4.2 电磁场与电磁波（举一反三）【三大题型】-2024-2025学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第二册）

4.2 电磁场与电磁波【三大题型】 【人教版2019】 【题型1 电磁场】 2 【题型2 电磁波】 3 【题型3 电磁场理论与电磁波的关系】 4 知识点1：电磁场 1．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． (2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动． (3)实质：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．变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场． 知识点2：电磁波 1．电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波． 2．电磁波的特点 (1)电磁波在空间传播不需要介质． (2)电磁波是横波：电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直． (3)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象． 3．电磁波具有能量 电磁场的转换就是电场能量与磁场能量的转换，电磁波的发射过程是辐射能量的过程，传播过程是能量传播的过程． 【题型1 电磁场】 【例1】关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　) A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 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．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场 【变式1-1】用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场(左侧)产生的磁场(右侧)，或磁场(左侧)产生的电场(右侧)随时间t的变化规律，其中错误的是(　　) 【变式1-2】下列说法中正确的是(　　) A．任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场 B．任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场 【变式1-3】在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的电场的是(　　) 【题型2 电磁波】 【例2】(多)关于电磁波，下列说法正确的是(　　) A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度方向、磁感应强度方向均平行 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 【变式2-1】(多)下列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．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象 【变式2-2】(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3×108 m/s C．电磁波由真空进入介质传播时，波长变短 D．电磁波具有波的一切特性 【变式2-3】(多)关于电磁波与声波的比较，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 【题型3 电磁场理论与电磁波的关系】 【例3】下列说法中错误的是（    ） A．安培提出了分子电流假说，揭示了磁现象的电本质 B．奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系 C．麦克斯韦预言了电磁波，并通过实验证实了电磁波的存在 D．法拉第发现了电磁感应现象，并制作了世界上第一台发电机 【变式3-1】关于电磁波，下列说法中正确的是（　　） A．变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场 B．电磁波既可以传递信息，又可以传递能量 C．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，法拉第最先用实验证实了电磁波的存在 D．不同频率的电磁波在真空中的传播速率不同 【变式3-2】下列关于电磁场和电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波实际上是不存在的，是抽象的 B．电磁场具有能量 C．电磁场无法称重，没有质量 D．电磁波既可以有线传播又可以无线传播 【变式3-3】关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波在真空中的传播速度与频率、能量有关，频率越高、能量越大，传播速度越大 B．当电磁波源消失后就不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失 C．电磁波不能在真空中传播，且只能传递声音信号，不能传递图像信号 D．不同地区的电视台发射的电磁波频率不同，但传播速度相同 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 4.2 电磁场与电磁波【三大题型】 【人教版2019】 【题型1 电磁场】 2 【题型2 电磁波】 3 【题型3 电磁场理论与电磁波的关系】 4 知识点1：电磁场 1．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． (2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动． (3)实质：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．变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场． 知识点2：电磁波 1．电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波． 2．电磁波的特点 (1)电磁波在空间传播不需要介质． (2)电磁波是横波：电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直． (3)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象． 3．电磁波具有能量 电磁场的转换就是电场能量与磁场能量的转换，电磁波的发射过程是辐射能量的过程，传播过程是能量传播的过程． 【题型1 电磁场】 【例1】关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　) A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 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．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场 【答案】　D 【详解】　根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场． 【变式1-1】用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场(左侧)产生的磁场(右侧)，或磁场(左侧)产生的电场(右侧)随时间t的变化规律，其中错误的是(　　) 【答案】　C 【详解】　恒定的电场不产生磁场，选项A正确；均匀变化的电场产生恒定的磁场，选项B正确；周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比，对于正弦曲线，t＝0时，磁场的磁感应强度的变化率最大，故产生的电场的电场强度最大，选项C错误，D正确． 【变式1-2】下列说法中正确的是(　　) A．任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场 B．任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场 【答案】　C 【详解】　根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场，故选C. 【变式1-3】在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的电场的是(　　) 【答案】　C 【详解】　A中磁场不变，则不会产生电场，故A错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误；C中磁场随时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随时间做非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误． 【题型2 电磁波】 【例2】(多)关于电磁波，下列说法正确的是(　　) A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度方向、磁感应强度方向均平行 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 【答案】　AB 【详解】　电磁波在真空中的传播速度等于光速，与频率无关，A正确；电磁波是周期性变化的电场和磁场互相激发得到的，B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，C错误；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，D错误． 【变式2-1】(多)下列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．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象 【答案】　BCD 【详解】　机械波由振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生；机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定；电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，故选项A错误，B、C、D正确． 【变式2-2】(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3×108 m/s C．电磁波由真空进入介质传播时，波长变短 D．电磁波具有波的一切特性 【答案】　ACD 【详解】　由电磁波的定义可知，A项正确；电磁波只有在真空中传播时，其速度为3×108 m/s，故B项错误；电磁波在传播过程中频率f不变，由波速公式v＝λf知，由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小，所以可得此时波长变短，故C正确；电磁波是一种波，具有波的一切特性，能产生干涉、衍射等现象，故D项正确． 【变式2-3】(多)关于电磁波与声波的比较，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 【答案】　ABC 【详解】　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． 【题型3 电磁场理论与电磁波的关系】 【例3】下列说法中错误的是（    ） A．安培提出了分子电流假说，揭示了磁现象的电本质 B．奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系 C．麦克斯韦预言了电磁波，并通过实验证实了电磁波的存在 D．法拉第发现了电磁感应现象，并制作了世界上第一台发电机 【答案】C 【详解】A．安培提出了分子电流假说，揭示了磁现象的电本质，选项A正确，不符合题意； B．奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系，选项B正确，不符合题意； C．麦克斯韦预言了电磁波，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，选项C错误，符合题意； D．法拉第发现了电磁感应现象，并制作了世界上第一台发电机，选项D正确，不符合题意。 故选C。 【变式3-1】关于电磁波，下列说法中正确的是（　　） A．变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场 B．电磁波既可以传递信息，又可以传递能量 C．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，法拉第最先用实验证实了电磁波的存在 D．不同频率的电磁波在真空中的传播速率不同 【答案】B 【详解】A．均匀变化的电场一定在周围空间产生恒定的磁场，故A错误； B．电磁波把电磁场传播出去，既可以传递信息，又可以传递能量，故B正确； C．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在，故C错误； D．各种频率的电磁波在真空中传播的速度相同等于光速，故D错误。 故选B。 【变式3-2】下列关于电磁场和电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波实际上是不存在的，是抽象的 B．电磁场具有能量 C．电磁场无法称重，没有质量 D．电磁波既可以有线传播又可以无线传播 【答案】BD 【详解】A．电磁波是一种实际存在的物质，A错误； B．电磁场具有能量，B正确； C．由质能方程可知电磁场因具有能量而具有运动质量，C错误； D．电磁波既可以有线传播又可以无线传播，D正确。 故选BD。 【变式3-3】关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波在真空中的传播速度与频率、能量有关，频率越高、能量越大，传播速度越大 B．当电磁波源消失后就不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失 C．电磁波不能在真空中传播，且只能传递声音信号，不能传递图像信号 D．不同地区的电视台发射的电磁波频率不同，但传播速度相同 【答案】BD 【知识点】电磁场理论与电磁波的发现 【详解】A．电磁波在真空中的传播速度是光速，与频率、能量无关，故A错误； B．一旦电磁波形成了，电磁场就会向外传播，当波源消失后只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，故B正确； C．电磁波传播不需要介质，可在真空中传播，电磁波既能传递声音信号，又能传递图像信号，故C错误； D．不同地区的电视台发射的电磁波频率不同，但传播速度相同，故D正确。 故选BD。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$