模塊一 知識掌握
知識點一 電磁場
【情境導入】
如圖所示
磁鐵相對閉合線圈上下運動時，閉合線圈中的自由電荷做定向移動，是受到什么力的作用？這能否說明變化的磁場產(chǎn)生了電場？如果沒有導體，情況會怎樣？
答案：磁鐵上、下運動時，導體中自由電荷定向移動，說明電荷受到靜電力作用，即導體處在電場中。磁鐵的上、下運動使線圈處在變化的磁場中，這表明變化的磁場周圍產(chǎn)生了電場。如果沒有導體，該處仍會產(chǎn)生電場。
【知識梳理】
1．變化的磁場產(chǎn)生電場
(1)實驗基礎(chǔ)：如圖所示，在變化的磁場中放一個閉合電路，電路里就會產(chǎn)生感應電流．
(2)麥克斯韋的見解：電路里能產(chǎn)生感應電流，是因為變化的磁場產(chǎn)生了電場，電場促使導體中的自由電荷做定向運動．
(3)實質(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．
3．變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系，形成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場．
【重難詮釋】
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．
（2023春?海淀區(qū)校級期末）麥克斯韋在前人研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地建立了經(jīng)典電磁場理論，進一步揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系。他大膽地假設(shè)：變化的電場就像導線中的電流一樣，會在空間產(chǎn)生磁場，即變化的電場產(chǎn)生磁場。以平行板電容器為例：圓形平行板電容器在充、放電的過程中，板間電場發(fā)生變化，產(chǎn)生的磁場相當于一連接兩板的板間直導線通以充、放電電流時所產(chǎn)生的磁場。若某時刻連接電容器和電阻R的導線中電流i的方向如圖中所示，則下列說法正確的是（ ）
A．兩平行板間的電場正在增強
B．該變化電場產(chǎn)生逆時針方向（俯視）的磁場
C．該變化電場產(chǎn)生的磁場越來越強
D．電路中的電流正比于板間的電場強度的大小
【解答】解：A、由電容器中電場方向可知電容器的上極板帶負電，下極板帶正電，電流是由下極板通過電阻R流向上極板，故電容器正在放電，電容器的電荷量正在減少，兩平行板間的電壓減小，其中的電場正在減弱，故A錯誤；
B、由題意可知產(chǎn)生的磁場相當于由上極板直接流向下極板的電流所產(chǎn)生的磁場，由安培定則可知產(chǎn)生的磁場為順時針方向（俯視），故B錯誤；
C、兩平行板間的電壓減小，由歐姆定律可知通過電阻R的電流減小，由題意：產(chǎn)生的磁場相當于一連接兩板的板間直導線通以充、放電電流時所產(chǎn)生的磁場，故該變化電場產(chǎn)生的磁場越來越弱，故C錯誤；
D、設(shè)電容器的電壓為U，板間距離為d，板間的電場強度的大小為E，則有：E
而電路中的電流為：I
可知電路中的電流正比于板間的電場強度的大小，故D正確。
故選：D。
（2023春?譙城區(qū)校級期末）根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是（ ）
A．有電場的空間一定存在磁場，有磁場的空間也一定能產(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．周期性變化的磁場周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場
【解答】解：A、恒定的電場不產(chǎn)生磁場，恒定的磁場也不產(chǎn)生電場，故A錯誤；
BC、根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，均勻變化的磁場周圍一定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，故BC錯誤；
D、根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，周期性變化的磁場（振蕩磁場）周圍一定產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場，故D正確；
故選：D。
（2022?新羅區(qū)校級開學）如圖所示，L為電感線圈，C為電容器，R為定值電阻，線圈及導線電阻均不計。先閉合開關(guān)S，穩(wěn)定后，再將其斷開，并規(guī)定此時t＝0。當t1＝0.03s時，LC回路中電容器左極板帶正電荷且電荷量第一次達到最大值。則當t2＝0.13s時，下列判斷正確的是（ ）
A．電容器中的電場能最大
B．線圈中的磁場能最大
C．電流沿順時針方向，電容器正在充電
D．電流沿逆時針方向，電容器正在放電
【解答】解：AB、LC回路中，在一個周期內(nèi)，電容器充電兩次，放電兩次，線圈及導線電阻均不計，先閉合開關(guān)S，穩(wěn)定后，線圈兩端沒有電壓，電容器不帶電，線圈具有磁場能，在t＝0時刻，斷開開關(guān)S，線圈產(chǎn)生自感電動勢，對電容器充電，使右極板帶正電，后開始放電，再充電，由電磁振蕩的周期性可知，當t1＝0.03s時，電容器左極板帶正電荷且電荷量第一次達到最大值時所經(jīng)時間應是，則有0.03s，可得T＝0.04s，此時再經(jīng)，電容器又放電，完成一次全振蕩。當t2＝0.13s＝3T時，對電容器第7次充電完畢，使電容器右極板帶正電，且電荷量最大，由LC振蕩回路的充放電規(guī)律可知，電容器帶電荷量最大時，電容器中的電場能最大，線圈中的磁場能最小，故A正確，B錯誤；
CD、在3T～3T時，電流沿LC回路逆時針方向?qū)﹄娙萜鞒潆?，使電容器右極板帶正電，在t2＝0.13s時刻，充電完畢，回路中的電流為零，電容器極板上電荷量最大，故CD錯誤。
故選：A。
知識點二 電磁波
【情境導入】
如圖所示的實驗裝置，當接在高壓感應圈上的兩金屬球間有電火花時，導線環(huán)上兩小球間也會產(chǎn)生電火花，這是為什么？這個實驗證實了什么？
答案 當A、B兩金屬球間產(chǎn)生電火花時就會產(chǎn)生變化的電磁場，這種變化的電磁場傳播到導線環(huán)時，在導線環(huán)中激發(fā)出感應電動勢，使導線環(huán)上兩小球間也產(chǎn)生電火花．這個實驗證實了電磁波的存在．
【知識梳理】
1．電磁波的產(chǎn)生：變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波．
2．電磁波的特點
(1)電磁波在空間傳播不需要介質(zhì)．
(2)電磁波是橫波：電磁波中的電場強度與磁感應強度互相垂直，而且二者均與波的傳播方向垂直．
(3)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．
【重難詮釋】
電磁波的特點
(1)電磁波是橫波，在傳播方向上的任一點，E和B彼此垂直且均與傳播方向垂直．如圖所示．
(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，在真空中電磁波的傳播速度跟光速相同，即v真空＝c＝3.0×
108 m/s.
(3)電磁波具有波的共性，能產(chǎn)生干涉、衍射、反射、折射和偏振等現(xiàn)象，電磁波也是傳播能量的一種形式．
(4)電磁波波速c、波長λ及頻率f之間的關(guān)系為c＝λf.
（2023春?天津期末）下列關(guān)于電磁場和電磁波的說法正確的是（ ）
A．均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場
B．均勻變化的電場能夠在空間產(chǎn)生電磁波
C．只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波
D．電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同
【解答】解：A、根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，均勻變化的磁場可產(chǎn)生恒定的電場，故A正確；
BC、均勻變化的電場能夠在空間產(chǎn)生恒定不變的磁場，而恒定不變的磁場不能產(chǎn)生電場，故不能夠在空間產(chǎn)生電磁波，故BC錯誤；
D、電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度不相同，在真空中傳播速度最大，而在介質(zhì)中傳播速度較小，故D錯誤。
故選：A。
（2023春?武昌區(qū)期末）有四種磁場，其磁感應強度B隨時間t變化的圖像如圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．這四種磁場都能產(chǎn)生電場
B．除了圖甲中的磁場，其它三種磁場都可以產(chǎn)生電場
C．只有圖丙中的磁場可以產(chǎn)生電磁波
D．除了圖甲中的磁場，其它三種磁場都可以產(chǎn)生電磁波
【解答】解：A.根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，恒定磁場周圍不會產(chǎn)生的電場，所以圖甲不會產(chǎn)生電場，故A錯誤；
B．根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的磁場產(chǎn)生電場，所以乙、丙、丁都可以產(chǎn)生電場，故B正確；
CD．均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場，故乙不能產(chǎn)生電磁波，周期性變化的磁場產(chǎn)生周期性變化的電場，從而產(chǎn)生電磁波，故丙、丁可以產(chǎn)生電磁波，故CD錯誤。
故選：B。
知識點三 電磁波和機械波的比較
【重難詮釋】
模塊二 鞏固提高
（2023春?渝中區(qū)校級期中）關(guān)于電磁波的理論和應用，下列說法正確的是（ ）
A．有磁場必定有電場，有電場必定有磁場
B．麥克斯韋建立了電磁場理論，并成功地通過實驗證明了電磁波的存在
C．紫外線的頻率較可見光更大，可利用紫外線消毒殺菌
D．不同頻率的電磁波在真空中的傳播速度也不相同
【解答】解：A．根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，只有變化的磁場周圍才能產(chǎn)生電場，變化的電場周圍才能產(chǎn)生磁場，故A錯誤；
B．麥克斯韋建立了電磁場理論，赫茲通過電火花實驗證明了電磁波的存在，故B錯誤；
C．電磁波譜中紫外線的頻率比可見光更高，具有更大的能量，常用于消毒殺菌，故C正確；
D．各種頻率的電磁波在真空中的傳播速率都相同，均為光速，故D錯誤。
故選：C。
（2023春?蘇州期中）關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是（ ）
A．周期性變化的電場和磁場交替產(chǎn)生由近及遠的向周圍傳播，形成了電磁波
B．電磁波在真空中的傳播速度比在水中小
C．電磁波能發(fā)生反射、折射、衍射和干涉現(xiàn)象，但不能發(fā)生偏振現(xiàn)象
D．不同電磁波具有不同的頻率，但在同一介質(zhì)中波速相同
【解答】解：A、周期性變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，相互激發(fā)，在空間由遠及近的傳播，形成了電磁波，故A正確；
B、電磁波在真空中傳播速度為光速c，根據(jù)公式：可知，電磁波在其他介質(zhì)中（n＞1），傳播速度小于光速c，即電磁波在真空中的傳播速度比在水中大，故B錯誤；
C、電磁波是橫波，可以發(fā)生反射、折射、衍射、干涉、偏振等現(xiàn)象，故C錯誤；
D、根據(jù)v＝λf，可知頻率f不同，在同種介質(zhì)中，波長λ不同，則波速v不同，故D錯誤。
故選：A。
（2022秋?朝陽區(qū)期末）關(guān)于電磁波的發(fā)現(xiàn)及其應用，下列說法不正確的是（ ）
A．麥克斯韋建立了經(jīng)典電磁場理論
B．赫茲通過實驗證明了電磁波的存在
C．電磁波可以傳遞能量和信息，但不能在真空中傳播
D．按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列起來，就是電磁波譜
【解答】解：A.麥克斯韋最終建立了經(jīng)典電磁場理論，符合史實，故A正確；
B.赫茲通過實驗證明了電磁波的存在，符合史實，故B正確；
C.電磁波可以傳遞能量和信息，能在真空中傳播，故C錯誤；
D.按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列起來，就是電磁波譜，電磁波波長由大到小的排列順序依次為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線，故D正確；
本題選說法不正確的，故選：C。
（2022秋?郴州期末）關(guān)于麥克斯韋的電磁場理論，下列說法正確的是（ ）
A．電場一定產(chǎn)生磁場
B．磁場一定產(chǎn)生電場
C．均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場
D．變化的電場產(chǎn)生磁場
【解答】解：A、均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，而非均勻變化的電場產(chǎn)生非均勻變化的磁場，恒定的電場不會產(chǎn)生磁場，故A錯誤；
B、均勻變化的磁場一定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，而非均勻變化的磁場將產(chǎn)生非均勻變化的電場，恒定的磁場不會產(chǎn)生電場，故B錯誤；
C、均勻變化的磁場一定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，而非均勻變化的磁場將產(chǎn)生非均勻變化的電場，故C錯誤；
D、均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，而非均勻變化的電場產(chǎn)生非均勻變化的磁場，即變化的電場一定產(chǎn)生磁場，故D正確；
故選：D。
（多選）（2022秋?阿勒泰地區(qū)期末）關(guān)于電磁波，下列說法正確的是（ ）
A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān)
B．周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波
C．電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強度、磁感應強度均垂直
D．電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失
【解答】解：A、電磁波在真空中的傳播速度均相同，與電磁波的頻率無關(guān)，故A正確；
B、根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論可知，變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，相互激發(fā)，形成電磁波，故B正確；
C、電磁波是橫波，每一處的電場強度和磁場強度總是相互垂直的，且與波的傳播方向垂直，故C正確；
D、當電磁振蕩停止了，只是不能產(chǎn)生新的電磁波，但已發(fā)出的電磁波不會消失，還要繼續(xù)傳播，故D錯誤。
故選：ABC。
（2021秋?保定期末）如圖所示，2021年12月9日下午，神舟十三號乘組航天員在中國空間站成功進行了“天宮課堂”第一課。航天員太空授課的畫面通過電磁波傳輸?shù)降孛娼邮照?，下列關(guān)于電磁波的說法正確的是（ ）
A．麥克斯韋證實了電磁波的存在
B．電磁波可以在真空中傳播
C．電磁波在各種介質(zhì)中傳播的速度都是3×108m/s
D．電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場
【解答】解：A、電磁波是由麥克斯韋預言，而赫茲通過實驗證實了電磁波的存在，故A錯誤；
B、電磁場本身就是一種物質(zhì)，可以不依賴物質(zhì)傳播，所以可以在真空中傳播，故B正確；
C、電磁波在真空中傳播的速度都是3×108m/s，而在介質(zhì)中的傳播速度要小于3×108m/s，故C錯誤；
D、根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，可知變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，故D錯誤。
故選：B。
（2022春?荔城區(qū)校級期中）麥克斯韋預言了電磁波的存在，下列關(guān)于電磁波的說法正確的是（ ）
A．麥克斯韋通過實驗裝置證實了電磁波的存在
B．電磁波的傳播需要具有彈性的介質(zhì)
C．均勻變化的電場周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場
D．周期性變化的磁場周圍產(chǎn)生周期性變化的電場
【解答】解：A、物理學家麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲通過實驗裝置證實了電磁波的存在，故A錯誤；
B、電磁波可以在真空中傳播，故B錯誤；
CD、根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，可知均勻變化的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場，周期性變化的磁場周圍產(chǎn)生周期性變化的電場，故C錯誤，D正確。
故選：D。
（2022春?泗陽縣期中）關(guān)于電磁場理論，下列敘述不正確的是（ ）
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(guān)
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(guān)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
【解答】解：A.只要變化的磁場周圍就存在電場，與是否有閉合電路無關(guān)，故A正確；
B.周期性變化的磁場，會產(chǎn)生同頻率變化的電場，故B正確；
C.變化的電場和變化的磁場相互聯(lián)系著，形成一個統(tǒng)一體，即電磁場，故C正確；
D.變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場；均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場，均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場；靜止的磁場周圍沒有電場，靜止的電場周圍也沒有磁場，故D錯誤。
本題選擇錯誤說法。
故選：D。
（2022春?武江區(qū)校級期中）下列關(guān)于電磁波的說法不正確的是（ ）
A．任何變化的磁場周圍一定有電場
B．只要空間某處有變化的電場和磁場，就會在其周圍產(chǎn)生電磁場，從而形成電磁波
C．振蕩電場和振蕩磁場交替產(chǎn)生，相互依存，形成不可分離的統(tǒng)一體，即電磁波
D．電磁波的理論在先，實踐證明在后
【解答】A、只要有變化的磁場，周圍一定有電場.故A正確；
B、此處的變化有周期性的變化與均勻變化之分，當均勻變化的電場或磁場時，則不會在其周圍產(chǎn)生電磁場，也不會有電磁波存在，故B錯誤；
C、振蕩電場周圍會產(chǎn)生振蕩磁場，而振蕩磁場周圍會有振蕩電場，它們交替產(chǎn)生，相互依存，形成不可分離的統(tǒng)一體，故C正確；
D、電磁波被麥克斯韋預言了存在，而赫茲證實了電磁波的存在.故D正確；
本題選不正確，故選B。
故選：B。
名稱
項目
機械波
電磁波
研究對象
力學現(xiàn)象
電磁現(xiàn)象
周期性
位移隨時間和空間做周期性變化
電場強度E和磁感應強度B隨時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)
傳播無須介質(zhì)，在真空中波速等于光速c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān)
產(chǎn)生機理
由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生
由電磁振蕩激發(fā)
波的特點
橫波或縱波
橫波
干涉和衍射
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2 電磁場與電磁波

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