第8.1节 麦克斯韦电磁场理论-【帮课堂】2024-2025学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第二册）

第八章·电磁振荡与电磁波 8．1 麦克斯韦电磁场理论 课程标准 1. 了解麦克斯韦电磁场理论的主要内容。 2. 了解电磁场理论的重要意义。 物理素养 物理观念：建立变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场的物理观念。 科学思维：变化的磁场和电场可以相互激发，电场和磁场相互联系的思维方法。 科学探究：探究电磁波产生的条件。 科学态度与责任：理解科学发现、发展的过程和规律，激发探索科学奥秘的兴趣。 1．麦克斯韦电磁场理论 19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出电磁场理论： 变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场． (1) 均匀变化的含义 均匀变化的电场指电场强度E是时间t的线性函数。 均匀变化的磁场指磁感应强度B是时间t的线性函数，而磁场是由电流（运动电荷）产生，也可以理解为运动电荷的加速度a不为0。 (2) 变化的电场和变化的磁场相互依存，相互激发，不能单独存在。 (3) 能量观点：电场能和磁场能的相互转化。 2．赫兹实验证实电磁场的存在 赫兹用实验证实了电磁波的存在，还实验证明电磁波和光波一样能发生反射、折射、干涉、衍射等现象，并测出了电磁波的传播速度正是光速。 3．电磁场理论的意义 麦克斯韦建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。 科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、磁、光统一起来，是实现第二次大综合。 4．感应电场 麦克斯韦在他的电磁场理论中指出，变化的磁场会在周围空间激发一种电场，这种电场叫做感应电场。 静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场的电场线是由正电荷发出，到负电荷终止，电场线不闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是封闭的，如图所示，如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流，或者说导体中产生感应电动势。 要点诠释：感应电场是产生感应电流或感应电动势的原因，感应电场的方向也可以由楞次定律来判断。感应电流的方向与感应电场的方向相同。 例1.（多选）根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是（ ） A．变化的电场一定产生变化的磁场 B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场 C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场 D．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 题型01 麦克斯韦电磁场理论的理解 例2.（2023年·上海市交大附中高二下期中）在以下磁感应强度B随时间t变化的磁场中，能产生电磁波的是（　　） A. B. C. D. 1． 根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（ ） A．稳定的电场周围产生稳定的磁场 B．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场 C．均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场 D．不均匀变化的电场周围产生变化的磁场 2．（23-24·上海市复旦附中高二下期中）在19世纪60年代建立经典电磁理论，并预言了电磁波存在的物理学家是（ ） A. 麦克斯韦 B. 马可尼 C. 赫兹 D. 柯林斯 3．在如图所示的四个电场与时间的关系图象中，不能产生磁场的是图 ，能产生稳定磁场的图是 ，能产生电磁波的是图 。 4．（多选）在空间出现如图所示的闭合电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是由于（ ） A. 沿AB方向磁场在迅速减弱 B. 沿AB方向磁场在迅速增强 C. 沿BA方向磁场在迅速减弱 D. 沿BA方向磁场在迅速增强 5．（23-24高二下·上海·阶段练习）麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感应电场，如果磁场随时间均匀变化，则产生的电场 （选填“随时间变化”或“不随时间变化”）。如图所示，一个半径为r的绝缘细环水平放置，环内存在竖直向上的磁场B，环上套一带电荷量为的小球，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，则感应电场对小球的作用力做功大小是 。 6． 如图所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将（ ） A．不变 B．增加 C．减少 D．以上情况都可能 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第八章·电磁振荡与电磁波 8．1 麦克斯韦电磁场理论 课程标准 1. 了解麦克斯韦电磁场理论的主要内容。 2. 了解电磁场理论的重要意义。 物理素养 物理观念：建立变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场的物理观念。 科学思维：变化的磁场和电场可以相互激发，电场和磁场相互联系的思维方法。 科学探究：探究电磁波产生的条件。 科学态度与责任：理解科学发现、发展的过程和规律，激发探索科学奥秘的兴趣。 1．麦克斯韦电磁场理论 19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出电磁场理论： 变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场． (1) 均匀变化的含义 均匀变化的电场指电场强度E是时间t的线性函数。 均匀变化的磁场指磁感应强度B是时间t的线性函数，而磁场是由电流（运动电荷）产生，也可以理解为运动电荷的加速度a不为0。 (2) 变化的电场和变化的磁场相互依存，相互激发，不能单独存在。 (3) 能量观点：电场能和磁场能的相互转化。 2．赫兹实验证实电磁场的存在 赫兹用实验证实了电磁波的存在，还实验证明电磁波和光波一样能发生反射、折射、干涉、衍射等现象，并测出了电磁波的传播速度正是光速。 3．电磁场理论的意义 麦克斯韦建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。 科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、磁、光统一起来，是实现第二次大综合。 4．感应电场 麦克斯韦在他的电磁场理论中指出，变化的磁场会在周围空间激发一种电场，这种电场叫做感应电场。 静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场的电场线是由正电荷发出，到负电荷终止，电场线不闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是封闭的，如图所示，如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流，或者说导体中产生感应电动势。 要点诠释：感应电场是产生感应电流或感应电动势的原因，感应电场的方向也可以由楞次定律来判断。感应电流的方向与感应电场的方向相同。 例1.（多选）根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是（ ） A．变化的电场一定产生变化的磁场 B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场 C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场 D．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 【答案】CD 【解析】均匀变化的电场产生恒定的磁场，所以A、B均错误；由麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场，C正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，D正确。 题型01 麦克斯韦电磁场理论的理解 例2.（2023年·上海市交大附中高二下期中）在以下磁感应强度B随时间t变化的磁场中，能产生电磁波的是（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【详解】A．B随t成正弦规律变化，产生的电场成余弦规律变化，周期性变化的磁场和电场交替产生，从而产生电磁波，故A符合题意； B．B随t均匀变化，产生恒定电场，不能产生电磁波，故B不符合题意； C．B随t不是连续变化，只在方向改变的一瞬间有电场产生，不能形成交替变化的电场和磁场，进而不能产生电磁波，故C不符合题意； D．B恒定，不产生电场，不能产生电磁波，故D不符合题意。 1． 根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（ ） A．稳定的电场周围产生稳定的磁场 B．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场 C．均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场 D．不均匀变化的电场周围产生变化的磁场 【答案】D 【解析】根据麦克斯韦的电磁场理论可知，恒定的电场其周围不产生磁场，恒定的磁场其周围也不产生电场．变化的电场周围才能产生磁场，变化的磁场周围才能产生电场，故A错误；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，只有非均匀变化的电场产生变化的磁场，故B、C错误，D正确。 2．（23-24·上海市复旦附中高二下期中）在19世纪60年代建立经典电磁理论，并预言了电磁波存在的物理学家是（ ） A. 麦克斯韦 B. 马可尼 C. 赫兹 D. 柯林斯 【答案】A 【详解】建立经典电磁理论，并预言了电磁波存在的物理学家是麦克斯韦。故选A。 3．在如图所示的四个电场与时间的关系图象中，不能产生磁场的是图 ，能产生稳定磁场的图是 ，能产生电磁波的是图 。 【答案】A；B；CD 【解析】不能产生磁场的是A中的匀强电场；能产生稳定磁场的是均匀变化的B中的电场，能产生电磁波的是C和D的交变电场。 4．（多选）在空间出现如图所示的闭合电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是由于（ ） A. 沿AB方向磁场在迅速减弱 B. 沿AB方向磁场在迅速增强 C. 沿BA方向磁场在迅速减弱 D. 沿BA方向磁场在迅速增强 【答案】AD 【解析】根据电磁感应，闭合回路中的磁通量变化时，使闭合回路中产生感应电流，该电流可用楞次定律来判断，根据麦克斯韦电磁理论，闭合回路中产生感应电流，使因为闭合回路中受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空间磁场变化产生的电场方向，仍可用楞次定律来判断。线圈中心感应向下磁场，说明原磁场向下减弱或向上增强，AD正确。 5．（23-24高二下·上海·阶段练习）麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感应电场，如果磁场随时间均匀变化，则产生的电场 （选填“随时间变化”或“不随时间变化”）。如图所示，一个半径为r的绝缘细环水平放置，环内存在竖直向上的磁场B，环上套一带电荷量为的小球，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，则感应电场对小球的作用力做功大小是 。 【答案】 不随时间变化 【详解】[1]麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感应电场，如果磁场随时间均匀变化， 则产生的电场不随时间变化； [2]变化磁场在圆环所在位置产生的感应电动势为 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 6． 如图所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将（ ） A．不变 B．增加 C．减少 D．以上情况都可能 【答案】B 【解析】根据麦克斯韦电磁场理论，当磁感应强度均匀增大时，将产生环形电场。根据楞次定律，感应电流方向垂直于磁场逆时针方向，由于是正电荷也是逆时针运动，故受到的电场力与电场强度方向及运动方向相同，即电场力做正功，故此粒子的动能将增大，故B正确、ACD错误。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$