专题4.2 地磁场与电磁波-2022-2023学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第二册）（解析版）

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专题 4.2 电磁场与电磁波

【人教版】

【题型 1 麦克斯韦的电磁场理论】..................................................................................................

【题型 2 感生电场】..........................................................................................................................

【题型 3 电磁波的产生】..................................................................................................................

【题型 4 电磁波的应用】..................................................................................................................

【题型 5 与机械波对比】..................................................................................................................

【题型 6 联系实际】..........................................................................................................................

【题型 7 电磁波的发现】..................................................................................................................

【题型 1 麦克斯韦的电磁场理论】

【例 1】关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是(　　)

A．稳定的电场产生稳定的磁场

B．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场

C．变化的电场产生的磁场一定是变化的

D．振荡的电场在周围空间产生的磁场也是振荡的

答案　D

解析　麦克斯韦的电磁场理论要点是：变化的磁场(电场)要在周围空间产生电场(磁场)，若

磁场(电场)的变化是均匀的，产生的电场(磁场)是稳定的，若磁场(电场)的变化是振荡的，

产生的电场(磁场)也是振荡的，由此可判定正确答案为 D项．

【变式 1-1】(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

答案　BD

解析　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．

【变式 1-2】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，在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：选D　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能产生变化的磁场，周期性变化的电场周围一定产生

周期性变化的磁场，故 D正确。

【变式 1-3】关于电磁场和电磁波，下列说法中不正确的是(　　)

A．均匀变化的电场在它的周围产生稳定的磁场

B．电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且都与波的传播方向垂直

C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播

D．只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波

解析：选C　根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电场在它的周围产生稳定的磁场，

A正确；因电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且与波的传播方向

垂直，电磁波是横波，B正确；电磁波可以在真空中传播，C错误；只要空间中某个区域

有振荡的电场或磁场，就在周期性变化的电场周围产生同周期变化的磁场，周期性变化的

磁场周围产生同周期变化的电场，这样由近及远传播，形成了电磁波，D正确。

【题型 2 感生电场】

【例 2】将很多质量为 m、带电荷量为＋q可视为质点的绝缘小球，均匀穿在由绝缘材料制

成的半径为 r的光滑圆轨道上并处于静止状态，轨道平面水平，空间内有分布均匀的磁场，

磁场方向竖直向上，如图甲所示。磁感应强度 B随时间 t变化的规律如图乙所示，其中 B0

是已知量。已知在磁感应强度增大或减小的过程中，将产生涡旋电场，其电场线是在水平

面内一系列沿顺时针或逆时针方向的同心圆，同一条电场线上各点的场强大小相等。关于

绝缘小球的运动情况，下列说法正确的是(　 )

A．在 t＝0到t＝T0时间内，绝缘小球均做匀速圆周运动

B．在 t＝T0到t＝2T0时间内，绝缘小球均沿顺时针方向做速率均匀增加的圆周运动

C．在 t＝2T0到t＝3T0时间内，绝缘小球均沿顺时针方向做加速圆周运动

D．在 t＝3T0到t＝5T0时间内涡旋电场沿顺时针方向

解析：选B　在 t＝0到t＝T0时间内，磁感应强度不变，没有涡旋电场产生，绝缘小球保持

静止，故 A错误；在 t＝T0到t＝2T0时间内，根据法拉第电磁感应定律可得沿轨道一周的感

应电动势为 ε＝πr2＝πr2，由于同一条电场线上各点电场强度大小相等，所以 E＝，解得 E

＝，涡旋电场沿顺时针方向，根据牛顿第二定律可得，在 t＝T0到t＝2T0时间内，小球沿切

线方向的加速度大小恒为 a1＝，所以绝缘小球均沿顺时针方向做速率均匀增加的圆周运动，

故B正确；在 t＝2T0到t＝3T0时间内，磁感应强度不变，没有涡旋电场产生，绝缘小球均

沿顺时针方向做匀速圆周运动，故 C错误；根据法拉第电磁感应定律可知在 t＝3T0到t＝

5T0时间内涡旋电场沿逆时针方向，故 D错误。

【变式 2-1】(多选)如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于玻璃

圆环内径的带正电的小球，正以速率 v0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上方向

竖直向上、磁感应强度 B随时间成正比例增加的变化磁场，设运动过程中小球所带电荷量

不变，那么(　 )

A．小球对玻璃圆环的压力不断增大

B．小球受到的洛伦兹力不断增大

C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动

D．洛伦兹力对小球一直不做功

解析：选CD　玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正

电的小球做功。由楞次定律，判断电场方向为顺时针方向。在电场力作用下，小球先沿逆

时针方向做减速运动，后沿顺时针方向做加速运动。小球在水平面内沿玻璃圆环半径方向

受两个力作用：环的弹力 FN和磁场的洛伦兹力 F＝Bqv，而且两个力的矢量和时刻等于小

球做圆周运动的向心力。考虑小球速度大小、方向以及磁场强弱的变化，弹力 FN和洛伦兹

力F不一定始终在增大。洛伦兹力始终与小球做圆周运动的线速度方向垂直，所以洛伦兹

力对小球不做功。

【变式 2-2】（多选）应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的表示电场产生磁场 (或磁

场产生电场)的关系图象中(每个选项中的上图表示变化的场，下图表示变化的场产生的另

外的场)，正确的是(　　)

答案　BC

解析　A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，

A图中的下图是错误的．B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的

磁场是稳定的，所以 B图正确．C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，

且相位差为，C图是正确的．D图的上图是振荡的电场，可在其周围空间产生同频率振荡

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