人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案：4 2 電磁場與電磁波

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE12電磁場與電磁波〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.知道電磁場的概念及產(chǎn)生過程.2.了解電磁波的基本特點(diǎn)、發(fā)現(xiàn)過程及傳播規(guī)律，知道電磁波與機(jī)械波的區(qū)別．一、電磁場1．變化的磁場產(chǎn)生電場(1)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：如圖1所示，在變化的磁場中放一個(gè)閉合電路，電路里就會產(chǎn)生感應(yīng)電流．圖1(2)麥克斯韋的見解：電路里能產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因?yàn)樽兓拇艌霎a(chǎn)生了電場，電場促使導(dǎo)體中的自由電荷做定向運(yùn)動．(3)實(shí)質(zhì)：變化的磁場產(chǎn)生了電場．2．變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋假設(shè)，既然變化的磁場能產(chǎn)生電場，那么變化的電場也會在空間產(chǎn)生磁場．二、電磁波1．電磁波的產(chǎn)生：變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)向周圍傳播，形成電磁波．2．電磁波的特點(diǎn)：(1)電磁波在空間傳播不需要介質(zhì)；(2)電磁波是橫波：電磁波中的電場強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度互相垂直，而且二者均與波的傳播方向垂直，因此電磁波是橫波．(3)電磁波的波長、頻率、波速的關(guān)系：v＝λf，在真空中，電磁波的速度c＝3.0×108m/s.(4)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象．3．電磁波具有能量電磁場的轉(zhuǎn)換就是電場能量與磁場能量的轉(zhuǎn)換，電磁波的發(fā)射過程是輻射能量的過程，傳播過程是能量傳播的過程．判斷下列說法的正誤．(1)在電場周圍，一定存在和它聯(lián)系著的磁場．(×)(2)在變化的磁場周圍一定會產(chǎn)生變化的電場．(×)(3)電磁波不能在真空中傳播．(×)(4)電磁波是橫波．(√)(5)電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同．(×)(6)只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波．(×)一、電磁場對麥克斯韋電磁場理論的理解(1)變化的磁場產(chǎn)生電場①均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場．②非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場．③周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場．(2)變化的電場產(chǎn)生磁場①均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場．②非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場．③周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場．關(guān)于電磁場理論，下列說法正確的是()A．在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場B．在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場C．均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場D．周期性變化的電場周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場〖答案〗D〖解析〗根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，只有變化的電場能產(chǎn)生磁場，均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場，周期性變化的電場周圍產(chǎn)生周期性變化的磁場．針對訓(xùn)練1(2019·首師大附中期末)用麥克斯韋電磁場理論判斷如圖所示的四組電場產(chǎn)生的磁場(或磁場產(chǎn)生的電場)隨時(shí)間t的變化規(guī)律，其中錯(cuò)誤的是()〖答案〗C〖解析〗恒定的電場不產(chǎn)生磁場，選項(xiàng)A正確；均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場，選項(xiàng)B正確；周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場，產(chǎn)生的電場的電場強(qiáng)度與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率成正比，對于正弦曲線，t＝0時(shí)，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率最大，故產(chǎn)生的電場的電場強(qiáng)度最大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．二、電磁波導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置，當(dāng)接在高壓感應(yīng)圈上的兩金屬球間有電火花時(shí)，導(dǎo)線環(huán)上兩小球間也會產(chǎn)生電火花，這是為什么？這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了什么問題？圖2〖答案〗當(dāng)A、B兩金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí)就會產(chǎn)生變化的電磁場，這種變化的電磁場傳播到導(dǎo)線環(huán)時(shí)，在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使導(dǎo)線環(huán)上兩小球間也產(chǎn)生電火花．這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在．知識深化電磁波與機(jī)械波的比較名稱項(xiàng)目機(jī)械波電磁波研究對象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間和空間做周期性變化傳播情況傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播無需介質(zhì)，在真空中波速等于光速c，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān)產(chǎn)生機(jī)理由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動產(chǎn)生由電磁振蕩激發(fā)波的特點(diǎn)橫波或縱波橫波干涉和衍射可以發(fā)生干涉和衍射(多選)下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是()A．電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3×108m/sC．電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí)，波長變短D．電磁波具有波的一切特征〖答案〗ACD〖解析〗由電磁波的定義可知A項(xiàng)正確；電磁波只有在真空中傳播時(shí)，其速度為3×108m/s，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；電磁波在傳播過程中其頻率f不變，由波速公式v＝λf知，由于電磁波在介質(zhì)中的傳播速度比在真空中的傳播速度小，所以可得此時(shí)波長變短，故C正確；電磁波是一種波，具有波的一切特性，能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象，故D項(xiàng)正確．針對訓(xùn)練2(多選)下列關(guān)于電磁波與聲波的說法，正確的是()A．電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播，聲波是聲源的振動向遠(yuǎn)處傳播B．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播有時(shí)也不需要介質(zhì)C．由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，電磁波的傳播速度變小，聲波的傳播速度變大D．由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，電磁波的波長不變，聲波的波長變短〖答案〗AC〖解析〗由電磁波和聲波的概念可知A正確．因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑?，而聲波屬于機(jī)械波，它的傳播需要介質(zhì)，在真空中不能傳播，故B錯(cuò)誤．電磁波在空氣中的傳播速度近似等于真空中的速度，大于在水中的傳播速度；聲波在水中的傳播速度大于在空氣中的傳播速度，故C正確．無論是電磁波還是聲波，從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率都不變，所以由波長λ＝eq\f(v,f)及它們在不同介質(zhì)中的傳播速度可知，由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波的波長變短，聲波的波長變長，故D錯(cuò)誤．1．(電磁場)下列說法中正確的是()A．任何變化的磁場都要在周圍空間產(chǎn)生變化的電場，振蕩磁場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場B．任何電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場，振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場C．任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場，振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場D．電場和磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場〖答案〗C〖解析〗根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，如果電場(磁場)的變化是均勻的，產(chǎn)生的磁場(電場)是恒定的；如果電場(磁場)的變化是不均勻的，產(chǎn)生的磁場(電場)是變化的；振蕩電場(磁場)在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(電場)；周期性變化的電場和周期性變化的磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場．故選C.2.(電磁場)某空間中出現(xiàn)了圖3中虛線所示的一組閉合的電場線，這可能是()圖3A．在中心點(diǎn)O有一靜止的點(diǎn)電荷B．沿AB方向有一段通有恒定電流的直導(dǎo)線C．沿BA方向的磁場在減弱D．沿AB方向的磁場在減弱〖答案〗C3．(電磁波)(多選)下列關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法中，正確的是()A．機(jī)械波和電磁波本質(zhì)上是一致的B．機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān)，而且與電磁波的頻率有關(guān)C．機(jī)械波可能是縱波，而電磁波必定是橫波D．它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象〖答案〗BCD〖解析〗機(jī)械波由振動產(chǎn)生，電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產(chǎn)生．機(jī)械波是能量波，傳播需要介質(zhì)，速度由介質(zhì)決定；電磁波是物質(zhì)波，波速由介質(zhì)和自身的頻率共同決定；機(jī)械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B、C、D正確．4．(電磁波)(多選)關(guān)于電磁波的認(rèn)識，下列說法正確的是()A．電磁波的傳播需要介質(zhì)B．電磁波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，頻率不變C．電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播