匀变化的,产生的磁场(或电场)是恒定的,不能产生新的电场(或磁场),因而不能产生电磁波,选项A正确,C错误;电磁波的传播速度跟介质有关,选项B错误;波发生衍射现象时不再沿直线传播,选项D错误。
本 课 结 束
