第4章 2 电磁场与电磁波（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

本讲义聚焦电磁场与电磁波核心知识点，系统梳理麦克斯韦电磁场理论（变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场）、电磁波的产生及特点（横波、无需介质、光速传播）、赫兹实验验证过程，通过对比机械波强化认知，构建“理论-现象-验证-应用”完整知识链，辅以学业要求、概念解析、探究讨论及例题练习作为学习支架。 该资料以“交流讨论”引导学生思考（如塑料线圈中电场存在问题）培养科学探究能力，用表格对比机械波与电磁波，结合“核心素养·思维升华”强调关键词理解，提升科学思维中的模型建构与推理能力。设置判断题巩固电磁场物理观念，课中助力教师互动教学，课后帮助学生查漏补缺，强化知识应用。

2　电磁场与电磁波 [学业要求] 1．了解麦克斯韦电磁场理论的基础内容以及在物理学发展史上的物理意义。 2．了解电磁波的基本特点及其发现过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质。 3．知道电磁波与机械波的区别。 [对应学生用书P112] 一、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：电路里感应电流的产生，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)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　。 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，形成了电磁波。 2．电磁波的特点 (1)电磁波中的电场强度、磁感应强度与波的传播方向两两　垂直　，是　横　波。 (2)电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本性，他预言电磁波的速度等于　光速　。 (3)电磁波的传播不需要　介质　。 (4)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。 三、赫兹实验 1．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电火花时，周围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。 4．实验意义：赫兹证实了　电磁波　的存在。 (1)在电场周围，一定存在着和它联系着的磁场。(　　) (2)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场。(　　) (3)电磁波不能在真空中传播。(　　) (4)电磁波是横波。(　　) (5)同一种电磁波在不同介质中传播时，频率、波速、波长都相同。(　　) (6)麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在。(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)× [对应学生用书P113] 探究点一　电磁场 [交流讨论] 根据教材图4.2­1 结合电磁感应规律我们知道：在变化的磁场中放一个闭合电路，由于变化的磁场产生感生电场，电路里就会产生感应电流，那么： (1)如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还有电流和电场吗？ (2)线圈不存在时，线圈所处的空间还有电流和电场吗？ (3)若改成恒定的磁场，还有电场吗？ 答：(1)没电流，有电场。(2)没电流，有电场。 (3)没有。 [归纳总结] 1．麦克斯韦电磁理论的要点 恒定的磁场不产生电场 恒定的电场不产生磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场 2．对电磁场的理解 (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新的周期性变化的电场……变化的电场和变化的磁场相互联系，形成了不可分割的统一体，这就是电磁场。 (2)电磁场与静电场、静磁场的比较 静电场和静磁场可以在某空间混合存在，但由静电场和静磁场混合的空间不属于电磁场。电磁场是电场、磁场相互激发，相互耦连形成的统一体。 　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．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场 [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。 [答案]　D ●核心素养·思维升华 理解麦克斯韦的电磁场理论的关键 掌握四个关键词：“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的（即振荡的）”，这些都是对时间来说的，是时间的函数。 1．（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(　　) 解析　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。 答案　BC 探究点二　电磁波 机械波及电磁波的比较 1．不同点 机械波 电磁波 对象 研究力学现象 研究电磁现象 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 横波 可以是 是 波 可以是 无 2．相同点 (1)都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现象。 (2)都满足v＝＝λf。 (3)波从一种介质传播到另一种介质，频率都不变。 　（多选）关于电磁波与声波，下列说法正确的是(　　) 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 C．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 [解析]　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错误；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＝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错误。 [答案]　AC ●核心素养·思维升华 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。 2．关于电磁波与机械波，下列说法正确的是(　　) A．机械波和电磁波，本质上是一样的 B．电磁波在任何介质中传播速率都相同，机械波在同一种介质中传播速率都相同 C．电磁波和机械波都不能发生干涉 D．电磁波与机械波都能发生衍射 解析　机械波由机械振动产生，电磁波由振荡的电磁场产生，选项A错；电磁波的波速与介质和频率都有关，而机械波的传播速度只与介质有关，选项B错；电磁波和机械波都具有波的特性，选项C错，D对。 答案　D [对应学生用书P115] 1．（电磁场）（多选）下列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 解析　 答案　ABC 2．（电磁场）如图所示的四种电场中，哪一种能产生电磁波(　　) 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。 答案　D 3．（电磁波）（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3×108 m/s C.电磁波由真空进入介质传播时，波长变短 D．电磁波不能产生干涉、衍射现象 解析　电磁波是交替产生呈周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生，故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其频率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项错误。 答案　AC 4．（电磁波）（多选）关于电磁场和电磁波，下列叙述正确的是(　　) A．恒定的电场能够产生电磁波 B．电磁波的传播需要介质 C．电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变 D．电磁波传播的过程中也传递了能量 解析　变化的电场产生磁场，恒定的电场不会产生磁场，所以不会产生电磁波，选项A错误；电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播，选项B错误；电磁波从一种介质进入另一种介质时，频率不变，波长和波速发生变化，选项C正确；电磁波传播的过程也把电磁场的能量传递出去，选项D正确。 答案　CD 学科网（北京）股份有限公司 $