第1講電磁波的發(fā)現(xiàn)目標定位1.理解麥克斯韋電磁場理論的兩個支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場.了解變化的電場和磁場相互聯(lián)系形成統(tǒng)一的電磁場.2.了解電磁場在空間傳播形成電磁波.3.了解麥克斯韋電磁場理論以及赫茲實驗在物理學發(fā)展中的貢獻.體會兩位科學家研究物理問題的方法.一、偉大的預言1.變化的磁場產(chǎn)生電場(1)在變化的磁場中放一個閉合的電路，由于穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路里會產(chǎn)生感應電流.這個現(xiàn)象的實質(zhì)是變化的磁場在空間產(chǎn)生了電場.(2)即使在變化的磁場中沒有閉合電路，也同樣要在空間產(chǎn)生電場.2.變化的電場產(chǎn)生磁場變化的電場也相當于一種電流，也在空間產(chǎn)生磁場，即變化的電場在空間產(chǎn)生磁場.3.麥克斯韋不僅預言了電磁波的存在，而且揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一.想一想麥克斯韋從什么現(xiàn)象認識到變化的磁場能產(chǎn)生電場？關于“變化的電場能夠產(chǎn)生磁場”的觀點，他是在什么情況下提出的？答案麥克斯韋從法拉第電磁感應現(xiàn)象認識到變化的磁場能夠產(chǎn)生電場.麥克斯韋確信自然界規(guī)律的統(tǒng)一與和諧，相信電場與磁場有對稱之美.他認為：既然變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場，那么變化的電場也能夠在空間產(chǎn)生磁場.二、電磁波1.電磁波的產(chǎn)生：如果在空間某區(qū)域有不均勻變化的電場，那么這個變化的電場就在空間引起變化的磁場；這個變化的磁場又會引起新的變化電場于是，變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠地傳播.電磁場這樣由近及遠地傳播，就形成電磁波.2.特點(1)電磁波可以在真空中傳播.(2)電磁波的傳播速度等于光速.(3)光在本質(zhì)上是一種電磁波.(4)光是以波動形式傳播的一種電磁振動.想一想空間存在如圖411所示的電場，那么在空間能不能產(chǎn)生磁場？在空間能不能形成電磁波？圖411答案如圖所示的電場是均勻變化的，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知會在空間激發(fā)出磁場，但磁場恒定，不會再在較遠處激發(fā)起電場，故不會產(chǎn)生電磁波.三、赫茲的電火花1.赫茲首先捕捉到電磁波，在以后的一系列實驗中，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì).他還測得，電磁波在真空中具有與光相同的傳播速度c.2.赫茲證實了麥克斯韋關于光的電磁理論.3.赫茲被譽為無線電通信的先驅(qū).后人為了紀念他，把頻率的單位定為赫茲.想一想是赫茲預言了電磁波的存在，并用實驗證實其存在的嗎？答案不是.麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲通過實驗證實了電磁波的存在.一、對麥克斯韋電磁場理論的理解1.變化的磁場產(chǎn)生電場如圖412所示，麥克斯韋認為在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路(導體環(huán))是否存在無關.導體環(huán)的作用只是用來顯示電流的存在.圖412注意在變化的磁場中所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的.2.變化的電場產(chǎn)生磁場根據(jù)麥克斯韋理論，在給電容器充電的時候，不僅導體中的電流要產(chǎn)生磁場，而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場.(如圖413所示).圖4133.小結(1)變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場也在周圍空間產(chǎn)生磁場.(2)均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場.(3)振蕩的磁場產(chǎn)生同頻率振蕩的電場，振蕩的電場產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場.例1關于電磁場理論的敘述正確的是()A.變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關B.周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率變化的電場C.變化的電場和變化的磁場相互關聯(lián)，形成一個統(tǒng)一的場，即電磁場D.電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場答案AB解析變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，當電場中有閉合回路時，回路中有電流.若無閉合回路，電場仍然存在，A正確；若形成電磁場必須有周期性變化的電場和磁場，B對，C、D錯.針對訓練1如圖414所示是某一固定面的磁通量的變化圖象，在它周圍空間產(chǎn)生的電場中的某一點場強E應是()圖414A.逐漸增強 B.逐漸減弱C.不變 D.無法確定答案C解析由圖象可知，磁場在均勻變化，故在磁場周圍產(chǎn)生的電場是穩(wěn)定不變的.二、對電磁波的理解1.電磁波的形成變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，形成電磁場，電磁場由近及遠傳播，形成電磁波.2.電磁波的特點(1)電磁波是橫波.電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波在與二者均垂直的方向傳播.(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì).在真空中傳播速度等于光速c3.00108 m/s.(3)電磁場儲存電磁能，電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程.(4)電磁波具有波的一切特性，能夠發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象.例2下列關于電磁波的說法中正確的是()A.只要電場和磁場發(fā)生變化，就能產(chǎn)生電磁波B.電磁波的傳播需要介質(zhì)C.停止發(fā)射電磁波，發(fā)射出去的電磁波仍能獨立存在D.電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的答案CD解析要想產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，變化的電場(或磁場)產(chǎn)生的磁場(或電場)必須是非均勻變化的，所以A選項錯誤；電磁波是物質(zhì)波，電磁波的傳播可以不需要介質(zhì)而在真空中傳播，B選項錯誤；電磁波可以脫離“波源”而獨立存在，C選項正確；電磁波可以使電荷移動，說明電磁波具有能量，電磁波傳播的過程，也就是能量的傳播過程，所以D正確.針對訓練2關于電磁波在真空中的傳播速度，以下說法正確的是()A.電磁波的頻率越高，傳播速度越大B.電磁波的波長越長，傳播速度越大C.電磁波的能量越大，傳播速度越大D.所有電磁波在真空中的傳播速度都相等答案D解析電磁波在真空中的傳播速度為光速，與其他因素無關.對麥克斯韋電磁場理論的理解1.關于電磁場理論，下列說法中正確的是()A.在電場的周圍空間一定產(chǎn)生磁場B.任何變化的電場周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場C.均勻變化的電場周圍空間產(chǎn)生變化的磁場D.振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場答案D解析由麥克斯韋電磁場基本理論知：不變化的電場周圍不產(chǎn)生磁場，變化的電場周圍一定產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的磁場性質(zhì)是由電場的變化情況決定的，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，不均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，振蕩的電場產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場，反之亦然，故選項D正確.2.在空間某處存在一個變化的磁場，則下列說法正確的是()A.在變化的磁場周圍一定能產(chǎn)生變化的電場B.在磁場中放一個閉合線圈，線圈里一定有感應電流C.在磁場中放一個閉合線圈，線圈里不一定有感應電流D.變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，跟閉合線圈的存在與否無關答案CD解析均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，A錯；在磁場中放置一個閉合線圈，如果穿過線圈的磁通量沒有變化，則不會產(chǎn)生感應電動勢，也就不會有感應電流，B錯，C對；變化的磁場周圍一定產(chǎn)生電場，與是否存在線圈無關，D對.對電磁波的理解3.關于電磁場和電磁波，下列敘述中正確的是()A.均勻變化的電場在它周圍空間產(chǎn)生電磁波B.電磁波必須依賴于介質(zhì)傳播C.電磁波中每一處的電場強度和磁感應強度總是互相垂直，且與波的傳播方向垂直D.只要空間某個區(qū)域有振蕩的電場或磁場，就能產(chǎn)生電磁波答案CD解析均勻變化的電場在它周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，由電磁場理論知，穩(wěn)定的磁場不再產(chǎn)生電場，所以不能形成電磁波，故A項錯；電磁波是周期性變化的電場與磁場的交替激發(fā)，所以傳播不需要介質(zhì)，B項錯.4.對于聲波和電磁波的比較，下面說法中正確的是()A.它們都能發(fā)生反射現(xiàn)象B.聲音是由物體振動產(chǎn)生的，電磁波是由變化的電磁場產(chǎn)生的C.光是一種電磁波，B超利用的是超聲波D.它們都能在真空中傳播答案ABC解析聲波和電磁波都屬于波，所以它們都具有波的共性，能發(fā)生反射現(xiàn)象，故選項A正確；但它們產(chǎn)生的機理不同，聲音是由物體振動產(chǎn)生的，電磁波是由變化的電磁場產(chǎn)生的，故選項B正確；光是一種電磁波，B超利用的是超聲波，故選項C正確；電磁波既能在介質(zhì)中傳播又能在真空中傳播，而聲波只能在介質(zhì)中傳播，故選項D錯誤.(時間：60分鐘)題組一、對麥克斯韋電磁場理論的理解1.下列說法中，正確的有()A.最早發(fā)現(xiàn)電和磁有密切聯(lián)系的科學家是奧斯特B.電磁感應現(xiàn)象是法拉第發(fā)現(xiàn)的C.建立完整的電磁場理論的科學家是麥克斯韋D.最早預見到有電磁波存在的科學家是赫茲答案ABC解析最早預見到有電磁波的科學家是麥克斯韋，赫茲用實驗證明了電磁波的存在，D項不正確；由物理學史的知識可知，其他三項都是正確的.2.按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法正確的是()A.恒定的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場B.變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生電場C.均勻變化的電場周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生均勻變化的電場D.均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場答案BD解析麥克斯韋的電磁場理論的核心內(nèi)容是：變化的電場周圍產(chǎn)生磁場；變化的磁場周圍產(chǎn)生電場.對此理論全面正確的理解為：不變化的電場周圍不產(chǎn)生磁場；變化的電場周圍可以產(chǎn)生變化磁場，也可以產(chǎn)生不變化磁場；均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場；周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場，由變化的磁場產(chǎn)生電場的規(guī)律與以上類似，故正確答案為B、D.3.根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()A.電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍也一定產(chǎn)生電場B.變化的電場周圍一定產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍也一定產(chǎn)生電場C.變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場D.電磁波在真空中的傳播速度為3.00108 m/s答案BD解析根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，只有變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，但變化的電場周圍不一定產(chǎn)生變化的磁場，如均勻變化的電場產(chǎn)生的是穩(wěn)定的磁場，所以正確的選項是B、D.4.某電場中電場強度隨時間變化的圖象如圖所示，能產(chǎn)生磁場的電場是( )答案ABC解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知變化的電場產(chǎn)生磁場，選項A、B、C正確.題組二、對電磁波的理解5.下列說法正確的是()A.電磁波即電磁場在空間的傳播B.麥克斯韋依據(jù)光速和電磁波速度相同而預言光是一種電磁波C.赫茲不僅證實了電磁波的存在，還證實了光和電磁波具有相同的性質(zhì)D.電磁波和機械波最大的不同點是其傳播不需要介質(zhì)答案ABCD6.下列關于機械波與電磁波的說法正確的是( )A.聲波是機械波，耳朵能夠聽到聲波，是因為耳朵和聲源之間有空氣B.水波的傳播需要水，沒有水就沒有水波C.電磁波傳播需要空氣，沒有空氣，即使產(chǎn)生了電磁波也傳不出來D.電磁波的傳播速率等于光速，不受其它因素影響答案AB解析機械波的傳播需要介質(zhì)，在真空中不能傳播；電磁波可以在真空中傳播，選項A、B正確，C錯誤；電磁波只有在真空中的速度才等于光速，選項D錯誤.7.某電路中電場隨時間變化的圖象如圖所示，能發(fā)射電磁波的電場是()答案D解析由麥克斯韋電磁場理論，當空間出現(xiàn)恒定的電場時(如A圖)，由于其不激發(fā)磁場，故無電磁波產(chǎn)生；當出現(xiàn)均勻變化的電場(如B圖、C圖)，會激發(fā)出磁場，但磁場恒定，不會再在較遠處激發(fā)起電場，故也不會產(chǎn)生電磁波；只有周期性變化的電場(如D圖)，才會激發(fā)出周期性變化的磁場，周期性變化的磁場又激發(fā)出周期性變化的電場，如此不斷激發(fā)，便會形成電磁波.8.下列關于電磁波的說法中，正確的是( )A.電磁波可以在真空中傳播B.電磁波不能在空氣中傳播C.麥克斯韋第一次通過實驗驗證了電磁波的存在D.法拉第第一次通過實驗驗證了電磁波的存在答案A解析電磁波可以在真空中傳播，A對，B錯；麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在，故C、D錯.9.關于電磁波，下列說法正確的是()A.光不是電磁波B.電磁波需要有介質(zhì)才能傳播C.只要有電場和磁場，就可以產(chǎn)生電磁波D.真空中，電磁波的傳播速度與光速相同答案D解析光也是一種電磁波，在真空中傳播的速度為3.0108 m/s，傳播過程中不需要介質(zhì)，故A、B錯誤，D正確；只有非均勻變化的電場或磁場，才能產(chǎn)生電磁波，故C錯誤.10.有一種“隱形飛機”，可以有效避開雷達的探測，秘密之一在于它的表面有一層特殊材料，這種材料能夠_(填“增強”或“減弱”)對電磁波的吸收作用，秘密之二在于它的表面制成特殊形狀，這種形狀能夠_(填“增強”或“減弱”)電磁波反射回雷達設備.答案增強減弱解析題目介紹了電磁波在軍事上的用途.電磁波如果遇到尺寸明顯大于波長的障礙物就要發(fā)生反射，雷達就是利用電磁波的這個特性工作的.要有效避開雷達的探測，就要設法減弱電磁波的反射.據(jù)此即可確定答案.