物理人教版选修3-4名师导航 第十四章 1.电磁波的发现 含解析

课堂探究一、对麦克斯韦电磁场理论的理解1．电磁场的产生：如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场……变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。

2．麦克斯韦电磁场理论的要点(1)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。

(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。

(3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场，同样，振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场。

电磁场是动态的，并且电场和磁场不可分割，磁感线、电场线都是闭合的曲线；静电场、静磁场是单独存在的，且电场线是非闭合曲线，静止的电场和磁场不是电磁场。

二、电磁波的特点有哪些？1．同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变。

在介质中的速度都比真空中速度小，注意机械波在不同介质中速度不同，其传播速度由介质决定。

2．不同电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大。

3．在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度相同：v ＝c ，且c ＝λf, λ＝cf 。

4．因为电磁波是交变电磁场互相激发产生的，所以电磁波传播时不需要介质，可在真空中传播。

5．电磁波是横波，电场方向与磁场方向都跟传播方向垂直。

6．电磁波遇到其他物体时，能发生反射、折射等现象。

7．电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。

8．电磁波可以脱离“波源”独立存在。

电磁波发射出去后，产生电磁波的振荡电路停止振荡后，空间中的电磁波仍继续传播。

三、电磁波与机械波的比较我们熟悉的声波、水波，它们都是机械波。

电磁波和机械波一样都具有波的特性，可以发生反射、折射、干涉和衍射，都满足v＝λT，但电磁波是一种更特殊的波，它的电磁特性比机械波更复杂。

类型一麦克斯韦电磁场理论【例1】根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是()。

3 电磁波的发射和接收名师导航知识梳理1.无线电波的发射（1）要向外发射无线电波，振荡电路必须具有如下特点：第一，要有____________频率；第二，采用____________电路，使电场和磁场分散到尽可能大的空间.（2）利用无线电波传递信号，要求发射的无线电波随信号而改变，使无线电波随各种信号而改变叫____________，常用的调制方法有____________和____________两种，使高频振荡的振幅随信号而改变叫____________，经过调制后发射出去的无线电波叫____________.使高频振荡的频率随7信号而改变叫____________，经过调频以后发射出去的无线电波叫调频波.2.无线电波的接收（1）当接收电路的固有频率跟接收的无线电波的频率____________时，激起的振荡电流____________，这就是____________现象.（2）使接收电路产生电谐振的过程叫做____________，能够调谐的电路叫____________电路.收音机的调谐电路，是通过调节____________来改变电路的频率而实现调谐的.知识导学学习本节内容，首先要复习有关电磁波、无线电波的知识，知道电磁波与其他波一样具有波的共性，但与机械波又有区别，最大的区别是电磁波既可以在真空中传播，又可以在介质中传播，所有这些是学习电磁波的发射和接收的基础.由于电磁波的发射和接收是比较抽象的，所以在学习过程中一定要注意理论联系实际.同时，还必须掌握电磁波的发射和接收的过程以及能有效地发射和接收电磁波时，振荡电路必须具备的特点，这样才能做到学以致用，融会贯通.疑难突破电磁波的发射和接收的过程.剖析：发射：（1）调制：在无线电应用技术中，首先将声音、图像等信息通过声电转换、光电转换等方式转为电信号，这种电信号频率很低，不能用来直接发射电磁波，而需要把传递的低频电信号“加”到高频电磁波上，使高频电磁波随各种信号而改变，这个过程叫做调制.（2）调幅和调频：使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅.使高频振荡的频率随信号而改变叫调频.（3）无线电波的发射：由振荡器（常用LC 振荡器）产生高频振荡电流，用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流上，再耦合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去.接收：（1）电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振.（2）调谐：调谐电路的固有频率可以在一定范围内连续改变，将调谐电路的频率调节到与需要接收的某个频率的电磁波相同，使接收电路产生电谐振，这个过程叫调谐.（3）检波：从接收到的高频振荡中分离出所携带的信号的过程叫做检波，检波是调制的逆过程，也叫解调.（4）无线电波的接收：天线接收到所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经检波取出携带的信号，放大后再还原成声音或图像.典题精讲【例1】 在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热带地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果有两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话？（已知地球的质量为6.0×1024 kg ，地球半径为6.4×106 m ，万有引力常量为6.67×10-11 N·m 2·kg -2）解：主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的.设同步卫星高度为H ，由万有引力定律及卫星圆周运动规律可得2224)(Tm H R GMm π=+(R+H) H=3224πGMT -R=3.6×107 m 则一方讲话，另一方听到对方讲话的最少时间t=c H 2=0.24 s. 答案：0.24 s绿色通道:这是一个典型的综合题，它涉及了电磁学、力学中的相关知识的综合应用.在解答此题时要很好地分析题意，运用万有引力定律和卫星的圆周运动规律来求解.变式训练:某电台发射的电磁波的波长是600 m ，该电台发射的电磁波的频率是多大?若有一台接收机距电台600 km ，从电台发出的信号经过多少时间就可以到达接收机？答案：5×105 Hz 0.02 s【例2】 一收音机调谐回路中线圈电感是30 μH ，电容器可变，最大电容是270 pF ，最小电容是30 pF ，求接收到的无线电波的波长范围多大？思路解析：由T=2πLC 可知：电磁波的周期变化范围；由λ=T·c 进一步确定波长范围.因为T=2πLC所以T max =2π126102701030--⨯⨯⨯ s=18π×10-8 s T min =2π12610301030--⨯⨯⨯=6π×10-8 s又因为λ=cT所以λmax =3×108×18π×10-8 s=169.6 mλmin =3×108×3π×10-8 s=56.5 m故169.6 m≥λ≥56.5 m.答案：56.5 m —169.6 m绿色通道：应用公式T=2πLC 解题时，要与平行板电容器、电感的知识联系起来，要知道改变T 的一些因素，在应用公式c=λf 解题时，要与机械波的知识联系起来，因为机械波的一般传播特性在电磁波的传播中成立.变式训练:某收音机调谐电路中，电感线圈的自感系数L=0.4 mH ，可变电容器的最小电容C 为4 pF ，最大电容为400 pF ，求该收音机能接收到的电磁波的波长范围？答案：75.36 m —753.6 m问题探究问题：世界各地有许多无线电台同时广播，试想为什么我们用收音机只能听到某一个电台的播音，而不是同时听到许多电台？导思：此问题涉及到无线电波的接收和电磁振荡的相关知识，转动收音机旋钮，实际上是借助于改变电容器的电容间接地改变固有接收频率，当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这样就选出某一确定的电台.这也是电磁波的应用的典例，对这些实例的工作原理一定要牢牢掌握.探究：接收机能够从诸多的电磁波中把我们需要的选出来，这叫做调谐.转动收音机的旋钮选择电台时，实际上就是在改变可变电容器的电容进行调谐，有了调谐的功能，一台收音机只能听到某一个电台的播音，而不是同时听到许多电台的播音.。

教材习题点拨
1．解析：麦克斯韦在法拉第电磁感应现象的基础上提出“变化磁场产生电场”的假设。

“变化电场产生磁场”是他相信自然规律和谐统一而假设的，他相信磁场和电场有对称之美。

他认为：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场。

后来包括赫兹实验在内的一系列实验都证实了麦克斯韦的假设，说明了这两个假设的正确性。

2．解析：麦克斯韦关于电磁场理论的主要论点是：(1)变化的磁场产生电场，(2)变化的电场产生磁场。

根据这两个基本论点，麦克斯韦进一步推断：如果在空间某处有变化的电场，那么这个变化的电场就在空间产生变化的磁场；这个变化的磁场又会引起新的变化的电场的产生，如此下去，变化的电场和磁场交替产生，从而形成由近至远传播的电磁波。

由于家庭用的是正弦交流电，电场会不断变化，故使用时将会产生电磁波。

3．解析：可以举出很多例子。

例如：夏天打雷时正在收听的收音机里会发出“喀、喀”的声音，手机接收信号的时候会影响附近的电话、电视等，这些现象能说明电磁波的存在。

第十四章电磁波1.电磁波的发觉1.关于电磁场的理论,下列说法中正确的是()A.变化的电场四周产生的磁场肯定是变化的B.变化的电场四周产生的磁场不肯定是变化的C.均匀变化的磁场四周产生的电场也是均匀变化的D.振荡电场在四周空间产生同样频率的振荡磁场解析:麦克斯韦电磁场理论指出,假如场的变化是均匀的,产生新的场是稳定的,假如场的变化是不均匀的,产生新的场也是变化的,振荡电场按正弦(或余弦)规律变化,它产生的磁场也按正弦(或余弦)规律变化。

答案:BD2.下列关于电磁波的叙述中,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3×108m/sC.电磁波由真空进入介质传播时,波长将变短D.电磁波不能产生干涉、衍射现象解析:电磁波在真空中传播速度为光速c=3×108m/s,且c=λf,从一种介质进入另一种介质,频率不发生变化,波长、波速变化。

另外,电磁波仍具有波的特性。

电磁波只有在真空中的传播速度才为3×108m/s,在其他介质中传播速度均小于3×108 m/s。

电磁波与其他波一样具有干涉、衍射等波的特性。

当电磁波由真空进入介质传播时,频率不变,由于c>v,所以λ>λ',波长变短,波速变小,故选项A、C正确。

答案:AC3.电磁波由真空进入介质中时,其波速变为原来的一半,则波长变为原来的()A.一半B.两倍C.不变D.无法推断解析:电磁波在不同介质中传播时,频率不变。

由v=λf知v减半,则λ减半。

答案:A4.某电路中电场随时间变化的图象如图所示,能放射电磁波的电场是哪一种()解析:图A中电场不随时间变化,不会产生磁场;图B和C中电场都随时间做均匀的变化,只能在四周产生稳定的磁场,也不会产生和放射电磁波;图D中电场随时间做不均匀的变化,能在四周空间产生变化的磁场;而磁场的变化也是不均匀的,又能产生变化的电场,从而交织成一个不行分割的统一体,即形成电磁场,放射电磁波。

疱丁巧解牛知识·巧学一、伟大的预言——麦克斯韦的电磁理论1.电磁场理论的核心之一：变化的磁场产生电场（1）变化的磁场在线圈中产生感应电动势.（2）实验基础：实验装置如图14-1-1所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电流，使灯泡发光.图14-1-1麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场在线圈中引起了感应电流.如图1-4-12所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路（导体环）是否存在无关，导体环的作用只是用来显示电流的存在.图14-1-2辨析比较感应电场与静电场的区别变化的磁场产生的电场，称之为感应电场，也叫涡旋场，跟前面学过的静电场一样，处于电场中的电荷受力的作用，且F=qE.但它们有显著区别，表现为：①静电场的电场线是非闭合曲线，而感应电场的电场线是闭合曲线；②静电场有电势的概念，而感应电场中无电势的概念；③在同一静电场中，电荷运动一周（路径闭合），电场力做功一定为零，而在感应电场中，电荷沿闭合线运动一周，电场力做功一般不为零（超导体为零）；④静电场的产生“源”于“电荷”，而感应电场的产生“源”于变化的磁场.联想发散在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的.2.电磁场理论的核心之二：变化的电场产生磁场麦克斯韦认为：由电现象和磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的观点认为变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场.根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场（图14-1-3）.图14-1-3深化升华（1）恒定的电场不产生磁场；（2）恒定的磁场不产生电场；（3）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；（4）均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；（5）振荡电场产生同频率的振荡磁场；（6）振荡磁场产生同频率的振荡电场.3.电磁场如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场，……变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场.辨析比较有单独存在的静电场，也有单独存在的静磁场，但没有静止的电磁场.误区警示不要认为变化的电场一定能产生变化的磁场，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场是正确的，但均匀变化的电场（磁场）产生稳定的磁场（电场），而稳定的电场（磁场）不会再产生磁场（电场）. 记忆要诀电场、磁场的变化关系二、电磁波1.电磁波的产生变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并且由发生的区域向周围空间传播，电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波.2.电磁波的特点（1）电磁波是横波，在传播方向上的任一点E和B随时间做正弦规律变化，E与B彼此垂直且与传播方向垂直.（2）电磁波传播不需要任何介质，在真空中也能传播，因为电磁波的传播是依靠电场和磁场的相互“激发”，而不是靠介质的机械传递（其实，电磁场本身就是一种特殊形态的物质，无需借助其他物质来传播）. （3）电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象，电磁波与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象.机械波电磁波研究对象力学现象电磁现象周期性变化的物理量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特点需要介质；波速由介质决定，与频率无关；有横波、纵波传播无需介质；在真空中波速为c，在介质中传播时，波速与介质和频率都有关；只有横波产生由质点（波源）的振动产生由周期性变化的电流（电磁振荡）激发c=λf λ=fc联想发散同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变（频率由波源决定），波速、波长发生改变.在介质中的速度都比真空中速度小.不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大.4.电磁波的实验证明麦克斯韦预言了电磁波的存在，但他没有看到科学实验对电磁场理论的证明，把天才的预言变成世人公认的真理，是德国科学家赫兹的功劳.1886年，赫兹用实验证明了麦克斯预言的正确性，第一次发现了电磁波，他还能通过实验观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，通过实验测量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度c.赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路，后人为纪念他，把频率的单位定为赫兹.联想发散麦克斯韦的电磁场理论总结了近百年来电磁学的研究成果，使经典电磁学达到了前所未有的高峰.实现了电、磁、光的统一，被认为是19世纪科学史上最伟大的统一.电磁场理论的建立，经历了“实践——理论——实践”这一科学发展的过程，是物理学发展史上的典型案例.实现了从经典物理学向现代物理学的重大转折.典题·热题知识点一电磁场理论例1关于电磁场理论，下列说法中正确的是（）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，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解析：根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场才产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场.答案：D深化升华 在理解麦克斯韦的电磁场理论时，要注意静电场不产生磁场，静磁场也不产生电场，还要注意根据电场（或磁场）的变化情况来确定所产生的是什么样的磁场（或电场）.例2根据麦克斯韦的电磁场理论，下面几种说法中正确的有( )A.在电场周围空间一定产生磁场B.任何变化电场周围空间一定产生变化的磁场C.均匀变化的电场周围空间能产生变化的磁场D.周期性振荡的电场在其周围空间产生同频率的振荡磁场解析：由麦克斯韦电磁场理论可知，空间某处有变化的电场时，就会在其周围空间产生磁场.只有变化的电场周围才能产生磁场，所以选项A 错误.如果电场的变化是均匀的，则产生的磁场是稳定的，B 选项错误，C 选项错误.而周期性变化的振荡电场在其周围空间将产生同频率的振荡磁场，D 选项正确.答案：D方法归纳 变化的电场周围可以产生磁场，但此磁场可能稳定也可能变化，如果电场是均匀变化的，所产生的磁场将稳定不变（此磁场不会再产生电场），所以我们可以说“变化的电场产生磁场”，但不能说“变化的电场产生变化的磁场”.知识点二 电磁波例3如图14-1-4所示的四种电场中，哪一种能产生电磁波( )图14-1-4解析：图A 表示的电场，其函数为E=E 0，是一个稳定的电场，它不能产生磁场，也就不能产生电磁波.图B 和图C 表示的电场，其函数分别为E=kt ，E=kt+E 0，都是随时间均匀变化的.它们能在周围空间产生一个稳定的磁场，而这个稳定的磁场就不能再产生电场了，因此B 、C 不能产生电磁波.图D 表示的电场，其函数为E=E m sinωt ，是一个按正弦规律变化的电场，是一种周期性的振荡电场，所以它要在周围空间产生同频率的振荡磁场，这个振荡磁场又会在其周围空间产生同频率的振荡电场，这样就形成了一个不可分割的变化的电场和变化的磁场组成的统一体，它向空间传播时就形成了电磁波.所以D 正确.答案：D巧解提示 能否产生电磁波，要看变化的电场和磁场是否能一直持续地再产生变化的磁场和电场，也就是说，所产生的磁场或电场必须是变化的，而不能是稳定的.图B 表示的电场随时间均匀增大，图C 表示的电场先随时间均匀减小，后随时间均匀增大，但从图象可以看出，图线的斜率不变，即tE ∆∆是定值，所以图C 表示的电场也是随时间均匀变化的.知识点三 电磁场理论与带电粒子在电场中运动相结合例4一个带正电粒子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动，如图14-1-5所示，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的（ ）图14-1-5 A.动能不变 B.动能增大C.动能减小D.以上情况都可能解析：当磁场均匀增加时，根据麦克斯韦电磁场理论，将产生一恒定的电场，带电粒子将受一电场力作用，该力对带电粒子做正功，所以粒子的动能将增大，选项B 正确.答案：B方法归纳 该题是电磁场理论与带电粒子在电场中运动的一个综合性题目，处理时注意根据选项中动能变化与外力做功有关入手讨论.同时注意电场的存在与有无闭合回路无关.例5将图14-1-6所示的带电的平行板电容器C 的两个极板用绝缘工具缓缓拉大板间距离的过程中，在电容器周围空间（ ）图14-1-6 A.会产生变化的磁场B.会产生稳定的磁场C.不产生磁场D.会产生周期性变化的磁场解析：根据麦克斯韦电磁场理论，电场周围是否会产生磁场，产生怎样的磁场，都取决于电场是否变化及变化情况.若电场不变化，周围不产生磁场；若均匀变化，则产生稳定的磁场；若非均匀变化，则产生变化的磁场；如果电场周期性变化，则产生磁场也周期性变化，本题中由于电容器始终跟电源相连，两极板间电压不变，根据E=dU 可知在d 缓慢增大的时候，E 是非均匀变化的，因此在它们周围产生变化的磁场，选项A 正确.答案：A方法归纳 正确掌握麦克斯韦电磁场理论，是解答此类题的根本；而掌握电容器的电容和哪些因素有关，是什么关系，它们如何影响电容器极板间电场，是解题关键.问题·探究方案设计探究问题 静电场和变化的电场是否都能产生磁场？探究过程：如图14-1-7所示，静止电荷周围的小磁针不偏转.电荷一旦运动起来，其周围的小磁针就发生偏转.图14-1-7一个静止的电荷，它产生的是静电场，即空间各点的电场强度不随时间而变化.这个电荷一旦运动起来，电场就发生变化，即空间各点的电场强度将随着时间而变化.另一方面，运动的电荷在空间要产生磁场.用场的观点来分析这个问题，就可以说：这个磁场是由变化的电场产生的.探究结论:磁场是由变化的电场产生的.方案设计探究问题 捕捉电磁波，试设计一个实验证明电磁波的产生.探究过程：打开收音机开关，转动送台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量.在收音机附近，将电池盒的两根引线反复通断，会听到收音机中发出“喀喀”的响声.打开电扇，将它靠近收音机，看到什么结果.探究结论:电流变化周围产生电磁波.。

第十四章电磁波14.1 电磁波的发现一、电磁场和电磁波1．麦克斯韦电磁理论的两个基本假设(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场。

(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场注意：变化的磁场产生的电场,叫感应电场或涡流电场,它的电场线是闭合的;静电荷周围产生的电场叫静电场,它的电场线由正电荷起到负电荷止,是不闭合的。

二、电磁波的产生机理1．电磁场变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场。

2．电磁波(1)电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。

(2)电磁波的特点：①电磁波在空间传播不需要介质；在真空中，电磁波的传播速度与光速相同：即 v真空= c ＝ 3.0×108m/s 光是一种电磁波②电磁波是横波，在空间传播时任一位置上（或任一时刻）E、B、v三矢量相互垂直且E和B随时间做正弦规律变化。

③电磁波具有波的共性,能产生干涉、衍射等现象,电磁波与物质相互作用时,能发生反射、吸收、折射等现象,电磁波也是传播能量的一种形式。

④相邻两个波峰(或波谷)之间的距离等于电磁波的波长,一个周期的时间,电磁波传播一个波长的距离。

⑤电磁波的频率为电磁振荡的频率,由波源决定,与介质无关。

(3)电磁波的波速、波长与频率的关系:v=λf，λ=vf。

注意：①同一种电磁波在不同介质中传播时,频率不变(频率由波源决定),波速、(n为介质对电磁波的折射率),在介质中的速波长发生改变,在介质中的速度为v=cn度都比在真空中的速度小.②不同电磁波在同一种介质中传播时,传播速度不同,频率越高波速越小,频率越低波速越大.三、赫兹的电火花一发现了电磁波1.赫兹实验赫兹观察到:当感应圈的两个金属球间有火花跳过时,导线环两个小球间也跳过火花。

据此实验,赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波。

2.赫兹的其他成果赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，测量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度c,证实了麦克斯韦关于光的电理论。

1电磁波的发现1．麦克斯韦理论(1)麦克斯韦的电磁场理论：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。

(2)电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成了一个不可分离的统一场。

(3)对麦克斯韦电磁场理论的理解：①均匀变化的磁场(或电场)产生稳定的电场(或磁场)；②非均匀变化的磁场(或电场)产生变化的电场(或磁场)；③振荡磁场(或电场)产生同频率的振荡电场(或磁场)。

麦克斯韦在建立电磁场理论的过程,中，提出了什么假设？运用了哪些物理思想？麦克斯韦提出了“变化的磁场产生电场”“变化的电场产生磁场”两个开创性的假说，研究中麦克斯韦采用了联想、推理、类比、对称等物理学的思想方法。

【例1】关于电磁场理论，下列说法中正确的是()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，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解析：根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场才产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，只有D正确。

答案：D2．电磁波的特点(1)电磁波中的电场强度与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。

(2)电磁波的传播速度等于光速c，光的本质是电磁波。

谈重点：电磁波的波长和频率(1)两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于电磁波的波长。

电磁波在空间以一定的速度传播，其波长λ、频率f(或周期T)和波速之间的关系遵从波动的一般关系，即v＝λT＝λf。

(2)电磁波的频率即为电磁振荡的频率，它由波源决定，与介质无关。

电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即电磁波在真空中的传播速度c＝3.0×108 m/s。

电磁波和光波一样，在介质中的传播速度都要小于真空中的传播速度，其大小与介质有关。

【例2】下列关于电磁波的叙述，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．电磁波不能产生干涉、衍射现象3．赫兹的实验(1)赫兹利用如图的实验装置，证实了电磁波的存在。

1 电磁波的发现名师导航知识梳理1.麦克斯韦电磁场理论（1）变化的磁场能够在周围空间产生___________，变化的电场能够在周围空间产生___________.（2）均匀变化的磁场产生___________的电场，均匀变化的电场产生的磁场___________.（3）振荡的（即周期性变化的）磁场产生同频率的___________，振荡的电场产生同频率的___________.2.电磁场变化电场在周围空间产生___________，变化磁场在周围空间产生___________，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，这就是___________.3.电磁波（1）定义：交替产生的___________和___________向周围空间的传播形成电磁波.（2）特点：电磁波是___________波，在电磁波中，每处的电场强度和磁感应强度的方向总是相互___________，且与电磁波的传播方向___________.知识导学学习本节内容，首先要对电磁场和电磁波的概念有一个了解，知道麦克斯韦电磁理论，麦克斯韦电磁理论是本节也是本章的知识核心.要认识到电磁波与其他波一样有波的共性，但与机械波又有区别，要分清它们的共性和特性.电磁波的内容比较抽象，要注意理论和实践相结合，这是学好本章内容的基础和前提.疑难突破理解麦克斯韦电磁场理论剖析：在19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象成果的基础上，建立了完整的电磁场理论，预言了电磁波的存在.理解麦克斯韦电磁理论应从以下三个方面进行：1.变化的磁场产生电场如图14-1-1所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路（导体环）是否存在无关，导体环的作用只是用来显示电流的存在.图14-1-1注意：在变化的磁场中所产生电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的.2.变化的电场产生磁场根据麦克斯韦电磁场理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化的电场周围也要产生磁场（如图14-1-2所示）.图14-1-23.电场和磁场相互产生的规律（1）恒定的电场不产生磁场，恒定的磁场不产生电场.（2）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场.（3）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.典题精讲【例1】关于电磁场的理论，下列说法中正确的是（)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思路解析：麦克斯韦电磁理论指出，如果场的变化是均匀的，产生的场是稳定的，如果场的变化是不均匀的，产生新的场也是变化的，振荡电场按正弦（或余弦）规律变化，它产生的磁场也按正弦（或余弦）规律变化.答案：BD绿色通道：变化的场有均匀变化和非均匀变化之分；由此产生新的场有稳定和变化之分.变式训练：一个电子向一个固定不动的质子运动的过程中，则（ )A.有可能发射电磁波B.不可能发射电磁波C.电子和质子组成的系统能量一定守恒D.电子和质子组成的系统动量守恒答案：AC【例2】 按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过0.05 W/m 2.若某小型无线通讯装置的电磁辐射功率是1 W ，那么在距离该通讯装置_____________m以外是符合规定的安全区域（已知球面面积为S=4πR 2）.思路解析：以辐射源为中心构建一半径为R 的球面，则临界状态时，24R P π=0.05 W/m 2⇒R=21)5.04(⨯πP =0.40 m. 则距离该通讯装置0.4 m 以外是符合规定的安全区域.答案：0.40绿色通道:理解电磁辐射强度以及电磁波传播过程中能量密度的分布是解决此类题的关键.变式训练:从地球向月球发射电磁波，经过多长时间才能在地球上接收到反射回来的电磁波？（地球到月球的距离为384 000 km ）答案：1.28 s问题探究问题：电磁波与机械波有哪些不同点及相同点？导思：通过学习麦克斯韦电磁理论的基本思想，知道变化的电场和变化的磁场不局限于空间某个区域，而由近及远地传播开去，电磁场的这种传播就形成电磁波.而机械波是由媒质中某质点振动而形成的，所以它们的形成原因不同.电磁波可以发生偏振，而机械波不一定，它们传播时的振动方向不同，在传播过程中需要的媒质不同.这些都是由于它们的形成原因不同而造成的.探究：（1）电磁波是由变化的电场与磁场互相激发而形成的.机械波是由媒质中质点的振动向外传播而形成的.（2）电磁波是横波，机械波既可为纵波也可为横波.（3）电磁波可在真空中传播，机械波则靠媒质的弹性而传播，机械波不能在真空中传播.电磁波是靠自己变化的电场与磁场互相激发、互相转化形成的，电磁波可以在真空中传播.相同点：它们都是周期性的，都是传播能量的方式，关系式v=λf 对电磁波与机械波都适用.。

第1页 共1页 课堂互动三点剖析1.电磁场和电磁波电磁场变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。

电磁波(1)产生：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成了电磁波。

(2)电磁波的特点：①电磁波中的电场强度、磁感应强度与波的传播方向两两垂直，是横波；②电磁波的传播不需要介质，电磁波在真空中传播的速度为3×108 m/s ，v=T对电磁波适用；③电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。

(3)德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在。

2.麦克斯韦的电磁场理论如何理解麦克斯韦电磁场理论对于麦克斯韦电磁场理论的内容不仅要知道“变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场”，而且要进一步知道：均匀变化的磁场产生稳定的电场(稳定的电场不再产生磁场)，均匀变化的电场产生稳定的磁场(稳定的磁场不再产生电场)；周期性非均匀变化的磁场产生同周期性非均匀变化的电场，周期性非均匀变化的电场产生同周期性非均匀变化的磁场。

各个击破【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，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稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场。

答案：D类题演练 根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )A.在电场的周围空间，一定存在着和它联系着的磁场B.在变化的电场周围空间，一定存在着和它联系着的磁场C.恒定电流在其周围不产生磁场D.恒定电流周围存在着稳定的磁场解析：电场按其是否随时间变化分为稳定电场(静电场)和变化电场(如运动电荷形成的电场)，稳定电场不产生磁场，只有变化的电场周围空间才存在对应磁场，故B 对A 错；恒定电流周围存在稳定磁场，磁场的方向可由安培定则判断，D 对C 错。

第十四章电磁波多年来,《永不消失的电波》《谍影》《保密局的枪声》《羊城暗哨》《英雄虎胆》《潜伏》《风声》等电影或电视剧都曾风靡大江南北,这些电影或电视剧都属于谍战片。

在这些谍战片中,英勇机警的地下工作者都有一个和地下组织联系的重要工具——发报机。

图示是某博物馆收藏的抗战时期地下工作者所用的一种极其简单的发报机。

你想了解发报机的工作原理吗?你想知道对方是怎样接收到信息的吗?你想搞清楚在发射或接收过程中需要哪些基本的步骤吗?在本章我们来重点解决这些问题。

课时14.1电磁波的发现电磁振荡1.了解发现电磁波的历史背景,了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点,知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。

2.体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会物理实验对物理学发展的意义。

3.通过对电磁振荡的实验观察,体会LC电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及其相关物理量的变化情况,了解电磁波的产生过程。

4.了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式,了解实际生产、生活中调节振荡电路频率的基本方法。

重点难点:麦克斯韦电磁场理论,电磁振荡及LC振荡电路的工作过程。

教学建议:通过本节的学习,要对电磁场的理论有初步的定性了解。

了解电磁场理论建立的历史过程,使学生体会麦克斯韦电磁场理论的基本思想在物理学发展中的理论意义,体会科学家研究物理问题的思想方法。

关于电磁振荡的学习,可以从演示着手,使学生获得一些感性认识后再学习LC振荡电路和振荡电流,了解在各个阶段电场能、电荷量、电压、电流、磁感应强度和磁场能的变化规律。

导入新课:如果说广播、电视给人们带来了休闲和娱乐,那么迅猛发展的移动通讯更加方便了人们的生活,它以通讯方式缩短了人们之间的距离,同时还兼容了休闲娱乐功能来丰富人们的生活。

当你在享受科技给生活带来的便捷时,你是否思考过电视广播、移动通讯的工作原理?你是否知道电磁波是怎样发现的?1.电磁波的发现(1)电磁波的预言第一个预言电磁波的是①英国(填一国家名)物理学家麦克斯韦。

课时素养评价十七电磁波的发现电磁振荡(25分钟50分)一、选择题(本题共3小题,每小题7分,共21分)1.麦克斯韦电磁场理论告诉我们 ()A.任何电场周围都要产生磁场B.任何变化的电场都要在周围空间产生变化的磁场C.任何变化的电场都要在周围空间产生恒定的磁场D.周期性变化的电场要在周围空间产生周期性变化的磁场【加固训练】(多选)关于物理学史,下列说法中正确的是()A.最早发现电和磁有密切联系的科学家是奥斯特B.电磁感应现象是特斯拉发现的C.建立完整电磁场理论的科学家是麦克斯韦D.最早证明有电磁波存在的科学家是赫兹2.如图所示,L是直流电阻可以忽略的电感线圈,LC振荡电路工作时的周期为T,在t=0时断开电键K,则在0到这段时间内,下列叙述正确的是()A.电容器C放电,A板上正电荷逐渐减少,LC回路中电流逐渐增大,当t=时电流达到最大B.电容器C放电,A板上正电荷逐渐减少,LC回路中电流逐渐减小,t=0时放电电流最大C.电容器C被充电,B板上正电荷逐渐增多,LC回路中电流逐渐减小,到t=时电流为零D.电容器C被充电,A板上正电荷逐渐增多,LC回路中电流逐渐减小,到t=时电流为零3.如图所示,单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。

t=0时开关S打到b 端,t=0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。

则()A.LC回路的周期为0.02 sB.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大C.t=1.01 s时线圈中磁场能最大D.t=1.01 s时回路中电流沿顺时针方向【加固训练】(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所示时,可能是()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,然后反向增强二、非选择题(14分)4.如图所示,电源的电动势为E,电容器的电容为C,线圈的电感为L。

第十四章电磁波1.电磁波的发现基础巩固1建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是()A.法拉第B.奥斯特C.赫兹D.麦克斯韦答案：D2通过实验验证了电磁波存在的科学家是()A.法拉第B.奥斯特C.赫兹D.麦克斯韦解析：麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,赫兹证实了预言的正确性。

答案：C3类比是一种有效的学习方法,通过归类和比较,有助于掌握新知识,提高学习效率。

在类比过程中,既要找出共同之处,又要抓住不同之处。

某同学对机械波和电磁波进行类比,总结出下列内容,其中不正确的是()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,而电磁波只有纵波答案：D4根据麦克斯韦电磁场理论,以下叙述正确的是()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.稳定的电场产生稳定的磁场,稳定的磁场激发稳定的电场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：ABD5在空间某处存在一变化的磁场,则()A.在磁场中放一闭合线圈,线圈中一定会产生感应电流B.在磁场中放一闭合线圈,线圈中不一定产生感应电流C.在磁场中不放闭合线圈,在变化的磁场周围一定不会产生电场D.在磁场中不放闭合线圈,在变化的磁场周围一定会产生电场答案：BD6下列说法正确的是()A.电磁波在真空中以光速c传播B.在空气中传播的声波是横波C.声波只能在空气中传播D.光需要介质才能传播解析：电磁波在真空中的传播速度为光速c,A正确。

声波是纵波,可以在不同介质中传播,B、C错误。

光属于电磁波,电磁波的传播不需要介质,D错误。

答案：A7一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动,如图所示,当磁感应强度均匀增大时,此粒子的()A.动能不变B.动能增大C.动能减小D.以上情况都有可能解析：当磁场均匀增加时,根据麦克斯韦电磁场理论,将激起稳定的电场,带电粒子将受一个电场力作用,该力对带电粒子做正功,所以粒子的动能将增大,选项B正确。

2018-2019年高中物理人教版《选修3-4》《第十四章电磁波》《第一节电磁波的发现》课后练习试卷【4】含答案考点及解析班级:___________ 姓名：___________ 分数：___________1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2．请将答案正确填写在答题卡上一、选择题1.(5分)下列五幅图中关于振动和波的说法正确的是（）（填入正确选项前的字母，选对一个给3分，选对两个给4分，选对三个给5分，每选错一个扣3分，最低得0分）A．粗糙斜面上的金属球M在弹簧的作用下运动，则该运动是简谐运动B．若单摆的摆长为l，摆球的质量为m、位移为x，则此时回复力为F=－xC．若此图为某简谐横波某时刻的波形图，则此时质点A、C之间的距离就是该波的一个波长D．若实线为某简谐横波某时刻的波形图，且此时质点M沿y轴负向运动，则经极短时间后波形图可能如虚线所示E．人站在水边观察，看不到远处水面下的物体，是因为水面下远处物体的光线射到界面上，入射角较大，发生了全反射，没有光能射到人眼处而不被觉察【答案】BDE【解析】试题分析：A、由于斜面粗糙，回复力不满足F=-kx规律，该运动不是简谐运动．故A错误．B、对单摆的摆球受力分析如图：，重力的分力提供单摆的回复力，由图可得：，方向指向平衡位置，故应为负值，即则此时回复力为，故B正确．C、质点A、C之间的距离不等于简谐波的波长，波长等于波形上相邻两个波峰或两个波谷间的距离．故C错误．D、质点M向下运动，可知波形向右传播，则经极短时间后波形图如虚线所示．故D正确．E、由光密介质向光疏介质传播的时候，光有可能发生全反射，水面下远处物体的光线射到界面上，入射角足够大，就发生了全反射，没有光能射到人眼处而不被觉察，故人站在水边观察，看不到远处水面下的物体，故E正确．故选：BDE．考点：简谐振动；机械波的传播；全反射。

2.如图所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°，下面四个光路图中，正确的是（）【答案】A【解析】试题分析：将n=1.5代入临界角，可知临界角为42°<45°，且满足光由光密介质射入光疏介质，故仅仅发生全反射，而没有折射现象（选项C是恰发生全反射的情形），选项A正确，其余选项均错误。