4.2 电磁场与电磁波（高效培优讲义）物理人教版选择性必修第二册

4.2 电磁场与电磁波 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 电磁场 1 题型2 电磁波 4 【能力培优练】 9 【重难题型讲解】 题型1 电磁场 1、变化的磁场产生电场 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。 (1)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，实质是变化的磁场产生了电场。 （2）麦克斯韦认为线圈只不过是用来显示电场的存在的，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。 ★特别提醒 （1）均匀变化的磁场产生恒定的电场。 （2）非均匀变化的磁场产生变化的电场。 （3）周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。 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。 ★特别提醒 （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。 （3）周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。 3、电磁场：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。 4、麦克斯韦电磁场理论的要点 （1）恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。 （2）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，同样，均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。 （3）周期性变化的磁场在周围空间产生同周期变化的电场，同样，周期性变化的电场在周围空间产生同周期变化的磁场。 【探究归纳】变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电场和磁场相互联系、不可分割，统一形成电磁场。 【典例1-1】人类历史上建立了经典电磁场理论的科学家是（　　） A．牛顿 B．伽利略 C．安培 D．麦克斯韦 【答案】D 【详解】A．牛顿建立了经典力学体系，提出万有引力定律和运动定律，与电磁场理论无关，故A错误； B．伽利略主要贡献在力学和天文学领域，如自由落体定律和惯性原理，未涉及电磁场理论，故B错误； C．安培发现了电流的磁效应规律（安培定律），但未建立完整的电磁场理论体系，故C错误； D．麦克斯韦总结了电磁学实验规律，提出麦克斯韦方程组，统一了电场与磁场，预言电磁波的存在，建立了经典电磁场理论，故D正确。 故选D。 【典例1-2】（多选）关于下列器材的原理、用途或实验的描述，说法正确的是（　　） A．图甲中，因为有金属网的屏蔽，球上的电荷在验电器金属球处产生的电场强度为零 B．图乙中，烟尘吸附空气电离产生的电子，在电场力作用下向板运动 C．图丙中，小磁针发生偏转是由于导线通电后形成的电磁感应效应 D．图丁中，麦克斯韦建立的电磁场理论指出变化的电场一定会产生磁场 【答案】BD 【详解】A．金属网的静电屏蔽是让内部合电场强度为零，但A球上的电荷在B处产生的电场强度不为零，是金属网的感应电荷产生的感应电场抵消了它。故A错误； B．图乙中A板是正极板，电子带负电，所以在电场力作用下会让电子向A板运动。故B正确； C．小磁针偏转是电流的磁效应，不是电磁感应。故C错误； D．麦克斯韦电磁场理论明确指出，变化的电场一定会产生磁场，变化的磁场也会产生电场。故D正确。 故选BD。 跟踪训练1法拉第用“力线”形象地描述了电磁场，麦克斯韦用数学语言表达了电磁场。下列说法正确的是（　　） A．电磁波的传播靠的是电场和磁场相互“激发” B．电磁场只是一种描述方式，不是真正的物质存在 C．变化的磁场产生了电场，但变化的电场不能产生磁场 D．电磁波具有能量，不能携带信息 【答案】A 【详解】A．电磁波的传播靠的是电场和磁场相互“激发”，即周期性变化的电场能在周围产生周期性变化的磁场，而周期性变化的磁场又能在周围产生周期性变化的电场，这样交替激发，由近及远的向外传播，故A正确； B．电磁场是客观存在的物质，具有能量和动量，并非仅仅是描述方式，故B错误； C．变化的磁场产生了电场，变化的电场也能产生磁场，故C错误； D．电磁波既具有能量，也能携带信息，故D错误。 故选A。 跟踪训练2（多选）下列关于磁场、电流的磁效应、麦克斯韦电磁场理论的说法中正确的是（    ） A．磁极与磁极间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的 B．电流与电流间的相互作用是通过磁场产生的 C．麦克斯韦第一个预言了电磁波的存在，赫兹第一个用实验证实了电磁波的存在 D．变化的电场可以在周围的空间产生电磁波 【答案】BC 【详解】A．磁极之间的相互作用是通过磁场传递的，磁体周围存在磁场，磁极间的作用力是通过磁场实现的，不涉及电场。电场是电荷周围存在的，磁极没有电荷，因此磁极间作用不依赖电场，故A错误； B．根据安培定律和电流的磁效应，电流周围产生磁场，另一个电流处于该磁场中会受到安培力作用，因此电流与电流间的相互作用是通过磁场传递的，故B正确； C．麦克斯韦在19世纪60年代基于其电磁场理论推导出电磁波的存在，并预言其在真空中传播速度等于光速，1888年，赫兹通过实验首次成功产生并检测到电磁波，证实了麦克斯韦的预言，故C正确； D．变化的电场可以在周围空间产生磁场，而变化的磁场又产生变化的电场，二者相互激发、传播，才形成电磁波。单独的“变化的电场”不能直接“产生电磁波”，必须是交变的电场和磁场相互激发才能形成传播的电磁波，均匀变化的电场只能产生恒定磁场，不能形成电磁波，故D错误。 故选BC。 跟踪训练3电磁场 （1）变化的磁场产生电场 ①实验基础：如图，在变化的磁场中放一个______电路，电路里就会产生______。 ②麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的______产生了______，电场促使导体中的____________做定向运动。 ③实质：变化的______产生了______。 （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______，那么变化的电场也会在空间产生______。 【答案】 闭合 电流 磁场 电场 自由电子 磁场 电场 电场 磁场 【详解】（1）[1][2]在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生电流。 [3][4][5]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子做定向移动。 [6][7]实质是变化的磁场产生电场。 （2）[8][9]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。 题型2 电磁波 1、电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 （1）麦克斯韦从理论上预见，电磁波在真空中的传播速度等于光速，由此麦克斯韦语言了光是一种电磁波。 （2）如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。 ★特别提醒 （1）变化的电场和磁场由进及远地向周围传播，形成了电磁波。 （2）电磁振荡产生电磁波时，即使电磁振荡停止了，已经发出的电磁波是不会消失的。会继续传播下去。 2、电磁波的发现：赫兹的实验 （1）赫兹的实验装置 （2）试验现象：当感应圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环上的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：赫兹证实了电磁波的存在。 （5）在以后的一系列实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。他还测得电磁波在真空中的速度等于光速c，证明了电磁波与光的统一性。这样，赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。 人们从赫兹的实验结果中认识到物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。 ★特别提醒 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了这一点。 3、电磁波的特点 （1）在电磁波中，电场强度E和磁感应强度B这两个物理量随时间和空间做周期性变化，电磁波在真空中传播时，它的电场强度E与磁感应强度B互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。 （2）电磁波不需要任何介质，在真空中也能传播。 （3）电磁波在真空中的传播速度等于光速c，由此，麦克斯韦预言了光是电磁波。在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108 m/s. （4）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，因此电磁波是横波。 （5）电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，能发生反射、折射、干涉、衍射、偏振、多普勒效应等现象。 ★特别提醒 （1）电磁波在空间的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度c。 （2）电磁波的电场强度E与磁感应强度B相互垂直。 （3）电磁波是一种横波。 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。因而电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程。能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一。 4、电磁波和机械波的区别和联系如下 比较项 机械波 电磁波 研究对象 力学现象 电磁现象 周期性 质点位移、速度、加速度随时间和空间做周期性变化 电场强度和磁感应强度随时间和空间做周期性变化 传播情况 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关 传播不需要介质，在真空中波速总是c，波速与介质及频率都有关系 联系 （1）都可以发生反射、折射、干涉和衍射现象。 （2）波长λ、波速v和周期T、频率f的关系满足λ=vT=。 【探究归纳】变化的电磁场由近及远传播形成电磁波，电磁波是横波，能在真空中传播且速度等于光速。 【典例2-1】如图所示是我国500m口径球面射电望远镜（FAST），它可以接收来自宇宙深处的电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波 B．麦克斯韦通过实验捕捉到电磁波 C．电磁波由真空进入某种介质传播时，波长变短 D．一切高温物体都能够发射紫外线 【答案】C 【详解】A．只要空间某处的电场或磁场发生周期性变化，就会在其周围产生电磁波，均匀变化的电场或磁场周围不能产生电磁波，故A错误； B．麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹通过实验捕捉到电磁波，故B错误； C．电磁波由真空进入某种介质传播时，频率不变，传播速度变小，根据可知，波长变短，故C正确； D．虽然高温是物体发出紫外线的一个条件，但不是所有高温物体都能发出紫外线，故D错误。 故选C。 【典例2-2】（多选）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．各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同 【答案】BD 【详解】A．均匀变化的电场能够产生稳定的磁场，故A错误； B．电磁波既可以传递信息，又可以传递能量，故B正确； C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证明了电磁波的存在，故C错误； D．各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同，均为光速，故D正确。 故选BD。 跟踪训练1下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围也一定产生变化的电场 B．在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量最大时电路中的电流最小 C．在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长依次变短，速度依次变小 D．声音在空气中传播时是横波 【答案】B 【详解】A．根据麦克斯韦电磁场理论，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，故A错误； B．在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量最大时，电场能最大，磁场能最小，电路中的电流最小，故B正确； C．在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长依次变短，速度相等，故C错误； D．声音在空气中传播时是纵波，故D错误。 故选B。 跟踪训练2（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．麦克斯韦预言了空间存在电磁波，并通过实验证实了电磁波的存在 B．所有物体都发射红外线，物体温度越高，发射的红外线越强 C．5G信号和4G信号都是电磁波，在真空中，5G信号比4G信号传播快 D．在LC振荡电路中，电容器放电完毕时，放电电流达到最大值 【答案】BD 【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在并通过理论推导得出其速度等于光速，但实验证实电磁波的存在是赫兹，A错误； B．所有物体（温度高于绝对零度）均辐射电磁波，温度越高，辐射的总能量（含红外线）越强，B正确； C．5G和4G信号均为电磁波，在真空中传播速度均为光速（），与频率无关，C错误； D．在LC振荡电路中，电容器放电完毕时，电场能完全转化为磁场能，此时回路电流达到最大值，D正确。 故选BD。 跟踪训练3电磁波的产生:周期性变化的____周围会产生周期性变化的电场,周期性变化的____周围也会产生周期性变化的磁场。变化的电场和变化的磁场相互联系在一起,就会在空间形成一个统一的、不可分割的____,这种在空间交替变化的电磁场传播出去就形成了_______。 【答案】 磁场 电场 电磁场 电磁波 【详解】[1][2][3][4]电磁波的产生:周期性变化的磁场周围会产生周期性变化的电场,周期性变化的电场周围也会产生周期性变化的磁场。变化的电场和变化的磁场相互联系在一起,就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁振动，这种在空间交替变化的电磁场传播出去就形成了电磁波。 【能力培优练】 1．在物理学理论建立的过程中，有许多科学家做出了贡献。关于科学家的贡献和研究方法，下列说法正确的是（    ） A．牛顿用实验测得元电荷e的数值 B．麦克斯韦引入电场线和磁感线来形象地描述电场和磁场 C．普朗克总结出了判断电流和磁场方向关系的右手螺旋定则 D．焦耳通过实验总结出了电流通过导体时产生的热量和电流的关系 【答案】D 【详解】A．元电荷的数值是由密立根通过油滴实验测得的，牛顿的贡献主要在力学和光学领域，故A错误； B．电场线和磁感线是由法拉第引入的，用于形象描述电场和磁场，麦克斯韦的贡献是建立电磁场理论，故B错误； C．右手螺旋定则（安培定则）是安培总结的，用于判断电流和磁场方向关系，普朗克的贡献是量子理论，故C错误； D．焦耳通过实验总结出了焦耳定律，描述了电流通过导体产生的热量与电流、电阻和时间的关系，故D正确。 故选D。 2．随着科技的发展，越来越多的人选择使用蓝牙耳机进行通话。如图所示，手机先接收来自基站的电磁波（甲波），再使用电磁波（乙波）与蓝牙耳机进行通信。关于此过程，下列说法正确的是（　　） A．甲波和乙波均为纵波 B．甲波是横波，乙波是纵波 C．甲波和乙波都具有能量 D．在真空中，甲波比乙波传播得慢 【答案】C 【详解】AB．手机与基站、手机与蓝牙耳机之间的通信都是通过电磁波进行的。电磁波是横波，因此甲波和乙波均为横波，不是纵波，故AB错误； C．波是传递能量的一种形式。电磁波在传播过程中会传递能量，手机和蓝牙耳机正是通过接收电磁波携带的能量和信息来工作的。因此，甲波和乙波都具有能量，故C正确； D．甲波和乙波都是电磁波，在真空中的传播速度都等于光速，传播速度是相同的，故D错误。 故选C。 3．电磁波在我们的生活中有着广泛的运用，下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．光是一种电磁波，不但具有能量，还能传输信息 B．麦克斯韦提出了电磁场理论，并通过实验捕捉到了电磁波 C．电磁波是由恒定不变的电场或恒定不变的磁场产生的 D．电磁波的传播需要介质，所以电磁波不能在真空中传播 【答案】A 【详解】A．光属于电磁波谱中的可见光部分。电磁波具有能量（如光能引起光电效应），并能传输信息（如光纤通信），故A正确； B．麦克斯韦提出了电磁场理论并预言电磁波存在，但首次通过实验证实并捕捉电磁波的是赫兹，而非麦克斯韦本人，故B错误； C．电磁波由周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互激发产生（依据麦克斯韦方程组），恒定不变的电场或磁场无法产生电磁波，故C错误； D．电磁波可在真空中传播（如宇宙空间中的光传播），其传播不需要介质，故D错误。 故选A。 4．年月日，“天宫课堂”第四课正式开讲，这是中国航天员首次在梦天实验舱内进行授课图甲。宋代科学家沈括在梦溪笔谈中记载：“以磁石磨针锋，则能指南”。进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意图如图乙所示。以下关于磁场的说法正确的是（　　） A．图甲，从空间站向地面传输信息采用的电磁波是奥斯特预言并通过实验验证存在的 B．将中国古代的四大发明之一司南置于赤道，据乙图可知，磁勺尾（S极）静止时指向北方 C．环形导线通电方向如图丙所示，小磁针最后静止时N极指向为垂直于纸面向外 D．丁图中，放在通电螺线管内部的小磁针，静止时N极水平向左 【答案】C 【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，故A错误； B．地球地理的南北极和地磁的南北极相反，磁勺尾（S极）静止时指向地磁的北极即地理的南方，故 B错误； C．根据安培定则可知导线环内部磁场方向垂直纸面向外，小磁针静止时N极指向与磁场方向一致，所以小磁针最后静止时N极指向为垂直于纸面向外，故C正确； D．根据安培定则可知，通电螺线管内部的磁场方向向右，小磁针静止时N极水平向右，故D错误。 故选C。 5．某电路中电场随时间变化的图像有如图所示几种情况，能激发电磁波的电场是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．稳定的电场，不能产生磁场，更不能激发电磁波，故A错误； BC．均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，稳定的磁场就不能激发电场，从而形成电磁场，故BC错误； D．周期性变化的电场，会产生周期性变化的磁场，进而激发电场，形成电磁场，向外发射电磁波，故D正确。 故选D。 6．如图所示，电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去。下列说法正确的是（　　） A．增大电容器两板间的距离，能减小振荡电路的频率 B．增加电感线圈的匝数，能增大振荡电路的频率 C．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的传播速度等于光速 D．赫兹通过实验证实了电磁波的存在 【答案】D 【详解】A．根据可得增大电容器两板间的距离，电容减小，根据可知振荡电路的频率变大，故A错误； B．增加电感线圈的匝数，自感系数变大，可得振荡电路的频率变小，故B错误； C．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，电磁波在真空的传播速度等于光速，故C错误； D．赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故D正确。 故选D。 7．关于电场和电磁波，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．电场不一定能产生磁场，磁场也不一定能产生电场 C．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均匀变化的电场 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过光缆传输 【答案】B 【详解】A．稳定的电场不会产生磁场，稳定的磁场也不会产生电场，因为根据麦克斯韦理论，只有变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，故A错误； B．电场是否产生磁场取决于其是否变化（如静电场不产生磁场），同理磁场是否产生电场也取决于其是否变化，故B正确； C．均匀变化的电场产生恒定的磁场，均匀变化的磁场产生恒定的电场，故C错误； D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，电磁波也可通过光缆传输（如光纤通信利用光波全反射传输信号），故D错误。 故选B。 8．（多选）声呐能发射超声波，雷达能发射电磁波，超声波和电磁波相比较，下列说法正确的是（    ） A．超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量 B．电磁波既可以在真空中传播，又可以在介质中传播，超声波只能在介质中传播 C．在空气中传播的速度与在其他介质中传播速度相比，均是在空气中传播时具有较大的传播速度 D．超声波是纵波，电磁波是横波 【答案】ABD 【详解】A．超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量、信息，故A正确； B．声呐发出的超声波是机械波，不可以在真空中传播，而电磁波既可以在真空中传播，又可以在介质中传播，故B正确； C．机械波在空气中传播时速度较小，在其他介质中传播时速度大，而电磁波恰好相反，故C错误； D．声波是纵波，电磁波是横波，故D正确。 故选ABD。 9．（多选）关于机械波与电磁波，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有关 B．电磁波可以发生衍射现象和偏振现象 C．简谐机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速度越大 D．机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向 【答案】BD 【详解】A．电磁波在真空中的传播速度都等于光速，与电磁波的频率无关，故A错误； B．衍射现象是波特有的现象，而偏振现象是横波特有的现象，电磁波也是一种横波，可以发生衍射现象和偏振现象，故B正确； C．简谐机械波传播速度与介质有关，则在同一种介质中传播时，简谐机械波的传播速度相等，故C错误； D．机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向，如声波，故D正确。 故选BD。 10．（多选）根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场可以产生电场，变化的电场可以产生磁场。当变化的磁场产生的电场的电场线如图所示时，磁场的变化情况可能是（　　） A．竖直向上的磁场在增强 B．竖直向上的磁场在减弱 C．竖直向下的磁场先减弱，后反向增强 D．竖直向下的磁场先增强，后反向减弱 【答案】AC 【详解】AB．若竖直向上的磁场增强，根据楞次定律，可知感应电流的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下，根据安培定则，可知感应电场的方向与图中的方向相同，A正确，B错误； CD．若竖直向下的磁场减弱时，感应电流的磁场阻碍原磁场的减弱而方向向下，根据安培定则，可知感应电流方向如图中的方向所示；当磁场反向增强时，根据A的判断可知感应电流方向如图中的方向所示；C正确，D错误。 故选AC。 11．（多选）下列有关电与磁的四幅情景图像，说法正确的是（　　） A．对甲：当线圈绕OO′轴匀速转动时，会产生感应电流 B．对乙：当导线中通有从左向右的电流时，小磁针的N极向里偏转 C．对丙：变化的电场和变化的磁场互相激发交替产生，形成电磁波 D．对丁：电磁波谱中，红外线就是红光，紫外线就是紫光，均属于可见光 【答案】BC 【详解】A．甲图中，无论是匀速转动或非匀速转动时，磁通量一直为0，不会产生感应电流，故A错误； B．乙图中，当导线中通有从左向右的电流时，根据右手安培定则可知，导线下方的磁场垂直纸面向里，则小磁针的N极向里偏转，S极向外偏转，故B正确； C．丙图中，周期性变化的电场和周期性变化的磁场互相激发交替产生，就产生电磁波，故C正确； D．丁图中，紫光与红光属于可见光，红外线、紫外线与红光和紫光不同，不属于可见光，故D错误。 故选BC。 12．（多选）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．周期性变化的电场和周期性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，磁场周围一定存在电场 【答案】ABC 【详解】A．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有无闭合电路是没有关系的，故A正确； B．周期性变化的磁场产生电场的变化周期与周期性变化的磁场的周期是相同的，所以周期性变化的磁场会产生同频率的变化电场，故B正确； C．由麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，这个统一的场即为电磁场，故C正确； D．电场周围是否存在磁场以及磁场周围是否存在电场是一个复杂的问题，但其中一种情况就是电场周围不一定存在磁场，磁场周围也不一定存在电场，故D错误； 故选ABC。 13．电磁波_____在真空中传播（选填“可以”或“不可以”）。带有等量异种电荷、相距的平行金属板A和B之间有匀强电场，已知金属板AB之间的电势差，则匀强电场的电场强度大小_____。有一个已充电的电容器，两极板间的电势差，所带电荷量，则此电容器的电容_____F． 【答案】 可以 【详解】[1]电磁波可以在真空中传播。 [2]匀强电场的电场强度大小 [3]此电容器的电容 14．现代科技离不开电磁波，历史上首先预言电磁波存在的物理学家是________（选填“赫兹”或“麦克斯韦”），他认为变化的磁场会产生电场．如图所示，螺线管的匝数为100匝，在0.1s内穿过螺线管的磁通量变化了0.02Wb，则螺线管两端产生的感应电动势为________V。 【答案】 麦克斯韦 20 【详解】[1]历史上首先预言电磁波存在的物理学家是麦克斯韦。 [2]螺线管两端产生的感应电动势为 15．为了证实磁场的存在，常将小磁针放到磁体附近，可以观察到小磁针受到磁场力的作用其N极所指的方向发生了偏转。试设计一种简单可行的办法，以证实电磁波的存在。 【详解】用导线让电池短路，并用导线在电池的任意一极不停摩擦，产生变化的电流；靠近打开的收音机，若出现杂音，则证明电磁波的存在。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.2 电磁场与电磁波 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 电磁场 1 题型2 电磁波 3 【能力培优练】 6 【重难题型讲解】 题型1 电磁场 1、变化的磁场产生电场 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。 (1)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，实质是变化的磁场产生了电场。 （2）麦克斯韦认为线圈只不过是用来显示电场的存在的，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。 ★特别提醒 （1）均匀变化的磁场产生恒定的电场。 （2）非均匀变化的磁场产生变化的电场。 （3）周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。 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。 ★特别提醒 （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。 （3）周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。 3、电磁场：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。 4、麦克斯韦电磁场理论的要点 （1）恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。 （2）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，同样，均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。 （3）周期性变化的磁场在周围空间产生同周期变化的电场，同样，周期性变化的电场在周围空间产生同周期变化的磁场。 【探究归纳】变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电场和磁场相互联系、不可分割，统一形成电磁场。 【典例1-1】人类历史上建立了经典电磁场理论的科学家是（　　） A．牛顿 B．伽利略 C．安培 D．麦克斯韦 【典例1-2】（多选）关于下列器材的原理、用途或实验的描述，说法正确的是（　　） A．图甲中，因为有金属网的屏蔽，球上的电荷在验电器金属球处产生的电场强度为零 B．图乙中，烟尘吸附空气电离产生的电子，在电场力作用下向板运动 C．图丙中，小磁针发生偏转是由于导线通电后形成的电磁感应效应 D．图丁中，麦克斯韦建立的电磁场理论指出变化的电场一定会产生磁场 跟踪训练1法拉第用“力线”形象地描述了电磁场，麦克斯韦用数学语言表达了电磁场。下列说法正确的是（ ） A．电磁波的传播靠的是电场和磁场相互“激发” B．电磁场只是一种描述方式，不是真正的物质存在 C．变化的磁场产生了电场，但变化的电场不能产生磁场 D．电磁波具有能量，不能携带信息 跟踪训练2（多选）下列关于磁场、电流的磁效应、麦克斯韦电磁场理论的说法中正确的是（    ） A．磁极与磁极间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的 B．电流与电流间的相互作用是通过磁场产生的 C．麦克斯韦第一个预言了电磁波的存在，赫兹第一个用实验证实了电磁波的存在 D．变化的电场可以在周围的空间产生电磁波 跟踪训练3电磁场 （1）变化的磁场产生电场 ①实验基础：如图，在变化的磁场中放一个______电路，电路里就会产生______。 ②麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的______产生了______，电场促使导体中的____________做定向运动。 ③实质：变化的______产生了______。 （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______，那么变化的电场也会在空间产生______。 题型2 电磁波 1、电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 （1）麦克斯韦从理论上预见，电磁波在真空中的传播速度等于光速，由此麦克斯韦语言了光是一种电磁波。 （2）如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。 ★特别提醒 （1）变化的电场和磁场由进及远地向周围传播，形成了电磁波。 （2）电磁振荡产生电磁波时，即使电磁振荡停止了，已经发出的电磁波是不会消失的。会继续传播下去。 2、电磁波的发现：赫兹的实验 （1）赫兹的实验装置 （2）试验现象：当感应圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环上的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：赫兹证实了电磁波的存在。 （5）在以后的一系列实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。他还测得电磁波在真空中的速度等于光速c，证明了电磁波与光的统一性。这样，赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。 人们从赫兹的实验结果中认识到物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。 ★特别提醒 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了这一点。 3、电磁波的特点 （1）在电磁波中，电场强度E和磁感应强度B这两个物理量随时间和空间做周期性变化，电磁波在真空中传播时，它的电场强度E与磁感应强度B互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。 （2）电磁波不需要任何介质，在真空中也能传播。 （3）电磁波在真空中的传播速度等于光速c，由此，麦克斯韦预言了光是电磁波。在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108 m/s. （4）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，因此电磁波是横波。 （5）电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，能发生反射、折射、干涉、衍射、偏振、多普勒效应等现象。 ★特别提醒 （1）电磁波在空间的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度c。 （2）电磁波的电场强度E与磁感应强度B相互垂直。 （3）电磁波是一种横波。 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。因而电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程。能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一。 4、电磁波和机械波的区别和联系如下 比较项 机械波 电磁波 研究对象 力学现象 电磁现象 周期性 质点位移、速度、加速度随时间和空间做周期性变化 电场强度和磁感应强度随时间和空间做周期性变化 传播情况 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关 传播不需要介质，在真空中波速总是c，波速与介质及频率都有关系 联系 （1）都可以发生反射、折射、干涉和衍射现象。 （2）波长λ、波速v和周期T、频率f的关系满足λ=vT=。 【探究归纳】变化的电磁场由近及远传播形成电磁波，电磁波是横波，能在真空中传播且速度等于光速。 【典例2-1】如图所示是我国500m口径球面射电望远镜（FAST），它可以接收来自宇宙深处的电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波 B．麦克斯韦通过实验捕捉到电磁波 C．电磁波由真空进入某种介质传播时，波长变短 D．一切高温物体都能够发射紫外线 【典例2-2】（多选）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．各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同 跟踪训练1下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围也一定产生变化的电场 B．在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量最大时电路中的电流最小 C．在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长依次变短，速度依次变小 D．声音在空气中传播时是横波 跟踪训练2（多选）关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．麦克斯韦预言了空间存在电磁波，并通过实验证实了电磁波的存在 B．所有物体都发射红外线，物体温度越高，发射的红外线越强 C．5G信号和4G信号都是电磁波，在真空中，5G信号比4G信号传播快 D．在LC振荡电路中，电容器放电完毕时，放电电流达到最大值 跟踪训练3电磁波的产生:周期性变化的____周围会产生周期性变化的电场,周期性变化的____周围也会产生周期性变化的磁场。变化的电场和变化的磁场相互联系在一起,就会在空间形成一个统一的、不可分割的____,这种在空间交替变化的电磁场传播出去就形成了_______。 【能力培优练】 1．在物理学理论建立的过程中，有许多科学家做出了贡献。关于科学家的贡献和研究方法，下列说法正确的是（    ） A．牛顿用实验测得元电荷e的数值 B．麦克斯韦引入电场线和磁感线来形象地描述电场和磁场 C．普朗克总结出了判断电流和磁场方向关系的右手螺旋定则 D．焦耳通过实验总结出了电流通过导体时产生的热量和电流的关系 2．随着科技的发展，越来越多的人选择使用蓝牙耳机进行通话。如图所示，手机先接收来自基站的电磁波（甲波），再使用电磁波（乙波）与蓝牙耳机进行通信。关于此过程，下列说法正确的是（　　） A．甲波和乙波均为纵波 B．甲波是横波，乙波是纵波 C．甲波和乙波都具有能量 D．在真空中，甲波比乙波传播得慢 3．电磁波在我们的生活中有着广泛的运用，下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．光是一种电磁波，不但具有能量，还能传输信息 B．麦克斯韦提出了电磁场理论，并通过实验捕捉到了电磁波 C．电磁波是由恒定不变的电场或恒定不变的磁场产生的 D．电磁波的传播需要介质，所以电磁波不能在真空中传播 4．年月日，“天宫课堂”第四课正式开讲，这是中国航天员首次在梦天实验舱内进行授课图甲。宋代科学家沈括在梦溪笔谈中记载：“以磁石磨针锋，则能指南”。进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意图如图乙所示。以下关于磁场的说法正确的是（　　） A．图甲，从空间站向地面传输信息采用的电磁波是奥斯特预言并通过实验验证存在的 B．将中国古代的四大发明之一司南置于赤道，据乙图可知，磁勺尾（S极）静止时指向北方 C．环形导线通电方向如图丙所示，小磁针最后静止时N极指向为垂直于纸面向外 D．丁图中，放在通电螺线管内部的小磁针，静止时N极水平向左 5．某电路中电场随时间变化的图像有如图所示几种情况，能激发电磁波的电场是（　　） A． B． C． D． 6．如图所示，电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去。下列说法正确的是（ ） A．增大电容器两板间的距离，能减小振荡电路的频率 B．增加电感线圈的匝数，能增大振荡电路的频率 C．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的传播速度等于光速 D．赫兹通过实验证实了电磁波的存在 7．关于电场和电磁波，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．电场不一定能产生磁场，磁场也不一定能产生电场 C．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均匀变化的电场 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过光缆传输 8．（多选）声呐能发射超声波，雷达能发射电磁波，超声波和电磁波相比较，下列说法正确的是（    ） A．超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量 B．电磁波既可以在真空中传播，又可以在介质中传播，超声波只能在介质中传播 C．在空气中传播的速度与在其他介质中传播速度相比，均是在空气中传播时具有较大的传播速度 D．超声波是纵波，电磁波是横波 9．（多选）关于机械波与电磁波，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有关 B．电磁波可以发生衍射现象和偏振现象 C．简谐机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速度越大 D．机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向 10．（多选）根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场可以产生电场，变化的电场可以产生磁场。当变化的磁场产生的电场的电场线如图所示时，磁场的变化情况可能是（　　） A．竖直向上的磁场在增强 B．竖直向上的磁场在减弱 C．竖直向下的磁场先减弱，后反向增强 D．竖直向下的磁场先增强，后反向减弱 11．（多选）下列有关电与磁的四幅情景图像，说法正确的是（　　） A．对甲：当线圈绕OO′轴匀速转动时，会产生感应电流 B．对乙：当导线中通有从左向右的电流时，小磁针的N极向里偏转 C．对丙：变化的电场和变化的磁场互相激发交替产生，形成电磁波 D．对丁：电磁波谱中，红外线就是红光，紫外线就是紫光，均属于可见光 12．（多选）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．周期性变化的电场和周期性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，磁场周围一定存在电场 13．电磁波_____在真空中传播（选填“可以”或“不可以”）。带有等量异种电荷、相距的平行金属板A和B之间有匀强电场，已知金属板AB之间的电势差，则匀强电场的电场强度大小_____。有一个已充电的电容器，两极板间的电势差，所带电荷量，则此电容器的电容_____F． 14．现代科技离不开电磁波，历史上首先预言电磁波存在的物理学家是________（选填“赫兹”或“麦克斯韦”），他认为变化的磁场会产生电场．如图所示，螺线管的匝数为100匝，在0.1s内穿过螺线管的磁通量变化了0.02Wb，则螺线管两端产生的感应电动势为________V。 15．为了证实磁场的存在，常将小磁针放到磁体附近，可以观察到小磁针受到磁场力的作用其N极所指的方向发生了偏转。试设计一种简单可行的办法，以证实电磁波的存在。 / 学科网（北京）股份有限公司 $