11.4 电磁场与电磁波（重难点专练）物理沪科版必修第三册

**基本信息** 以电磁场与电磁波核心概念为纲，通过题型分类构建“概念辨析-规律应用-科技实践”的知识逻辑链，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |电磁场|6题（1-6）|麦克斯韦理论辨析（变化场产生场的类型、电场磁场关系）|从变化磁场产生电场到变化电场产生磁场，构建场的相互作用观念| |电磁波|6题（7-12）|电磁波性质、传播及应用（速度、横波、偏振、LC振荡电路）|由电磁波产生原理到特点、实验验证，形成完整电磁波认知体系|

11.4 电磁场与电磁波（题型突破） 题型01 电磁场 题型02 电磁波 ▌题型01 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。 1．（多选）下列说法正确的是（    ） A．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 B．单摆做简谐运动的周期（或频率）跟振幅及摆球质量无关 C．当波源与观察者靠近时，观测者测得的频率等于波源频率 D．为了清晰拍摄玻璃橱窗内的物品，应选用有偏振片的相机镜头 【答案】BD 【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，选项A错误； B．单摆做简谐运动的周期（或频率）只与摆长和当地的重力加速度有关，跟振幅及摆球质量无关，选项B正确； C．根据多普勒效应，当波源与观察者靠近时，观测者测得的频率大于波源频率，选项C错误； D．由于反射光是偏振光，在拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃的反射光，选项D正确。 故选BD。 2．有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置。下列说法正确的是（　　） A．X射线的波长比红外线的波长更长 B．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 C．医院里经常利用红外线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗 D．变化的磁场会产生电场，均匀变化的磁场会产生均匀变化的电场 【答案】B 【详解】A．由电磁波谱可知，红外线的波长比X射线的波长，A错误； B．电磁波在真空中传播时的速度为光速，与电磁波的频率无关，B正确； C．医院里经常利用射线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗，C错误； D．麦克斯韦认为周期性变化的电场在周围能够引起周期性变化的磁场，而均匀变化的电场只能激发恒定的磁场，D错误。 故选B。 3．太赫兹通信作为实现6G（第六代通信技术）愿景的关键技术，已得到全球通信业认可，2023年4月，我国成功完成了太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，实现重大技术突破，为6G通信技术的发展提供了重要保障和支撑，该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，关于该实验信号与5G信号下列说法正确的是（　　） A．该实验信号和5G信号都属于电磁波，且都可能是纵波 B．该实验信号和5G信号都一定具有偏振现象 C．该实验信号相比5G信号光子能量更小 D．该实验信号相比5G信号在真空中的传播速度更小 【答案】B 【详解】AB．该实验信号和5G信号都是电磁波。由于电磁波是横波，都具有偏振现象，故A错误，B正确； C．该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，根据 可知，该实验信号相比5G信号光子能量更大，故C错误； D．所有电磁波在真空的传播速度都为光速，故D错误。 故选B。 4．下列关于电磁场、电磁波的说法中正确的是（    ） A．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 B．电磁波在不同介质中的传播速度大小都相同 C．人们利用电磁波传递信息或者能量 D．电磁场仅仅是一种描述方式，不是真正的物质存在 【答案】C 【详解】A．变化的电场周围一定存在磁场，变化的磁场周围一定存在电场，选项A错误； B．电磁波在不同介质中的传播速度大小不相同，选项B错误； C．人们利用电磁波传递信息或者能量，选项C正确； D．电磁场是真正存在的物质，选项D错误。 故选C。 5．“天宫课堂第四课”于2023年9月21日15时45分开课。神舟十六号航天员景海鹏，朱杨柱，桂海潮面向全国青少年进行太空科普授课，信号的传递主要利用天线发射和接收电磁波。下列说法正确的是（　　） A．麦克斯韦预言了电磁波的存在并通过实验成功验证 B．在电磁波传播过程中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化 C．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 D．电磁波频率的高低不影响电磁波的发射 【答案】B 【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．根据麦克斯韦电磁场理论，在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化，故B正确； C．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，故C错误； D．电磁波频率越高，电磁波越容易发射，故D错误； 故选B。 6．（多选）根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（　　） A．电场一定能产生磁场，磁场也一定能产生电场 B．变化的电场一定产生磁场 C．稳定的电场也可以产生磁场 D．变化的磁场一定产生电场 【答案】BD 【详解】根据麦克斯韦电磁场理论可知，变化的电场一定产生磁场，稳定的电场不产生磁场，变化的磁场一定产生电场。 故选BD。 ▌题型02 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。 7．关于电磁波，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无关 B．稳定的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．电磁波在传播过程中不能发生反射和折射 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 【答案】A 【详解】A．电磁波在真空中的传播速度恒定，与频率无关，故A正确； B．根据麦克斯韦电磁理论可知，周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，故B错误； C．电磁波也是波的一种，具有波的一切特性，可以发生反射和折射，故C错误； D．电磁波可以在介质中传播，所以可以根据电缆、光缆进行有线传播，也可以不需要介质进行传播，即无线传播，故D错误。 故选A。 8．在2020年特殊的经济形势下，“新基建”的七大产业担负起了国家经济发展的重大使命，“5G”产业是其中一项。到2024年4月，5G用户的占比已超5成。时至今日，5G网络建设仍在持续推进中。“5G”手机通过电磁波与基站之间进行信息传递，以下有关说法中不正确的是（　　） A．“隔墙有耳”是波的衍射现象，5G同样具有“穿墙”性能 B．电磁波既能传递信息也能传递能量 C．“5G”比“4G”传递信息更快，是因为它所使用的电磁波的波速更快 D．先进的“5G”手机，使用过程中也会发热，是因为工作过程中部分电能转化为内能 【答案】C 【详解】A．“隔墙有耳”是波的衍射现象，5G具有相似的“穿墙”性能，选项A正确； B．电磁波既可以传递信息，又可以传递能量，例如微波炉就是利用电磁波传递能量的，选项B正确； C．5G和4G技术使用的电磁波在真空中传播速度都一样，都为，选项C错误； D．在使用手机的过程中，由于手机有一定的电阻，根据焦耳定律可知，会产生一定的热量，即一部分电能转化为内能，选项D正确。 此题选择不正确的，故选C。 9．2023年1月9日，香港玩具展正式开展，参展企业以各自优质新品接治新老客户，共商新一年的合作发展。如图所示为参展的某个智能玩具内LC振荡电路部分。已知线圈自感系数，电容器电容，以图中电容开始放电时设为零时刻（取），上极板带正电，下极板带负电，则（　　） A．LC振荡电路的周期 B．当时，电容器上极板带正电 C．当时，电路中电流方向为逆时针 D．当时，电场能正转化为磁场能 【答案】C 【详解】A．由周期公式 故A错误； B．当此时电容器反向充满电，所以电容器上极板带负电，故B错误； C．当时，是之间，电容器正在放电，所以电流方向为逆时针，故C正确； D．当时，介于与之间，电容器正在充电，磁场能转化为电场能，故D错误。 故选C。 10．如图甲所示，在LC振荡电路中，通过P点的电流变化规律如图乙所示，且把由P经L流向Q的方向规定为电流i的正方向，则（    ） A．0.5s至1s时间内，电容器C在放电 B．0.5s至1s时间内，电容器C的下极板带正电 C．1s至1.5s时间内，Q点的电势比P点的电势低 D．1s至1.5s时间内，磁场能正在转化成电场能 【答案】B 【详解】AB．0.5s至1s时间内，电流为正方向且在减小，所以振荡电流是充电电流，充电电流是由负极板向正极板，故电容器C的下极板带正电，故A错误B正确； CD．1s至1.5s时间内，电流为负方向且在增大，所以振荡电流是放电电流，放电电流是由正极板流向负极板，所以电流由Q流向P，在外电路，电流从高电势流向低电势，所以Q点的电势比P点的电势高，放电过程中，由能量守恒定律知，电场能转化成磁场能，故CD错误。 故选B。 11．（多选）下列关于电磁波的说法，正确的是（     ） A．电磁波由电磁场发生区域向远处传播 B．电磁波在任何介质中的传播速度均为 C．电磁波只能有线传播 D．电磁波的传播是伴随着能量向外传递的 【答案】AD 【详解】A．变化的电场和磁场相互激发，电磁场由发生区域向远处传播形成电磁波，故A正确； B．电磁波在真空中的传播速度等于光速，即；在介质中传播速度与介质有关，通常小于真空中的传播速度，故B错误； C．电磁波既能沿导线传播，也能在空间中传播，故C错误； D．电磁波传播时伴随着能量向外传递，故D正确。 故选AD。 12．关于电磁振荡和电磁波，下列说法正确的是（　　） A．均匀变化的电场产生磁场，均匀变化的磁场产生电场，就能形成电磁波 B．雷达利用电磁波探测物体，使用的电磁波是长波 C．在LC振荡电路中，电容器的电容越大，电磁振荡的频率越小 D．用X射线检查人体内部是否发生病变，是利用它具有很强的电离性 【答案】C 【详解】A．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场能产生电场，变化的电场产生磁场，而且均匀变化的磁场产生恒定不变的电场，同理均匀变化的电场产生恒定不变的磁场，故A错误； B．雷达利用电磁波探测物体，使用的电磁波是微波，故B错误； C．由可知，在LC振荡电路中，电容器的电容越大，电磁振荡的频率越小，故C正确； D．用X射线检查人体内部是否发生病变，是利用它具有很强的穿透能力；故D错误。 故选C。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 11.4 电磁场与电磁波（题型突破） 题型01 电磁场 题型02 电磁波 ▌题型01 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。 1．（多选）下列说法正确的是（    ） A．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 B．单摆做简谐运动的周期（或频率）跟振幅及摆球质量无关 C．当波源与观察者靠近时，观测者测得的频率等于波源频率 D．为了清晰拍摄玻璃橱窗内的物品，应选用有偏振片的相机镜头 2．有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置。下列说法正确的是（　　） A．X射线的波长比红外线的波长更长 B．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 C．医院里经常利用红外线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗 D．变化的磁场会产生电场，均匀变化的磁场会产生均匀变化的电场 3．太赫兹通信作为实现6G（第六代通信技术）愿景的关键技术，已得到全球通信业认可，2023年4月，我国成功完成了太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，实现重大技术突破，为6G通信技术的发展提供了重要保障和支撑，该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，关于该实验信号与5G信号下列说法正确的是（　　） A．该实验信号和5G信号都属于电磁波，且都可能是纵波 B．该实验信号和5G信号都一定具有偏振现象 C．该实验信号相比5G信号光子能量更小 D．该实验信号相比5G信号在真空中的传播速度更小 4．下列关于电磁场、电磁波的说法中正确的是（    ） A．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 B．电磁波在不同介质中的传播速度大小都相同 C．人们利用电磁波传递信息或者能量 D．电磁场仅仅是一种描述方式，不是真正的物质存在 5．“天宫课堂第四课”于2023年9月21日15时45分开课。神舟十六号航天员景海鹏，朱杨柱，桂海潮面向全国青少年进行太空科普授课，信号的传递主要利用天线发射和接收电磁波。下列说法正确的是（　　） A．麦克斯韦预言了电磁波的存在并通过实验成功验证 B．在电磁波传播过程中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化 C．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 D．电磁波频率的高低不影响电磁波的发射 6．（多选）根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（　　） A．电场一定能产生磁场，磁场也一定能产生电场 B．变化的电场一定产生磁场 C．稳定的电场也可以产生磁场 D．变化的磁场一定产生电场 ▌题型02 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。 7．关于电磁波，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无关 B．稳定的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．电磁波在传播过程中不能发生反射和折射 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 8．在2020年特殊的经济形势下，“新基建”的七大产业担负起了国家经济发展的重大使命，“5G”产业是其中一项。到2024年4月，5G用户的占比已超5成。时至今日，5G网络建设仍在持续推进中。“5G”手机通过电磁波与基站之间进行信息传递，以下有关说法中不正确的是（　　） A．“隔墙有耳”是波的衍射现象，5G同样具有“穿墙”性能 B．电磁波既能传递信息也能传递能量 C．“5G”比“4G”传递信息更快，是因为它所使用的电磁波的波速更快 D．先进的“5G”手机，使用过程中也会发热，是因为工作过程中部分电能转化为内能 9．2023年1月9日，香港玩具展正式开展，参展企业以各自优质新品接治新老客户，共商新一年的合作发展。如图所示为参展的某个智能玩具内LC振荡电路部分。已知线圈自感系数，电容器电容，以图中电容开始放电时设为零时刻（取），上极板带正电，下极板带负电，则（　　） A．LC振荡电路的周期 B．当时，电容器上极板带正电 C．当时，电路中电流方向为逆时针 D．当时，电场能正转化为磁场能 10．如图甲所示，在LC振荡电路中，通过P点的电流变化规律如图乙所示，且把由P经L流向Q的方向规定为电流i的正方向，则（    ） A．0.5s至1s时间内，电容器C在放电 B．0.5s至1s时间内，电容器C的下极板带正电 C．1s至1.5s时间内，Q点的电势比P点的电势低 D．1s至1.5s时间内，磁场能正在转化成电场能 11．（多选）下列关于电磁波的说法，正确的是（     ） A．电磁波由电磁场发生区域向远处传播 B．电磁波在任何介质中的传播速度均为 C．电磁波只能有线传播 D．电磁波的传播是伴随着能量向外传递的 12．关于电磁振荡和电磁波，下列说法正确的是（　　） A．均匀变化的电场产生磁场，均匀变化的磁场产生电场，就能形成电磁波 B．雷达利用电磁波探测物体，使用的电磁波是长波 C．在LC振荡电路中，电容器的电容越大，电磁振荡的频率越小 D．用X射线检查人体内部是否发生病变，是利用它具有很强的电离性 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $