第二节 电磁场与电磁波
1．(3分)如图3－2－1所示的LC振荡电路，此时线圈中电流是减小的，则( )
图3－2－1
A．此时电容器两极板的电压是增大的
B．此时电流的方向由线圈的下端流向上端
C．此时线圈L中的自感电动势是减小的
D．此时电容器所带电荷量是减小的
【解析】 因线圈中电流是减小的，所以电容器处于充电过程，两端电压增大，A对，C、D错；线圈相当于电源，电流由负极流向正极，B对．
【答案】 AB
2．(3分)理想的LC振荡回路中电流i随时间t的变化关系如图3－2－2所示，则下列说法正确的是( )
图3－2－2
A．t1时刻，电容器的带电量最大
B．t2时刻，电路中的磁场能量最小
C．从t2时刻到t3时刻电路中的电场能不断增大
D．从t3时刻到t4时刻，电容器的带电量不断增大
【解析】 t1时刻，电容器放电完毕，两极板带电荷量为零，A错；t2时刻充电完毕，电场能最大，磁场能最小，B对；t2－t3，电容器放电过程，电场能减小，磁场能增大C错；t3－t4电容器处于充电过程，两极板带电荷量不断增大，D对．
【答案】 BD
3．(4分)要使LC振荡电路的周期增大一倍，可采用的办法是( )
A．自感系数L和电容C都增大一倍
B．自感系数L和电容C都减小一半
C．自感系数L增大一倍，而电容C减小一半
D．自感系数L减小一半，而电容C增大一倍
【解析】 由电磁振荡周期公式T＝2π 得，要使LC振荡电路的周期增大一倍，只有自感系数L和电容C都增大一倍可满足要求，故选项A正确。
【答案】 A
课 标
导 思
1.了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学发展史上的意义.
2.了解电磁波的基本特点及其发现过程，通过电磁波体会电磁场的物质性.
学生P34
一、麦克斯韦电磁场理论的基本思想
1．变化的磁场周围产生电场是一种普遍存在的现象；
2．变化的电场周围产生磁场是一种普遍存在的现象．
总之，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一场，这就是电磁场．
二、电磁波的产生及其特点
1．产生
变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向远处传播，就形成电磁波．
2．传播特点
(1)电磁波中电场和磁场相互垂直，电磁波在与两者均垂直的方向传播．因此，电磁波是横波．
(2)两个相邻波峰(或波谷)之间的距离等于电磁波的波长．电磁波在空间以一定的速度传播，经过一个周期的时间，传播一个波长的距离，即其波长λ、频率f(或周期T)和波速v之间遵从波动的一般关系：v＝＝λf.
(3)电磁波的频率即为电磁振荡的频率，它由波源决定，与介质无关．电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即c＝3×108_m/s.
(4)电磁波与机械波一样，也能产生反射、折射、干涉和衍射等现象，也是传播能量的一种形式．
(5)电磁波传播不需要借助于任何介质，在真空中也能传播．
三、电磁场的物质性
1．电磁场具有能量；
2．电磁场具有与其他物质相互作用的属性；
3．电磁场具有运动质量．
四、麦克斯韦电磁场理论的意义
麦克斯韦的电磁场理论，实现了从经典物理学向现代物理学的重大转折．
学生P35
一、对麦克斯韦电磁场理论的理解
1．恒定的电场不产生磁场，恒定的磁场也不会产生电场；
2．均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；
3．振荡电场产生同频率的振荡磁场，振荡磁场产生同频率的振荡电场．
【特别提醒】 ①在变化的磁场中产生的电场叫感应电场，它的电场线是闭合的，而静电场中的电场线是不闭合的；②感应电场源于变化的磁场，而静电场源于电荷；③静电场和静磁场可以单独存在，但没有静止的电磁场.
二、对电磁场的理解
1．电磁场的产生
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．电磁场与静电场、静磁场的比较
也可以在某空间混合存在，但由静电场和静磁场混合的空间不属于电磁场．电磁场是电场、磁场相互激发，相互耦连形成的统一体．
【特别提醒】 ?1?变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关.
?2?在变化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.
三、探究电磁波与机械波的异同点
1．电磁波与机械波的相同点
(1)电磁波与机械波一样，能发生反射、折射、衍射、干涉、驻波等现象．
(2)电磁波与机械波一样，是传播能量的一种形式，能传递信息．
(3)电磁波的波长、频率、波速关系与机械波一样满足v＝λf，T＝，且传播过程中频率不变，波速由介质决定．
2．电磁波与机械波的不同点
(1)产生的机理不同：电磁波是电磁运动产生的，是变化的电磁场在空间的传播；机械波是机械运动产生的，是振动这一运动形式在介质中的传播．
(2)电磁波传播不需要介质，机械波必须有介质才能传播．
电磁场本身是一种物质，电磁波是物质传播的形式，是靠电和磁的相互“感应”而传播的，可以脱离电荷而独立存在，故它的传播不需要介质，真空中也能传播．
(3)电磁波是横波，电场方向和磁场方向互相垂直且都与波的传播方向垂直；机械波有横波也有纵波．
(4)电磁波波速比机械波波速大得多，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度．即c＝3.0×108 m/s，电磁波传播虽然不需要介质，但在其他介质中的速度都比在真空中的小．
一、麦克斯韦电磁理论的理解
根据麦克斯韦电磁场理论，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，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．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
【导析】 根据对麦克斯韦电磁场理论的理解进行判断．
【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恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场．
【答案】 D
在理解麦克斯韦的电磁场理论时，要注意静电场不产生磁场，静磁场也不产生电场．还要注意根据电场(或磁场)的变化情况来确定所产生的是什么样的磁场(或电场).
1．如图所示的四种电场中，哪一种能产生电磁波( )
【解析】 根据麦克斯韦的电磁场理论可知，图A中是一恒定的电场，不会在周围空间产生磁场，图B和C中，描述的都是均匀变化的电场，产生的磁场都是恒定的，所以不会产生电磁波，只有图D中的周期性变化的电场才会在周围空间产生周期性变化的磁场，形成电磁波，故答案为D.
【答案】 D
二、对电磁波的理解
以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是
A．机械波与电磁波，本质上是一致的
B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关
C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波
D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
【导析】 正确区分电磁波和机械波产生原理、形成条件以及传播特点等．
【解析】 机械波由机械振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生，机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定，电磁波是物质波，波速由介质和本身频率共同决定，机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，故选项B、C、D正确．
【答案】 BCD
①机械波与电磁波的产生原理不同；②机械波有横波也有纵波，而电磁波是横波；③机械波的传播速度仅由介质决定，而介质中的电磁波的传播速度由介质和频率决定.
2．电磁波与声波比较( )
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，都是由介质决定，与频率无关
【解析】 本题可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析．选项A、B均与事实相符，所以A、B正确．根据λ＝，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，所以选项C正确．电磁波在介质中的速度，与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小．所以选项D错误．
【答案】 ABC
1．下列说法正确的是( )
A．恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场
B．稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场
C．均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场
D．均匀变化的电场和磁场互相激发，形成由近及远传播的电磁波
【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磁场，故B错，C对；恒定电流周围存在稳定磁场，A对．电磁波的形成必须有周期性变化的电磁场互相激发，D项错．
【答案】 AC
2．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的传播
B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.00×108 m/s
C．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短
D．电磁波不能产生干涉、衍射现象
【解析】 该题考查电磁波的产生及特点．电磁波在真空中传播速度为光速c＝3×108 m/s，且c＝λf，从一种介质进入另一种介质，频率不发生变化，波长、波速变化．另外电磁波仍具有波的特征．
电磁波只有在真空中的传播速度才为3×108 m/s，在其他介质中传播速度均小于3×108 m/s.电磁波与其他波一样具有干涉、衍射等波的特性．当电磁波由真空进入介质传播时，频率不变，因为c>v，所以λ>λ′，波长变短，波速变小，故选A、C.
【答案】 AC
3．关于电磁波的特点，下列说法正确的是( )
A．电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者垂直方向上传播
B．电磁波是横波
C．电磁波传播不需要介质，而是电场和磁场之间的相互感应
D．电磁波不具有干涉和衍射现象
【解析】 电磁波是横波，其E、B、v三者互相垂直．电磁波也是一种波，它具有波的特性，因此A、B、C正确，D错．
【答案】 ABC
4．如图3－2－3所示，有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管，有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，要使带电粒子能沿管做圆周运动，所加磁场可能是( )
图3－2－3
A．匀强磁场 B．均匀增强的磁场
C．均匀减弱的磁场 D．不论加什么磁场都不行
【解析】 根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场在周围空间产生电场，其电场线是圆形闭合曲线，在电场力的驱动下能使带电粒子做圆周运动，其向心力由管壁弹力提供，均匀增强和均匀减弱的磁场都是变化的磁场，都能产生电场使带电粒子做圆周运动．故正确答案为BC.
【答案】 BC
自我小测
1下列关于电磁场的说法中正确的是( )
A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波
B．任何变化的电场周围一定有磁场
C．振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场
D．电磁波的理论在先，实践证明在后
2关于电磁场的理论，下列说法正确的是( )
A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的
B．变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的
C．均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的
D．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的
3一电磁波自西向东，沿水平方向传播，其电场方向和磁场方向可能是( )
A．电场向上，磁场向上 B．电场向上，磁场向下
C．电场向南，磁场向东 D．电场向北，磁场向上
4(2009四川理综，14)关于电磁波，下列说法正确的是 ( )
A．雷达是用X光来测定物体位置的设备
B．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调
C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光
D．变化的电场可以产生变化的磁场
5关于电磁波传播速度表达式v＝λf，下列结论正确的是( )
A．波长越长，传播速度就越大
B．频率越高，传播速度就越大
C．发射能量越大，传播速度就越大
D．电磁波的传播速度与介质有关
6关于电磁波的传播，下列叙述正确的是( )
A．电磁波频率越高，越易沿地面传播
B．电磁波频率越高，越易直线传播
C．电磁波在各种媒质中传播波长恒定
D．只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，就可把信号传遍全世界
7(2009北京理综，15)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
8当电磁波的频率减小时，它在真空中的速度将…( )
A．减小 B．增大
C．不变 D．以上都不对
9电磁波从真空传入水中时，下列说法正确的是…( )
A．频率不变，波速变大，波长变长
B．频率不变，波速变小，波长变短
C．波速不变，频率变小，波长变长
D．波速不变，频率变大，波长变短
10如图3－2－5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，要使带电粒子能沿管做圆周运动，所加的磁场可能是( )
图3－2－5
A．匀强磁场
B．均匀增加的磁场
C．均匀减小的磁场
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绕管运动
参考答案
1解析：麦克斯韦电磁场理论的含义是变化的电场可产生磁场，而变化的磁场能产生电场；产生的场的形式由原来的场的变化率决定，可由原来场随时间变化的图线的切线斜率判断确定．可见，均匀变化的电场的变化率恒定，产生不变的磁场．
答案：BCD
2解析：根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场的变化是均匀的，产生的磁场是稳定的；如果电场的变化是不均匀的，产生的磁场是变化的，故选项A错误，选项B正确．均匀变化的磁场产生稳定的电场，选项C错．振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场，故选项D正确．
答案：BD
3解析：在三维直角坐标系中，若电场方向沿x正方向，磁场方向沿y轴正方向，那么电磁波的传播方向沿z轴正方向．
答案：D
4答案：D
5解析：电磁波的波长和频率与速度的关系为v＝λf.
答案：D
6解析：电磁波频率越高，波长就越短，绕过地面障碍物的本领就越差，A错；随着电磁波频率的增大，粒子性越来越明显，其传播形式跟光相似，沿直线传播，B正确；电磁波在各种媒质中传播时，频率不变，但传播速度不等，波长不同，C错；由于同步通讯卫星相对于地面静止在赤道上空3 600 km 高的地方用它来作微波中继站，只要有三颗这样的卫星，就可以把微波讯号传遍全世界，D正确．
答案：BD
7答案：D
8解析：电磁波的传播速度与介质有关，与频率变化无关，故C正确．
答案：C
9解析：电磁波的波长λ、波速v和频率f与机械波一样，满足c＝fλ，传播过程中，频率不变，C、D两项错误．
电磁波λ、v、f之间的关系同机械波一样，且传播中频率不变，但电磁波在真空中的速度最大，而在介质中速度都会减小，故从真空传入水中时波速变小，波长变短．
答案：B
10解析：本题考查麦克斯韦电磁场理论和牛顿运动定律应用能力．磁场对静止的电荷不产生力的作用，但当磁场变化时可产生电场，电场对带电粒子产生电场力作用．带电粒子在电场力作用下可以产生加速度，B、C正确．
答案：BC
课件38张PPT。
课后实践导练课前新知导学课堂疑难导析
电场 磁场 电磁场 电场 磁场 垂直 垂直 横 波长 波长 电磁振荡 波源 介质 反射 折射 干涉 衍射 能量 介质 能量 相互作用 质量
