第2节　电磁场与电磁波

知识点归纳

知识点一、电磁场和电磁波

1．麦克斯韦电磁理论的两个基本假设

(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场 (如图所示)．

(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场 (如图所示)．

　　　

2．电磁场：变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场．

3．电磁波

(1)电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波．

(2)电磁波的特点：

①电磁波是横波，电磁波在空间传播不需要介质；

②电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，在真空中，电磁波的速度c＝3.0×10⁸m/s.

(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象．

4．赫兹的电火花

(1)赫兹实验的分析：和高压感应线圈相连的抛光金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式传到了导线环，导线环中激发出感应电动势，使与导线环相连的金属球间也产生了电火花．这个导线环实际上是电磁波的检测器．

结论：赫兹实验证实了电磁波的存在，检验了麦克斯韦电磁场理论的正确性．

(2)赫兹的其他成果：赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象．测量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度c，证实了麦克斯韦关于光的电磁场理论．

知识点二、机械波与电磁波的比较

1．对麦克斯韦电磁场理论的理解

3.机械波与电磁波的比较

典例分析

一、电磁场和电磁波

例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，与是否有闭合电路无关

B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场

C．电场和磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场

D．电荷的周围一定有电场，也一定有磁场

解析　变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合电路时，电路中有电流；若无闭合电路电场仍然存在，A对。若要形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错。

答案　AB

二、电磁波和机械波

 例2  梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波(    )

A．是横波

B．不能在真空中传播

C．只能沿着梳子摇动的方向传播

D．在空气中的传播速度约为3×108 m/s

解析　电磁波传播方向与电磁场方向垂直，是横波，A项正确；电磁波传播不需要介质，可以在真空中传播，B项错误；电磁波可以朝任意方向传播，C项错误；电磁波在空气中的传播速度接近光速，D项正确。

答案　AD

自我检测

1．某电路中电场随时间变化的图象有如图所示几种情况，能发射电磁波的电场是(　　)

解析 图A是稳定的电场，不能产生磁场，图B与图C是均匀变化的电场，产生恒定不变的磁场，也不能形成电磁波；图D是按正弦函数规律周期性变化的电场，会产生同频率的周期性变化的磁场，能形成电磁场，向外发射电磁波。故应选D。

答案　D

2．根据麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是(　　)

A．变化的电场一定能产生磁场

B．变化的磁场一定能产生变化的电场

C．恒定的电场一定能产生恒定的磁场

D．恒定的电场一定能产生恒定的电场

解析 变化的电场一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场，A正确，B错误；恒定的电(磁)场，不能产生磁(电)场，C、D错误。

答案　A

3．手机A的号码为12345670002，手机B的号码为12345670008，手机A拨手机B时，手机B发出响声并且显示屏上显示A的号码为12345670002。若手机A置于一透明真空罩中，用手机B拨叫手机A，则(　　)

A．发出响声，并显示B的号码为12345670008

B．不发出响声，但显示B的号码为12345670008

C．不发出响声，但显示B的号码为12345670002

D．即不发出响声，也不显示号码

解析 电磁波可以在真空中传播，而声波传播则需要介质，当手机B拨打手机A时(A置于一透明真空罩中)，A能显示B的号码，不能发出响声，即B正确。

答案　B

4．根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是(　　)

A．教室中开亮的日光灯周围空间必有磁场和电场

B．工作时打点计时器必有磁场和电场

C．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场激发稳定的电场

D．电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者互相垂直

解析 教室中开亮的日光灯、工作时打点计时器用的振荡电流，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C错误；电磁波是横波，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确。

答案　ABD

5．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场可以产生电场。当产生的电场的电场线如图所示时，可能是(　　)

A．向上方向的磁场在增强

B．向上方向的磁场在减弱

C．向上方向的磁场先增强，然后反向减弱

D．向上方的磁场减弱，然后反向增强

解析 向上方向的磁场增强时，感应电流的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下，根据安培定则感应电流方向如图中E的方向所示，选项A正确，B错误；同理，当磁场反向即向下的磁场减少时，也会得到如图中E的方向，选项C正确，D错误。

答案　AC

6．甲坐在人民大会堂台前60 m处听报告，乙坐在家里离电视机5 m处听电视转播，已知乙所在处与人民大会堂相距1 000 km，不考虑其他因素，则(空气中声速为340 m/s)(　　)

A．甲先听到声音　　　　　                  B．乙先听到声音

C．甲、乙同时听到                               D．不能确定

解析 声音传到甲所需时间为t₁＝＝0.176 s，传到乙所需时间为t₂＝＋＝0.018 s。

答案　B

7．电磁波已广泛运用于很多领域，下列关于电磁波的说法符合实际的是(　　)

A．电磁波不能发生衍射现象

B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机

C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球运动的速度

D．不同频率的电磁波在真空中的传播速度随频率的增加而递减

解析 电磁波是横波，波都能发生干涉和衍射现象，故A错误；常用红外线做为脉冲信号来遥控电视，故B错误；由于波源与接受者的相对位移的改变，而导致接受频率的变化，称为多普勒效应，所以可以判断遥远天体相对于地球的运动速度，故C正确；电磁波在真空中沿不同方向的传播速度大小相等，故D错误。

答案　C