13.4 电磁波的发现及应用（教师版）-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教2019必修第三册）

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13.4 电磁波的发现及应用
【物理核心素养】
物理观念：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，从中渗透事物之间是相互联系的，可以转化的物
理观念。
科学思维：通过学习使学生体会科学家研究物理问题的思想方法。
科学探究：通过了解电磁场理论建立的历史过程，使学生感认识规律的普遍性和特殊性。
科学态度与责任：通过学习电磁场理论建立的简史，培养学生崇尚科学并愿为科学献身的精神。
【教学重难点】
教学重点：麦克斯韦电磁场理论
教学难点：电磁波的特性，波长、波速、频率的关系。
知识点一、麦克斯韦电磁场理论
1．麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场周围会产生电场
麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是存
在的，如图所示．
(2)变化的电场周围会产生磁场
麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在其周围产生磁场．
2．对麦克斯韦电磁场理论的理解
恒定的磁场不产生电场 恒定的电场不产生磁场
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
不均匀变化的磁场在周围空间产生变化
的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生变
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
周期性变化的电场产生同频率的周期
性变化的磁场
【经典例题 1】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，与是否有闭合电路有关
B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
【答案】 B
【解析】A．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，与电路是否闭合无关，故 A错误；
B．周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，故 B正确；
C．若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，故 C错误；
D．只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，故 D错误。
故选 B。
【变式训练 1】1864 年，英国科学家麦克斯韦在前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁场理论。
下列说法正确的是（　　）
A．电磁波是一种物质
B．电磁波可以传递信息，但不能传递能量
C．遥控器发出的红外线波长和医院 CT 中的 X射线波长相同
D．变化的电场产生磁场，变化的磁场不能产生电场
【答案】 A
【解析】A．电磁波是一种物质，故 A正确；
B．电磁波既可以传递信息，也可以传播能量，故 B错误；
C．红外线的波长大于 X射线的波长，故 C错误；
D．变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，故 D错误。
故选 A。
知识点二、电磁波
1．电磁波的形成
周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波．
2．电磁波的特点
(1)在传播方向上，任意一点的 E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．
如图
(2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播速度等于光速 c＝3×108 m/s.
(3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程．
(4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波．
(5)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质．
3．电磁波的波速
对于电磁波，用 λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有 c＝λf.
【经典例题 2】1864 年，麦克斯韦预言了电磁波的存在；1886 年，赫兹在实验室探测到了电磁波。关于电
磁波，下列说法正确的是（　　）
A．波长越大，频率越大B．波长越大，频率越小
C．波长越大，波速越大D．波长越大，波速越小
【答案】 B
【解析】在真空中，所有电磁波的传播速度一定，都等于光速，所以波速与波长、频率无关，根据公式
可知波长越大，频率越小，B正确，ACD 错误。
故选 B。
【变式训练 2】（多选）如图所示，在磁感应强度B随时间 t变化的以下四种磁场中，下列判断正确的是（
）
A．甲图能产生电场，不能产生电磁波
B．乙图能产生电场，不能产生电磁波
C．丙图能产生电场，不能产生电磁波
D．丁图能产生电场，也能产生电磁波
【答案】 BD
【解析】根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，故乙、丙、丁都可以产生电场；均匀变化的
磁场产生恒定的电场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，从而产生电磁波，故丙、丁可以产生电
磁波。
故选 BD。
知识点三、电磁波谱
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