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(共31張PPT)
第四章　電磁振蕩與電磁波
2.電磁波
核心素養：1.了解麥克斯韋電磁理論的主要觀點，知道電磁場的概念及產生的原理. 2.體驗赫茲證明電磁波存在的實驗過程及方法，領會物理實驗對物理學發展的基礎意 義. 3.認識電磁波譜，知道電磁波譜中各種電磁波的排列順序，了解不同波長電磁波 的特征及主要用途.
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研習任務一　麥克斯韋電磁理論的兩個基本假設
合作　討論
電子感應加速器是用來獲得高速電子的裝置，其基本原理如圖所示，上、下為電磁鐵 的兩個磁極，磁極之間有一個環形真空室，電磁鐵線圈中通入變化的電流，真空室中 的帶電粒子就會被加速，其速率會越來越大.請思考：帶電粒子受到什么力的作用而 被加速？如果線圈中通以恒定電流會使粒子加速嗎？這個現象告訴我們什么道理？
提示：帶電粒子受到電場力作用做加速運動.線圈中通入恒定電流時，帶電粒子不會被加速.這個現象告訴我們變化的磁場能產生電場.
教材　認知
1. 麥克斯韋電磁理論的兩個基本假設
（1）變化的磁場能夠在周圍空間產生 .
（2）變化的電場能夠在周圍空間產生 .
2. 電磁場
變化的電場和變化的磁場交替產生，形成不可分割的統一體，稱為 .
電場　
磁場　
電磁場　
[理解]　對麥克斯韋電磁場理論的理解
1. 變化的磁場產生電場
（1）均勻變化的磁場產生恒定的電場.
（2）非均勻變化的磁場產生變化的電場.
（3）周期性變化的磁場產生同頻率的周期性變化的電場.
2. 變化的電場產生磁場
（1）均勻變化的電場產生恒定的磁場.
（2）非均勻變化的電場產生變化的磁場.
（3）周期性變化的電場產生同頻率的周期性變化的磁場.
研習　經典
A. 周期性變化的電場一定產生同頻率的周期性變化的磁場
B. 變化的電場一定產生變化的磁場
C. 穩定的電場一定產生穩定的磁場
D. 均勻變化的電場一定產生均勻變化的磁場
A
解析：周期性變化的電場一定產生同頻率的周期性變化的磁場，A正確；均勻變化的 電場產生恒定的磁場，B錯誤；穩定的電場不會產生磁場，C錯誤；均勻變化的電場 一定產生恒定不變的磁場，D錯誤.
名師點評
　　這類題目考查對麥克斯韋電磁場理論的理解，麥克斯韋電磁場理論中提到變化分 為均勻變化和非均勻（或周期性）變化，做題時一定要注意區別，均勻變化的電場只 能產生恒定的磁場，周期性變化的電場才能產生同頻率的周期性變化的磁場.
對應　訓練
A B
C D
C
解析：恒定的電場不產生磁場，A正確；均勻變化的電場產生恒定的磁場，B正確； 周期性變化的磁場產生同頻率周期性變化的電場，產生的電場的電場強度與磁場的磁 感應強度的變化率成正比，對于正弦曲線，t＝0時，磁場的磁感應強度的變化率最 大，故產生的電場的電場強度最大，C錯誤，D正確.故選C.
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研習任務二　電磁波
合作　討論
如圖所示是赫茲證明電磁波存在的實驗裝置，當接在高壓感應圈上的兩金屬球 間有電火花時，導線環上兩小球間也會產生電火花，這是為什么？這個實驗證 實了什么問題？
提示：當A、B兩金屬球間產生電火花時就會產生變化的電磁場，這種變化的電磁場傳播到導線環時，在導線環中激發出感應電動勢，使導線環上兩小球間也產生電火花.這個實驗證實了電磁波的存在.
教材　認知
1. 電磁波的產生：由變化的電場和磁場交替產生而形成的電磁場由近及遠傳播.這種 變化的電磁場在空間中的傳播形成了 ，如圖所示.
電磁波　
不需要　
橫波　
垂直　
頻率　
干涉　
衍射　
赫茲　
[理解]　電磁波與機械波的比較
項目 機械波 電磁波
研究對象 力學現象 電磁現象
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，波速與介質 有關，與頻率無關 傳播無需介質，在真空中波速等于光速c，在介質中傳播時，波速與介質和頻率都有關
產生機理 由質點（波源）的振動產生 由電磁振蕩激發（下節內容）
是橫波
還是縱波 可能是橫波，也可能是縱波 橫波
干涉和衍射 可以發生干涉和衍射
研習　經典
A. 頻率越高，傳播速度越大
B. 電磁波的能量越強，傳播速度越大
C. 波長越長，傳播速度越大
D. 頻率、波長、強弱都不影響電磁波的傳播速度
解析：電磁波傳播的速度與頻率、波長、電磁波的能量無關，與傳播的介質有關，在 真空中傳播的速度等于光速.故A、B、C錯誤，D正確.
D
名師點評
　　解決這類問題，一定要了解電磁波傳播的規律，并與機械波加以區分.電磁波的
傳播不需要介質，在真空中傳播的速度等于光速.
對應　訓練
A. 電磁波的傳播不需要介質，聲波的傳播需要介質
B. 由空氣進入水中傳播時，電磁波的傳播速度變小，聲波的傳播速度變大
C. 電磁波是橫波，聲波也是橫波
D. 由空氣進入水中傳播時，電磁波的波長變短，聲波的波長變長
解析：電磁波本身就是一種物質，它的傳播不需要介質，而聲波的傳播需要介質，故 選項A正確；電磁波由空氣進入水中時，傳播速度變小，但聲波在水中的傳播速度比 其在空氣中大，故選項B正確；電磁波的傳播方向與電場、磁場的方向都垂直，是橫 波，而聲波是縱波，故選項C錯誤；電磁波由空氣進入水中傳播時，波速變小，波長 變短，而聲波由空氣進入水中傳播時，波速變大，波長變長，故選項D正確.本題選 錯誤的，故選C.
C
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課時作業（十四）
[基礎訓練]
A. 法拉第預言了電磁波的存在，并揭示了電、磁、光現象在本質上的統一性
B. 均勻變化的磁場一定產生恒定的電場
C. 均勻變化的電場產生均勻變化的磁場
D. 赫茲通過一系列實驗，證明了麥克斯韋關于光的電磁理論
解析：麥克斯韋預言了電磁波的存在，并揭示了電、磁、光現象在本質上的統一性， 選項A錯誤；根據麥克斯韋電磁場理論，均勻變化的磁場一定產生穩定的電場，均勻 變化的電場產生穩定的磁場，選項B正確，C錯誤；赫茲通過一系列實驗，證明了麥 克斯韋關于光的電磁理論，選項D正確.
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A. 麥克斯韋通過實驗驗證了“變化的電場產生磁場”和“變化的磁場產生電場”， 并預言了電磁波的存在
B. 電磁波的傳播需要介質
C. 赫茲通過測量證明在真空中，電磁波具有與光相同的速度
D. 太陽光中含有不同頻率的各種電磁波，且能量均分在各個波段
解析：麥克斯韋只是預言了電磁波的存在，也進行了相關理論計算，但并沒有用實驗 驗證變化的電場產生磁場，A錯誤；電磁波在真空中也能傳播，不需要介質，B錯 誤；赫茲用實驗證明了電磁波的存在，并且通過測量，發現在真空中，電磁波具有與 光相同的速度，C正確；太陽光中含有紅外線、可見光和紫外線，并不是含有不同頻 率的各種電磁波，同時能量也不是均分的，D錯誤.
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A. 是橫波
B. 不能在火星表面傳播
C. 只能沿著梳子搖動的方向傳播
D. 在空氣中的傳播速度約為3×108 m/s
解析：電磁波傳播方向與電磁場方向垂直，是橫波，A項正確；電磁波傳播不需要介 質，可以在火星表面傳播，B項錯誤；電磁波可以朝任意方向傳播，C項錯誤；電磁 波在空氣中的傳播速度接近光速，約為3×108 m/s，D項正確.
AD
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A. 電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率有關
B. 周期性變化的電場和磁場可以相互激發，形成電磁波
C. 電磁波在傳播過程中可以發生干涉、衍射，但不能發生反射和折射
D. 電磁波的傳播需要介質
解析：電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關，選項A錯誤；周期性變化的 電場和磁場可以相互激發，形成電磁波，選項B正確；電磁波在傳播過程中可以發生 干涉、衍射，也可以發生反射和折射，選項C錯誤；電磁波可以在真空中傳播，不需 要介質，選項D錯誤.
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A. 變化的電場和變化的磁場交替產生電磁波
B. 電磁波既可以是橫波也可以是縱波
C. 在外太空的真空環境下電磁波無法傳播
D. 電磁波在不同介質中傳播時的速度大小不變
解析：根據麥克斯韋電磁場理論可知，變化的電場和變化的磁場交替產生電磁波，故 A正確；電磁波一定是橫波，故B錯誤；電磁波可以在真空中傳播，故C錯誤；電磁波 在不同的介質中傳播的速度不同，故D錯誤.
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A. 電磁波和機械波都能產生干涉、衍射和多普勒效應現象
B. 波源停止振動，機械波立即停止傳播，電磁波能繼續傳播
C. 機械波和電磁波由一種介質進入另一種介質傳播時，波速保持不變
D. 機械波和電磁波由一種介質進入另一種介質傳播時，波長保持不變
解析：干涉、衍射和多普勒效應現象是波的特有現象，電磁波和機械波都能產生干 涉、衍射和多普勒效應現象，故A正確；如果機械波波源停止振動，在介質中傳播的 機械波仍將繼續傳播，故B錯誤；機械波從一種介質進入另一種介質傳播時，波速發 生變化，但頻率不變，根據v＝λf 可知，波長改變，故C、D錯誤.
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[能力提升]
A. 5G信號比4G信號所用的無線電波在真空中傳播得更快
B. 5G信號是橫波，4G信號是縱波
C. 空間中的5G信號和4G信號會產生干涉現象
D. 5G信號相比于4G信號更不容易繞過障礙物，所以5G通信需要搭建更密集的基站
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解析：任何電磁波在真空中的傳播速度均為光速，故5G信號與4G信號所用的無線電 波在真空中的傳播速度相同，A錯誤；5G信號與4G信號都是電磁波，為橫波，B錯 誤；5G信號和4G信號的頻率不一樣，不能發生干涉現象，C錯誤；5G信號的頻率更 高，根據v＝λf可知波長更小，故5G信號更不容易發生明顯的衍射現象，因此5G信號 相比于4G信號更不容易繞過障礙物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，D正確.
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A. 小球對玻璃環的壓力不斷增大
B. 小球受到的磁場力不斷增大
C. 小球先沿逆時針方向做加速運動，過一段時間后，沿順時針方 向做減速運動
D. 磁場力對小球一直不做功
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解析：因為玻璃圓環處于均勻變化的磁場中，在周圍產生穩定的渦旋電場，對帶正電 的小球做功.小球在水平面內沿軌跡半徑方向受兩個力作用：環的彈力FN和磁場的洛 倫茲力F洛，而且兩個力的矢量和時刻等于小球做圓周運動的向心力，考慮到小球速 度大小的變化和方向的變化以及磁場強弱的變化，彈力FN和洛倫茲力F洛不一定始終 在增大，故A、B錯誤；由楞次定律，判斷電場方向為順時針方向，在電場力作用 下，小球先沿逆時針方向做減速運動，后沿順時針方向做加速運動，故C錯誤；磁場 力始終與圓周運動的線速度方向垂直，所以磁場力對小球不做功，故D正確.故選D.
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解析：根據麥克斯韋的電磁場理論，恒定的磁場不能產生電場，更不能產生電磁波， 故A錯誤；根據麥克斯韋的電磁場理論，周期性變化的磁場可以產生周期性變化的電 場，周期性變化的電場又可以產生周期性變化的磁場，因而可以產生持續的電磁波， 故B正確；均勻變化的磁場產生恒定的電場，而恒定的電場不能再產生磁場，因此不 能產生持續的電磁波，故C錯誤；由D圖可知，磁場是周期性變化的，能產生周期性 變化的電場，周期性變化的電場又能產生周期性變化的磁場，所以能產生持續的電磁 波，故D正確.
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