1. 麦克斯韦电磁场理论（分层作业）物理沪科版选择性必修第二册

1．麦克斯韦电磁场理论 目 录 【攻核心·技能提升】 1 一、电磁场理论建立的基础 1 二、麦克斯韦电磁场理论的主要观点 1 三、电磁场理论的意义 2 四、电磁波的验证 2 【拓思维·重难突破】 3 【链高考·精准破局】 4 一、电磁场理论建立的基础 1.最先提出经典电磁场理论的科学家和最早捕捉到电磁波的科学家分别是(　　) A．法拉第  安培 B．麦克斯韦  法拉第 C．奥斯特  赫兹 D．麦克斯韦  赫兹 2.许多科学家在物理学发展中作出了重要贡献。下列有关物理学家的贡献，正确的是(　　) A．安培提出了分子电流假说，能够解释一些磁现象 B．法拉第发现了电流的磁效应，首次揭示了电现象和磁现象间的某种联系 C．奥斯特发现电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加完善 D．麦克斯韦通过实验捕捉到了电磁波 二、麦克斯韦电磁场理论的主要观点 3.下列关于麦克斯韦的电磁场理论说法正确的是(　　) A．变化的磁场产生的电场一定是变化的 B．不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不均匀变化的电场 C．稳定的磁场产生不稳定的电场 D．周期性变化的磁场在周围空间产生的电场是周期性变化的 4.麦克斯韦根据什么现象提出“变化的磁场能够产生电场”？关于“变化的电场能够产生磁场”的观点是基于什么观念提出的？ 5.麦克斯韦理论 (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 。 ②麦克斯韦的见解：电路里感应电流的产生，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定向移动。 ③实质：变化的 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 。 三、电磁场理论的意义 6.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恒定的电场 C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，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 7.关于电磁场理论，下列说法中正确的是(　　) A．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场 B．非均匀变化的电场产生的磁场一定是均匀变化的 C．均匀变化的磁场一定产生变化的电场 D．均匀变化的电场一定产生稳定的磁场 8.关于电磁场理论，判断下列说法是否正确，并简述理由。 （1）变化的电场周围产生的磁场一定是变化的； （2）变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的； （3）任何变化的磁场周围产生的电场一定是均匀变化的； （4）均匀变化的磁场周围产生的电场才是均匀变化的。 四、电磁波的验证 9.赫兹的实验：如图所示，当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环的两个金属小球间也跳过电火花。 (1)赫兹实验证明了电磁波的存在。( ) (2)电磁波不需要介质可在真空中传播。( ) (3)电磁波和光在真空中的传播速度都是。( ) (4)麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。( ) (5)电磁波是带有能量的，在介质中传播时能把部分能量传递给介质。( ) 10.如图所示为物理学家赫兹验证电磁波存在的实验装置的示意图，他通过电弧和电火花之间产生的电磁波，进而引起两个靠近的小铜球之间感应出新的电火花出来，证明了电磁波是真实存在的，下列说法正确的是(　　) A．图中曲线表示电场线 B．赫兹的研究启发了麦克斯韦提出完整的经典电磁场理论 C．如果一个带有圆锥尖的铜棒与一块钢板之间间隔几毫米，此时加上几千伏特的电压，则空气有可能被击穿 D．赫兹的电火花实验现象不能说明电磁波具有能量 11.根据麦克斯韦电磁场理论，回答下列问题： (1)麦克斯韦提出的两个核心假说是什么？请分别简要说明其内容。 (2)结合上述假说，推导“变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场”这一结论，进而说明电磁场的形成机制。 (3)电磁场与电磁波的关系是什么？电磁波具有哪些与机械波不同的关键特性？ 12.电磁场与电磁波 (1)麦克斯韦电磁场理论 a.变化的磁场产生电场 ①在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的 ，电路中会产生感应电流。这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了 ②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生 b.变化的电场产生磁场 变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生 ，即 的电场在空间产生磁场。 (2)电磁场：变化的 和变化的 所形成的不可分割的统一体。 (3)电磁波 a.电磁波的产生： 变化的电场和 变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 b.电磁波的特点 ①电磁波 在真空中传播。②电磁波的传播速度等于 ③光在本质上是一种 即光是以 形式传播的一种电磁振动。 c.电磁波的波速 ①波速、波长、频率三者之间的关系：波速= × 。电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c= ； ②电磁波在真空中的传播速度c= 。 13.(2025·浙江杭州高三质检)1886年，赫兹做了如图所示的实验，关于该实验，以下说法正确的是(　　) A.该实验证实了电磁波的存在 B.该实验证实了法拉第的电磁场理论 C.该实验可以说明电磁波是一种纵波 D.在真空环境下进行该实验，仍能观察到明显的火花放电现象 14.(2024·天津和平区模拟)“中国天眼”位于贵州的大山深处，它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。关于电磁波下列说法正确的是(　　) A.机场安检是利用γ射线穿透本领强的特点来探测行李箱中的物品 B.机械波在介质中的波速与频率无关，电磁波在介质中的波速与频率有关 C.麦克斯韦电磁场理论告诉我们，变化的电场一定产生变化的磁场 D.所有物体都发射红外线，因此可利用红外线设计防伪措施 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 1．麦克斯韦电磁场理论 目 录 【攻核心·技能提升】 1 一、电磁场理论建立的基础 1 二、麦克斯韦电磁场理论的主要观点 1 三、电磁场理论的意义 2 四、电磁波的验证 3 【拓思维·重难突破】 4 【链高考·精准破局】 6 一、电磁场理论建立的基础 1.最先提出经典电磁场理论的科学家和最早捕捉到电磁波的科学家分别是(　　) A．法拉第  安培 B．麦克斯韦  法拉第 C．奥斯特  赫兹 D．麦克斯韦  赫兹 答案　D 解析　最先提出经典电磁场理论的科学家是麦克斯韦，最早捕捉到电磁波的科学家是赫兹。 故选D。 2.许多科学家在物理学发展中作出了重要贡献。下列有关物理学家的贡献，正确的是(　　) A．安培提出了分子电流假说，能够解释一些磁现象 B．法拉第发现了电流的磁效应，首次揭示了电现象和磁现象间的某种联系 C．奥斯特发现电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加完善 D．麦克斯韦通过实验捕捉到了电磁波 答案　A 解析　A．安培提出分子电流假说，解释了磁现象如磁铁的磁场来源，故A正确；B．电流的磁效应由奥斯特发现，法拉第的贡献是电磁感应，故B错误；C．电磁感应现象由法拉第发现，奥斯特发现的是电流磁效应，故C错误；D．赫兹通过实验证实电磁波存在，麦克斯韦仅预言电磁波，故D错误。故选A。 二、麦克斯韦电磁场理论的主要观点 3.下列关于麦克斯韦的电磁场理论说法正确的是(　　) A．变化的磁场产生的电场一定是变化的 B．不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不均匀变化的电场 C．稳定的磁场产生不稳定的电场 D．周期性变化的磁场在周围空间产生的电场是周期性变化的 答案　D 解析　A．变化的磁场产生的电场不一定变化；例如，随时间均匀变化的磁场（如线性变化）会产生稳定的电场（恒定电场），故A错误；B．不均匀变化的电场产生变化的磁场，但不一定是均匀变化的；而均匀变化的磁场会产生稳定的电场，故B错误；C．稳定的磁场（不随时间变化）不会产生电场，故C错误。D．周期性变化的磁场会产生同频率的周期性变化电场，这是麦克斯韦理论的基本结论，故D正确。故选D。 4.麦克斯韦根据什么现象提出“变化的磁场能够产生电场”？关于“变化的电场能够产生磁场”的观点是基于什么观念提出的？ 解析　麦克斯韦根据法拉第电磁感应现象中认识到变化的磁场能够产生电场。麦克斯韦确信自然规律的统一与和谐，相信电场与磁场也有对称之美，他认为，既然变化的磁场能够产生电场，那么变化的电场也能产生磁场。 5.麦克斯韦理论 (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 。 ②麦克斯韦的见解：电路里感应电流的产生，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定向移动。 ③实质：变化的 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 。 答案　(1) 感应电流 磁场 磁场 (2)磁场 三、电磁场理论的意义 6.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恒定的电场 C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，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 答案　A 解析　A．变化的磁场周围一定产生电场，且电场的存在与闭合电路无关，故A正确；B．周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，而非恒定的电场，故B错误；C．电磁场是由变化的电场和变化的磁场相互激发形成的统一场，稳定的磁场不会与变化的电场相互关联形成电磁场，故C错误；D．只有变化的电场才能产生磁场，变化的磁场才能产生电场，静电场或静磁场周围不一定存在对应的磁场或电场，故D错误。故选A。 7.关于电磁场理论，下列说法中正确的是(　　) A．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场 B．非均匀变化的电场产生的磁场一定是均匀变化的 C．均匀变化的磁场一定产生变化的电场 D．均匀变化的电场一定产生稳定的磁场 答案　D 解析　A．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。变化的电场或磁场才是产生电磁感应的条件，故稳定的电场不产生磁场，稳定的磁场不产生电场，故A错误；B．磁场变化率与电场变化率成正比，电场非均匀变化时磁场变化率也非恒定，非均匀变化的电场产生的磁场是非均匀变化的，故B错误。C．均匀变化的磁场产生稳定的电场，故C错误。D．均匀变化的电场产生稳定的磁场，故D正确。故选D。 8.关于电磁场理论，判断下列说法是否正确，并简述理由。 （1）变化的电场周围产生的磁场一定是变化的； （2）变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的； （3）任何变化的磁场周围产生的电场一定是均匀变化的； （4）均匀变化的磁场周围产生的电场才是均匀变化的。 解析　（1）均匀变化的电场周围产生的磁场是不变，所以该说法错误； （2）均匀变化的电场周围产生的磁场是不变，即变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的，该说法正确； （3）均匀变化的磁场周围产生的电场一定是恒定不变的，该说法错误； （4）均匀变化的磁场周围产生的电场是稳定不变的，该说法错误。 四、电磁波的验证 9.赫兹的实验：如图所示，当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环的两个金属小球间也跳过电火花。 (1)赫兹实验证明了电磁波的存在。( ) (2)电磁波不需要介质可在真空中传播。( ) (3)电磁波和光在真空中的传播速度都是。( ) (4)麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。( ) (5)电磁波是带有能量的，在介质中传播时能把部分能量传递给介质。( ) 答案　(1)正确 (2)正确 (3)正确 (4)错误 (5)正确 解析　（1）赫兹实验证明了电磁波的存在，故正确。 （2）电磁波是变化的电场、磁场交替产生，不需要介质可在真空中传播，故正确。 （3）电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108m/s，故正确。 （4）麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹实验证实了电磁波的存在，故错误。 （5）电磁波是带有能量的，在介质中传播时能把部分能量传递给介质，如晒太阳取暖，故正确。 10.如图所示为物理学家赫兹验证电磁波存在的实验装置的示意图，他通过电弧和电火花之间产生的电磁波，进而引起两个靠近的小铜球之间感应出新的电火花出来，证明了电磁波是真实存在的，下列说法正确的是(　　) A．图中曲线表示电场线 B．赫兹的研究启发了麦克斯韦提出完整的经典电磁场理论 C．如果一个带有圆锥尖的铜棒与一块钢板之间间隔几毫米，此时加上几千伏特的电压，则空气有可能被击穿 D．赫兹的电火花实验现象不能说明电磁波具有能量 答案　C 解析　A．电场线从正电荷出发指向负电荷或无穷远处，或由无穷远处指向负电荷，为不闭合曲线，而图中曲线闭合，则其不是电场线，故A错误；B．法拉第对电流周围磁力线的描述的研究启发了麦克斯韦提出完整的经典电磁场理论，故B错误；C．如果一个带有圆锥尖的铜棒与一块钢板之间间隔几毫米，此时加上几千伏特的电压，铜棒与钢板之间的空气层周围会产生强电场，而空气分子会在强电场的作用下发生碰撞从而电离，形成电流，空气被击穿，故C正确；D．赫兹的电火花实验现象说明了电能生磁，磁能生电，电磁之间存在能量的转化，电磁波是具有能量的，故D错误。故选C。 11.根据麦克斯韦电磁场理论，回答下列问题： (1)麦克斯韦提出的两个核心假说是什么？请分别简要说明其内容。 (2)结合上述假说，推导“变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场”这一结论，进而说明电磁场的形成机制。 (3)电磁场与电磁波的关系是什么？电磁波具有哪些与机械波不同的关键特性？ 答案　(1)变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场 (2)变化的电场产生变化的电流，从而激发磁场。变化的磁场激发涡旋电场。电磁场形成机制：电场和磁场交替变化，无需电荷或电流即可在空间传播，形成电磁波。 (3)关系：电磁波是电磁场的传播形式，由变化的电磁场相互激发形成。 不同特性： 无需介质：电磁波可在真空中传播，机械波需介质。 横波特性：电磁波中E和B均垂直于传播方向，机械波可为纵波（如声波）。 传播速度：真空中电磁波速为光速，机械波速由介质决定。 解析　（1）麦克斯韦关于电磁场理论的两大支柱是：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．麦克斯韦进一步推断：如果在空间某区域有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在空间产生周期性变化的磁场； 这个变化的磁场又会引起新的变化的电场的产生，如此下去，变化的电场和变化的磁场交替产生，从而形成由近及远传播的电磁波， 由于家庭用的是正弦交流电，电场会不断变化，故使用时将会产生电磁波。 （2）变化的电场产生变化的电流，从而激发磁场。变化的磁场激发涡旋电场。 电磁场形成机制：电场和磁场交替变化，无需电荷或电流即可在空间传播，形成电磁波。 （3）关系：电磁波是电磁场的传播形式，由变化的电磁场相互激发形成。 不同特性： 无需介质：电磁波可在真空中传播，机械波需介质。 横波特性：电磁波中E和B均垂直于传播方向，机械波可为纵波（如声波）。 传播速度：真空中电磁波速为光速，机械波速由介质决定。 12.电磁场与电磁波 (1)麦克斯韦电磁场理论 a.变化的磁场产生电场 ①在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的 ，电路中会产生感应电流。这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了 ②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生 b.变化的电场产生磁场 变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生 ，即 的电场在空间产生磁场。 (2)电磁场：变化的 和变化的 所形成的不可分割的统一体。 (3)电磁波 a.电磁波的产生： 变化的电场和 变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 b.电磁波的特点 ①电磁波 在真空中传播。②电磁波的传播速度等于 ③光在本质上是一种 即光是以 形式传播的一种电磁振动。 c.电磁波的波速 ①波速、波长、频率三者之间的关系：波速= × 。电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c= ； ②电磁波在真空中的传播速度c= 。 答案　(1) 磁通量发生变化 电场 电场 磁场 变化 (2) 磁场 电场 (3) 周期性 周期性 可以 光速 电磁波 波动 波长 频率 λf 3×108m/s 【详解】（1）a.①在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流。这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场。②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场。 b.变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。 （2）电磁场：变化的电场和变化的磁场所形成的不可分割的统一体。 （3）a.电磁波的产生：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 b.①电磁波可以在真空中传播。②电磁波的传播速度等于光速。③光在本质上是一种电磁波，即光是以波动形式传播的一种电磁振动。 c.①波速、波长、频率三者之间的关系：波速=波长×频率。电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c=λf ②电磁波在真空中的传播速度c=3×108m/s 13.(2025·浙江杭州高三质检)1886年，赫兹做了如图所示的实验，关于该实验，以下说法正确的是(　　) A.该实验证实了电磁波的存在 B.该实验证实了法拉第的电磁场理论 C.该实验可以说明电磁波是一种纵波 D.在真空环境下进行该实验，仍能观察到明显的火花放电现象 答案　A 解析　该实验中，当赫兹把这个导线环放在距感应圈不太远的位置时，他观察到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了火花，当与感应圈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，说明这个导线环接收到了电磁波，证实了电磁波的存在，A正确;该实验没有证实法拉第的电磁场理论和电磁波是纵波，B、C错误;虽然电磁波的传播不需要介质，但该实验中要想观察到明显的火花放电现象，不能在真空中进行，D错误。 14.(2024·天津和平区模拟)“中国天眼”位于贵州的大山深处，它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。关于电磁波下列说法正确的是(　　) A.机场安检是利用γ射线穿透本领强的特点来探测行李箱中的物品 B.机械波在介质中的波速与频率无关，电磁波在介质中的波速与频率有关 C.麦克斯韦电磁场理论告诉我们，变化的电场一定产生变化的磁场 D.所有物体都发射红外线，因此可利用红外线设计防伪措施 答案　B 解析　机场安检是利用X射线穿透本领强的特点来探测行李箱中的物品，故A错误;机械波在介质中的波速由介质决定，与频率无关，电磁波在介质中的波速与频率有关，故B正确;麦克斯韦电磁场理论告诉我们，均匀变化的电场产生恒定的磁场，故C错误;所有物体都发射红外线，可利用紫外线的荧光效应设计防伪措施，故D错误。 / 学科网（北京）股份有限公司 $