4.2 电磁场与电磁波 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件围绕电磁场与电磁波，系统讲解变化的磁场与电场的相互产生、电磁场的统一性及电磁波的特点、传播规律，通过课前微判断和基础认知衔接电磁感应旧知，搭建从现象到理论的学习支架。 其亮点在于用表格对比麦克斯韦理论条件及机械波与电磁波差异培养科学思维，结合5G信号等情境体验和典例剖析促进科学探究，帮助学生形成物理观念。学生能深化理解，教师可高效开展教学。

4.2 电磁场与电磁波 目 标 素 养 1.知道变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。 2.知道变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一的电磁场。 3.了解电磁波的基本特点、发现过程及传播规律。 知 识 概 览 课前·基础认知 一、电磁场 1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设。 (1)变化的磁场产生电场(如图甲所示)。 (2)变化的电场产生磁场(如图乙所示)。 甲　变化的磁场产生电场 乙　变化的电场产生磁场 2.电磁场:变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一的电磁场。 3.电磁波的产生: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。 微判断1(1)变化的电场一定产生变化的磁场。(　　) (2)变化的磁场周围一定存在着电场,与是否有闭合电路无关。 (　　) (3)周期性变化的磁场产生同频率变化的电场。(　　) (4)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。(　　) (5)电场周围一定存在磁场。(　　) (6)磁场周围一定存在电场。(　　) × √ √ √ × × 二、电磁波 1.电磁波的特点。 (1)电磁波是横波,电磁波在空间传播不需要介质。 (2)电磁波的波长、频率、波速的关系为v=λf;在真空中,电磁波的速度c=3.0×108 m/s。 2.电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。 3.赫兹的电火花。 (1)赫兹实验的分析。 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。 结论:赫兹实验证实了电磁波的存在,检验了麦克斯韦电磁场理论的正确性。 (2)赫兹的其他成果。 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具有的速度等于光速c,证明了电磁波与光的统一性。 微判断2(1)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s。 (　　) (2)电磁波在真空和介质中传播速度相同。(　　) (3)只要有电场和磁场,就能产生电磁波。(　　) (4)电磁波在同种介质中只能沿直线传播。(　　) √ × × × 课堂·重难突破 一 正确理解麦克斯韦的电磁场理论 重难归纳 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会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变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。 2.对麦克斯韦电磁场理论的理解。 由电场产生磁场的条件 由磁场产生电场的条件 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场 特别提醒 变化的电场一定能产生磁场,但不一定能产生变化的磁场,如均匀变化的电场产生稳定的磁场;同理,变化的磁场也不一定产生变化的电场。 如图所示,磁体相对于闭合线圈上下运动时,闭合线圈中的自由电荷做定向移动,自由电荷受到什么力的作用?这能否说明变化的磁场产生了电场?如果没有导体,情况会怎样? 提示:磁体上、下运动时,导体中自由电荷定向移动,说明电荷受到静电力作用,即导体处在电场中。磁体的上、下运动使线圈处在变化的磁场中,这表明变化的磁场周围产生了电场。如果没有导体,该处仍会产生电场。 典例剖析 【例1】 (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的周期性变化的电场 C.变化的电场和变化的磁场相互关联,一定能形成一个统一的场,即电磁场 D.电场周围不一定存在磁场,磁场周围不一定存在电场 答案:ABD 解析:变化的磁场周围产生电场,当电场中有闭合回路时,回路中有电流,若无闭合回路电场仍然存在,选项A正确。若形成电磁场必须要有周期性变化的电场或磁场,选项B正确,C错误。电场(或磁场)周围不一定存在磁场(或电场),选项D正确。 学以致用 1.下列关于电场与磁场的产生的理解正确的是(　　) 答案:C 解析:题中选项A、B所描述的磁场是稳定的,由麦克斯韦电磁场理论可知其周围空间不会产生电场,选项A、B错误。题中选项C描述的是周期性变化的磁场,它能产生同频率周期性变化的电场,且磁通量的变化率最大时电场强度最强,其相位差为 ,选项C正确。题中选项D所描述的是周期性变化的电场,在其周围空间产生周期性变化的磁场,其相位差应为 ,而不是π,选项D错误。 二 对电磁波的理解 重难归纳 1.电磁波的物质性。 (1)电磁波占有时间、空间。 (2)电磁波具有运动质量(静止质量为零)。 (3)电磁波具有能量。 2.电磁波的传播。 电磁场是物质,电磁波是物质传播的形式,是靠电和磁的相互“感应”而传播的,可以脱离电荷而独立存在。故其传播不需要介质,在真空中也能传播。 3.电磁波具有波的共性,能产生干涉、衍射等现象。电磁波与物质相互作用时,能发生反射、吸收、折射等现象。 4.电磁波的波速、波长与频率的关系:c=λf。 5.电磁波与机械波的比较。 比较项目 机械波 电磁波 不同点 研究对象 力学现象 电磁现象 周期性 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 情况 传播需要介质,波速与介质有关,与频率无关 传播无需介质,在真空中波速等于光速c,在介质中传播时,波速与介质和频率都有关 产生机理 由质点(波源)的振动产生 由电磁振荡等激发 横波与纵波 可能是横波,也可能是纵波 横波 相同点 (1)可以发生反射、折射、干涉和衍射 (2)传递能量的一种方式 (3)满足v=λf 5G是指第五代通信技术,采用3 300~5 000 MHz频段的无线电波。第四代移动通信技术4G,其频段范围是1 880~2 635 MHz。5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 Gbps(bps为bits per second的英文缩写,即比特率、比特/秒),是4G网络的50~100倍。思考下面问题:(1)4G信号和5G信号哪种更容易发生衍射现象?(2)4G信号和5G信号相遇能发生稳定干涉现象吗?(3)5G信号与4G信号在水中的传播速度哪种更大? 提示:(1)4G信号频率低,波长长,更容易发生衍射现象。(2)两种不同频率的波不能发生稳定干涉。(3)同种介质中电磁波的传播速度与频率有关,频率越高,传播速度越小,在水中4G信号比5G信号传播速度大。 典例剖析 【例2】(多选)下列关于电磁波与声波的说法正确的是(　　) 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 答案:AC 解析:由电磁波和声波的概念可知选项A正确。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,故选项B错误。电磁波在空气中的传播速度近似等于真空中的速度,大于在水中的传播速度;声波在水中的传播速度大于在空气中的传播速度,故选项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 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,故选项D错误。 特别提醒 电磁波与机械波的注意点: (1)电磁波与机械波的产生方式、传播途径、波的形成及波速等有显著不同。 (2)电磁波与机械波都是波,都具有波的特性。 (3)电磁波的特性与光相似,可类比光的特性进行理解。 学以致用 2.(多选)以下关于机械波与电磁波的说法,正确的是(　　) A.机械波与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 解析:机械波由机械振动产生,电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生,选项A错误。机械波是质点振动的传播,传播需要介质,速度由介质决定;电磁波是物质波,传播不需要介质,电磁波的波速由介质和本身频率共同决定,选项B正确。机械波有横波,也有纵波,而电磁波一定是横波,选项C正确。机械波与电磁波都具有波的共性,选项D正确。 随 堂 训 练 1.(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论,以下叙述正确的是(　　) A.教室中开亮的日光灯周围空间必有磁场和电场 B.工作时打点计时器周围必有磁场和电场 C.稳定的电场产生稳定的磁场,稳定的磁场激发稳定的电场 D.电磁波在传播过程中,电场方向、磁场方向和传播方向三者互相垂直 答案:ABD 解析:教室中开亮的日光灯、工作时的打点计时器用的都是振荡电流,在其周围产生振荡磁场和电场,故选项A、B正确。稳定的电场不会产生磁场,故选项C错误。电磁波是横波,电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直,故选项D正确。 2.(多选)关于电磁波与机械波,下列说法正确的是(　　) A.电磁波传播不需要介质,机械波传播需要介质 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.电磁波和机械波都能发生衍射 答案:AD 解析:电磁波传播不需要介质,电磁波的波速与介质和频率都有关,而机械波传播需要介质,机械波的传播速度只与介质有关,故选项A正确,B错误。电磁波和机械波都具有波的一些特征,包括干涉和衍射,故选项D正确,C错误。 3.(多选)关于电磁场、电磁波的认识,下列说法正确的是(　　) A.电磁波的传播需要介质 B.电磁波从一种介质进入另一种介质,频率不变 C.电磁波传播的过程中也传递了能量 D.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场 答案:BC 解析:周期性变化的电场与磁场相互感应产生,并向外传播,从而形成电磁波,电磁波的传播不需要介质,选项A错误。只有变化的电场(磁场)才能产生磁场(电场),选项D错误。 4.有四种磁场,其磁感应强度B随时间t变化的图像如图所示。下列说法正确的是(　　) A.这四种磁场都能产生电场 B.除了图甲中的磁场,其他三种磁场都可以产生电场 C.只有图丙中的磁场可以产生电磁波 D.除了图甲中的磁场,其他三种磁场都可以产生电磁波 答案:B 解析:根据麦克斯韦的电磁场理论,变化的磁场产生电场,所以甲不会产生电场,乙、丙、丁都可以产生电场,选项A错误,B正确。均匀变化的磁场产生恒定的电场,故乙不能产生电磁波,周期性变化的磁场产生周期性变化的电场,从而产生电磁波,故丙、丁可以产生电磁波,选项C、D错误。 5.一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如下图,A是雷达发射的电磁波的脉冲波形,B是敌机反射回来的脉冲波形,求敌机距雷达站的距离。 答案:4.5×105 m 解析:由题图知两波形相差3×10-3 s,即敌机与雷达站距离为s=vt=3×108× ×3×10-3 m=4.5×105 m。 $