第14讲 电磁场和电磁波-【寒假自学课】2022年高二物理寒假精品课（人教版选择性必修二）

第14讲 电磁场和电磁波 【学习目标】 (1)进一步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想。知道电磁波的概念。初步了解电磁场是物质的一种形式。会从电磁场的物质性与能量传播的观点解释电磁波的发射与接收。 (2)领会在发现电磁波的过程中所蕴含的科学精神和科学研究方法，体会赫兹实验证明电磁波存在的重大意义。 (3)了解发现电磁波的历史背景，知道麦克斯韦对电磁学的伟大贡献。领会物理实验对物理学发展的基础意义。 【基础知识】 【考点剖析】 一、电磁场 1．变化的磁场产生电场 (1)实验现象：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。 (2)麦克斯韦的观点：电路里有感应电流产生，一定是变化的磁场产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。 (3)结论：变化的磁场产生了电场。 2．变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场。 3.对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场 4.规律方法： （1）变化的磁场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。 （2）①振荡电场(即周期性变化的电场)产生同频率的振荡磁场。 ②振荡磁场(即周期性变化的磁场)产生同频率的振荡电场。 二、电磁波 1．电磁波的产生 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．电磁波是横波 根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。 3．电磁波的速度 麦克斯韦得到电磁波的速度等于光速c。他指出了光的电磁本质。 4．麦克斯韦电磁场理论的意义 不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁场理论。 5．赫兹的电火花 (1)赫兹的实验装置 (2)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。 (3)现象分析 当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生火花时，空间出现了迅速变化的电磁场，这种变化的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。 (4)实验结论：证实了电磁波的存在。 5．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 周期性变化的物理量 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 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关 传播无需介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系 产生 由质点(波源)的振动产生 由周期性变化的电流(电磁振荡)激发 干涉 可以发生 可以发生 衍射 可以发生 可以发生 横波 可以是 是 纵波 可以是 不是 典题分析 例1 (多选)关于电磁场的理论，下列说法中正确的是( ) 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．振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场 解析：变化的电场产生磁场有两层含义。①均匀变化的电场产生恒定的磁场。②非均匀变化的电场产生变化的磁场。振荡的电场产生同频率的振荡的磁场。均匀变化的磁场产生恒定的电场，故B、D正确，A、C错误。 答案：BD 例2 (多选)关于电磁波，下列说法正确的是( ) A．手机既能发射电磁波，也能接收电磁波 B．手机只能接收电磁波，不能发射电磁波 C．收音机既能发射电磁波，也能接收电磁波 D．收音机不能发射电磁波，只能接收电磁波 解析：手机在使用过程中，将要传递的信息用电磁波发射出去，另一方面又可以通过接受电磁波来获取他人传递给自己的信息，故B错误，A正确；收音机只能利用天线接收电磁波，不能发射电磁波，故C错误，D正确。 答案：AD 【过关检测】 1. 下列说法中正确的是(　　) A. 在电场周围一定存在磁场 B. 电磁波与机械波的传播都需要介质 C. 电磁波在真空中的速度为3×108 m/s D. 电磁场理论是物理学家法拉第建立的 解析：变化的电场周围存在磁场，故A错误；电磁波的传播不需要介质，但机械波的传播需要介质，故B错误；电磁波在真空中的速度等于光速，为3×108 m/s，故C正确；电磁场理论是物理学家麦克斯韦建立的，D错误． 答案：C 2. 下列关于电磁波的叙