2018高中物理第三章电磁场与电磁波31麦克斯韦的电磁场理论沪科版3-4

第3章电磁场与电磁波一、麦克斯韦的电磁场理论1．两个基本论点(1)变化的磁场产生电场，可从以下三个方面理解：①恒定的磁场不产生电场②均匀变化的磁场产生恒定的电场③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场(2)变化的电场产生磁场，也可从以下三个方面理解：①恒定的电场不产生磁场②均匀变化的电场产生恒定的磁场③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场2．感应电场方向的判定变化的磁场产生的感应电场的方向，与存在闭合回路时产生的感应电流的方向是相同的．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．振荡的电场周围空间产生的磁场也是振荡的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．答案 D二、LC回路的电磁振荡规律1．两个过程电磁振荡过程按电容器的电荷量变化可分为充、放电过程，如图1所示．图1(1)充电当电容器的电荷量增加时为充电过程，这个过程电路中的电流减小．(2)放电当电容器的电荷量减小时为放电过程，这个过程电路中的电流增加．注意：在任意两个过程的分界点对应的时刻，各物理量取特殊值(零或最大值)．2．两类物理量一类是与电场有关的物理量，一类是与磁场有关的物理量．(1)电流i，它决定了磁场能的大小．振荡电流i在电感线圈中形成磁场，因此，线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ和磁场能E磁具有与之相同的变化规律．(2)电荷量q，它决定了电场能的大小．电容器两极板间的电压U、电场强E、电场能E电、线圈的自感电动势E具有与之相同的变化规律．注意：电流i和电荷量q的变化不同步，规律如图1所示．例2如图2所示的电路中，电容器的电容为C，电感线圈的自感为L，线圈的电阻忽略不计，原来开关S闭合，现从开关S断开的瞬间开始计时，下列说法正确的是( )图2A ．t ＝0时刻，电容器的左板带负电，右板带正电B ．t ＝π2LC 时刻，线圈L 的感应电动势最大 C ．t ＝πLC 时刻，通过线圈L 的电流最大，方向向左 D ．t ＝32πLC 时刻，电容器C 两极板间电压最大解析 没断开开关前，线圈与R 串联，由于线圈的电阻不计，所以线圈两端的电压为零，电容器两极板上电荷量为零．此时通过线圈的电流自右向左；当断开开关时，开始给电容器充电，电流逐渐减小，经过14个周期(t ＝π2LC 时刻)，充电电流减小到最小，此时电容器上电荷量最多(左板带正电，右板带负电)，线圈L 的感应电动势最大．故选项A 错，B 正确．随后电容器放电，再经过14T (即t ＝πLC 时刻)放电完毕，电流达到最大，从左向右通过线圈，故选项C 错误．随后再充电，经过14T (即t ＝32πLC 时刻)，充电完毕，此时电容器上电荷量最多，两极板间电压最大，故选项D 正确．答案 BD三、电磁波的传播特点及应用1．电磁波谱无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X 射线)、γ射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱．2．各种不同的电磁波既有共性，又有个性(1)共性：它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，都满足公式v ＝f λ，它们在真空中的传播速度都是c ＝3.0×108m/s ，它们的传播都不需要介质，各波段之间的区别并没有绝对的意义．(2)个性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性．波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短观察干涉、衍射现象越困难．正是这些不同的特性决定了它们不同的用途． 例3 下列有关电磁波的说法中正确的是( )A ．电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波B ．电磁波谱中最难发生衍射的是γ射线C ．频率大于可见光的电磁波表现为沿直线传播D．雷达用的是微波，因为微波传播的直线性好解析波长越长，越容易发生衍射现象，在电磁波中，无线电波波长最长，γ射线的波长最短，故选项A错误，B正确；波长越短，频率越大的电磁波，其衍射现象越不明显，传播的直线性越好，遇到障碍物反射性越好，故C、D正确．答案BCD四、电磁波和机械波的比较电磁波和机械波都是波，但又各有自己的特点，如能正确比较电磁波和机械波的异同，就能全面、透彻理解这两个知识点．1．电磁波和机械波的共同点(1)二者都能产生干涉和衍射；(2)介质决定二者的传播速度；(3)二者在不同介质中传播时频率不变．2．电磁波和机械波的区别(1)二者本质不同电磁波是电磁场的传播，机械波是质点机械振动的传播．(2)传播机理不同电磁波的传播机理是电磁场交替感应，机械波的传播机理是质点间的机械作用．(3)电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质．(4)电磁波是横波，机械波既有横波又有纵波，甚至有的机械波同时有横波和纵波，例如地震波．例4声呐向水中发射的超声波遇到障碍物后被反射，测出从发出超声波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位；雷达则向空中发射电磁波，遇到障碍物后被反射，同样根据发射电磁波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位．超声波和电磁波相比较，下列说法中正确的是( )A．超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量B．超声波与电磁波都既可以在真空中传播，又可以在介质中传播C．在空气中传播的速度与在其他介质中传播的速度相比，均在空气中传播时具有较大的传播速度D．超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉解析超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量、信息，故选项A正确；声呐发出的超声波是机械波，需要传播介质，不可以在真空中传播，故选项B错误；机械波在空气中传播时速度较小，在其他介质中传播时速度大，而电磁波恰相反，故选项C错误；超声波和电磁波不是同一类波，不可能发生干涉，故选项D错误．答案 A1．下列关于电磁场的说法正确的是( )A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波B．匀速运动的电子束周围一定存在电磁场，即能产生电磁场C．周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场D．历史上，电磁场的理论在先，实践证明在后答案CD2．关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是( )A．电磁波是纵波B．静止的电荷放在变化的磁场中不会受到力的作用C．当电磁波在空间中传播时，电磁能也随着一起传播D．电磁波的传播速度与介质无关答案 C解析电磁波是变化的电场和磁场交替出现产生的．电场、磁场的传播方向相互垂直，因此电磁波是横波，故选项A错；变化的磁场产生电场，电场对电荷有力的作用，故选项B错；电磁波传播过程中，遇到导体能产生感应电流，说明电磁波在传播过程中也传播能量，故C 正确；电磁波传播的速度与介质有关，在不同介质中传播的速度不同，故选项D错．3．关于机械波与电磁波，说法正确的是( )A．二者都传递能量B．二者传播都需要介质C．二者都既有横波又有纵波D．二者都是振动或电磁振荡，振动停止，波立即消失答案 A解析机械波与电磁波都具有波的一般性质，如传递能量，但由于两类波本质不同，又有各自的特性．如电磁波的传播不需要介质，且电磁波只有横波，可判定B、C选项错误；振动或电磁振荡停止，两类波继续传播，D选项错．4．关于电磁波谱中各波段的特性及应用的特性，下列说法正确的是( )A．红外遥感是利用了红外线波长较长的特点B．一切物体都在不停地辐射红外线，温度越高，辐射越强C．验钞机检验钞票真伪利用了紫外线的荧光作用D．X射线可深入人的骨骼，杀死病变细胞答案ABC解析在人体内杀死病变细胞是利用了γ射线的放射作用．5．如图3所示的LC振荡回路，当开关S转向右边发生振荡后，下列说法中正确的是( )图3A．振荡电流达到最大值时，电容器上的带电荷量为零B．振荡电流达到最大值时，磁场能最大C．振荡电流为零时，电场能为零D．振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期的一半答案ABD解析由LC电路电磁振荡的规律知，振荡电流最大时，即是放电刚结束时，电容器上电荷量为零，A对．回路中电流最大时，线圈中磁场最强，磁场能最大，B对．振荡电流为零时，充电结束，极板上电荷量最大、电场能最大，C错．电流相邻两次为零的时间间隔恰好等于半个周期，D对．6．如图4所示，i—t图像表示LC振荡回路的电流随时间变化的图像，在t＝0时刻，回路中电容器的M板带正电，在某段时间里，回路的磁场能在减小，而M板仍带正电，则这段时间是图中( )图4A．Oa段 B．ab段 C．bc段 D．cd段答案 D解析某段时间里，回路的磁场能在减小，说明回路中的电流正在减小，正在给电容器充电，而此时M带正电，那么一定是给M极板充电，电流方向为顺时针．由题意知t＝0时，电容器开始放电，且M极板带正电，结合i—t图像可知，电流以逆时针方向为正方向，因此这段时间内，电流为负，且正在减小，符合条件的只有图像中的cd段，故只有D正确．。

3.4电磁波家族【教学目标】(一)知识与技能1.了解电磁波谱的构成，知道各波段的电磁波的主要作用及应用。

2.知道电磁波具有能量，是一种物质。

3.了解太阳辐射。

(二)过程与方法通过查阅与电磁波谱中各种频段波的应用相关的资料，培养学生收集信息，加工处理信息的能力。

(三)情感、态度与价值观体会电磁波的应用对现代社会的影响，明确不同的电磁波具有的不同用途和危害，感悟现代科技的正反两个方面，培养辩证唯物的价值观。

【教学重点】红外线、紫外线、X射线、γ射线的特点及应用。

【教学难点】电磁波的能量。

【教学方法】教师引导，学生阅读讨论【教学用具】投影仪，幻灯片。

【教学过程】(一)引入新课师：电磁波的范围很广。

我们通常所说的，无线电波、光波各种射线，如红外线、紫外线、X射线、γ射线等，都是电磁波。

我们把各种电磁波按照波长或频率大小的顺序排列成谱，就叫电磁波谱。

这节课我们就来学习电磁波谱中各种电磁波的特点和主要作用。

(二)进行新课1.电磁波谱(投影)师：请同学说出电磁波家族中，主要有哪些种类？波长最长的是什么？波长最短的是什么？他们主要在哪些方面有应用？学生观察图谱，发表见解。

生：电磁波家族有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。

波长最长的是无线电波中的长波。

波长最短的是γ射线。

师：下面我们依次认识这些电磁波的特点和应用。

2.无线电波教师提出问题，引导学生通过看书，讨论并回答问题（培养学生的阅读能力）(1)无线电波的波长范围？(2)无线电波有哪些主要应用？3.红外线阅读教材，回答问题：(1)红外线的波长介于哪两种电磁波之间？(2)红外线的主要特点是什么？(3)红外线的主要应用有哪些？4.可见光阅读教材，回答问题：(1)可见光的波长范围？(2)可见光包括哪几种颜色的光？(3)天空为什么看起来是蓝色的？傍晚的阳光为什么比较红？5.紫外线阅读教材，回答问题：(1)紫外线的波长范围？(2)紫外线有什么特点？(3)紫外线有哪些应用？6.X射线和γ射线阅读教材，回答问题：(1)这两种射线的波长有何特点？(2)X射线和γ射线有什么特点？(3)X射线和γ射线有哪些主要用？7.电磁波的能量阅读教材，回答问题：(1)哪些证据能够说明电磁波具有能量？(2)怎样理解电磁波是一种物质？8.太阳辐射阅读教材，回答问题：(1)从太阳辐射出来的电磁波有哪些种类？(2)太阳辐射的能量主要集中在哪些区域？在哪一个波段附近能量最强？(三)课堂总结、点评本节课学习电磁波谱的构成，了解了各种电磁波的特点和主要应用。

3.1 麦克斯韦电磁场理论 3.2 电磁波发现1．以下说法正确是( )A．电荷周围一定有电场，也一定有磁场B．均匀变化电场在其周围空间一定产生磁场C．任何变化电场在其周围空间一定产生变化磁场D．正弦交变电场在其周围空间一定产生同频率交变磁场答案BD解析静止电荷周围有恒定电场，不产生磁场，运动电荷周围电场是变化，所以产生磁场，A错误；由麦克斯韦电磁场理论判断B、D正确，C错误．2．关于电磁波特点，以下说法正确是( )A．电磁波中电场与磁场互相垂直，电磁波沿与二者垂直方向传播B．电磁波是横波C．电磁波传播不需要介质，是电场与磁场之间相互感应D．电磁波不具有干预与衍射现象答案ABC解析电磁波是横波，其E、B、v三者互相垂直．电磁波也是一种波，它具有波特性，因此A、B、C正确，D错．3．某时刻LC振荡电路状态如图9所示，那么此时刻( )图9A．振荡电流i在减小B．振荡电流i在增大C．电场能正在向磁场能转化D．磁场能正在向电场能转化答案AD解析此题关键是根据电容器两极板带电情况与电流方向，判定出电容器正处于充电过程．由电磁振荡规律可知，电容器充电过程中，电流逐渐减小，电场能逐渐增大，磁场能逐渐减小，即磁场能正向电场能转化，故A、D正确．[根底题]1．以下关于电磁场理论表达正确是( )A．变化磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B．周期性变化磁场产生同频率变化电场C．电场与磁场相互关联，形成一个统一场，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AB解析变化磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流；假设无闭合回路时，电场仍然存在，A对．假设要形成电磁场必须有周期性变化电场与磁场，B对，C、D错．2．某电路中电场强度随时间变化关系图像如下图，能发射电磁波是( )答案D解析由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定电场时(如A图)，由于它不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化电场时(如B图、C图)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会在较远处激发出电场，故也不会产生电磁波；只有周期性变化电场(如D图)，才会激发出周期性变化磁场，它又激发出周期性变化电场……如此交替产生磁场与电场，便会形成电磁波，故D正确．3．以下关于机械波与电磁波说法中正确是( )A．机械波与电磁波，本质上是一致B．机械波波速只与介质有关，而电磁波在介质中波速，不仅与介质有关，而且与电磁波频率有关C．机械波可以是纵波，而电磁波只能是横波D．它们都可发生干预、衍射现象答案BCD解析机械波是机械振动在介质中传播产生，而电磁波是电磁振荡产生，产生本质不同，A错．不同频率机械波在同一介质中传播速度一样，在不同介质中传播速度不同，不同频率电磁波在同一介质中传播速度不同，B正确．机械波有横波与纵波之分，而电磁波只有横波这一种形式，C正确．机械波与电磁波虽然本质不同，但有一样特征，都能发生干预、衍射现象，D正确．4．电磁波在传播时，不变物理量是( )A．振幅B．频率C．波速D．波长答案B解析离波源越远，振幅越小．电磁波在不同介质中波速不一样，波长也不一样．5．关于电磁波传播速度，以下说法正确是( )A．电磁波频率越高，传播速度越大B．电磁波波长越长，传播速度越大C．电磁波能量越大，传播速度越大D．所有电磁波在真空中传播速度都相等答案D解析以光为例，无论是哪种频率光在真空中传播速度都相等，D正确．当光进入介质时，传播速度发生变化，不同频率光其传播速度不同，故电磁波在介质中传播速度与介质与频率有关．A、B、C错误．6．以下关于电磁波说法正确是( )A．电磁波必须依赖介质传播B．电磁波可以发生衍射现象C．电磁波不会发生偏振现象D．电磁波无法携带信息传播答案B解析电磁波具有波共性，可以发生衍射现象，故B正确；电磁波是横波，能发生偏振现象，故C错；电磁波能携带信息传播，且传播不依赖介质，在真空中也可以传播，故A、D错．7．关于LC振荡电路中振荡电流，以下说法中正确是( )A．振荡电流最大时，电容器两极板间电场强度最大B．振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零C．振荡电流增大过程中，线圈中磁场能转化为电场能D ．振荡电流减小过程中，线圈中磁场能转化为电场能答案 D解析 振荡电流最大时为电容器放电完毕瞬间，电场强度为零，A 选项错误；振荡电流为零时，其要改变方向，这时电流变化最快，电流变化率最大，线圈中自感电动势最大，B 选项错误；振荡电流增大时，线圈中电场能转化为磁场能，C 选项错误；振荡电流减小时，线圈中磁场能转化为电场能，D 选项正确．8．在LC 振荡电路中，电容器放电时间取决于( )A ．充电电压大小B ．电容器储电量多少C ．自感L 与电容C 数值D ．回路中电流大小答案 C解析 放电时间等于四分之一个振荡周期，即t ＝T 4＝π2LC ，所以放电时间取决于自感L 与电容C .应选项C 正确．9．关于在LC 振荡电路一个周期时间内，以下说法中正确是( ) ①磁场方向改变一次；②电容器充、放电各一次；③电场方向改变两次；④电场能向磁场能转化完成两次A ．①②B ．②③④C ．③④D ．①③④答案 C解析 在一个振荡周期内，电场、磁场方向改变两次，电场能、磁场能转化两次；电容器充、放电各两次．应选项C 正确．[能力题]10．如图1甲中通过P点电流(向右为正)变化规律如图乙所示，那么( )图1A．～1 s内，电容器C正在充电B．～1 s内，电容器C上极板带正电C．1～1.5 s内，Q点电势比P点电势高D．1～1.5 s内磁场能转化为电场能答案AC解析～1 s内，电流逐渐减小，是充电过程，电容器上极板带负电，应选项A正确，B错误；1～1.5 s内，电流逐渐增大，是放电过程，电场能转化为磁场能，应选项D错误；且电流沿逆时针方向流动，Q 点电势比P点电势高，应选项C正确．11．为了增大无线电台向空间辐射无线电波能力，对LC振荡电路构造可采取以下哪些措施( )A．增大电容器极板正对面积B．增大电容器极板间距C．增大自感线圈匝数D．提高供电电压答案B解析要增大无线电台向空间辐射电磁波能力，必须提高其振荡频率，由f＝12πLC知，可减小L与C以提高f，要减小L可采取减少线圈匝数，向外抽出铁芯方法，要减小C可采取增大极板间距，减小正对面积，减小介电常数方法，故B正确，A、C、D错误．12．应用麦克斯韦电磁场理论判断表示电场产生磁场(或磁场产生电场)关系图像中(每个选项上图表示是变化场，以下图表示是由变化场产生另外场)正确是( )答案BC解析A项中上图磁场是稳定，由麦克斯韦电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A项中以下图是错误．B项中上图是均匀变化电场，应该产生稳定磁场，以下图磁场是稳定，所以B项正确．C项中上图是振荡磁场，它能产生同频率振荡电场，且相位相差π2，C项是正确．D项上图是振荡电场，在其周围空间产生振荡磁场，但是以下图中图像与上图相比拟，相位相差π，故D项不正确，所以只有B、C 正确．13．LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图2所示，那么( )图2A．假设磁场正在减弱，那么电容器正在充电，电流由b向a B．假设磁场正在减弱，那么电场能正在增大，电容器上极板带负电C．假设磁场正在增强，那么电场能正在减小，电容器上极板带正电D．假设磁场正在增强，那么电容器正在充电，电流方向由a向b 答案ABC解析假设磁场正在减弱，那么电流在减小，是充电过程，根据安培定那么可确定电流由b流向a，电场能增大，上极板带负电，应选项A、B正确；假设磁场正在增强，那么电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定那么，可判断电流由b流向a，上极板带正电，应选项C正确，D错误．[探究与拓展题]14．为了表达高考公平、公正，高考时很多地方在考场使用手机信号屏蔽器，该屏蔽器在工作过程中以一定速度由低端频率向高端频率扫描．该扫描速度可以在手机接收报文信号时形成乱码干扰，手机不能检测从基站发出正常数据，使手机不能与基站建立连接，到达屏蔽手机信号目，手机表现为搜索网络、无信号、无效劳系统等现象．由以上信息可知( )A．由于手机信号屏蔽器作用，考场内没有电磁波了B．电磁波必须在介质中才能传播C．手机信号屏蔽器工作时基站发出电磁波不能传播到考场内D．手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来到达目答案D解析电磁波在空间存在，不会因手机信号屏蔽器而消失，故A 错．电磁波可以在真空中传播，B错．由题意知手机信号屏蔽器工作过程中以一定速度由低端频率向高端频率扫描，干扰由基站发出电磁波信号，使手机不能正常工作，故C错误，D正确．。