高中物理第三章电磁振荡与电磁波第二节电磁场与电磁波学案含解析粤教版选修.doc

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第二节 电磁场与电磁波

学习目标 重点难点
1．能说出麦克斯韦电磁场理论的主要内
容．
2．能说出电磁波的特点及其与机械波的 重点：1．对麦克斯韦电磁场理论的理解．
2．电磁波的特点．
异同．
3．能说出麦克斯韦电磁场理论的重要地 难点：对电磁场理论的进一步推断．
位．
一、麦克斯韦电磁场理论的基本思想
变化的磁场周围产生电场是一种普遍存在的现象； 变化的电场周围产生磁场是一种普遍存在的现象．
二、电磁波的产生及其特点
1．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，形成一
个不可分离的统一体，这就是电磁场．
2．电磁波的产生
如果在空间某区域有周期性变化的电场， 这个变化的电场就会在周围空间产生周期性变 化的磁场；这个变化的磁场又会在较远的空间引起周期性的电场¼¼这样，变化的电场和磁 场就不局限于空间某区域．而是由近及远地向周围空间传播出去，电磁场这样由近及远地传
播，就形成了电磁波．
3．电磁波的特点
（1）电磁波中电场和磁场相互垂直，电磁波在与两者均垂直的方向传播．因此，电磁
波是横波．
（2）电磁波在空间以一定的速度传播，经过一个周期的时间，传播一个波长的距离，
l
即其波长 l，频率 f（或周期 T）和波速 v 之间遵从波动的一般关系：v＝ T ＝lf．
（3）电磁波的频率即为电磁振荡的频率．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 v＝c＝3.0×108m/s．
（4）电磁波与机械波一样，也能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，也是传播能量
的一种形式．
（5）电磁波的传播不需要借助任何介质，在真空中也能传播．
预习交流
机械波的产生必须有产生振动的振源和传播振动的介质，电磁波与机械波一样，具有波
的共性，电磁波的传播是否必须有介质？
答案：不是．电磁波的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" ，而不是依靠介质的机械传递．
一、麦克斯韦的电磁场理论
1．麦克斯韦根据什么现象认为"变化的磁场产生电场"？关于"变化的电场产生磁
场"的观点，他是在什么情况下提出的？
答案： 1）麦克斯韦是在法拉第电磁感应现象的基础上提出"变化的磁场产生电场"的 （
假设．
（2）"变化的电场产生磁场"是他相信自然规律和谐统一而假设的，他相信磁场和电 场有对称之类．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．
2．麦克斯韦关于电磁场理论主要论点是什么？用麦克斯韦的电磁场理论说明电磁波是
怎样产生的．
答案 1）麦克斯韦关于电磁场理论的两大支柱是：①变化的磁场产生电场，②变化的 （
电场产生磁场．
（2）根据这两个基本点，麦克斯韦进一步推断：如果在空间某处有变化的电场，那么

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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，如此
下去变化的电场和磁场交替产生，从而形成由近及远传播的电磁波．
3．学生讨论：按照麦克斯韦的电磁场理论，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，不可分割的．空间中只要存在变化的磁场（或电场） ，
就一定能形成电磁场吗？
答案：不一定．如果磁场（或电场）均匀变化，其周围产生稳定的电场（或磁场） ，稳
定的电场（或磁场）周围不能再产生磁场（或电场） ，不能形成电磁场；如果磁场（或电场）
是非均匀变化的，其周围产生非均匀变化的电场（或磁场） ，非均匀变化的电场（或磁场） 周围又产生非均匀变化的磁场（或电场）¼¼这样变化的磁场（或电场）和变化的电场（或
磁场）交替产生，从而形成电磁场．
某电路的电场随时间变化的图象如图所示，能发射电磁波的电场是哪一种（ ）．
点拨： 变化的电场有均匀变化和非均匀变化之分， 由此产生新的电场有稳定和变化之分．
答案：D
解析：图 A 中电场不随时间变化，不产生磁场图 B 和图 C 中电场都随时间做均匀变化，
只能在周围产生稳定的磁场， 也不会产生和发射电磁波， D 中电场随时间做不均匀的变化， 图
能在周围空间产生变化的磁场，而这种磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从
而交织成不可分割的统一体，即形成电磁场，才能发射电磁波．
1．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．恒定的电场不产生磁场；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；均匀变化的电场在周围空间产生恒定
的磁场．
4．周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场；周期性变化的磁场产生同频率
的周期性变化的电场．
二、电磁波与机械波的异同
学生讨论：电磁波和机械波一样，能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，是传播能量
的一种方式，能传递信息．除此之外，电磁波和机械波还有哪些相同点和不同点？
答案： 1）相同点：电磁波的波长、频率、波速关系与机械波一样，满足 v＝lf，T＝ （
1
f的关系，且传播过程中频率不变，波速由介质决定．
（2）不同点：①产生的机理不同：电磁波是电磁运动产生的，是变化的电磁场在空间
的传播；机械波是机械运动产生的，是振动这一运动形式在介质中的传播．
②电磁波传播不需要介质，机械波必须有介质才能传播．
③电磁波是横波，电场方向和磁场方向互相垂直且都与波的传播方向垂直；机械波有横
波也有纵波．
④电磁波波速比机械波波速大得多， 任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在 真空中的速度，即 c＝3.0×108 m/s，电磁波传播虽然不需要介质，但在其他介质中的速度
都比在真空中的小．
⑤电磁波向外传播的是电磁能，机械波传播的是机械能．
以下关于机械波与电磁波的说法中，不正确的是（ ）．
A．机械波与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：A
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，传播不需要介质．波速由介质和本 身频率共同决定，机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，故选项 B、C、D 正确．
1．电磁波和机械波都属于波，具有波的共性．都能发生反射、折射、

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干涉、衍射等现象．
2．电磁波和机械波的产生机理不同．两种波有本质的区别：
（1）机械波只能在介质中传播；电磁波既能在介质中传播，又能在真空中传播．
（2）机械波可能是横波，也可能是纵波；电磁波一定是横波．
（3）机械波的波速只由介质决定，与振源无关；电磁波的波速由介质和自身的频率共
同决定．
1．关于电磁场理论，下列说法正确的是（ ）．
A．稳定的电场周围能产生磁场
B．变化的电场周围产生的磁场一定也是变化的
C．均匀变化的电场周围产生的磁场一定也是均匀变化的
D．振荡电场周围产生同频率的振荡磁场
答案：D
解析：稳定的电场周围不能产生磁场，A 错误；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，
B、C 错误；振荡电场周围产生同频率的振荡磁场，D 正确．
2．下列关于电磁波与机械波的说法正确的是（ ）．
A．机械波和电磁波的传播都需要介质
B．机械波和电磁波都是横波
C．机械波和电磁波都是传播能量或信息的一种方式
D．公式 v＝lf 都适用
答案：CD
解析：电磁波的传播不需要介质，A 错误；机械波有可能是纵波，B 错误；机械波和电
磁波都是传播能量或信息的方式，C 正确；v＝lf 适用于一切波，D 正确．
3．电磁波从真空传入水中时，下列说法正确的是（ ）．
A．频率不变，波速变大，波长变长
B．频率不变，波速变小，波长变短 C．波速不变，频率变小，波长变长 D．波速不变，频率变大，波长变短
答案：B
解析：电磁波和机械波一样，从真空传入水中时，频率不变，但电磁波在真空中传播的
速度最快，所以从真空传入水中时波速变小，由 v＝lf 知 l 也变短，B 正确．
4．下列关于电磁场的说法中不正确的是（ ）．
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．振荡电场和振荡磁场交替产生，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
答案：A
解析：任何变化的电场周围一定有磁场，B 正确；如果电场或磁场均匀变化，则不能产
生电磁场，A 错误；振荡电场和振荡磁场交替产生，形成电磁场，C 正确；麦克斯韦预言了
电磁波的存在，赫兹通过实验证明了电磁波的存在，D 正确．
5．雷雨天气，从收音机中会不断地传出很响的"咔嚓"声，这是为什么？
答案：雷雨天形成闪电时会发出很强的电磁波，收音机接收到后会感应出电流，使扬声
器发出声响，形成很响的"咔嚓"声．

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