11.4 电磁场与电磁波（高效培优·讲义）物理沪科版必修第三册

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（周期性变化电磁场交替传播）、特点（横波、真空中速度c=3×10⁸m/s及c=λf关系）及电磁波谱（无线电波到γ射线的分类与应用），构建从理论到应用的完整学习支架。 该资料通过“深化点拨”分类解析变化电磁场规律，培养科学思维中的科学推理，结合赫兹实验及5G通信实例渗透科学探究与技术社会责任，设置真题闯关与课后三阶练习，课中辅助教师教学，课后助力学生巩固知识、查漏补缺，提升学习效果。

11.4 电磁场与电磁波 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 电磁场 考点02 电磁波 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1.知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。 2.了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息。 1.体验赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验过程及实验方法，会分析电场与磁场相互转化的规律。 2.体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。 考点01 电磁场 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)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 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　。 (2)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 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.电磁波 (1)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。 (2)电磁波的特点 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。 (3)电磁波的波速 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＝3×108 m/s。 【深化点拨】 一、电磁场 1．对变化的磁场产生电场的理解 (1)恒定的磁场不产生电场。 (2)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。 (3)不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场。 (4)周期性变化的磁场产生同频率变化的电场。 ①变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。 ②在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的，源于变化的磁场；而静电场中的电场线是不闭合的，源于电荷，由正电荷起到负电荷止。 2．变化的电场产生磁场 (1)现象及分析：电荷运动时，周围的小磁针摆动，说明小磁针所在处产生了另一个磁场，使小磁针发生摆动，这个磁场是由电荷运动在周围空间产生的变化的电场引起的，如图所示。 (2)假设：麦克斯韦根据自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场是对称的，他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。 二、电磁波 1．电磁波的产生 根据上述两个基本论点，麦克斯韦推断：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场。于是，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。 2．电磁波的特点 (1)电磁波是横波，在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相垂直且均与电磁波的传播方向垂直、如图所示。 (2)电磁波的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c＝3×108 m/s。电磁波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度。 (3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。 3．赫兹实验 1886年，赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了电磁波。 (1)赫兹的实验装置：如图所示。 (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了火花。 (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，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)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，通过测量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度c，证实了麦克斯韦的电磁场理论。 1．根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（　　） A．振荡的电场周围一定产生同频率变化的磁场 B．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 C．在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场 D．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 【答案】A 【详解】A．振荡电场周围一定产生同频率的振荡磁场，振荡磁场周围一定产生同频率的振荡电场。故A正确； BCD．均匀变化的电场产生恒定的磁场，若非均匀变化的电场，则产生非均匀变化的磁场。同样，均匀变化的磁场产生恒定的电场。故BCD错误。 故选A。 2．5G自动驾驶是基于5G通信技术实现网联式全域感知、协同决策与智慧云控，5G网络使用的无线电波通信频率是3.0GHz以上的超高频段和极高频段，比4G（通信频率在0.3GHz~3.0GHz间）拥有更大的带宽，则下列说法正确的是（    ） A．麦克斯韦通过自制的实验装置证实了电磁波的存在 B．在真空中5G信号比4G信号传播得更快 C．发射5G信号的LC振荡电路比发射4G信号的LC振荡电路的电感自感系数更大 D．5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更加密集的基站 【答案】D 【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过自制的实验装置证实了电磁波的存在，故A错误； B．在真空中5G信号与4G信号传播一样快，故B错误； C．5G信号比4G信号波长小，频率高，根据可知，发射5G信号的LC振荡电路自感系数更小，故C错误； D．因5G信号的频率高，则波长小，4G信号的频率低，则波长长，则5G信号比4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，故D正确。 故选D。 3．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（     ） A．麦克斯韦认为，变化的电场一定产生变化的磁场 B．赫兹预言并通过实验证实了电磁波的存在 C．地面接收站要接收某频率的电磁波，需要对接收电路进行调频 D．在电磁波谱中，由LC振荡电路产生的电磁波容易发生明显衍射现象 【答案】D 【详解】A．均匀变化的电场产生恒定的磁场，故变化的电场不一定产生变化的磁场，A错误； B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，B错误； C．地面接收站要接收某频率的电磁波，需要对接收电路进行调谐，C错误； D．在电磁波谱中，由LC振荡电路产生的电磁波波长较长，容易发生明显衍射现象，D正确。 故选D。 考点02 电磁波 1．电磁波谱 (1)概念：按电磁波的 波长　或 频率　大小的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。 (2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为： 无线电波、红外线、可见光、紫外线　、X射线、γ射线。 (3)各种电磁波的特性 ①无线电波：用于 广播　、卫星通信、 电视　等信号的传输。 ②红外线：用于 加热理疗　等。 ③可见光：照亮自然界，也可用于 通信　。 ④紫外线：用于 灭菌消毒　。 ⑤X射线和γ射线：用于诊断病情、摧毁 病变的细胞　。 2．电磁波的能量 (1)光是一种电磁波，光具有能量。 (2)电磁波具有 能量　，电磁波是一种物质。 【深化点拨】 1．波的相关知识 (1)波峰、波谷：在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰；凹下的最低处叫作波谷。 (2)波长、频率、波速：邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长λ；频率f是指在1 s内波峰(或波谷)通过的次数；水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速v。三者之间的关系是v＝λf。 2．电磁波谱及排列 按电磁波的波长或频率大小的顺序把电磁波排列起来，就是电磁波谱。按波长由长到短依次为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 3．电磁波的能量及电磁波通信 (1)电磁波的能量 各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波，说明电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 (2)电磁波通信 随着计算机网络的发展和智能手机的出现，负责通话的电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息通信网络。而这些信息都是通过电磁波来传递的。 【规律方法】 产生的机理 特点 用途 无线电波 振荡电路中电子周期性运动产生 波动性强 通信、广播、导航等 红外线 原子的外层电子受激发后产生 热作用强 加热、遥测、遥感、红外线制导等 可见光 感光性强 照明、照相等 紫外线 化学作用荧光效应 杀菌消毒、治疗皮肤病等 X射线 原子的内层电子受激发后产生 穿透力强 检查、探测、透视、治疗等 γ射线 原子核受激发后产生 穿透力最强 探测、治疗等 1．（多选）电磁波的发射、传播及接收过程如图所示，下列说法正确的是（    ） A．信号源发射出的电磁波是由自由电子周期运动而产生的 B．电磁波发射装置主要由振荡器和开放电路两部分组成。振荡器的作用是产生高频振荡电流和对开放电路供给能量 C．能直接穿过电离层，以空间波的形式进行直线传播是短波，这种直线传播受大气的干扰小、能量损失少、信号强 D．调节频道主要是在调节LC电路中的电容C，改变其固有频率而产生“电谐振”现象 【答案】ABD 【详解】A．信号源发射出的电磁波是由自由电子周期运动而产生的；故A正确； B．电磁波发射装置主要由振荡器和开放电路两部分组成。振荡器的作用是产生高频振荡电流和对开放电路供给能量，故B正确； C．能直接穿过电离层，以空间波的形式进行直线传播是微波，这种直线传播受大气的干扰小、能量损失少、信号强，故C错误； D．调节频道主要是在调节LC电路中的电容C，改变其固有频率而产生“电谐振”现象，故D正确。 故选ABD。 2．《太平广记》中记载到“魏时，殿前钟忽大鸣，震骇省署”，察其原因后得知“此蜀铜山崩，故钟鸣应之也”。下列四幅图对应的情景中涉及的物理原理与“山崩钟鸣”原理相同的是（　　） A．图1为行驶中摩托车弹簧减震器随摩托车运动而振动 B．图2为建筑工人手中的振捣器使水泥浆中的石子振动 C．图3为接收电磁波的调谐电路 D．图4为随扬声器纸盆振动而跳动的不同泡沫 【答案】C 【详解】“山崩钟鸣”的原理是共振，则 A．图1为行驶中摩托车弹簧减震器随摩托车运动而振动，是受迫振动现象，不是共振，选项A错误； B．图2为建筑工人手中的振捣器使水泥浆中的石子振动是受迫振动现象，不是共振，选项B错误； C．图3为接收电磁波的调谐电路，是电谐振，也就是共振现象，选项C正确； D．图4为随扬声器纸盆振动而跳动的不同泡沫，是受迫振动现象，不是共振，选项D错误。 故选C。 3．“小蜜蜂”是老师上课常用的扩音设备，随着无线电技术的应用，很多老师用上了蓝牙“小蜜蜂”（蓝牙属于电磁波），麦克风与扩音器不用导线连接，老师拿着麦克风在教室中间说话，放在讲台上的扩音器也能工作。下列说法正确的是（　　） A．“小蜜蜂”只能接收来自麦克风的信号 B．麦克风发出蓝牙信号是因为其中有恒定电流产生的磁场 C．均匀变化的电场可以产生匀强磁场 D．麦克风回路可通过减小发射电磁波的波长来提高LC 振荡电路发射电磁波的本领 【答案】D 【详解】A．因为蓝牙属于电磁波，周围空间存在其他电磁波信号，所以“小蜜蜂”不只接收到了来自麦克风的信号，故A错误； B．恒定的电流产生恒定的电场，不能产生变化的磁场，从而不能产生电磁波信号，故B错误； C．均匀变化的电场可以产生稳定的磁场，但不是匀强磁场，选项Ｃ错误； D．减小发射电磁波的波长，则会提高频率，可以提高LC振荡电路发射电磁波的本领，故D正确。 故选D。 ⚡基础速刷 1．对下列电器工作原理或科学现象的描述，正确的是（     ） A．微波炉是利用电磁感应原理直接使食物温度升高的 B．手机无线充电的原理基于电磁感应，通过变化的磁场在线圈中产生电流 C．在科学研究的道路上经常会出现令人惋惜的遗憾。例如，1825年瑞士年轻物理学家科拉顿一个人在研究电磁现象时，实验装置如图所示，为避免磁铁的磁场对小磁针产生影响，他把实验装置放在两个房间，在右边房间里把磁铁反复插入线圈，然后跑到左边房间里观察，结果没有看到小磁针偏转。是因为该实验线圈中肯定没有电流产生 D．科拉顿没看到小磁针偏转，是因为当他跑到另一个房间时，电磁感应过程比他慢，还没开始 【答案】B 【详解】A．微波炉利用微波的能量使食物中的极性分子剧烈运动，从而使食物升温，不是直接利用电磁感应，故A错误； B．手机无线充电时，充电装置产生变化的磁场，使手机接收线圈中的磁通量发生变化并产生感应电流，故B正确； CD．磁铁插入或拔出线圈时，线圈中的磁通量发生变化，只在这一过程中产生短暂的感应电流；当科拉顿跑到另一房间时，磁铁已停止运动，感应电流消失，小磁针已回到原位置，因此不能据此判断线圈中未产生电流，也不是电磁感应过程尚未开始，故CD错误。 故选B。 2．电与磁的研究，发展成了电磁场与电磁波的理论。关于电磁波下列说法正确的是（     ） A．光是以波动形式传播的一种电磁振动 B．手机通信使用的无线电波，其波长比可见光波长短 C．家用电器的遥控器发出的光是紫外线 D．麦克斯韦通过实验捕捉到了电磁波 【答案】A 【详解】A．光是一种电磁波，是以波动形式传播的电磁振动，故A正确； B．在真空中各种电磁波的传播速度相同，满足 手机通信所用无线电波的频率低于可见光，波长比可见光长，故B错误； C．家用电器的遥控器通常利用红外线传递信号，不是紫外线，故C错误； D．麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故D错误。 故选A。 3．关于电磁波和能量量子化，下列说法中正确的是（　　） A．普朗克认为微观粒子的能量是连续的 B．电磁波是麦克斯韦预言，而赫兹证实了电磁波 C．麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波 D．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 【答案】B 【详解】A．普朗克在1900年提出能量量子化假说，认为微观粒子的能量是离散的（即，其中为普朗克常数），而非连续的，故A错误； B．麦克斯韦于1865年通过方程组预言电磁波的存在，赫兹在1887年通过实验首次证实电磁波，故B正确； C．麦克斯韦方程组表明，均匀变化的电场产生恒定磁场（因变化率恒定），而恒定磁场不会激发电场，因此无法形成传播的电磁波，故C错误； D．在真空中，所有电磁波（包括无线电波、红外线、可见光、紫外线）的传播速度均为光速，速度相同；但波长从无线电波到紫外线依次变短（无线电波波长最长，紫外线波长最短），故D错误。 故选B。 4．英国物理学家麦克斯韦总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，得出诸多关于电磁场和电磁波的科学结论。下列关于电磁场和电磁波的说法中正确的是（　　） A．变化的电场所在空间一定会产生变化的磁场 B．电磁波和机械波一样，它们的传播需要介质 C．电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式 D．红外线、可见光、紫外线、超声波都是电磁波 【答案】C 【详解】A．变化的电场所在空间一定会产生磁场，不一定产生变化的磁场，因为均匀变化的电场所在空间会产生稳定的磁场，故A错误； B．电磁波的产生原理是变化磁场产生电场，变化的电场产生磁场，它的传播不需要传播介质，故B错误； C．电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式，故C正确； D．红外线、可见光、紫外线都是电磁波，超声波是机械波，不是电磁波，故D错误。 故选C。 5．为防范和打击利用无线电技术手段进行考试作弊行为，确保2024年普通高考公平顺利进行，各市无线电管理处周密部署，多措并举，全力以赴确保高考期间无线电安全。关于电磁波的特性，下列说法正确的是（　　） A．X射线有显著的化学作用，医院可用来杀菌消毒，也可用于进行人体透视 B．红外线波长短，分辨率高，侦察上可用红外线拍摄指纹照片 C．雷达发出或接收的电磁波受天气影响，在浓雾天能见度低的黑夜不能使用 D．空间站上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力 【答案】D 【详解】A．X射线没有显著的化学作用，不能用来杀菌消毒，但X射线有较强的穿透能力，用来进行人体透视，故A错误； B．侦察上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高，故B错误； C．电磁波的使用不受天气影响，故雷达在能见度低的黑夜一样使用，故C错误； D．红外线的热作用很强，有较好的穿透云雾烟尘的能力，可以制成热谱仪、红外线夜视仪等等，所以在空间站上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力，故D正确。 故选D。 6．利用所学物理知识，可以初步了解常用的一卡通(IC卡)的工作原理及相关问题。IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路，公交车上的读卡机(刷卡时“嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是（　　） A．IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池 B．IC卡内是一个LC振荡电路 C．读卡机发射任意频率的电磁波，IC卡都能有效工作 D．若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L不会产生感应电流 【答案】B 【详解】A．由题意可知，刷卡时IC卡内的线圈L发生电磁感应现象，人刷卡的机械能转化为电能，故A错误； B．IC卡内是一个LC振荡电路，接收到读卡机发射的电磁波，同时将自身数据信息发送给读卡机进行处理，故B正确； C．为了使IC卡中的感应电流达最大，应使LC电路产生电谐振，故只有发射特定频率的电磁波时，IC卡才能有效工作，故C错误； D．若电磁波的频率偏离该频率，L中仍可出现感应电流，但不会达到电谐振，故D错误。 故选B。 7．现代生活离不开电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．只有高温的物体才能发射红外线 B．赫兹首先用实验证实了电磁波的存在 C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播 D．在电磁波谱中，最容易发生明显衍射现象的是射线 【答案】B 【详解】A．任何物体都能发射红外线，选项A错误； B．赫兹首先用实验证实了电磁波的存在，选项B正确； C．电磁波可以在真空中传播，不依赖于介质传播，选项C错误； D．在电磁波谱中，射线波长最短，则最不容易发生明显衍射现象，选项D错误。 故选B。 8．如图甲所示为LC振荡电路，从t=0时刻开始，回路中的电流随时间的变化规律如图乙所示，规定电流沿顺时针方向为正方向。则下列说法正确的是（    ） A．0~t1时间内，两极板间的电压逐渐增大 B．t2时刻，LC振荡电路的电场能最小 C．t2~t3时间内，上极板的正电荷逐渐减少 D．t3~t4时间内，电容器正在充电，且下极板带负电 【答案】C 【详解】A．时间内，回路中的电流沿顺时针方向，且电流正在增大，电容器正在放电，两极板所带的电荷量逐渐减少，两极板间的电压正在减小，A错误； B．时刻，回路中的电流为零，LC振荡电路的磁场能最小，电场能最大，B错误； C．时间内，回路中的电流沿逆时针方向，且电流正在增大，电容器正在放电，上极板的电荷量逐渐减少，C正确； D．时间内，回路中的电流沿逆时针方向，且电流正在减小，电容器正在充电，电容器的下极板带正电，D错误。 故选C。 9．使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示。蓝牙通信的电磁波（　　） A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波长 C．在真空中的传播速度大小为 D．能在真空中传播 【答案】D 【详解】A．蓝牙通信的电磁波频率不在可见光频率范围内，不是蓝光，故A错误； B．蓝牙通信的电磁波频率比手机通信的电磁波频率大，由公式可知其波长比手机通信的电磁波短，故B错误； CD．电磁波在真空中的传播速度为 ，故C错误，D正确。 故选D。 10．产生5G无线电波的LC振荡电路某时刻的工作状态如图所示，则该时刻（     ） A．图示时刻，电容器两极板带的电荷量正在增加 B．图示时刻，线圈中磁场的方向向下 C．图示时刻，回路中的电流正在增大 D．在线圈中插入铁芯，振荡频率会变大 【答案】A 【详解】ABC．根据电流方向与电容极板的带电可知此时处于充电状态，电容器两极板带的电荷量正在增加，电流逐渐减小，线圈中磁场的方向向上，故A正确，BC错误； D．根据振荡频率公式 可知在线圈中插入铁芯，L增大，振荡频率会变小，故D错误； 故选A。 🚀能力跃升 11．（多选）电磁波的频率范围很广，按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。如图所示为某电磁波谱，下列说法正确的是（　　） A．移动电话使用无线电波进行Wi-Fi联网 B．短波宜采用地波的形式传播 C．紫外线具有的能量足以破坏细胞核中的物质 D．X射线的频率比γ射线的频率高 【答案】AC 【详解】A．移动电话使用无线电波进行Wi-Fi联网，A正确； B．短波的波长过短，绕过障碍物的能力较差，不宜采用地波的形式传播，B错误； C．紫外线频率较高，具有较高的能量，足以破坏细胞核中的物质，通常用于杀菌，C正确； D．X射线的波长比γ射线的波长长，频率比γ射线的频率低，D错误。 故选AC。 12．（多选）图中为测量储罐中不导电液体高度的电路，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的容C置于储罐中，电容C可通过开关S与电感L或电源相连。当开关从a拨到b时，由电感L与电容C构成的回路中产生的振荡电流如图乙所示。在平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定的条件下，下列说法正确的是（　　） A．储罐内的液面高度降低时电容器的电容减小 B．~时间内电容器放电 C．~时间内LC回路中磁场能逐渐转化为电场能 D．若电感线圈的自感系数变大，则LC回路振荡电流的频率将变小 【答案】AD 【详解】A．根据 ，储罐内的液面高度降低时ε减小，电容器的电容C减小，A正确； B．~时间内，电流减小，磁场减弱，磁场能减小，电场能增大，电容器充电，B错误； C．~时间内，电流增大，磁场增强，磁场能增大，电场能减小，LC回路中电场能逐渐转化为磁场能，C错误； D．根据，若电感线圈的自感系数L变大，则LC回路振荡电流的频率f将变小，D正确。 故选AD。 13．（多选）如图所示，一个LC振荡电路中，线圈的自感系数为L，电容器的电容为C，电路的振荡周期为T。从电容器上电压达到最大值开始计时，则有（   ） A．至少经过，磁场能达到最大 B．经过，磁场能达到最大 C．在时间内，电路中的平均电流是 D．若图示时刻A极板带正电，则磁场能正在向电场能转化 【答案】AD 【详解】D．图示时刻电容器正在充电，故磁场能正向电场能转化，故D正确. AB．经过，磁场能达到最大，故A正确，B错误； C．经过，根据电容的定义式有 则平均电流为 故C错误； 故选AD。 14．（多选）在如图所示的电路中，是直流电阻可以忽略的电感线圈，闭合开关，电路稳定后突然断开开关并开始计时，已知振荡电路的振荡周期为，则在时间内（　　） A．电容器在充电 B．电场能转化为磁场能 C．板所带的负电荷增加 D．产生的自感电动势增大 【答案】AD 【详解】ABC．电路稳定后，电容器被短路，带电荷量为0，断开开关，电感线圈与电容器构成回路，时间内电容器充电，磁场能转化为电场能，板带正电，选项A正确，BC错误； D．电容器充电过程两端的电压不断增大，产生的自感电动势始终等于电容器两端的电压，选项D正确。 故选AD。 15．（多选）随着科技的发展， 越来越多的手机用户选择使用蓝牙耳机， 手机与基站及耳机的通信如图所示。 若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波， 则以下说法正确的是（　　） A．甲、乙波的频率都比可见光的频率小 B．真空中， 甲波的传播速度比乙波的快 C．甲、乙波都是横波， 都能在真空中传播 D．甲波与乙波有可能发生干涉现象 【答案】AC 【详解】A．甲、乙波的波长比可见光大，根据 ，波长越大频率越小，所以甲、乙波的频率都比可见光的频率小，A正确； B．真空中， 甲波的传播速度等于乙波的传播速度，都等于3.0×108m/s，B错误； C．甲、乙波都是电磁波，电磁波都是横波， 都能在真空中传播，C正确； D．甲波与乙波的频率不相同，不能发生干涉现象，D错误。 故选AC。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 11.4 电磁场与电磁波 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 电磁场 考点02 电磁波 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1.知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。 2.了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息。 1.体验赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验过程及实验方法，会分析电场与磁场相互转化的规律。 2.体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。 考点01 电磁场 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)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 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　。 (2)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 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.电磁波 (1)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。 (2)电磁波的特点 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。 (3)电磁波的波速 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＝3×108 m/s。 【深化点拨】 一、电磁场 1．对变化的磁场产生电场的理解 (1)恒定的磁场不产生电场。 (2)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。 (3)不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场。 (4)周期性变化的磁场产生同频率变化的电场。 ①变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。 ②在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的，源于变化的磁场；而静电场中的电场线是不闭合的，源于电荷，由正电荷起到负电荷止。 2．变化的电场产生磁场 (1)现象及分析：电荷运动时，周围的小磁针摆动，说明小磁针所在处产生了另一个磁场，使小磁针发生摆动，这个磁场是由电荷运动在周围空间产生的变化的电场引起的，如图所示。 (2)假设：麦克斯韦根据自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场是对称的，他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。 二、电磁波 1．电磁波的产生 根据上述两个基本论点，麦克斯韦推断：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场。于是，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。 2．电磁波的特点 (1)电磁波是横波，在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相垂直且均与电磁波的传播方向垂直、如图所示。 (2)电磁波的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c＝3×108 m/s。电磁波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度。 (3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。 3．赫兹实验 1886年，赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了电磁波。 (1)赫兹的实验装置：如图所示。 (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了火花。 (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，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)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，通过测量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度c，证实了麦克斯韦的电磁场理论。 1．根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（　　） A．振荡的电场周围一定产生同频率变化的磁场 B．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 C．在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场 D．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 2．5G自动驾驶是基于5G通信技术实现网联式全域感知、协同决策与智慧云控，5G网络使用的无线电波通信频率是3.0GHz以上的超高频段和极高频段，比4G（通信频率在0.3GHz~3.0GHz间）拥有更大的带宽，则下列说法正确的是（    ） A．麦克斯韦通过自制的实验装置证实了电磁波的存在 B．在真空中5G信号比4G信号传播得更快 C．发射5G信号的LC振荡电路比发射4G信号的LC振荡电路的电感自感系数更大 D．5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更加密集的基站 3．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（     ） A．麦克斯韦认为，变化的电场一定产生变化的磁场 B．赫兹预言并通过实验证实了电磁波的存在 C．地面接收站要接收某频率的电磁波，需要对接收电路进行调频 D．在电磁波谱中，由LC振荡电路产生的电磁波容易发生明显衍射现象 考点02 电磁波 1．电磁波谱 (1)概念：按电磁波的 波长　或 频率　大小的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。 (2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为： 无线电波、红外线、可见光、紫外线　、X射线、γ射线。 (3)各种电磁波的特性 ①无线电波：用于 广播　、卫星通信、 电视　等信号的传输。 ②红外线：用于 加热理疗　等。 ③可见光：照亮自然界，也可用于 通信　。 ④紫外线：用于 灭菌消毒　。 ⑤X射线和γ射线：用于诊断病情、摧毁 病变的细胞　。 2．电磁波的能量 (1)光是一种电磁波，光具有能量。 (2)电磁波具有 能量　，电磁波是一种物质。 【深化点拨】 1．波的相关知识 (1)波峰、波谷：在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰；凹下的最低处叫作波谷。 (2)波长、频率、波速：邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长λ；频率f是指在1 s内波峰(或波谷)通过的次数；水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速v。三者之间的关系是v＝λf。 2．电磁波谱及排列 按电磁波的波长或频率大小的顺序把电磁波排列起来，就是电磁波谱。按波长由长到短依次为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 3．电磁波的能量及电磁波通信 (1)电磁波的能量 各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波，说明电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 (2)电磁波通信 随着计算机网络的发展和智能手机的出现，负责通话的电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息通信网络。而这些信息都是通过电磁波来传递的。 【规律方法】 产生的机理 特点 用途 无线电波 振荡电路中电子周期性运动产生 波动性强 通信、广播、导航等 红外线 原子的外层电子受激发后产生 热作用强 加热、遥测、遥感、红外线制导等 可见光 感光性强 照明、照相等 紫外线 化学作用荧光效应 杀菌消毒、治疗皮肤病等 X射线 原子的内层电子受激发后产生 穿透力强 检查、探测、透视、治疗等 γ射线 原子核受激发后产生 穿透力最强 探测、治疗等 1．（多选）电磁波的发射、传播及接收过程如图所示，下列说法正确的是（    ） A．信号源发射出的电磁波是由自由电子周期运动而产生的 B．电磁波发射装置主要由振荡器和开放电路两部分组成。振荡器的作用是产生高频振荡电流和对开放电路供给能量 C．能直接穿过电离层，以空间波的形式进行直线传播是短波，这种直线传播受大气的干扰小、能量损失少、信号强 D．调节频道主要是在调节LC电路中的电容C，改变其固有频率而产生“电谐振”现象 2．《太平广记》中记载到“魏时，殿前钟忽大鸣，震骇省署”，察其原因后得知“此蜀铜山崩，故钟鸣应之也”。下列四幅图对应的情景中涉及的物理原理与“山崩钟鸣”原理相同的是（　　） A．图1为行驶中摩托车弹簧减震器随摩托车运动而振动 B．图2为建筑工人手中的振捣器使水泥浆中的石子振动 C．图3为接收电磁波的调谐电路 D．图4为随扬声器纸盆振动而跳动的不同泡沫 3．“小蜜蜂”是老师上课常用的扩音设备，随着无线电技术的应用，很多老师用上了蓝牙“小蜜蜂”（蓝牙属于电磁波），麦克风与扩音器不用导线连接，老师拿着麦克风在教室中间说话，放在讲台上的扩音器也能工作。下列说法正确的是（　　） A．“小蜜蜂”只能接收来自麦克风的信号 B．麦克风发出蓝牙信号是因为其中有恒定电流产生的磁场 C．均匀变化的电场可以产生匀强磁场 D．麦克风回路可通过减小发射电磁波的波长来提高LC 振荡电路发射电磁波的本领 ⚡基础速刷 1．对下列电器工作原理或科学现象的描述，正确的是（     ） A．微波炉是利用电磁感应原理直接使食物温度升高的 B．手机无线充电的原理基于电磁感应，通过变化的磁场在线圈中产生电流 C．在科学研究的道路上经常会出现令人惋惜的遗憾。例如，1825年瑞士年轻物理学家科拉顿一个人在研究电磁现象时，实验装置如图所示，为避免磁铁的磁场对小磁针产生影响，他把实验装置放在两个房间，在右边房间里把磁铁反复插入线圈，然后跑到左边房间里观察，结果没有看到小磁针偏转。是因为该实验线圈中肯定没有电流产生 D．科拉顿没看到小磁针偏转，是因为当他跑到另一个房间时，电磁感应过程比他慢，还没开始 2．电与磁的研究，发展成了电磁场与电磁波的理论。关于电磁波下列说法正确的是（     ） A．光是以波动形式传播的一种电磁振动 B．手机通信使用的无线电波，其波长比可见光波长短 C．家用电器的遥控器发出的光是紫外线 D．麦克斯韦通过实验捕捉到了电磁波 3．关于电磁波和能量量子化，下列说法中正确的是（　　） A．普朗克认为微观粒子的能量是连续的 B．电磁波是麦克斯韦预言，而赫兹证实了电磁波 C．麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波 D．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 4．英国物理学家麦克斯韦总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，得出诸多关于电磁场和电磁波的科学结论。下列关于电磁场和电磁波的说法中正确的是（　　） A．变化的电场所在空间一定会产生变化的磁场 B．电磁波和机械波一样，它们的传播需要介质 C．电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式 D．红外线、可见光、紫外线、超声波都是电磁波 5．为防范和打击利用无线电技术手段进行考试作弊行为，确保2024年普通高考公平顺利进行，各市无线电管理处周密部署，多措并举，全力以赴确保高考期间无线电安全。关于电磁波的特性，下列说法正确的是（　　） A．X射线有显著的化学作用，医院可用来杀菌消毒，也可用于进行人体透视 B．红外线波长短，分辨率高，侦察上可用红外线拍摄指纹照片 C．雷达发出或接收的电磁波受天气影响，在浓雾天能见度低的黑夜不能使用 D．空间站上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力 6．利用所学物理知识，可以初步了解常用的一卡通(IC卡)的工作原理及相关问题。IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路，公交车上的读卡机(刷卡时“嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是（　　） A．IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池 B．IC卡内是一个LC振荡电路 C．读卡机发射任意频率的电磁波，IC卡都能有效工作 D．若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L不会产生感应电流 7．现代生活离不开电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．只有高温的物体才能发射红外线 B．赫兹首先用实验证实了电磁波的存在 C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播 D．在电磁波谱中，最容易发生明显衍射现象的是射线 8．如图甲所示为LC振荡电路，从t=0时刻开始，回路中的电流随时间的变化规律如图乙所示，规定电流沿顺时针方向为正方向。则下列说法正确的是（    ） A．0~t1时间内，两极板间的电压逐渐增大 B．t2时刻，LC振荡电路的电场能最小 C．t2~t3时间内，上极板的正电荷逐渐减少 D．t3~t4时间内，电容器正在充电，且下极板带负电 9．使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示。蓝牙通信的电磁波（　　） A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波长 C．在真空中的传播速度大小为 D．能在真空中传播 10．产生5G无线电波的LC振荡电路某时刻的工作状态如图所示，则该时刻（     ） A．图示时刻，电容器两极板带的电荷量正在增加 B．图示时刻，线圈中磁场的方向向下 C．图示时刻，回路中的电流正在增大 D．在线圈中插入铁芯，振荡频率会变大 🚀能力跃升 11．（多选）电磁波的频率范围很广，按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。如图所示为某电磁波谱，下列说法正确的是（　　） A．移动电话使用无线电波进行Wi-Fi联网 B．短波宜采用地波的形式传播 C．紫外线具有的能量足以破坏细胞核中的物质 D．X射线的频率比γ射线的频率高 12．（多选）图中为测量储罐中不导电液体高度的电路，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的容C置于储罐中，电容C可通过开关S与电感L或电源相连。当开关从a拨到b时，由电感L与电容C构成的回路中产生的振荡电流如图乙所示。在平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定的条件下，下列说法正确的是（　　） A．储罐内的液面高度降低时电容器的电容减小 B．~时间内电容器放电 C．~时间内LC回路中磁场能逐渐转化为电场能 D．若电感线圈的自感系数变大，则LC回路振荡电流的频率将变小 13．（多选）如图所示，一个LC振荡电路中，线圈的自感系数为L，电容器的电容为C，电路的振荡周期为T。从电容器上电压达到最大值开始计时，则有（   ） A．至少经过，磁场能达到最大 B．经过，磁场能达到最大 C．在时间内，电路中的平均电流是 D．若图示时刻A极板带正电，则磁场能正在向电场能转化 14．（多选）在如图所示的电路中，是直流电阻可以忽略的电感线圈，闭合开关，电路稳定后突然断开开关并开始计时，已知振荡电路的振荡周期为，则在时间内（　　） A．电容器在充电 B．电场能转化为磁场能 C．板所带的负电荷增加 D．产生的自感电动势增大 15．（多选）随着科技的发展， 越来越多的手机用户选择使用蓝牙耳机， 手机与基站及耳机的通信如图所示。 若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波， 则以下说法正确的是（　　） A．甲、乙波的频率都比可见光的频率小 B．真空中， 甲波的传播速度比乙波的快 C．甲、乙波都是横波， 都能在真空中传播 D．甲波与乙波有可能发生干涉现象 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $