2.电磁场和电磁波\n一、麦克斯韦电磁理论1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设:(1)变化的磁场能够在周围空间产生_____.(2)变化的电场能够在周围空间产生_____.电场磁场\n2.电磁场:变化的电场和变化的磁场_____产生,形成不可分割的统一体,称为电磁场.3.电磁波:(1)电磁波的产生:变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的,这种变化的_______在空间的传播称为电磁波.交替电磁场\n(2)电磁波的特点.①电磁波是_____,电磁波在空间传播不需要_____.②电磁波的波长、频率、波速的关系:v=____,在真空中,电磁波的速度c=________m/s.(3)电磁波能产生反射、_____、干涉和_____等现象.横波介质λf3.0×108折射衍射\n【判一判】(1)变化的电场一定产生变化的磁场.()(2)磁场一定可以产生电场,电场也一定可以产生磁场.()(3)同种电磁波在不同介质中传播时,频率不变.()\n提示:(1)×.均匀变化的电场产生的是恒定磁场.(2)×.必须是变化的磁场才可以产生电场,必须是变化的电场才可以产生磁场.(3)√.同一种电磁波在不同介质中传播时频率不变.\n二、赫兹实验1.赫兹实验原理图(如图):\n2.实验现象:当感应线圈两个铜球间有火花时,检波器的两铜球间也有_____产生.3.现象分析:(1)火花在A、B间来回跳动时,在周围空间建立了一个迅速变化的电磁场,这种电磁场以_______的形式在空间传播.火花电磁波\n(2)当电磁波经过接收线圈时,导致接收线圈产生感应电动势,使接收线圈两球间隙处产生电压,当电压足够高时,两球之间就会产生火花放电现象.\n4.实验结论:赫兹实验证实了_______的存在.5.实验意义:证明了麦克斯韦的预言,为麦克斯韦的_________奠定了坚实的实验基础.电磁波电磁理论\n【想一想】在赫兹实验之前,人们为什么怀疑麦克斯韦的预言?提示:人们既不知道怎样产生电磁波,也不知道怎样接收电磁波,更无法检验麦克斯韦的预言.\n三、麦克斯韦理论在物理发展史上的意义1.统一了人们对电磁和光现象的认识,为_______的利用开辟了理论前景.2.使人们认识到场是物质存在的一种_________,它是客观存在的.3.爱因斯坦根据麦克斯韦理论——光在真空中的速率是_________,与参考系无关,为建立狭义相对论奠定了基础.电和磁基本形式一个常量\n【想一想】真空中电磁波的速度和光速相同吗?提示:真空中电磁波的速度和光速相同,都为3.0×108m/s.\n知识点一对麦克斯韦电磁场理论的理解和验证思考探究:如图所示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?\n提示:赫兹通过此实验装置证实了麦克斯韦电磁场理论的正确性.\n【归纳总结】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.\n2.麦克斯韦电磁场理论的要点:(1)恒定的磁场不会产生电场,同样,恒定的电场也不会产生磁场.(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场,同样,均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场.(3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场,同样,振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场.\n3.电磁波的实验证明:1886年,赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性,第一次发现了电磁波.(1)实验现象:当感应圈两个金属球间有火花跳过时,导线环两个小球间也跳过火花.\n(2)现象分析:当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时,空间出现了迅速变化的电磁场.这种电磁场以电磁波的形式在空间传播.当电磁波到达导线环时,它在导线环中激发出感应电动势,使得导线环的空隙中也产生了火花.\n【特别提醒】(1)电磁波的产生方面:变化的电场与变化的磁场相互激发由近及远传播就形成了电磁波.(2)电磁波的预言及证实方面:麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹证实了电磁波的存在.\n【典例示范】(多选)下列说法正确的是()A.电荷的周围一定有电场,也一定有磁场B.均匀变化的电场在其周围空间一定产生磁场C.电容器在充、放电时,电路中的电流不能产生磁场D.正弦交变的电场在其周围空间一定产生同频率交变的磁场\n【解题探究】(1)什么样的电场产生磁场?什么样的磁场产生电场?提示:变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场.(2)振荡的电场周围产生什么样的磁场?提示:振荡的电场周围产生同频率的磁场.\n【正确解答】选B、D.静止的电荷周围有恒定的电场,不产生磁场,A错误;变化的电场一定产生磁场,B正确;电容器在充、放电时,电路中的电流是振荡电流,可以产生变化的磁场,C错误;振荡的交变电场在其周围空间一定产生同频率交变的磁场,D正确.\n【过关训练】1.某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示,能发射电磁波的是()\n【解析】选D.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(如B、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会在较远处激发出电场,故也不会产生电磁波;只有周期性变化的电场(如D图),才会激发出周期性变化的磁场,它又激发出周期性变化的电场……如此不断激发,便会形成电磁波,故选项D正确.\n2.(多选)下列关于电磁场的说法中正确的是()A.任何变化的电场都会在周围空间产生变化的磁场B.任何变化的磁场都会在周围空间产生变化的电场C.只有非均匀变化的磁场,才能产生变化的电场D.只有非均匀变化的电场,才能产生变化的磁场\n【解析】选C、D.由麦克斯韦电磁场理论可知,均匀变化的电场周围产生恒定的磁场,均匀变化的磁场周围产生恒定的电场,非均匀变化的磁场(电场)产生变化的电场(磁场),故选项A、B错误,选项C、D正确.\n3.(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()\n【解析】选B、C.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,且相位相差,C图是正确的;D图的上图是振荡的电场,在其周围空间产生振荡的磁场,但是下图中的\n图像与上图相比较,相位相差π,故错误.所以只有B、C两图正确.\n【补偿训练】根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法中正确的是()A.在电场周围一定存在磁场,在磁场周围一定存在电场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.在均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D.振荡的电场周围一定产生同频率振荡的磁场\n【解析】选D.根据麦克斯韦电磁场理论可知,只有变化的电场才能产生磁场,只有变化的磁场才能产生电场,选项A错;均匀变化的电场周围产生恒定的磁场,均匀变化的磁场周围产生恒定的电场,选项B、C错误;振荡的电场周围产生同频率振荡的磁场,选项D正确.\n知识点二电磁波与机械波的比较思考探究: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?提示:她们的通话是通过电磁波进行的,因为机械波在真空中无法传播.\n【归纳总结】机械波电磁波研究对象力学现象电磁现象周期性位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播情况传播需要介质,波速与介质有关,与频率无关传播无需介质,在真空中波速总等于光速c,在介质中传播时,波速与介质和频率都有关\n机械波电磁波产生机理由质点(波源)的振动产生由电磁振荡(周期性变化的电流)激发是否横波可以是是是否纵波可以是否干涉现象满足干涉条件时均能发生干涉现象衍射现象满足衍射条件时均能发生明显衍射\n【典例示范】(多选)关于电磁波与声波的说法,下列正确的是()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\nC.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\n【解题探究】(1)电磁波和声波在传播时都需要介质吗?提示:声波靠介质传播,而电磁波不需要介质,可以在真空中传播.(2)声波和电磁波由空气进入水中传播时会发生怎样的变化?提示:频率不变,波长变化,由v=λf可知,波的传播速度变化.\n【正确解答】选A、C.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.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=\n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.\n【过关训练】1.电磁波与机械波具有的共同性质是()A.都是横波B.都能传输能量C.都能在真空中传播D.都具有恒定的波速\n【解析】选B.电磁波是横波,但机械波有横波也有纵波,A错误;机械波的传播需要介质,两者在不同介质中波速不同,C、D错误;电磁波与机械波具有的共同性质是都能传输能量,B正确.\n2.(多选)比较电磁波和机械波,下列说法正确的是()A.电磁波可以在真空中传播,机械波的传播要依赖于介质B.电磁波在任何介质中传播速率都相同,机械波只在同一种介质中传播速率才相同C.电磁波和机械波都不能产生干涉D.电磁波和机械波都能产生衍射\n【解析】选A、D.电磁波传播时不需要介质,可以在真空中传播,而机械波在传播时需要介质,A正确;机械波的波速只与介质有关,而电磁波的波速与介质和电磁波的频率有关,B错误;电磁波和机械波都属于波,都能发生干涉和衍射现象,C错误,D正确.故选A、D.\n3.甲坐在人民大会堂台前60m处听报告,乙坐在家里离电视机5m处听电视转播,已知乙所在处与人民大会堂相距1000km,不考虑其他因素,则(空气中声速为340m/s)()A.甲先听到声音B.乙先听到声音C.甲、乙同时听到声音D.不能确定\n【解析】选B.声音传到甲所需时间为t1==0.176s,传到乙所需时间为t2==0.018s.\n【补偿训练】(多选)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.它们都可发生干涉、衍射现象\n【解析】选B、C、D.机械波是机械振动在介质中的传播产生的,而电磁波是电磁振荡产生的,产生的本质不同,A错;不同频率的机械波在同一介质中传播速度是相同的,在不同介质中传播速度不同,不同频率的电磁波在同一介质中传播速度不同,B正确;机械波有横波和纵波之分,而电磁波只有横波这一种形式,C正确;机械波和电磁波虽然本质不同,但有相同的特征,都能发生干涉、衍射现象,D正确.\n【误区警示】理解电磁波与机械波的三点不同(1)电磁波是电磁现象,由电磁振荡产生;机械波是力学现象,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)不同频率的机械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;不同频率的电磁波在同一介质中传播速度不同.\n【拓展例题】考查内容:对电磁波的理解【典例示范】(多选)下列关于电磁波的叙述,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3.0×108m/sC.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\n【正确解答】选A、C.A选项考查电磁波的产生机理,所以是正确的.电磁波在真空中波速为3.0×108m/s,在其他介质中波速都小于光速,其原因是频率不变,波长变短,故选项C正确,B错误.电磁波具备波的一切特征,故选项D错误.