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.docx

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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4cm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

机械波

电磁波

研究对象

力学现象

电磁现象

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

传播情况

传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关

传播无需介质，在真空中波速等于光速c，在介质中传播时，波速与介质和频率都有关

产生机理

由质点（波源）的振动产生

由电磁振荡激发（下节内容）

是横波还是纵波

可能是横波，也可能是纵波

横波

干涉和衍射

可以发生干涉和衍射

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3×108m/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3×108m/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3.0×108m/s

C．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3.0×108m/s，在其他介质中的传播速度小于3.0×108m/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　ABC

2．（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　ABD

3．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1

A．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2

A．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