2019-2020学年新一线导学同步高中物理(课件 讲义 章末总结 章末检测卷,物理核心素养) (4)

1电磁波的发现[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道麦克斯韦电磁场理论.2.了解电磁波的基本特点、发现过程及传播规律，知道电磁波与机械波的区别．科学态度与责任：1.了解电磁波的发现对人类文明的影响.2.了解麦克斯韦电磁场理论在物理学发展史上的意义．一、伟大的预言1．变化的磁场产生电场(1)实验基础：如图1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．图1(2)麦克斯韦的见解：电路里感应电流的产生，一定是变化的磁场产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动．(3)实质：变化的磁场产生了电场．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．二、电磁波1．电磁波的产生：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波．2．电磁波是横波：根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度和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．3．电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本性，他预言电磁波的速度等于光速．三、赫兹的电火花赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，为了纪念他，把频率的单位定为赫兹．判断下列说法的正误．(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变化的电场．(×)(3)电磁波不能在真空中传播．(×)(4)电磁波是横波．(√)一、麦克斯韦电磁场理论1．电子感应加速器是用来获得高速电子的装置，其基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电磁铁线圈中通入变化的电流，真空室中的带电粒子就会被加速，其速率会越来越大．请思考：带电粒子受到什么力的作用而被加速？如果线圈中通以恒定电流会使粒子加速吗？这个现象告诉我们什么道理？答案带电粒子受到电场力作用做加速运动．线圈中通入恒定电流时，带电粒子不会被加速．变化的磁场能产生电场．2．用导线将手摇发电机与水平放置的平行板电容器两极相连，平行板电容器两极板间的距离为4 cm左右，在下极板边缘放上几个带绝缘底座的可转动小磁针，当摇动发电机给电容器充电或电容器放电时，小磁针发生转动，充电结束或放电结束后，小磁针静止不动．请思考：小磁针受到什么力的作用而发生转动？这个现象告诉我们什么道理？答案小磁针受到磁场力的作用而转动．变化的电场产生磁场．对麦克斯韦电磁场理论的理解(1)变化的磁场产生电场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．例1关于电磁场理论，下列说法正确的是()A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B．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C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场答案 D解析根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场．[学科素养]例1涉及对麦克斯韦电磁场理论的理解．学生需要认识到：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．本题考查了学生灵活运用相关知识解决实际问题的能力，体现了“科学思维”的学科素养．针对训练某电路中电场随时间变化的图象如下列各图所示，能发射电磁波的电场是()答案 D解析图A中电场不随时间变化，不会产生磁场；图B和图C中电场都随时间均匀变化，只能在周围产生恒定的磁场，不会产生和发射电磁波；图D中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而这个磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场，能发射电磁波．二、电磁波如图所示是赫兹证明电磁波存在的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么问题？答案当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到导线环时，在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也产生电火花．这个实验证实了电磁波的存在．电磁波与机械波的比较例2(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是()A．机械波和电磁波，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解析机械波由振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生，机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定，电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，故选项B、C、D正确．例3(多选)(2018·江苏卷)梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波．该电磁波()A．是横波B．不能在真空中传播C．只能沿着梳子摇动的方向传播D．在空气中的传播速度约为3×108 m/s答案AD解析电磁波是横波，传播方向与振动方向垂直，既能在真空中传播，也能在介质中传播．电磁波在空气中的传播速度约为3×108 m/s，故选项A、D正确.1．(麦克斯韦电磁场理论)下列说法中正确的是()A．任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场B．任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场答案 C解析根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场．故选C.2．(电磁波的特点)(多选)下列关于电磁波的说法中，正确的是()A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/sC．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短D．只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波答案AC解析电磁波在真空中的传播速度为光速c＝3.0×108m/s，且c＝λf，从一种介质进入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变化．电磁波仍具有波的特征，电磁波只有在真空中的传播速度才为3.0×108 m/s，在其他介质中的传播速度小于3.0×108 m/s，波长变短，只有交变的电场和磁场才能产生电磁波．3．(电磁波与机械波的比较)关于电磁波，下列叙述中正确的是()A．电磁波在真空中的传播速度远小于真空中的光速B．电磁波可以发生衍射现象C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播D．随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息答案 B解析电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光速，故A错误；电磁波属于波的一种，能够发生衍射现象等波特有的现象，故B正确；电磁波能在真空中传播，而机械波依赖于介质传播，不能在真空中传播，故C、D错误．4．(电磁波与机械波的比较)(2018·新余一中高二下学期第三次段考)电磁波与机械波相比较，下列说法中不正确的是()A．电磁波传播不需要介质，机械波传播需在介质中B．电磁波与机械波的波动频率都由波源确定C．电磁波、机械波都能发生衍射和干涉现象D．电磁波、机械波都包括横波和纵波答案 D考点一麦克斯韦电磁场理论1．(多选)(2018·沈阳市郊联体高二下学期期中)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ABC2．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，以下叙述中正确的是()A．教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场B．打点计时器工作时周围必有磁场和电场C．恒定的电场产生恒定的磁场，恒定的磁场激发恒定的电场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ABD3．在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的电场的是()答案 C解析A中磁场不变，则不会产生电场，故A错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误；C中磁场随时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随时间做非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误．4．如图1所示是空间磁感应强度B随时间t的变化图象，在它周围空间产生的电场中的某一点场强E应()图1A．逐渐增强B．逐渐减弱C．不变D．无法确定答案 C解析由题图可知，磁场均匀增强，根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场产生恒定的电场，故场强E不变，选项C对．5．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场可以产生电场．当产生的电场的电场线如图2所示时，可能是()图2A．向上方向的磁场在增强B．向上方向的磁场在减弱C．向上方向的磁场先增强，然后反向减弱D．向上方向的磁场先减弱，然后反向增强答案AC解析向上方向的磁场增强时，感应电流的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下，根据安培定则知感应电场方向如题图中E的方向所示，选项A正确，B错误．同理，当磁场反向即向下的磁场减弱时，感应电场方向同样如题图中E的方向，选项C正确，D错误．考点二电磁波6．下列关于电磁波的说法，正确的是()A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波B．电场随时间变化时，一定产生电磁波C．做非匀变速运动的电荷可以产生电磁波D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在答案 C解析只有变化的电场和磁场，才能激发电磁波，而稳定的电场和磁场不能产生电磁波，A 错误；均匀变化的电场，产生恒定的磁场，但是恒定的磁场不能产生电场，故不能产生电磁波，B错误；做非匀变速运动的电荷可以在空间产生变化的电磁场，形成电磁波，C正确；赫兹证实了电磁波的存在，D错误．7．关于电磁理论，下列描述正确的是()A．电磁场不是一种物质B．静止的电荷能够在周围空间产生稳定的磁场C．稳定的磁场能够在周围空间产生稳定的电场D．变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波答案 D解析变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波，电磁场是一种客观存在的物质，故A错误，D正确；静止的电荷周围不能激发磁场，故B错误；稳定的磁场不能产生电场，C错误．8．(多选)以下关于电磁波的说法中正确的是()A．只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波B．电磁波传播需要介质C．赫兹用实验证实了电磁波的存在D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随有能量向外传递的答案CD解析如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是稳定的，就不能再产生新的电场(或磁场)，也就不能产生电磁波；电磁波不同于机械波，它的传播不需要介质；赫兹用实验证实了电磁波的存在；电磁波具有能量，它的传播是伴随有能量传递的．故选C、D. 9．有关电磁波和声波，下列说法错误的是()A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B．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C．电磁波是横波，声波也是横波D．由空气进入水中传播时，电磁波的波长变短，声波的波长变长答案 C解析电磁波本身就是一种物质，它的传播不需要介质，而声波的传播需要介质，故选项A 正确；电磁波由空气进入水中时，传播速度变小，但声波在水中的传播速度比其在空气中大，故选项B正确；电磁波的传播方向与电场、磁场的方向都垂直，是横波，而声波是纵波，故选项C错误；电磁波由空气进入水中传播时，波速变小，波长变短，而声波由空气进入水中传播时，波速变大，波长变长，故选项D正确．10．声呐(水声测位仪)向水中发出的超声波遇到障碍物(如鱼群、潜水艇、礁石等)后被反射，测出从发出超声波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位；雷达则向空中发射电磁波，遇到障碍物后被反射，同样根据发射电磁波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位．超声波与电磁波相比较，下列说法正确的有()A．超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量B．这两种波都既可以在介质中传播，也可以在真空中传播C．在空气中传播的速度与在其他介质中传播的速度相比较，这两种波在空气中传播时均具有较大的传播速度D．这两种波传播时，在一个周期内均向前传播了两个波长答案 A。