4.2 电磁场与电磁波 学案 —【新教材】人教版高中物理选择性必修第二册 （word含答案）

选择性必修二第四章第2节：电磁场与电磁波 学案
预习案
【自主学习】
阅读教材74-76页，思考下列问题：
1.麦克斯韦的电磁场理论的两个基本观点是什么？

2.电磁波中有电场吗？有磁场吗？电磁波是横波还是纵波？
【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。）
课堂案
【合作探究一】(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断：如图所示的表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是(　　)
【合作探究二】(多选)下列关于电磁场和电磁波的叙述正确的是(　　)
A．变化的磁场一定能产生变化的电场
B．电磁波由真空进入玻璃后频率变小
C．广播电台、电视台发射无线电波时是利用电磁波发送能量和信息
D．电磁波是一种物质
【进阶闯关检测】A类基础关
1．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是(　　)
A．移动电话通讯是通过电磁波来实现的 B．法拉第首先预言了电磁波的存在
C．电磁波与机械波的传播都需要介质
D．在电场周围—定产生磁场，在磁场周围一定产生电场
2．关于机械波与电磁波，以下说法正确的是(　　)
A．公路上的超声波测速仪向迎面驶来的汽车发射一个已知频率的超声波，根据汽车接收到的反射波频率变化的多少，就可知汽车运动的速度大小，其原理是波的多普勒效应
B．赫兹从理论上预言了电磁波的存在，麦克斯韦观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，麦克斯韦还测得电磁波在真空中具有与光相同的传播速度
C．机械波与电磁波的传播都需要介质
D．无论是机械波还是电磁波，只有当障碍物或孔的尺寸跟机械波的波长相等时，才能发生衍射
B类能力关
3．关于机械波与电磁波的说法中，正确的是 (　　)
A．机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象，所以它们本质是相同的
B．麦克斯韦认为，变化的电场一定能产生电磁波
C．机械波在介质中的波速与波的频率无关，电磁波在介质中的波速与波的频率有关
D．随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息
4．手机A的号码为12345670002，手机B的号码为12345670008，手机A拨手机B时，手机B发出响声并且显示屏上显示A的号码为12345670002。若手机A置于一透明真空罩中，用手机B拨叫手机A，则 (　　)
A．发出响声，并显示B的号码为12345670008
B．不发出响声，但显示B的号码为12345670008
C．不发出响声，但显示B的号码为12345670002
D．即不发出响声，也不显示号码
5．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．向上方的磁场减弱，然后反向增强
6．英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为＋q的小球。已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是 (　　)
A．0　　　　B．r2qk C．2πr2qk D．πr2qk
参考答案：
【合作探究一】解析　A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，A图中的下图是错误的；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B图正确；C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，0时刻由于B的变化率最大，产生的电场强度应最大，C图是正确的；D图中的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，0时刻E的变化率最大，产生的磁感应强度应最大，故D图错误。所以只有B、C两项正确。
答案　BC
【合作探究二】解析　均匀变化的磁场产生稳定的电场，A错误；电磁波由真空进入介质后波速减小，但频率由波源决定，频率不变，B错误；电磁波在传播过程中是能量和信息的载体，信息的传送需要电磁波，C正确；电磁波既有质量又具有能量，是客观存在的物质，D正确。
答案　CD
【进阶闯关检测】
A类基础关
1．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是(　　)
A．移动电话通讯是通过电磁波来实现的
B．法拉第首先预言了电磁波的存在
C．电磁波与机械波的传播都需要介质
D．在电场周围—定产生磁场，在磁场周围一定产生电场
解析　移动电话通讯是通过电磁波来实现的，A正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，B错误；电磁波的传播不需要介质，但机械波的传播需要介质，C错误；根据麦克斯韦理论知在变化的磁场周围才会产生电场，恒定的磁场不产生电场，故D错误。
答案　A
2．关于机械波与电磁波，以下说法正确的是(　　)
A．公路上的超声波测速仪向迎面驶来的汽车发射一个已知频率的超声波，根据汽车接收到的反射波频率变化的多少，就可知汽车运动的速度大小，其原理是波的多普勒效应
B．赫兹从理论上预言了电磁波的存在，麦克斯韦观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，麦克斯韦还测得电磁波在真空中具有与光相同的传播速度
C．机械波与电磁波的传播都需要介质
D．无论是机械波还是电磁波，只有当障碍物或孔的尺寸跟机械波的波长相等时，才能发生衍射
解析　公路上的超声波测速仪是根据多普勒效应的原理工作的，故A正确；麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，而赫兹证实了电磁波的存在，故B错误；机械波的传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质，故C错误；对于机械波或电磁波，当障碍物或孔的尺寸跟机械波或电磁波的波长相差不多时，即可发生明显的衍射现象，故D错误。
答案　A
B类能力关
3．关于机械波与电磁波的说法中，正确的是 (　　)
A．机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象，所以它们本质是相同的
B．麦克斯韦认为，变化的电场一定能产生电磁波
C．机械波在介质中的波速与波的频率无关，电磁波在介质中的波速与波的频率有关
D．随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息
解析：电磁波是磁场与电场的相互转换从而向前传播；机械波是物质的实际往复运动而产生的，两者本质不同，A错误；均匀变化的电场产生稳定的磁场，而稳定的磁场不会产生电场，B错误；机械波在介质中的传播速度由介质决定，与波的频率无关．电磁波在介质中的传播速度与介质和波的频率均有关，C正确；机械波的传播需要介质，不能在真空中传播，D错误。
4．手机A的号码为12345670002，手机B的号码为12345670008，手机A拨手机B时，手机B发出响声并且显示屏上显示A的号码为12345670002。若手机A置于一透明真空罩中，用手机B拨叫手机A，则 (　　)
A．发出响声，并显示B的号码为12345670008
B．不发出响声，但显示B的号码为12345670008
C．不发出响声，但显示B的号码为12345670002
D．即不发出响声，也不显示号码
解析：电磁波可以在真空中传播，而声波传播则需要介质，当手机B拨打手机A时(A置于一透明真空罩中)，A能显示B的号码，不能发出响声，即B正确。
C类综合关（选做）
5．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．向上方的磁场减弱，然后反向增强
解析：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，B错误。同理，当磁场反向即向下的磁场减少时，也会得到如图中E的方向，选项C正确，D错误。
6．英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场。如图所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为＋q的小球。已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是 (　　)
A．0　　　　　 B．r2qk
C．2πr2qk D．πr2qk
解析：感生电场是涡旋场，电荷在运动过程中，电场力始终做功。由U＝S可知电场强度E＝运动一周电场力做功W＝qE2πr＝πr2qk，D选项正确。