2．电磁场与电磁波 学习目标：1.[物理观念]了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物 理学发展史上的意义。　2.[科学思维]了解电磁波的基本特点及其发现过程 ， 通过电磁波体会电磁场的物质性。 一、电磁场 1．变化的磁场产生电场 (1)实验现象：如图所示，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。 (2)麦克斯韦的观点：电路里有感应电流产生 ，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)结论：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，由近及远地向周围传播，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 麦克斯韦得到电磁波的速度等于 光速。他指出了光的 电磁本质。 4．麦克斯韦电磁场理论的意义 不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一 性，建立了完整的电磁场理论。 5．赫兹的电火花 (1)赫兹的实验装置 (2)实验现象 当感应圈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。 (3)现象分析 当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生火花时 ，空间出现了迅速变 化的电磁场，这种变化的电磁场以 电磁波的形式在空间传播。当电磁波到 达导线环时，它在导线环中激发出 感应电动势 ，使得导线环的空隙中也产 生了火花。 (4)实验结论：证实了电磁波的存在。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)变化的电场一定产生变化的磁场。 (×) (2)电磁波和光在真空中的传播速度都是 3.0×108 m/s。 (√) (3)电磁波在真空和介质中传播速度相同。 (×) (4)只要有电场和磁场，就能产生电磁波。 (×) (5)电磁波在同种介质中只能沿直线传播。 (×) 2．(多选)下列说法中正确的是(　　) A．变化的磁场不能产生电场 B．变化的电场不能产生磁场 C．赫兹证实了电磁波的存在 D．电磁波能在真空中传播 CD　[均匀变化的电场会产生恒定的磁场，均匀变化的磁场会产生恒定 的电场，故 A、B 错误；麦克斯韦首先从理论上预言了电磁波的存在，赫兹 首先利用实验证实了电磁波的存在，故 C 正确；电磁波能在真空中传播，故 D 正确。] 3．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 D　[麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹证实了麦克斯韦预言的正 确性。] 电磁场 如图所示，磁铁相对闭合线圈上下运动时，闭合线圈中的自由电荷做定 向移动，是受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电场？如果没 有导体，情况会怎样？ 提示：磁铁上、下运动时，导体中自由电荷定向移动，说明电荷受到静 电力作用，即导体处在电场中。磁铁的上、下运动使线圈处在变化的磁场中 ， 这表明变化的磁场周围产生了电场。如果没有导体，该处仍会产生电场。 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．对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场 均匀变化的电场在周围空间产生恒 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的磁场在周围空间产 定的磁场 不均匀变化的电场在周围空间产生 生恒定的电场 不均匀变化的磁场在周围空间 变化的磁场 产生变化的电场 振荡磁场产生同频率的振荡电 振荡电场产生同频率的振荡磁场 场 【例 1】　(多选)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 BD　[变化的电场产生磁场有两层含义。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。振荡的电场产生同频率的振荡 的磁场。均匀变化的磁场产生恒定的电场，故 B、D 正确，A、C 错误。] 1．变化的磁场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。 2．①振荡电场(即周期性变化的电场)产生同频率的振荡磁场。 ② 振荡磁场(即周期性变化的磁场)产生同频率的振荡电场。 跟进训练] 1．(多选)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着电场，与是否有闭合电路无关 B．周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 C．变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场 D．电场周围不一定存在磁场，磁场周围不一定存在电场 ABD　[变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有 电流，若无闭合回路电场仍然存在，A 正确；若形成电磁场必须有周期性变 化的电场和磁场，B 正确，C 错误；电场(或磁场)周围不一定存在磁场(或电 场)，D 正确。] 电磁波与机械波的比较 爸爸出差在外，小明相隔千里与爸爸通电话，声音在瞬间就传递到爸爸 耳边。 1．小明的声音是怎样传递给爸爸的？ 2．介质对声波和电磁波的传播速度的影响有什么不同？ 提示：1. 2．声波的传播速度由介质决定，与频率无关，即同种介质不同频率的 声波传播速度相同。电磁波在真空中传播速度相同，均为 3×108 m/s。在同 种介质中不同频率的电磁波传播速度不同，频率越大传播速度越小。 机械波 力学现象 位移随时间和空间 电磁波 电磁现象 电场强度 E 和磁感应强度 B 随 的物理量 做周期性变化 传播需要介质，波 时间和空间做周期性变化 传播无需介质，在真空中波速 传播 速与介质有关，与 总是 c，在介质中传播时，波速 频率无关 由质点(波源)的振 与介质及频率都有关系 由周期性变化的电流(电磁振荡) 动产生 激发 研究对象 周期性变化 产生 干涉 可以发生 可以发生 衍射 可以发生 可以发生 横波 可以是 是 纵波 可以是 不是 【例 2】　(多选)关于机械波与电磁波，下列说法正确的是(　　) A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关 B．电磁波可以发生衍射现象和偏振现象 C．简谐机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速 度越大 D．机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或 信息传递的方向 BD　[电磁波在真空中的传播速度都等于光速，与电磁波的频率无关， 故 A 错误；衍射现象是波特有的现象，而偏振现象是横波特有的现象，电磁 波也是一种横波，可以发生衍射现象和偏振现象，故 B 正确；波传播速度与 介质有关，则在同一种介质中传播时，简谐机械波的传播速度相等，故 C 错 误；机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息 传递的方向，如声波，故 D 正确。] 电磁波与机械波的三点不同 (1)电磁波是电磁现象，由电磁振荡产生；机械波是力学现象，由机械 振动产生。 (2)机械波的传播依赖于介质的存在，但电磁波的传播不需要介质。 (3)不同频率的机械波在同一介质中传播速度相同，在不同介质中传播速 度不同；不同频率的电磁波在真空中传播速度相同，在同一介质中传播速度 不同。 跟进训练] 2．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是(　　) A．手机既能发射电磁波，也能接收电磁波 B．手机只能接收电磁波，不能发射电磁波 C．收音机既能发射电磁波，也能接收电磁波 D．收音机不能发射电磁波，只能接收电磁波 AD　[手机在使用过程中，将要传递的信息用电磁波发射出去，另一方 面又可以通过接受电磁波来获取他人传递给自己的信息，故 B 错误，A 正确； 收音机只能利用天线接收电磁波，不能发射电磁波，故 C 错误，D 正确。] 1．根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　) A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场 B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场 ，在变化的磁场周期一定产 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．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场 D　[根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变 化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，只有选项 D 正确。] 2．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是(　　) A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度 均垂直 D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁 波随即消失 ABC　[电磁波在真空中的传播速度均相同，与电磁波的频率无关，故 A 正确；变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，相互激发，形成电磁波 ， 故 B 正确；电磁波是横波，每一处的电场强度和磁场强度总是相互垂直的， 且与波的传播方向垂直，故 C 正确；当发射电路的电磁振荡停止了，只是不 能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时 间，故 D 错误。] 3．(多选)关于电磁波和机械波，下列说法正确的是(　　) A．电磁波和机械波的传播都需要借助于介质 B．电磁波在任何介质中传播的速度都相同 ，而机械波的波速大小与介 质密切相关 C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象 D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场 CD　[机械波的传播需要借助于介质，但电磁波的传播不需要借助介质 ， 选项 A 错误；电磁波和机械波的传播速度都与介质有关；选项 B 错误；电磁 波和机械波都能产生干涉和衍射现象；选项 C 正确；根据麦克斯韦的电磁场 理论，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场；选项 D 正确。] 4．(多选)下列关于电磁场的说法中正确的是(　　) A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从 而形成电磁波 B．任何变化的电场周围一定有磁场 C．周期变化电场和周期变化磁场交替产生，相互依存，形成不可分离 的统一体，即电磁场 D．电磁波的理论在先，实践证明在后 BCD　[均匀变化的电场或磁场，不会在其周围产生电磁场，也不会有 电磁波存在，故 A 错误；任何变化的电场周围一定有磁场，故 B 正确；周期 变化电场和周期变化磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即 电磁场，故 C 正确；麦