4.2 电磁场与电磁波-《学霸笔记·同步精讲》2026-2027学年高中物理选择性必修第二册教师用书配套课件（人教版）

2.电磁场与电磁波 第四章　电磁振荡与电磁波 1 素养目标 1. 知道麦克斯韦的电磁场理论及电磁场概念，理解电磁场形成的原理。 （物理观念） 2. 理解电磁波的产生过程及特点。（物理观念） 3. 体会赫兹实验的科学论证方法。（科学探究） 2 目 录 CONTENTS 知识点一　电磁场 知识点二　电磁波 课时作业 3 知识点一　电磁场 目 录 4 　如图所示，磁体相对闭合导体上下运动时，闭合导体中的自由电子做定 向移动，是受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电场？ 提示：磁体上、下运动时，导体中自由电子定向移动，说明电子受到静电 力作用，即导体处在电场中。磁体的上、下运动使导体处在变化的磁场 中，这表明变化的磁场周围产生了电场。 目 录 物 理·选择性必修第二册 1. 麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设 （1）变化的磁场产生 ⁠。 （2）变化的电场产生 ⁠。 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。 电场　 磁场　 目 录 物 理·选择性必修第二册 （1）在电场周围，一定存在着和它联系着的磁场。 （　×　） （2）在变化的磁场周围一定会产生电场。 （　√　） （3）周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场。 （　√　） × √ √ 目 录 物 理·选择性必修第二册 　图甲、乙、丙为三个电场的E-t图像，图丁、戊、己为三个磁场的B-t 图像。 目 录 物 理·选择性必修第二册 根据麦克斯韦的电磁场理论，完成下列任务： （1）图甲、乙、丙所示的电场能否产生磁场？产生的磁场有什么特点？ 提示： 题图甲中的电场是恒定的，不会产生磁场。题图乙中的电场 是均匀变化的，会产生恒定的磁场。题图丙中的电场是周期性变化的，它 能产生同频率周期性变化的磁场。 （2）图丁、戊、己所示的磁场能否产生电场？产生的电场有什么特点？ 提示： 题图丁中的磁场是恒定的，不会产生电场。题图戊中的磁场 是均匀变化的，会产生恒定的电场。题图己中的磁场是周期性变化的，它 能产生同频率周期性变化的电场。 目 录 物 理·选择性必修第二册 1. 麦克斯韦电磁场理论的理解 目 录 物 理·选择性必修第二册 2. 对电磁场的理解 （1）电磁场的产生：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，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场一环 套一环，如图所示。 （2）电磁场并非是简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可分割 的统一整体。在电磁场示意图中，电场E（矢量）和磁场B（矢量）在空间 相互激发时，相互垂直，以光速c在真空中传播。 目 录 物 理·选择性必修第二册 〔多选〕关于电磁场的理论，下列说法中正确的是（　BD　） A. 变化的电场周围产生的磁场一定是变化的 B. 变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的 C. 均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的 D. 振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场 解析：变化的电场产生磁场有两层含义：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。振荡的电场产生同频率的振荡 磁场。均匀变化的磁场产生恒定的电场，故B、D正确，A、C错误。 BD 目 录 物 理·选择性必修第二册 　〔多选〕如图所示，有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管，半 径为R；有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处于竖直向上的磁场 中。要使带电粒子由静止开始沿管做圆周运动，所加磁场可能是（　　） A. 匀强磁场 B. 均匀增加的磁场 C. 均匀减少的磁场 D. 由于洛伦兹力不做功，不管加什么磁场都不能使带电粒子运动 √ √ 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　恒定的磁场对静止的电荷不产生力的作用，但当磁场变化时可 产生电场，电场对带电粒子产生电场力的作用。带电粒子在电场力的作用 下可以产生加速度，使其沿管做圆周运动，B、C正确。 目 录 物 理·选择性必修第二册 知识点二　电磁波 目 录 15 1. 电磁波的产生：变化的 和 交替产生，由近及远地向周 围传播，形成电磁波。 2. 电磁波的特点 电场　 磁场　 （1）电磁波的传播，靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠 ⁠ 的机械传递。 介质　 （2）电磁波在真空中的传播速度跟光速相同，即v真空＝c＝3.0×108 m/s。 光是电磁波。 目 录 物 理·选择性必修第二册 （3） 电磁波在真空传播时，它的电场强度E与磁感应强度 B互相 ⁠且均与传播方向 。如图所示。 垂直　 垂直　 （4）电磁波在传播过程中 不变，始终与振荡电路的频率 ⁠ ，它由波源决定，与介质 ⁠。 频率　 相 同　 无关　 （5）电磁波能产生反射、折射、 、偏振和 等现象，电 磁波也是传播 的一种形式。 （6）电磁波的波速c、波长λ及频率f之间的关系：c＝λf。 （7）麦克斯韦 了电磁波的存在，赫兹通过实验 ⁠了电磁 波的存在。 干涉　 衍射　 能量　 预言　 证实　 目 录 物 理·选择性必修第二册 【微思考】 　如图所示的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球A、B间有电火花 时，导线环上两小球间也会产生电火花。 这个实验证实了什么问题？ 提示：当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，而且这种 变化的电磁场可以在空中传播。 目 录 物 理·选择性必修第二册 　2030年左右中国人将要实现登月梦想。如图假设为将来登月的两名 宇航员。 目 录 物 理·选择性必修第二册 （1）两名宇航员能直接面对面说话交流吗？能利用无线电（电磁波）设 备交流吗？为什么？ 提示： 因为月球周围没有空气，声波的传播需要介质，而电磁波可 以在真空中传播，所以两名宇航员不能直接面对面说话交流，但是能利用 无线电（电磁波）设备交流。 （2）电磁波是横波还是纵波？电磁波在真空和介质中的传播速度相同 吗？ 提示： 电磁波是横波，电磁波在真空和介质中的传播速度不相同。 目 录 物 理·选择性必修第二册 1. 对电磁波的理解 （1）电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。在真空中，不同频率 的电磁波传播速度是相同的（等于光速）。 （2）不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越 高，波速越小。 目 录 物 理·选择性必修第二册 2. 电磁波与机械波的比较 机械波 电磁波 产生 机理 由质点（波源）的振动 产生 由电磁振荡激发 传播 情况 可以是横波，也可以是 纵波，传播需要介质， 波速与介质有关，与频 率无关 是横波，传播不需要介质，在真空中 传播的波速等于光速c，在介质中的波 速与介质、频率都有关 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 波动性 可以发生干涉和衍射等现象 目 录 物 理·选择性必修第二册 角度1　电磁波的理解 〔多选〕（2026·福建厦门期中）“中国天眼”位于贵州的大山深处， 是500 m口径球面射电望远镜（FAST）。它通过接收来自宇宙深处的电磁 波，探索宇宙。下列说法正确的是（　BD　） A. 电磁波在任何介质里传播速度均为3×108 m/s B. 不同频率的电磁波在真空中传播的速度相同 C. 英国物理学家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. 德国物理学家赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论 BD 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析：电磁波在不同介质中的传播速度不同，其在真空中传播的速度都为 3×108 m/s，A错误，B正确；麦克斯韦认为周期性变化的电场激发出周期 性变化的磁场，空间将产生电磁波，C错误；赫兹通过实验捕捉到电磁 波，证实了麦克斯韦的电磁理论，D正确。 目 录 物 理·选择性必修第二册 角度2　电磁波与机械波的比较 〔多选〕图示为神舟十八号、神舟十九号两个乘组的航天员“太空会 师”，航天员能与地面工作人员保持实时联络，直播画面通过电磁波传送 到地面。下列关于电磁波和声波的说法正确的是（　AC　） AC A. 电磁波是横波，声波是纵波 B. 电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 C. 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验验证了 电磁波的存在 D. 航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播 速度 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析：电磁波的传播方向和振动方向垂直，是横波，声波的传播方向和振 动方向平行，是纵波，故A正确；电磁波的传播不依赖介质，声波是机械 波，只能在介质中传播，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹 用实验验证了电磁波的存在，故C正确；电磁波在真空中的传播速度为光 速，声波在空气中的传播速度为340 m/s，两者差距很大，故D错误。 目 录 物 理·选择性必修第二册 课时作业 目 录 27 知识点一　电磁场 1. 〔多选〕下列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变化的电场 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. 变化的磁场周围一定存在电场，但变化的电场周围不存在磁场 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ √ 目 录 物 理·选择性必修第二册 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，A正确；周期性变化的磁场产生的 电场一定也是周期性变化的，且频率相同，B正确；变化的电场和变化的 磁场相互关联，形成电磁场，C错误；变化的磁场产生电场，变化的电场 产生磁场，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 2. （人教选择性必修第二册教材P88·A组T1改编）下列四图表示原磁场或 电场以及可能产生的电场或磁场，根据麦克斯韦电磁场理论判断，下列说 法正确的是（　　） A. 图1可能产生图3 B. 图2可能产生图3 C. 图4可能产生图1 D. 图3可能产生图2 √ 解析： 　麦克斯韦电磁场理论表明，均匀变化的电场产生恒定不变的磁 场，均匀变化的磁场产生恒定的电场，题图3可能产生题图2，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 3. （2025·河南开封期末）如图甲所示， 在变化的磁场中放置一个闭合电路，电 路里产生了感应电流；如图乙所示，空 间存在变化的磁场，其周围产生感应电场。下列说法正确的是（　　） A. 甲、乙两图一定能持续产生电磁波 B. 甲图从上向下看，电子在回路中沿顺时针方向运动 C. 甲图中闭合电路的存在只是提供了观测电场存在的手段，即使没有闭合 电路空间仍能产生电场 D. 变化的磁场周围产生电场，与闭合电路是否存在有关 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　若甲、乙两图中的磁场均匀变化，就会产生稳定的电场，稳定 的电场不会产生磁场，就不会产生电磁波，故A错误；甲图从上向下看， 感应电流沿顺时针方向，电子在回路中沿逆时针方向运动，故B错误；变 化的磁场周围产生电场是一种普遍存在的现象，与闭合电路是否存在无 关，甲图中闭合电路的存在只是提供了观测电场存在的手段，即使没有闭 合电路空间仍能产生电场，故C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 知识点二　电磁波 4. （2026·河南焦作期中）以下电流或磁场，能够激发电磁波的是（　　） √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　根据麦克斯韦的电磁场理论可知周期性变化的电流→周期性变 化的磁场→周期性变化的电场，故A正确；恒定电流产生恒定磁场，不能 产生电磁波，故B错误；恒定磁场不产生电场，故C错误；均匀变化的磁场 产生恒定电场，不能产生电磁波，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 5. （2026·四川泸州期末）小聪用梳子梳头发，梳子带上了负电荷。下列 说法正确的是（　　） A. 梳头发时有电子从头发转移到梳子 B. 梳头发时有电子从梳子转移到头发 C. 带电的梳子静止不动会产生电磁波 D. 带电的梳子匀速运动会产生电磁波 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　梳子梳头发，梳子带上了负电荷，表明梳子得到电子，在梳子 与头发摩擦起电过程中，电子从头发转移到梳子，导致梳子带负电、头发 带正电，故A正确，B错误；带电的梳子静止不动产生静电场，不会产生电 磁波，故C错误；带电的梳子匀速运动，形成恒定电流，产生恒定磁场， 不会产生电磁波，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 6. （2025·河北保定期末）下列关于电磁波的叙述中，正确的是（　　） A. 电磁波的频率都相同 B. 电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s C. 电磁波不能在真空中传播，且只能传递声音信号，不能传递图像信号 D. 电磁波具有波的一切特征 √ 解析： 　不同的电磁波，波长不同，频率不同，故A错误；电磁波只有在 真空中传播时，其速度才为3×108 m/s，故B错误；电磁波传播不需要介 质，可在真空中传播，电磁波既能传递声音信号，又能传递图像信号，故 C错误；因为电磁波也是一种波，故电磁波具有波的一切特征，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 7. 〔多选〕下列关于机械波和电磁波的说法正确的是（　　） A. 机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用 B. 机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象 C. 机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播 D. 机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波 √ √ √ 解析： 　机械波和电磁波有相同之处，也有本质区别，但v＝λf都适 用，A正确；机械波和电磁波都具有干涉和衍射现象，B正确；机械波的传 播依赖于介质，电磁波可以在真空中传播，C正确；机械波有横波和纵 波，而电磁波是横波，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 8. （2025·河南信阳期末）下列选项关于甲、乙、丙、丁四幅图的说法正 确的是（　　） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 A. 库仑利用图甲所示的实验装置测出了引力常量 B. 奥斯特利用图乙所示的实验，发现了“磁生电”现象 C. 法拉第通过图丙所示的实验线圈，发现了电磁感应现象 D. 赫兹通过图丁所示的实验捕捉到了电磁波，并证实了自己关于“电磁 波”的预言 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　图甲所示的实验是库仑发现库仑定律的实验，引力常量是卡文 迪许实验测出的，故A错误；图乙所示的实验是奥斯特研究电流磁效应的 实验，奥斯特通过实验研究，发现了电流周围存在磁场，故B错误；法拉 第通过图丙所示的实验线圈，发现了电磁感应现象，故C正确；赫兹通过 图丁所示的实验捕捉到了电磁波，并证实了麦克斯韦关于“电磁波”的预 言，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 9. 〔多选〕（2025·湖北荆州期末）如图甲所示，塑料制成的光滑细圆环 水平固定放置，环上套一个带正电的电荷量为q的小球（视为质点）处于 静止状态，磁感应强度大小为B的匀强磁场方向竖直向上，环面的面积为 S；英国物理学家麦克斯韦认为，变化的磁场会在周围的空间激发出感生 电场，如图乙所示，空间存在竖直向上均匀增加的匀强磁场，周围产生的 环形电场线从上向下看沿顺时针，同一个圆周上的电场强度大小相等，下 列说法正确的是（　　） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 A. 对甲图，若磁场竖直向上均匀增加，则塑料圆环内部不会产生感应电 流 B. 对甲图，若磁场竖直向下均匀增加，从上向下看小球会沿顺时针方向转 动 C. 乙图说明，任何磁场周围都会产生电场，与闭合电路是否存在无关 D. 对甲图，若磁场竖直向上均匀增加的变化率为k，则小球运动一周，静 电力做的功为kSq √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　对题图甲，若磁场竖直向上均匀增加，则在金属圆环上会产生 感应电流，而塑料圆环不会产生感应电流，A项正确；对题图甲，若磁场 竖直向下均匀增加，对比题图乙，塑料圆环上产生的环形电场线从上向下 看沿逆时针，则带正电的小球受到沿逆时针方向的静电力，小球会沿逆时 针方向转动，B项错误；题图乙说明，只有变化磁场的周围才会产生电 场，与闭合电路是否存在无关，C项错误；由法拉第电磁感应定律可得均 匀变化的磁场产生的感应电动势为E＝＝kS，由静电力做功的定义W＝ Uq，可得小球转动一周，静电力对小球做的功为W＝kSq，D项正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 10. 5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一是具有超 高速的数据传输速率。5G信号一般采用3.3×109～6×109 Hz频段的电磁 波，而第四代移动通信技术4G的频段范围是1.88×109～2.64×109 Hz，则 （　　） A. 5G信号比4G信号所用的电磁波在真空中传播得更快 B. 5G信号是横波，4G信号是纵波 C. 空间中的5G信号和4G信号会产生干涉现象 D. 5G信号相比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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故5G信号与4G信号 所用的电磁波在真空中的传播速度相同，故A错误；5G信号与4G信号的电 磁波都为横波，故B错误；5G信号和4G信号的频率不一样，不能发生干涉 现象，故C错误；5G信号的频率更高，则波长更小，故5G信号更不容易发 生明显的衍射现象，因此5G信号相比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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 11. 〔多选〕麦克斯韦在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场 理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。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，即变化的电场产生磁 场。以平行板电容器为例：圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间 电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电 电流时所产生的磁场。若某时刻连接电容器和电阻R的导线中电流i的方向 如图中所示，则下列说法正确的是（　　） A. 两平行板间的电场正在增强 B. 该变化电场产生逆时针方向（俯视）的磁场 C. 该变化电场产生的磁场越来越弱 D. 电路中的电流正比于板间的电场强度的大小 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　由电容器中电场方向可知电容器的上极板带负电，下极板带正 电，电流是由下极板通过电阻R流向上极板，故电容器正在放电，电容器 的电荷量正在减少，两平行板间的电压减小，其中的电场正在减弱，故A 错误；由题意可知产生的磁场相当于由上极板直接流向下极板的电流所产 生的磁场，由安培定则可知，产生的磁场为顺时针方向（俯视），故B错 误；两平行板间的电压减小，由欧姆定律可知，通过电阻R的电流减小， 由题意，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时 所产生的磁场，故该变化电场产生的磁场越来越弱，故C正确；设电容器的电压为U，板间距离为d，板间电场强度的大小为E，则有E＝，而电路中的电流为I＝＝，可知电路中的电流正比于板间电场强度的大小，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 目 录 物 理·选择性必修第二册 $