第四章　电磁振荡与电磁波\n2．电磁场与电磁波\n课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升\n目标体系构建\n【学习目标】1．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，知道电磁场的概念。2．知道电磁波的概念，初步了解场的统一性和多样性。3．体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理实验对物理学发展的重要作用。\n【思维脉络】\n课前预习反馈\n1．变化的磁场产生电场(1)实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生__________。感应电流知识点1电磁场(2)麦克斯韦对该问题的见解：回路里有__________产生，一定是变化的______产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了______移动。(3)该现象的实质：变化的______产生了电场。感应电流磁场定向磁场\n2．变化的电场产生磁场从场的观点出发，麦克斯韦假设：变化的电场就像运动的电荷，也会在空间产生______。即______的电场产生______。3．电磁场变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个__________的统一的电磁场。磁场变化磁场不可分割\n1．电磁波的形成如果在空间某区域有________变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在______的空间引起新的变化的电场和磁场。这样，变化的电场和磁场由近及远向周围传播，形成了________。2．电磁波的特点(1)电磁波中的电场强度与磁感应强度互相______，而且二者均与波的传播方向______，因此电磁波是______。(2)电磁波的速度等于______，光的本质是________。周期性知识点2电磁波较远电磁波垂直垂直横波光速电磁波\n1．赫兹的实验装置如图所示知识点3赫兹的实验\n2．实验现象当感应圈两个金属球间有______跳过时，导线环两个小球间也跳过______。3．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________。这种电磁场以________的形式在空间传播。当________到达导线环时，它在导线环中激发出____________，使得导线环的空隙中也产生了火花。火花火花电磁场电磁波电磁波感应电动势\n思考辨析『判一判』(1)电场一定能产生磁场，磁场一定能产生电场。()(2)稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场。()(3)周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场。()(4)均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场。()(5)电磁波也能产生干涉、衍射现象。()(6)电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播。()××√×√√\n『选一选』如图所示的四种电场中，哪一种能产生电磁波()D\n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。\n『想一想』打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量。在收音机附近，将电池盒的两根引线反复碰触，你会听到收音机中发出“喀喀”的响声。为什么会产生这种现象呢？打开电扇，将它靠近收音机，看看又会怎样。解析：电磁波是由电磁振荡产生的，在收音机附近，将电池盒两引线反复变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，这样会发出电磁波，从而导致收音机中发出“喀喀”声。若将转动的电扇靠近收音机，因为电扇中电动机内通有交变电流，电动机的运行同样会引起收音机发出“喀喀”声。\n课内互动探究\n探究对电磁场理论的理解情景导入\n\n1．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，形成不同分割的统一体，这就是电磁场。要点提炼\n2．对麦克斯韦电磁场理论的理解\n(1)变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。(2)在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的，而静电场中的电场线是不闭合的。(3)有单独存在的静电场，也有单独存在的静磁场，但没有静止的电磁场。特别提醒\n(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．向上方的磁场先减弱，然后反向增强典例1典例剖析AC思路引导：变化的磁场产生电场，产生的电场为涡旋状电场，与磁场周围是否有闭合电路无关，由楞次定律判断其方向。\n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。\n1．(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解析：根据麦克斯韦电磁场理论，可判选项A、B、C正确，D错误。对点训练ABC\n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？电磁波情景导入提示：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。\n1．电磁波的特点(1)电磁波是横波，在传播方向上的任一点E和B随时间做正弦规律变化，E与B彼此垂直且与传播方向垂直。(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中的电磁波的传播速度跟光速相同，即c＝3.00×108m/s。(3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。电磁波与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象。要点提炼\n\n(多选)下列关于电磁波的叙述中，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、衍射现象思路引导：深入理解电磁波的形成及传播特点是处理该类问题的关键。典例2典例剖析AC\n\n2．关于电磁波在真空中的传播速度，下列说法中正确的是()A．频率越高，传播速度越大B．能量越大，传播速度越大C．波长越长，传播速度越大D．频率、波长、能量大小都不影响电磁波在真空中的传播速度解析：电磁波在真空中的传播速度等于光速，与频率、波长、能量大小均无关，D正确。对点训练D\n核心素养提升\n电磁波与机械波的比较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\n机械波电磁波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(多选)电磁波与声波比较，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，与频率无关ABC案例\n\n课堂达标检测\n1．(2020·天津市南开中学高二下学期期中)下列关于物理学家所作贡献的叙述正确的是()A．楞次通过实验发现了电流周围存在磁场B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并通过实验验证了电磁波的存在C．安培通过实验发现感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化D．法拉第提出可以用电场线描绘电场的分布，极大地促进了人们对电磁现象的研究D\n解析：奥斯特发现了电流周围存在磁场，故A错误；麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波的存在，后来赫兹用实验证实电磁波的存在，故B错误；楞次总结出电磁感应现象中感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，即楞次定律，故C错误；法拉第提出可以用电场线描绘电场的分布，极大地促进了人们对电磁现象的研究，选项D正确。\n2．(2021·浙江省台州市书生中学高二下学期检测)下列说法正确的是()A．电磁波在真空中以光速c传播B．在空气中传播的声波是横波C．声波只能在空气中传播D．光需要介质才能传播解析：电磁波在真空中的传播速度与光在真空中的传播速度相同，故A正确；空气中的声波是纵波，故B错误；声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体中传播，但不能在真空中传播，故C错误；光可以在真空中传播，不需要介质，故D错误。A\n3．(2021·吉林省扶余市第一中学高二下学期期中)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．振荡的电场在周围空间一定产生同频率振荡的磁场D\n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。\n4．(多选)(2020·山东济南市高三模拟)各磁场的磁感应强度B随时间t变化的情况如图所示，其中能产生持续电磁波的是()BD\n解析：根据麦克斯韦的电磁场理论，可知A图的磁场是恒定的，不能产生电场，更不能产生电磁波；B图的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生持续的电磁波；C图的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能再产生磁场，因此不能产生持续的电磁波；D图的磁场是周期性变化的，能产生周期性变化的电场，故能产生持续的电磁波。