一、电磁波的发现
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.理解麦克斯韦的电磁场理论．(重点)
2．知道电磁波是如何形成的．(难点)
3．知道赫兹实验在物理学发展中的贡献．
4．掌握电磁波的传播速度．(重点)
一、麦克斯韦的电磁场理论
1．变化的磁场产生电场
(1)在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场．
(2)即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样在空间产生电场．
2．变化的电场产生磁场
变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场．
3．麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一．
二、电磁波及赫兹的火花实验
1．电磁场
(1)如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场， 这个变化的磁场又会引起新的变化的电场和磁场……于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播，形成电磁波．
(2)特点
①电磁波可以在真空中传播．
②电磁波的传播速度等于光速．
③光在本质上是一种电磁波．
④光是以波动形式传播的一种电磁振动．
2．赫兹的火花实验
(1)赫兹首先捕捉到电磁波，在以后的一系列实验中，证明了电磁波与光具有相同的性质．他还测得，电磁波在真空中具有与光相同的传播速度c.
(2)赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论．
(3)赫兹被誉为无线电通信的先驱．后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹．
1．思考判断
(1)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场． (×)
(2)均匀变化的电场产生稳定的磁场． (√)
(3)稳定的电场也能产生变化的磁场． (×)
(4)电磁波的传播不需要介质． (√)
(5)赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论． (√)
(6)电磁波的传播不需要介质，机械波的传播也不需要介质． (×)
2．(多选)关于电磁场理论的叙述正确的是( )
A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C．变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
AB [变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流．若无闭合回路，电场仍然存在，A对；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错．]
3．在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是( )
C [由电磁场理论，结合图象，则有：A中磁场不变，则不会产生电场，故A错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误；C中磁场随着时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随着时间非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误．]
麦克斯韦的电磁场理论的理解
19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦总结前人对电磁规律的研究成果，建立了完善的电磁场理论，并预言了电磁波的存在，其主要内容为：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，要正确理解这个理论需要明确以下几点：
1．变化的磁场产生电场：均匀变化的磁场产生稳定的电场，周期性变化的振荡磁场能产生同周期性的振荡电场，这条理论的基础是法拉第的电磁感应现象．
2．变化的电场产生磁场：均匀变化的电场产生稳定的磁场，周期性变化的振荡电场产生同频率的振荡磁场，这一条是麦克斯韦的一个伟大的预言．
3．不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场．
4．变化的电场和磁场相互联系，形成一个统一的场，就是电磁场，而电磁场由近及远地向周围空间传播形成电磁波．
5．电场、磁场的变化关系：
【例1】 有关电磁场理论的下列说法中，正确的是( )
A．任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场
B．任何电场都要在周围空间产生磁场
C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场
D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，即电磁场
思路点拨：根据麦克斯韦电磁场理论的内容理解判断．
C [根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，故A错．同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，故B错．电场和磁场并不总是相互联系着的，例如，静止电荷周围只有静电场，静止磁体周围只有稳定的磁场．只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，故D错．]
1．某闭合电路的电流或电压随时间变化的规律如图所示，能发射电磁波的是( )
C [非均匀变化的电场产生变化的磁场，非均匀变化的磁场再产生变化的电场，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化的，但不能是均匀变化的，C项正确．]
电磁波的特点及其与机械波的区别
1.电磁波的特点
(1)电磁波是横波，在传播方向上，任意一点的E和B都随时间按正弦规律变化，E和B彼此垂直，且与电磁波的传播方向垂直．
(2)电磁场中储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程．
(3)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波．
(4)电磁波可以在真空中传播，因为电磁波本身就是一种物质——场物质，所以传播时不再需要其他介质．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．
(5)电磁波能产生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象．
①麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一．
②赫兹用实验证明了电磁波的存在，并研究了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，证明了电磁波与光具有相同的性质，测出了电磁波在真空中的传播速度与光速c相同．
2．电磁波与机械波的比较
电磁波
机械波
研究对象
电磁现象
力学现象
产生
由周期性变化的电场、磁场产生
由质点(波源)的振动产生
纵、横波
横波
纵波或横波
波速
在真空中等于光速
波速由传播介质决定，在空气中很小(如声波为340 m/s)
是否需
要介质
不需要介质(在真空中仍可传播)
必须有介质(真空中不能传播)
【例2】 (多选)电磁波和声波相比较，下列说法正确的是( )
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，都是由介质决定的，与频率无关
思路点拨：波速公式形式相同，但波速不同，波传播过程中频率不变．
ABC [此题考查电磁波和声波的区别，可从它们的特点上分析，A、B符合物理事实所以正确．根据v＝λf，电磁波速度变小，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．]
[注意事项]
(1)电磁波和机械波从一种介质进入另一种介质时，频率都不变，但机械波的传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质．
(2)v＝λf是机械波和电磁波都能用的公式．
2．(多选)下列关于电磁波的说法中正确的是( )
A．只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波
B．电磁波的传播需要介质
C．停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在
D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的
CD [要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，所以A选项错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要介质而在真空中传播，B选项错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C选项正确；电磁波可以使电荷移动，说明电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量传播的过程，所以D选项正确．]
1．第一个用实验验证电磁波客观存在的科学家是( )
A．法拉第 B．奥斯特
C．赫兹 D．麦克斯韦
C [麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故C正确．]
2．关于电磁场，下列说法中不正确的是( )
A．在一个磁铁旁放一带电体，则两者周围空间就形成了电磁场
B．电磁场既不同于静电场，也不同于静磁场
C．电磁场中的电场和磁场是不可分割的一个统一体
D．电磁场中的电场的变化频率和磁场的变化频率是相同的
A [电磁场是变化的电场和变化的磁场形成的不可分割的统一场，而不是静电场和静磁场简单的复合．所以选项A错．]
3．(多选)下列关于电磁波的叙述中，正确的是( )
A．电磁波由电磁场发生区域向远处传播
B．电磁波在任何介质中的传播速度均为c
C．电磁波在真空中传播时，传播速度为c
D．光是一种电磁波
ACD [电磁波由电磁场发生区域向远处传播，电磁波在真空中的传播速度为c，故选项A、C、D正确．]
4．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．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
D [根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场周围才能产生磁场，所以A错，而非均匀变化的电场产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，所以B、C错．]
课件40张PPT。第四章 电磁波及其应用一、电磁波的发现发生变化电场 电场 磁场磁场麦克斯韦 电、磁、光不均匀变化变化的磁场变化 可以光速电磁波波动电磁波电磁波光赫兹赫兹频率
×√×
√√×麦克斯韦的电磁场理论的理解电磁波的特点及其与机械波的区别点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十八) 电磁波的发现
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
1．(6分)提出电磁场理论的科学家是( )
A．法拉第 B．赫兹
C．麦克斯韦 D．安培
C [麦克斯韦总结前人电磁规律的成果进一步创造建立了完整的电磁场理论．]
2．(6分)关于电磁波，下列说法正确的是 ( )
A．所有电磁波的频率相同
B．电磁波只能在真空中传播
C．电磁波在任何介质中的传播速度相同
D．电磁波在真空中的传播速度是3×108 m/s
D [电磁波的频率不一定相同，就是无线电电磁波也有很多频道和频率，选项A错；电磁波既能在真空中传播，也能在介质中传播，选项B错；不同频率的电磁波在不同的介质中的传播速度都不相同，选项C错；电磁波在真空中的传播速度是3×108 m/s，选项D正确．]
3．(6分)某电路中电场随时间变化的图象如图所示，能发射电磁波的电场是( )
D [A是稳定的电场不产生磁场，所以不产生电磁波，B、C的电场都是均匀变化的，会产生稳定的磁场，而稳定的磁场不会产生电场，所以不会产生电磁波，D是周期性变化的电场，会产生周期性变化的磁场，电场和磁场交替产生，在空间传播，就能形成电磁波．]
4．(6分)关于电磁场和电磁波，下列说法中不正确的是( )
A．变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场，两者互相联系，统称为电磁场
B．电磁场从发生区域由近及远地传播形成电磁波
C．电磁波是一种物质，可在真空中传播．所以，平时说真空没有实物粒子，但不等于什么都没有，还有“场”这种特殊物质
D．电磁波可在真空中传播，也可在介质中传播
A [根据麦克斯韦电磁场理论，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生的是稳定的磁场，所以A项错误．]
5．(6分)电磁场理论预言了什么( )
A．预言了变化的磁场能够在周围空间产生电场
B．预言了变化的电场能够在周围产生磁场
C．预言了电磁波的存在，电磁波在真空中的速度为光速
D．预言了电能够产生磁，磁能够产生电
C [麦克斯韦预言了电磁波的存在，并预言电磁波在真空中的速度为光速．所以选C项．]
6．(6分)以下关于电磁波的说法不正确的是( )
A．无线通信是用电磁波进行传播的
B．医院B超发出的超声波是电磁波
C．遥控器发出的红外线是电磁波
D．透视使用的X射线是电磁波
B [超声波是声波(机械波)，不是电磁波，所以B不正确．]
7．(6分)下列哪种现象是由于所产生的电磁波所引起的( )
A．用室内天线接收微弱信号时，人走过时电视画面会发生变化
B．在夜间用电高峰时，有部分地区白炽灯变暗发红，日光灯不容易启动
C．把半导体收音机放在开着的日光灯附近，会听到噪声
D．在边远地区，用手机通话时，会发生信号中断的情况
C [A中是人走动时影响了室内天线对电视信号的接收，并非产生电磁波所引起．B中是因用电功率过大，输电线上损失电压及功率大所致．C中日光灯用的是交变电流，由于镇流器不断产生自感现象，产生变化的磁场与电场而产生电磁波，收音机接收到这些电磁波后，会发出噪声．而D中是信号的问题．故只有C项符合．]
8．(10分)“嫦娥三号”依靠________(选填“电磁波”或“声波”)将拍到的月貌图片传回地球，此波由真空进入大气的传播过程中，保持不变的是________(选填“速度”或“频率”)．
[解析] “嫦娥三号”依靠电磁波将拍到的月貌图片传回地球，各种电磁波的频率由波源决定，光由真空到大气的传播过程中，频率不变；根据v＝，可知，速度随着折射率增大而减小．
[答案] 电磁波 频率
[能力提升练]
9．(6分)关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是( )
A． 在电场的周围，一定存在着由它激发的磁场
B. 变化的磁场在周围空间一定能形成电磁波
C． 赫兹通过实验证实了电磁波的存在
D． 无线电波的波长小于可见光的波长
C [只有变化的电场才会产生磁场，恒定的电场不能产生磁场，A错误；均匀变化的磁场产生恒定的电场，但是恒定的电场不会产生磁场，B错误；赫兹通过实验证实了电磁波的存在，C正确；依照波长的长短的不同，电磁波谱可大致分为：无线电波，微波，红外线，可见光，紫外线，伦琴射线，γ射线(伽马射线)，故无线电波的波长大于可见光的波长，D错误．]
10．(6分)手机A的号码为18888880001，手机B的号码为18888880002，手机A拨打手机B时，手机B发出响声并且来电显示A的号码为18888880001.若将手机A置于一透明真空罩中，再用手机B拨打手机A，则( )
A．发出响声，并显示B的号码18888880002
B．发出响声，但不显示B的号码
C．不发出响声，但显示B的号码18888880002
D．即不发出响声，也不显示号码
C [手机之间通信靠电磁波，可以在真空中传播，但是在真空中声波不能传播，故不发出响声，但显示B的号码18888880002，C正确．]
11．(6分)下列四个选项所示的四种磁场变化情况，能产生如图中电场的是( )
B [由麦克斯韦的电磁场理论知均匀变化的磁场产生恒定的电场，故选B.]
12．(6分)(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．要使带电粒子能沿管做圆周运动，所加的磁场可能是( )
A．匀强磁场
B．均匀增加的磁场
C．均匀减少的磁场
D．由于洛伦兹力不做功，不管加什么样的磁场都不能使带电粒子绕着管运动
BC [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．]
13．(10分)有一种“隐形飞机”，可以有效避开雷达的探测，秘密之一在于它的表面有一层特殊材料，这种材料能够________(填“增强”或“减弱”)对电磁波的吸收作用，秘密之二在于它的表面制成特殊形状，这种形状能够________(填“增强”或“减弱”)电磁波反射回雷达设备．
[解析] 题目介绍了电磁波在军事上的用途．电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的．要有效避开雷达的探测，就要设法减弱电磁波的反射．据此即可确定答案．
[答案] 增强 减弱
14．(14分)如图所示，赫兹实验所用的感应圈是一种利用电磁感应产生数十千伏高电压的实验装置，当火花在感应圈的两个金属球间跳动时，旁边导线环的两个小球间也跳过火花，请你解释这个现象．
[解析] 当火花在感应圈的两个金属球间跳动时，必定产生一个快速变化的电磁场．这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播．当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的两个小球间也产生了火花．在赫兹实验中，感应圈成了电磁波发射器，导线环成了电磁波的检测器．
[答案] 见解析
