第四章电磁振荡与电磁波
2.电磁场与电磁波
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(多选)根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场
B.变化的磁场周围一定产生电场
C.变化的电场周围一定产生变化的磁场
D.电磁波在真空中的传播速度为3.0×108
m/s
解析根据麦克斯韦的电磁场理论,变化的电场周围产生磁场,变化的磁场周围产生电场,但变化的电场周围不一定产生变化的磁场,如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场。根据以上分析,选项B、D正确。
答案BD
2.关于电磁波传播速度表达式v=λf,下列说法正确的是
( )
A.波长越长,传播速度越快
B.频率越高,传播速度越快
C.发射能量越大,传播速度越快
D.电磁波的传播速度与传播介质有关
解析在真空中传播时,各类电磁波的传播速度相同。在介质中传播时,传播速度与介质有关。
答案D
3.(多选)用麦克斯韦的电磁场理论判断,表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图像是( )
解析由法拉第电磁感应定律E=n=nS可知,感应电动势与磁感应强度的变化率成正比。同理,感应电场也与成正比,E与B的相位相差,故选项C正确。选项B中为定值,故选项B正确。
答案BC
4.(多选)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
解析在电磁感应现象的规律中,当一个闭合回路中由于通过它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电路的情况,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,根据安培定则感应电流方向如图中E的方向所示。选项A正确,选项B错误。同理,当向下的磁场减弱时,也会得到如图中E的方向,选项C正确,选项D错误。
答案AC
5.
(多选)如图所示,在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内,有一直径略小于环口径的带正电的小球,正以速度v0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场,设运动过程中小球的电荷量不变,那么( )
A.小球受到玻璃环的弹力不断增大
B.小球受到的磁场力不断增大
C.小球先沿逆时针方向做减速运动,过一段时间后,沿顺时针方向做加速运动
D.磁场力对小球一直不做功
解析玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场,在周围产生稳定的涡旋电场。由楞次定律可判断电场方向为顺时针方向,在电场力作用下,小球先沿逆时针方向做减速运动,后沿顺时针方向做加速运动,选项C正确。小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力作用:环施加的弹力和磁场施加的磁场力,且这两个力的矢量和等于小球做圆周运动的向心力,考虑到小球速度大小的变化以及磁场强弱的变化,弹力和磁场力不一定始终在增大,选项A、B错误。磁场力始终与圆周运动的线速度方向垂直,所以磁场力对小球不做功,选项D正确。
答案CD
6.下列关于电磁波的说法正确的是( )
A.电磁波必须依靠介质传播
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.电磁波与机械波本质上是一致的
解析电磁波具有波动性,可以发生衍射、偏振现象,电磁波的传播不需要介质,与机械波的本质是不同的。
答案B
能力提升
1.(多选)磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况,如图所示,其中能产生持续电磁波的有( )
解析根据麦克斯韦的电磁理论可知,要产生电磁波就要由周期性变化的磁场产生周期性变化的电场,再由周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,这样振荡产生的电磁场由发生区域向周围空间传播形成电磁波,故B、D选项正确。
答案BD
2.如图是某一固定面的磁通量的变化图像,在它周围空间产生的电场中的某一点的电场强度E应是( )
A.逐渐增强
B.逐渐减弱
C.不变
D.无法判断
解析由题意可知,固定面的磁通量Φ=BS均匀增大,则磁场均匀增大,由麦克斯韦的电磁理论可知,产生恒定的电场,故选项C正确。
答案C(共20张PPT)
2.电磁场与电磁波
必备知识
自我检测
一、电磁场
1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。
2.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。
二、电磁波
1.变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播,形成电磁波。
2.1886年赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁场理论。
3.麦克斯韦预言:电磁波在真空中的传播速度等于光速c。
4.赫兹在一系列的实验中观察到电磁波的反射、折射、干涉、
偏振和衍射现象。
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)电磁波也能产生干涉、衍射现象。( )
答案:√
(2)电磁波的传播不需要介质,可以在真空中传播。
答案:√
2.探究讨论。
为什么电磁波是横波?
答案:根据麦克斯韦电磁场理论,电磁波在真空中传播时,它的电场强度和磁感应强度是相互垂直的,且二者均与波的传播方向垂直。因此,电磁波是横波。
探究一
探究二
随堂检测
对麦克斯韦电磁场理论的理解
情境探究
下图是赫兹实验的装置示意图,请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题?
要点提示:实验演示了电磁波的发射和接收,验证了麦克斯韦电磁场理论。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.电磁场的产生
如果在空间某处有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就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变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。
探究一
探究二
随堂检测
画龙点睛变化的磁场周围产生电场,与是否有闭合电路存在无关。
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场
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.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
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,只有选项D正确。
答案:D
探究一
探究二
随堂检测
规律方法理解麦克斯韦的电磁场理论的关键
掌握四个关键词:“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”,这些都是对时间来说的,是时间的函数。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1如图所示的四种电场中,哪一种能产生电磁波( )
解析:由麦克斯韦电磁场理论,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、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出电场,故也不会产生电磁波;只有振荡的电场(即周期性变化的电场)(如D图),才会激发出振荡的磁场,振荡的磁场又激发出振荡的电场……如此周而复始,便会形成电磁波。
答案:D
探究一
探究二
随堂检测
电磁波与机械波的比较
情境探究
如图所示,某同学正在回答神舟十号航天员王亚平的问题,请问她们的通话是通过机械波进行的还是通过电磁波进行的,为什么?
要点提示:电磁波。因为机械波的传播离不开介质,而电磁波可以在真空中传播。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
电磁波是电磁现象,机械波是力学现象,两种波产生机理不同,所以除具有波的共性外,还有不同之处。
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例2(多选)关于电磁波与声波,下列说法正确的是( )
A.电磁波是由电磁场发生的区域向远处传播,声波是声源的振动向远处传播
B.电磁波的传播不需要介质,声波的传播有时也不需要介质
C.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
D.由空气进入水中传播时,电磁波的波长不变,声波的波长变小
探究一
探究二
随堂检测
解析:由电磁波和声波的概念可知A正确;因为电磁波可以在真空中传播,而声波属于机械波,它的传播需要介质,在真空中不能传播,故B错误;电磁波在空气中的传播速度大于在水中的传播速度,在真空中的传播速度最大;声波在气体、液体、固体中的传播速度依次增大,故C正确;无论是电磁波还是声波,从一种介质进入另一种介质时频率都不变,所以由波长λ=
及它们在不同介质中的传播速度可知,由空气进入水中时,电磁波的波长变短,声波的波长变长,故D错误。
答案:AC
探究一
探究二
随堂检测
规律方法理解电磁波与机械波的三点不同
(1)电磁波由电磁振荡产生;机械波由机械振动产生。
(2)机械波的传播依赖于介质的存在,但电磁波的传播不需要介质。
(3)若机械波为横波,则不同频率的横波在同一介质中传播速度相同,在不同介质中传播速度不同,若机械波为纵波,则可得出同样结论,但同一种介质中的横波和纵波传播速度不同;不同频率的电磁波在同一介质中传播速度不同。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练2关于电磁波与机械波,下列说法正确的是( )
A.机械波和电磁波,本质上是一样的
B.电磁波在任何介质中传播速度都相同,机械波在同一种介质中传播速度都相同
C.电磁波和机械波都不能发生干涉
D.电磁波与机械波都能发生衍射
解析:机械波由机械振动产生,电磁波由振荡的电磁场产生,选项A错;电磁波的波速与介质和频率都有关,而机械波的传播速度与介质有关,选项B错;电磁波和机械波都具有波的特性,选项C错,选项D对。
答案:D
探究一
探究二
随堂检测
1.(多选)关于电磁波与声波相比较,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.由空气进入玻璃时,电磁波速度变小,声波速度变大
C.由空气进入玻璃时,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
解析:选项A、B说法均与事实相符,故选项A、B正确;由空气进入玻璃时,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,故选项C正确;电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有关,在同一介质中,频率越大,电磁波的波速越小,故选项D错误。
答案:ABC
探究一
探究二
随堂检测
2.真空中所有的电磁波都具有相同的( )
A.频率
B.波长
C.波速
D.能量
解析:任何频率的电磁波在真空中传播速度都等于光速。
答案:C
探究一
探究二
随堂检测
3.关于电磁波的特点,下列说法中不正确的是( )
A.电磁波中电场和磁场互相垂直,电磁波沿二者垂直的方向传播
B.电磁波是横波
C.电磁波传播不需要介质
D.电磁波不具有干涉和衍射现象
解析:电磁波具有波所特有的各种属性,即电磁波具有干涉、衍射、反射等现象。
答案:D
