第四节 麦克斯韦电磁场理论
1.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想；变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．相互联系着的变化的电场和磁场统称为电磁场． 2.了解电磁波的产生和电磁波的特点． 3.了解电磁场的物质性． 4.了解麦克斯韦电磁场理论在物理学发展史上的意义．
一、电磁场理论的建立及验证
1．麦克斯韦的电磁场理论
变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．
2．电磁场和电磁波
如果在空间某处产生了变化的电场，就会在空间引起变化的磁场，而这个变化的电场和磁场又在较远的空间引起新的电场和磁场．变化的电场和变化的磁场相互联系，形成了一个不可分割的统一体——电磁场．
变化的电场和磁场由近及远地向周围空间传播开去，形成电磁波．
3．麦克斯韦预言：光是一种电磁波．赫兹证实了光是一种电磁波．
4．电磁波的传播速度：在真空中c＝3.0×108__m/s．
波速v＝λf.
5．电磁波的特点
(1)电磁波的物质性：电磁波有能量，有光压说明电磁波的物质性，传播时不需要介质，可在真空中传播．
(2)电磁波是横波：电场方向与磁场方向相互垂直，且都和传播方向垂直．能够产生干涉、衍射现象，还能够发生反射、折射现象．
6．电磁波可以脱离“波源”独立存在．电磁波发射出去后，即便电磁波停止发射，在空间的电磁波仍能继续传播．
电磁波与机械波有什么区别呢？
提示：(1)机械波只能在介质中传播，传播速度由介质决定，与机械波的频率无关．
(2)电磁波可以在真空中传播，在介质中传播的速度不仅取决于介质，还与电磁波的频率有关，频率越大，传播速度越小．
二、电磁场也是物质
电磁场是物质存在的基本形态之一．
1．电磁场可以使电荷移动，也就是可以对外做功，所以电磁场具有能量．
2．俄国物理学家列别捷夫测量到光对被照射物的压力，表明电磁场具有与其它物质相互作用的属性．
一、对麦克斯韦电磁场理论的理解
1．变化的磁场在空间产生的电场，与自由电荷激发的静电场不同，它的电场线是闭合的，它的存在与空间有无导体、有无闭合电路无关．
2．均匀变化的磁场产生稳定的电场．“均匀变化”指的是在相等的时间内磁感应强度的变化量相同，即磁感应强度对时间的变化率恒定．
3．产生电磁波的电磁场，必须是振荡的电磁场，“振荡的”是指周期性变化并且变化是不均匀的．
即时应用? (即时突破，小试牛刀)
1．(双选)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
解析：选BD.根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场的变化是均匀的，产生的磁场就是稳定的；如果电场的变化是不均匀的，产生的磁场就是变化的，故A选项错，B选项正确．均匀变化的磁场产生稳定的电场，C选项错．振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场，故D选项正确．
二、电磁波与机械波的比较
1．电磁波的特点
(1)电磁波是横波，在传播方向上任一点E和B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)电磁波的传播速度v＝λf，在真空中的传播速度等于光速．
(3)电磁场贮存电磁能．电磁波的发射过程就是辐射能量的过程．
(4)麦克斯韦预言了电磁波，赫兹证实了电磁波的存在，测出了波长和频率，证实了真空中传播速度等于光速，验证了电磁波能产生反射、折射、衍射和干涉等现象．
2．电磁波与机械波的相同点和不同点
机械波在介质中的传播速度由介质决定，与机械波的频率无关．电磁波在介质中的传播速度不仅取决于介质，还与电磁波的频率有关，频率越大，传播速度越小．
电磁波本身是一种物质，所以电磁波的传播不像机械波需要别的物质作为介质．机械波不能在真空中传播，而电磁波可以在真空中传播．任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是3×108 m/s.
电磁波与机械波也有相同之处，两者都是周期性的，都是传播能量的过程，v＝λf关系式都适用．
即时应用? (即时突破，小试牛刀)
2．(单选)以下关于机械波与电磁波的说法中，不正确的是( )
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．它们都可发生干涉、衍射现象
解析：选A.机械波与电磁波产生的根源不同，是由不同的运动形成的，产生的本质也不同，A错误，B、C、D正确．故选A.
eq \a\vs4\al() 麦克斯韦电磁场理论
(单选)关于电磁场理论，下列说法中正确的是( )
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
[解析] 麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的电场产生磁场；变化的磁场产生电场．根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场周围才产生磁场，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．
[答案] D
eq \a\vs4\al()
不变化的电场周围不产生磁场，变化的电场周围一定产生磁场，但如果电场是均匀变化的，产生的磁场是恒定的；如果电场是周期性(振荡)变化的，产生的磁场将是同频率的周期性(振荡)变化的磁场，反之也成立．
eq \a\vs4\al() 电磁波与机械波的区别
(单选)电磁波和声波相比较，下列说法不正确的是( )
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，故波长与频率不同，传播过程中频率不变．
[解析] 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．故选D.
[答案] D
eq \a\vs4\al()
电磁波和机械波从一种介质进入另一种介质，频率都不变，这是做本题的关键，v＝λf是机械波和电磁波都能用的公式．
(双选)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
解析：选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，也就是能量的传播过程，所以D正确．
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5麦克斯韦电磁场理论
1．(单选)关于机械波和电磁波，下列说法中错误的是( )
A．机械波和电磁波都能在真空中传播
B．机械波和电磁波都可以传递能量
C．波长、频率和波速间的关系，即v＝λf，对机械波和电磁波都适用
D．机械波和电磁波都能发生衍射和干涉现象
答案：A
2．(单选)某电路中电场随时间变化的图象如图2－4－1所示，能发射电磁波的电场是( )
图2－4－1
解析：选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是振荡的电场，会产生振荡的磁场，电场和磁场交替产生，在空间传播，就能形成电磁波．
3．(单选)如图2－4－3所示的四种磁场变化情况，能产生如图2－4－2中电场的是( )
图2－4－2
图2－4－3
答案：B
4．试阐述电磁场的物质性．
答案：能量以及与其他物质相互作用的属性，都是物质的性质．电磁场可以使电荷移动，也就是可以对外做功，说明电磁场具有能量，电磁场与其他物质相互作用后，能够发生反射、折射等现象，表明电磁场具有与其他物质相互作用的属性．光具有光能，列别捷夫证明了光压的存在，赫兹验证了光是电磁波，更进一步证明了电磁场的物质性．电磁波的传播不需要介质，电磁波可以在真空中传播．
[课时作业]
一、单项选择题
1．下列说法中符合麦克斯韦电磁场理论的是( )
A．在电场的周围一定产生磁场
B．在磁场的周围一定产生电场
C．变化的磁场一定产生电场
D．变化的电场一定产生变化的磁场
解析：选C.麦克斯韦的电磁场理论：稳定的电场不产生磁场，变化的电场产生磁场，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，所以C对．
2．电磁波从真空进入介质后，发生变化的物理量有( )
A．波长和频率
B．波速和频率
C．波长和波速
D．波速和传播方式(横波或纵波)
答案：C
3．真空中氖的电磁波都具有相同的( )
A．频率 B．波长
C．波速 D．能量
答案：C
4．我国的卫星通信技术拥有自主知识产权，在世界上处于领先地位．在北京发射的信号通过通信卫星可以转到上海被接收．实现这种信号传递的是( )
A．超声波 B．次声波
C．声波 D．电磁波
解析：选D.卫星通信应用的是电磁波，不是声波，所以只有D对．
5．下列关于电磁波的说法，错误的是( )
A．电磁波可以在真空中传播
B．电磁波不能在空气中传播
C．麦克斯韦第一次预言了电磁波的存在
D．赫兹第一次通过实验验证了电磁波的存在
解析：选B.电磁波可以在真空中传播，电磁波是麦克斯韦预言的，赫兹证实了其存在．
6．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是( )
A．电场和磁场总是相互联系着，统称为电磁场
B．电磁场由发生区域向远处传播形成电磁波
C．电磁场是一种物质，不能在真空中传播
D．电磁波的传播速度总是3.0×108 m/s
答案：B
7．电磁波和机械波相比，以下说法中不正确的是( )
A．电磁波可以在真空中传播
B．机械波可以在真空中传播
C．机械波可以传递能量
D．电磁波可以离开波源继续传播
解析：选B.电磁波的传播不需要介质，而机械波的传播需要介质，所以A对B错．机械波和电磁波都可以传递能量，机械波传递机械能，电磁波传递电磁能，C对．电磁波可以离开波源继续传播，D对．
8．一束持续电子流在电场力作用下做匀加速直线运动，则在其周围空间( )
A．产生稳定的磁场
B．产生变化的磁场
C．所产生的磁场又可产生电场
D．产生的磁场和电场形成电磁波
解析：选A.因为持续的电子流被加速，虽然速度在增大，但形成的电流是不变的，所以产生了稳定的磁场，稳定的磁场不能产生电场，故A对，B、C、D错．
二、双项选择题
9．如图2－4－4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2－4－4
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，不管加什么样的磁场都不能使带电粒子绕着管运动
解析：选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．
10．下列说法中正确的是( )
A．电磁波不能在真空中传播
B．无线电通信是利用电磁波传输信号的
C．电磁波在真空中的传播速度与频率无关
D．无线电广播与无线电视传播信号的原理毫无相似之处
解析：选BC.电磁波能在真空中传播，故A错．并且传播速率与频率无关，C对．无线电通信、广播、无线电视都是靠电磁波传播的，B对，D错．
三、非选择题
11．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
12．打开收音机的开关，将旋钮调到没有电位的位置，并将音量开大．取一节旧的干电池和一根导线，靠近收音机，将导线的一端与电池的一极相连，再用导线的另一端与电池的另一极时断时续地接触，会听到收音机发出“咔咔”声，这一现象验证了________的存在．现将收音机放入玻璃罩中，用抽气机抽去罩中的空气，重复以上实验，却发现听不到收音机发出的“咔咔”声．试分析：
(1)收音机放在真空玻璃罩中听不到“咔咔”声的原因是什么？
(2)谢老师在一次乘坐镇江商业城的电梯时，发现性能完好的手机接收不到信号，请问这是什么原因？
解析：本题用生活中一些常见的事物证明了电磁波的存在，探究了电磁波的屏蔽现象给生活带来了哪些影响．
答案：电磁波 (1)声音不能在真空中传播
(2)电梯对电磁波有屏蔽作用
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5(共21张PPT)
第二章 电磁感应与电磁场
第四节 麦克斯韦电磁场理论
第二章 电磁感应与电磁场
变化
电场
电场
磁场
电磁波
赫兹
3.0×108 m/s
不需要
横波
能量
移动
做功
能量
相互作用
新知初探,自学导引
梳理知识·夯实基础
要点突破·思维启动
突破疑难·讲练提升
典题示例·讲练互动
以例说法·触类旁通
