人教版高中物理教案-电磁波

第十四章電磁波
【學習目標】
1．知道麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產生電場；變化的電場產生磁場。

變化的磁場和電場相互聯繫形成統一的電磁場。

2．知道電磁場在空間傳播形成電磁波。

3．知道電磁波在真空中的傳播速度。

4．知道赫茲實驗以及它的重大意義。

重點：麥克斯韋電磁場理論
難點：電磁波的產生
【自主預習】
1.________建立了經典的電磁場理論。

它的內容是：變化的磁場產生________；變化的電場產生________。

2．如果在空間某區域中有________變化的電場，那麼它就在空間引起________變化的磁場；這個變化的磁場又引起新的變化電場……於是，變化的電場和變化的磁場________產生，由近及遠地向周圍傳播，從而形成了電磁波。

電磁波是________波。

3．________觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現象。

他還通過測量證明，電磁波在真空中具有________速度________。

從而證實了麥克斯韋關於光的電磁理論。

4. 偉大的預言
(1)電磁場理論
在19世紀60年代，英國物理學家麥克斯韋在總結前人研究電磁現象成果的基礎上，建立了完整的電磁場理論，預言電磁波的存在。

1)變化的磁場產生電場
2)變化的電場產生磁場
注意：麥克斯韋電磁場理論的解釋：
①恒定的電場不產生磁場；
②恒定的磁場不產生電場；
③均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場；
④均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場；
⑤振盪(週期性變化)電場產生同頻率的振盪(週期性變化)磁場；
⑥振盪(週期性變化)磁場產生同頻率的振盪(週期性變化)電場。

(2)電磁場
如果在空間某區域中有週期性變化的電場，那麼這個變化的電場就在它周圍空間產生週期性變化的磁場；這個變化的磁場又在它周圍空間產生新的週期性變化的電場……
變化的電場和變化的磁場是相互聯繫著的，形成不可分割的統一體，這就是電磁場。

5.電磁波
(1)產生：變化的電場和變化的磁場總是交替產生，由發生區域向周圍空間傳播開去，就形成電磁波。

(2)特點
①是橫波，電場強度E和磁感應強度B的方向都與傳播方向垂直。

②是一種波動，在真空中傳播的速度為3.0×108 m/s，在介質中傳播速度小於光速。

③機械波的波速公式v＝λf對電磁波仍適用。

④電磁波本身是一種物質，它具有能量，因而在傳播過程中不需要介質。

⑤具有波的特徵，能產生反射、折射、衍射、干涉等現象。

【典型例題】
一、麥克斯韋電磁場理論
【例1】根據麥克斯韋電磁場理論，下列說法中正確的是()
A．變化的電場(或磁場)產生的磁場(或電場)一定是變化的
B．變化的電場(或磁場)產生的磁場(或電場)一定是穩定的
C．週期性變化的電場(或磁場)產生的磁場(或電場)一定是週期性變化的
D．週期性變化的電場(或磁場)一定可以產生電磁波
【例2】．應用麥克斯韋的電磁場理論判斷如圖所示的表示電場產生磁場(或磁場產生電場)的關係圖像中(每個選項中的上圖表示變化的場，下圖表示變化的場產生的另外的場)，正確的是
()
二、電磁場
【例3】下列關於電磁波的敘述中，正確的是()
A．電磁波是電磁場由發生區域向遠處的傳播
B．電磁波在任何介質中的傳播速度都是3.8×108 m/s
C．電磁波由真空進入介質傳播時，波長將變短
D．電磁波不能產生干涉、衍射現象
【例4】．下列關於電磁波的說法正確的是()
A．均勻變化的磁場能夠在空間產生電場
B．電磁波在真空和介質中傳播速度相同
C．只要有電場和磁場，就能產生電磁波
D．電磁波在同種介質中只能沿直線傳播
三、赫茲的電火花
【例5】關於物理學史，下列說法中正確的是() A．最早發現電和磁有密切聯繫的科學家是奧斯特
B．電磁感應現象是法拉第發現的
C．建立完整的電磁場理論的科學家是麥克斯韋
D．最早證明有電磁波存在的科學家是赫茲
【課後練習】
1．根據麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()
A．在電場的周圍空間，一定存在著和它聯繫著的磁場
B．在變化的電場周圍空間，一定存在著和它聯繫著的磁場
C．恒定電流在其周圍不產生磁場
D．恒定電流周圍存在著穩定的磁場
2．關於電磁波，下列說法中正確的是()
A．電磁波是橫波
B．電磁波的傳播需要介質
C．電磁波能產生干涉和衍射現象
D．電磁波中電場和磁場的方向處處相互垂直
3．關於對電磁場和電磁波的認識中正確的是()
A．均勻變化的電場在它周圍空間產生均勻變化的磁場
B．電磁波和機械波一樣依賴於介質傳播
C．只要空間某個區域有振盪電場或振盪磁場就能產生電磁波
D．電磁場由發生區域向外傳播就形成電磁波
4．關於電磁波傳播速度運算式v＝λf，下述結論中正確的是() A．波長越長，傳播速度就越大
B．頻率越高，傳播速度就越小
C．發射能量越大，傳播速度就越大
D．電磁波的傳播速度與傳播介質有關
5．電磁波與機械波相比較()
A．電磁波傳播不需要介質，機械波傳播需要介質
B．電磁波在任何介質中傳播速度都相同，機械波的速度大小取決於介質
C．機械波有橫波、縱波，而電磁波只有橫波
D．機械波和電磁波都具有一切波的特性
6．下列關於電磁波的說法正確的是()
A．電磁波必須依賴介質傳播
B．電磁波可以發生衍射現象
C．電磁波不會發生偏振現象
D．電磁波無法攜帶資訊傳播
7．某空間出現了如圖22－1所示的一組閉合的電場線，這可能是()
A．沿AB方向磁場在迅速減弱
B．沿AB方向磁場在迅速增強
C．沿BA方向磁場在迅速增強
D．沿BA方向磁場在迅速減弱
8．聲波和電磁波均可傳遞資訊，且都具有波的共同特徵。

下列說法正確的是()
A．聲波的傳播速度小於電磁波的傳播速度
B．聲波和電磁波都能引起鼓膜振動
C．電磁波都能被人看見，聲波都能被人聽見
D．二胡演奏發出的是聲波，而電子琴演奏發出的是電磁波
9．一個帶正電的粒子在垂直于勻強磁場的平面內做勻速圓周運動，如圖22－2所示。

當磁感應強度均勻增大時，此粒子的()
A．動能不變
B．動能增大
C．動能減小
D．以上情況都可能
10．目前雷達發射的電磁波頻率多在200 MHz至1 000 MHz的範圍內。

下列關於雷達和電磁波說法正確的是()
A．真空中上述雷達發射的電磁波的波長範圍在0.3 m至1.5 m之間
B．電磁波是由恒定不變的電場或磁場產生的
C．測出從發射電磁波到接收反射波的時間間隔可以確定雷達和目標的距離
D．波長越短的電磁波，反射性能越強
11.電磁波與聲波比較，下列說法正確的是()
A．電磁波的傳播不需要介質，聲波的傳播需要介質
B．由空氣進入水中時，電磁波速度變小，聲波速度變大
C．由空氣進入水中時，電磁波波長變小，聲波波長變大
D．電磁波和聲波在介質中的傳播速度，都是由介質決定的，與頻率無關
12．如圖22－5所示，在內壁光滑、水準放置的玻璃圓環內，有一直徑略小於環口徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時針方向勻速轉動。

若在此空間突然加
上方向豎直向上、磁感應強度B隨時間成正比例增加的變化磁場，設
運動過程中小球的帶電量不變，那麼()
A．小球對玻璃杯的壓力不斷增大
B．小球受到的磁場力不斷增大
C．小球先沿逆時針方向做減速運動，過一段時間後，沿順時針
方向做加速運動
D．磁場力對小球一直不做功
例題答案：
1.【答案】C、D
【解析】均勻變化的電場(或磁場)產生穩定的磁場(或電場)；週期性變化的電場(或磁場)產生週期性變化的磁場(或電場)，週期性變化的電場和週期性變化的磁場相互聯繫著形成統一的電磁場，電磁場傳播出去就形成了電磁波，可見正確答案為C、D。

2. 解析：A圖中的上圖磁場是穩定的，由麥克斯韋電磁場理論可知周圍空間不會產生電場，A 圖中的下圖是錯誤的；B圖中的上圖是均勻變化的電場，應該產生穩定的磁場，下圖的磁場是穩定的，所以B圖正確；C圖中的上圖是振盪的磁場，它能產生同頻率的振盪電場，且相位相差π/2，C圖是正確的；D圖的上圖是振盪的電場，在其周圍空間產生振盪的磁場，但是下圖中的圖像與上圖相比較，相位相差π，故不正確。

所以只有B、C兩圖正確。

)
答案：B、C
3.【答案】A、C
【解析】搞清電磁波的產生機理，以及電磁波在真空中傳播速度為光速c＝3.0×108 m/s，且c ＝λf，從一種介質進入另一種介質，頻率不發生變化，波長、波速變化。

另外電磁波仍具有波的特徵。

電磁波只有在真空中的傳播速度才為3.0×108 m/s，而在其他介質中傳播速度均小於3.0×108 m/s。

電磁波與其他波一樣具有干涉、衍射等波的特性。

當電磁波由真空進入介質傳播時，頻率不變，那麼c＝λf，v＝λ′f。

因為c＞v，所以λ＞λ′波長變短，波速變小，故選A、C。

4.解析：變化的磁場就能產生電場，A正確；若只有電場和磁場而電場和磁場都穩定或電場、磁場僅均勻變化都不能產生電磁波，C錯；光也是電磁波，在真空和介質中傳播的速度不同，可判斷B錯；D選項中沒有強調是“均勻”介質，若介質密度不均勻會發生折射，故D錯。

答案：A
5. 【答案】A、B、C、D
【解析】1820年4月，丹麥科學家奧斯特在一次演講中發現了電流的磁效應；1831年，英國科學家法拉第發現了電磁感應現象；19世紀中葉，英國科學家麥克斯韋建立了經典電磁場理論；1866年，德國科學家赫茲證明了電磁波的存在。

6.
課後練習答案：
1.解析：電場按其是否隨時間變化分為穩定電場(靜電場)和變化電場(如運動電荷形成的電場)，穩定電場不產生磁場，只有變化的電場周圍空間才存在對應磁場，故B對，A錯；恒定電流周圍存在穩定磁場，磁場的方向可由安培定則判斷，D對，C錯。

答案：B、D
2.解析：電磁場由近及遠的傳播形成電磁波，電磁波在傳播過程中，電場、磁場以及傳播方向三者相互垂直，電磁波是一種波，它具有波的一切特徵，它能發生反射、折射、干涉、衍射等現象，電磁波在真空中的速度最大，它的傳播不需要介質。

答案：A、C、D
3.解析：電磁波是一種物質，傳播時不需要媒介，可以在真空中傳播。

答案：C、D
4.解析：電磁波和機械波相同之處為頻率f由波源決定，卻能產生干涉，衍射都遵循公式v ＝λf，但不同的是電磁波傳播不需要介質，而機械波傳播必須要有介質，機械波波速有介質決定，電磁波的波速由介質和頻率共同決定。

答案：D
5.解析：由電磁波和機械波的異同點可知，A、C、D項正確。

答案：A、C、D
6.解析：根據電磁波的產生機理及傳播特性可知，電磁波傳播不需要介質，選項A錯誤；干涉、衍射是電磁波和所有波都具有的共同特性，選項B正確；由於電磁波是橫波，故能發生偏振現象，選項C錯誤；電磁波能夠攜帶圖像、聲音等資訊進行傳播，選項D錯誤。

答案：B
7.解析：根據電磁感應理論，閉合回路中磁通量變化時，使閉合電路中產生感應電流，該電流可用楞次定律判斷，其中感應電流的方向和電場線方向一致。

答案：B、D
8.解析：聲波屬於機械波，其傳播需要介質，傳播速度小於電磁波的傳播速度；鼓膜的振動是空氣的振動帶動的，人耳聽不到電磁波；電磁波的傳播不需要介質，人耳聽不到電磁波；二胡和電子琴發出的都是聲波。

答案：A
9.解析：當磁場均勻增加時，根據麥克斯韋電磁場理論，將激起穩定的電場，帶電粒子將受一個電場力作用，該力對帶電粒子做正功，所以粒子的動能將增大，選項B正確。

答案：B
10.解析：由公式v＝λf可得，λmin＝
v
f max＝
3×108
1 000×106
m＝0.3 m，λmax＝
v
f min＝
3×108
200×106
m＝1.5 m，A正確；電磁波是由週期性變化的電場或磁場產生的，B錯誤；由雷達的工作原理可知C正確；波長越短的電磁波，傳播的直線性越好，反射性能越強，D正確。

答案：A、C、D
11.【答案】A、B、C
【解析】本題可以根據電磁波的特點和聲波的特點進行分析。

選項A、B均與事實相符，所以A、B正確；根據λ＝，電磁波波速變小，頻率不變，波長變小；聲波速度變大，頻率不變，波長變大，所以選項C正確；電磁波在介質中的速度，與介質有關，也與頻率有關，在同一種介質中，頻率越大，波速越小，所以選項D錯誤。

12.解析：因為玻璃圓環所在處有均勻變化的磁場，在周圍產生穩定的旋渦電場，對帶正電的小球做功。

由楞次定律，判斷電場方向為順時針方向。

在電場力作用下，小球先沿逆時針方向做減速運動，後沿順時針方向做加速運動。

小球在水平面內沿軌跡半徑方向受兩個力作用：環的彈力F N和磁場的洛倫茲力F＝Bqv，而且兩個力的向量和時刻等於小球做圓周運動的向心力。

考慮到小球速度大小的變化和方向的變化以及磁場強弱的變化，彈力F N和洛倫茲力F不一定始終在增大。

磁場力始終與圓周運動的線速度方向垂直，所以磁場力對小球不做功。

答案：C、D。