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4　麦克斯韦电磁场理论

1．知道麦克斯韦的电磁场理论的基本内容．

2．了解电磁波的概念及主要特点，认识电磁场的物质性．

3．了解赫兹实验的现象及意义．

4．体会麦克斯韦理论对科学和社会发展的重要意义.

一、麦克斯韦电磁场理论

1．变化的磁场产生电场

电场

不能

也不能

恒定

不能

变化

同频率

电磁场

电磁波

真空

光速

电磁波

四、赫兹实验

1．实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过了火花．

2．原因分析：感应圈两个金属球间产生火花时，产生了一个迅速变化的电磁场，这个电磁场在空间传播，经过导线环时，在导线环中激发出电动势，使两小球间产生电压．电压足够高时小球间也产生了火花．

3．意义：赫兹实验证实了电磁波的存在，证实了麦克斯韦理论的正确性，为无线电技术的发展开拓了道路．

4．相关结论：赫兹用实验证实了电磁波与光有相同的性质，说明了光是一种电磁波．

5．赫兹实验简介

(1)赫兹实验装置(如图2－4－3所示)

反射

折射

干涉

偏振

衍射

3．在捕捉电磁波的实验中，为什么要让发射天线和接收天线的形状大小尽量相同？

发射出的电磁波的频率和发射装置的性质有关．每个接收装置都有自己的固有频率，当接收到的电磁波频率与自己的固有频率相同时，在导体内激发起的感应电动势最强．所以实验中发射装置与接受装置要尽量相同.

【典例1】 (双选)根据麦克斯韦磁理论，下列说法正确的是

(　　)．

A．电场周围一定产生磁场，磁场周围也一定产生电场

B．变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围也一定产生电场

C．变化的电场周围一定产生变化的磁场

D．电磁波在真空中的传播速度为3.00×108 m/s

解析：根据麦克斯韦的电磁理论，只有变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场，但变化的电场周围不一定产生变化的磁场，如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场，所以正确的选项是B、D.

答案：BD

借题发挥　电磁波形成于周期性变化电磁场的传播，而周期性变化的电场或磁场都是非均匀变化的．

【变式1】

(双选)关于电磁场理论的叙述正确的是(　　)．

A．变化的磁场周围可能存在着电场，与是否有闭合电路有关

B．周期性变化的磁场产生同频率的变化电场

C．变化的电场和变化的磁场相互关联，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

解析　变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中就有电流．若无闭合回路电场仍然存在，A错误；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B、C正确，D错误．

答案　BC

【典例2】 (双选)下列关于电磁波的说法中正确的是

(　　)．

A．只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波

B．电磁波的传播需要介质

C．停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在

D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的

解析：要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，所以A选项错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要介质而在真空中传播，B选项错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C选项正确；电磁波可以使电荷移动，说明电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传播过程，所以D正确．

答案：CD

【变式2】

(双选)关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是(　　)．

A．均匀变化的电场在它周围空间产生电磁波

B．电磁波必须依赖于介质传播

C．电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直，且与波的传播方向垂直

D．只要空间某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波

解析　均匀变化的电场在它周围产生稳定的磁场，由电磁场理论知，稳定的磁场不再产生电场，所以不能形成电磁波，故A项错；电磁波是周期性变化的电场与磁场的交替激发，所以传播不需要介质，B项错．

答案　CD

1．(单选)如图2－4－4所示是某一固定面的磁通量的变化图象，在它周围空间产生的电场中的某一点场强E应是(　　)．

A．逐渐增强 B．逐渐减弱

C．不变 D．无法确定

解析　由图象可知，磁场在均匀变化，故在磁场周围产生的电场是稳定不变的．

答案　C

2．(双选)在空间某处存在一个变化的磁场，则下列说法正确的是(　　)．

A．在变化的磁场周围一定能产生变化的电场

B．在磁场中放一个闭合线圈，线圈里一定有感应电流

C．在磁场中放一个闭合线圈，线圈里不一定有感应电流

D．变化的磁场周围产生电场，跟闭合线圈的存在与否无关

解析　均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，A错；在磁场中放置一个闭合线圈，如果穿过线圈的磁通量没有变化，则不会产生感应电动势，也就不会有感应电流，B错，C对；变化的磁场周围一定产生电场，与是否存在线圈无关，D对．

答案　CD

3．(双选)对于声波和电磁波的比较，下面说法中正确的是

(　　)．

A．它们都能发生反射现象

B．声音是由物体振动产生的，电磁波是由变化的电磁场产生的

C．光是一种电磁波，B超利用的是电磁波

D．它们都能在真空中传播

解析　声波和电磁波都属于波，所以它们都具有波的共性，能发生反射现象，故选项A正确；但它们产生的机理不同，声音是由物体振动产生的，电磁波是由变化的电磁场产生的，故选项B正确；光是一种电磁波，B超利用的是超声波，故选项C错误；电磁波既能在介质中传播又能在真空中传播，而声波只能在介质中传播，故选项D错误．

答案　AB

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