电磁波的发现2|电磁波发现

电磁波的发现2

1．收音机所接收到的无线电波由真空传入折射率为3的介质中，传播速度变为________． 3×10m/s 据v＝v3×10m/s

2．一列电磁波的波长为30km，该波从地球传到月球需1.3s，则在这一距离可排满多少个波？

答案：1.3×10个

解析：波从地球到月球的传播速度看成光速，则地球到月球的距离s＝vt＝ct＝1.3×348cn8

s1.3×3×108

4×10m.波的个数n＝1.3×10个． 4λ3×108

3．(1)空间某处有一静止的带正电的点电荷，其周围存在磁场吗？为什么？

(2)如果空间某处有一恒定电流，它周围有磁场吗？如果有，是什么样的磁场？

(3)在你看电视时若关灯或打手机，会出现什么情况？为什么？

答案：(1)静止点电荷周围存在静电场，由于电场稳定不变，因此在其周围没有磁场．(2)在其周围有一恒定的磁场．(3)会看到电视图像晃动，且听到声音中有杂音，因为在电路通断和接打手机时会发射电磁波，电视接收到以后对图像和声音信号有影响．

4．关于电磁场理论，下列说法中正确的是( )

A．电磁波在任何介质中传播速度均为3.00×10m/s

B．在任何电场的周围空间一定存在磁场

C．导线中通入电流后，导线周围存在磁场，但不存在电场

D．电磁波是一种物质，它具有能量，可以在真空中传播

答案：D

5．日光灯在启动时，会在小范围内产生电磁波吗？有什么简单的办法可以证明你的判断？ 答案：日光灯启动时，电路中启动器动、静片之间可产生变化的电场，所以能激发出电磁波．日光灯启动时，收音机会发出“喀、喀”的声音，说明这时候日光灯会激发出电磁波.

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 答案：B

60m1 000km解析：声音传到甲所需时间为t1＝＝0.176s，传到乙所需时间为t2340m/s300 000 km/s

5m＝0.018s. 340m/s

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7．关于电磁波，下列说法中正确的是( )

A．在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大

B．在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大

C．电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变

D．只要发射电路的电磁振荡一停止，产生的电磁波立即消失

答案：C

8．电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了许多电器设备．下列用电器中，哪个没有利用电磁感应原理( )

A．动圈式话筒 B．白炽灯泡 C．磁带录音机 D．日光灯镇流器

答案：B

解析：动圈式话筒里的音圈在永磁铁的磁场里振动，产生感应电流，磁带录音机录音时，声音使话筒中产生随声音而变化的感应电流，放音时，磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流；日光灯镇流器在接通开关时，产生瞬时高电压．这三种都利用了电磁感应原理，而白炽灯泡没有用到电磁感应原理.

9．按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中错误的是( )

A．恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场

B．变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场

C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀的电场

D．均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场

答案：AC

麦克斯韦：英国物理学家。主要贡献：建立了分子运动速度的概率分布理论和电磁场理论。建立了著名的卡文迪许实验室。麦克斯韦系统总结看前人的研究成果，相继发表了《论物理力线》和《电磁场动力学理论》，以一组麦克斯韦方程组的电磁场方程，宣告完整电磁场理论的建立。麦克斯韦认为：这个现象的实质是变化的磁场在空间中产生了电场。如果在这有一个闭合电路，那么电路中的自由电荷就在这个电场作用下做定向运动，形成电流；即使变化的磁场中没有电路，也同样要在空间产生电场。

赫兹是德国物理学家，1857年2月22日出生于汉堡。在求学时代，他就被光学和力学实验所吸引。1878年转入柏林大学，1879年在物理竞赛中成绩出众，获金质奖章，第二年获博士学位，当了亥姆霍兹的助手。1885年任卡尔斯鲁高等工业学院物理学教授，1889年接替克劳修斯任波恩大学理论物理学教授，同年当选为柏林科学院通讯院士。赫兹在物理学上最主要的贡献是用实验成功地证明了电磁波的存在，并且完善了麦克斯韦的电磁场理论。 麦克斯韦在电磁场理论方面的工作深受法拉第的影响.他信服法拉第的思想，决心为法拉第的场的概念提供数学方法的基础。尤其是他在伦敦皇家学院任教期间，有机会拜访了法拉第以后，更加强了他的这种信念.年轻的麦克斯韦以他卓越的数学才能和严密的逻辑推理，对法拉第的直观形象的电磁场理论加以高度概括，并总结了当时电磁学的研究成果，建立了电磁场方程，确立了电磁场理论。

麦克斯韦（James Clark Mexwell，1831~1879）是英国的理论物理学家、数学家。1831年6月13日生于英国爱丁堡。他的父亲是一个科学家，他从小就受到科学的熏陶，15岁时向英国皇家学会递交数学论文，发表在《爱丁堡皇家学会学报》上，第一次显露出他出众的才华。1847年，考入爱丁堡大学学习数学和物理学。1850年转入剑桥大学，1854年毕业后留校工作，1856~1865年，他先后在阿丁见大学和伦敦皇家学院任教。1871年，麦克斯韦任剑桥物理实验室主任，1874年，他主持建立的卡文迪许实验室竣工，任该实验室首任主任。1879年11月5日，麦克斯韦在剑桥逝世。

之后，赫兹又设计实验，利用一块锌板反射电磁波，并利用入射波和反射波叠加后产生的驻波波长和发生器振荡频率计算出电磁波的波速。最后的计算结果与麦克斯韦预料的完全相同——等于光速。赫兹还通过实验确认电磁波是横波，具有光波的一切特征：能产生反射、折射、衍射、干涉和有偏振性，从而全面验证了光的电磁理论的正确性。1890年以后，赫兹整理了麦克斯韦的理论，进一步完善了麦克斯韦方程组，使其更加优美、对称，成为麦克斯韦方程组的现代形式。赫兹还首先发现了光电效应现象，这一发现后来成为爱因斯坦建立光量子理论的实验基础。

1888年10月，赫兹在卡尔斯鲁高等工业学院物理实验室用放电线圈做火花放电实验，偶然发现和放电线圈靠得很近的另一个开口的绝缘线圈中有电火花跳过。这引起了他的注意，立即想起以前亥姆霍兹曾提出让他研究验证麦克斯韦电磁场理论的问题。他设计了一个装置来进行实验.他在感应圈C的两个电极上各接一根30 cm长的铜棒A、B，每根铜棒一头各接一个黄铜小球，另一头接边长为40 cm的正方形黄铜板，让两个黄铜小球相对着，组成发生器。当通电时，发生器的铜球间产生高频振荡火花。另外，他用一段导线弯成环状，两端各接一个铜球作为检波器（如上图），检波器距离电磁波发生器10 m. 发生器的两个铜球间产生电火花时，他在检波器的两个铜球间隙也看到了电火花。赫兹用这样简单的仪器成功地证明了电磁波的存在。赫兹的实验报告轰动了科学界。

赫兹因骨癌于1894年元旦过早地逝世，年仅37岁.他的导师亥姆霍兹赞扬他“才华横溢、性格坚毅，用自己短暂的一生解决了一个世纪以来许多科学家所没有解决的一系列重要的问题”。赫兹的实验为无线电技术的发展开辟了新的道路，他被誉为无线电通讯的先躯。后人为了纪念他，用他的名字命名频率的单位。

1.真空中所有的电磁波都具有相同的( ) 答案:C

A.频率 B.波长 C.波速 D.能量

2.关于电磁波的特点,下列说法中不正确的是( )

A.电磁波中电场和磁场互相垂直,电磁波沿二者垂直的方向传播

B.电磁波是横波

C.电磁波传播不需要介质,而是电场和磁场之间的相互感应

D.电磁波不具有干涉和衍射现象

答案:D

３．关于电磁理论,下列说法正确的是( )

A.在电场的周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场

B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,变化的磁场周围一定产生变化的电场

C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场

D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场

解析：根据麦克斯韦电磁理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生稳定的磁场,周期性变化的电场周围才能产生周期性变化的磁场。 答案:D

４．对于电磁波和机械波,下列说法正确的是( )

A.电磁波和声波都是纵波

B.由空气进入水中传播时,电磁波的传播速度变小,声波的传播速度变大

C.电磁波是横波,机械波可以是纵波

D.机械波的传播速度由介质决定,而电磁波在介质中的传播速度,不仅与介质有关,而且与电磁波的频率有关

解析：电磁波是横波,而机械波中有些波可以是纵波,机械波的传

播速度由介质决定,而电磁波在介质中的传播速度不仅与

介质有关,还与电磁波的频率有关. 答案:BCD

５．关于电磁波和机械波,下列说法正确的是( )

A.电磁波是由发生区域向远处传播,机械波是振源的振动向远处传播

B.电磁波的传播不需要介质,机械波传播需要介质

C.机械波和电磁波本质是一致的

D.它们都能发生反射､折射､干涉和衍射现象

解析：机械波是由振动产生,传播需要介质,电磁波是由周期性变化的电场(或磁场)产生,传播不要介质,电磁波和机械波的本质是不同的,但它们都有波的特性。 答案:ABD

(2)赫兹观察到: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火花.据此实验,赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波.

(3)在以后的实验中,赫兹观察到了电磁波的反射､折射､干涉､偏振和衍射,并通过测量证明电磁波在真空中速度为c.这样赫兹证实了麦克斯韦的电磁理论.

(4)赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路,后人为纪念他,把频率的单位定为赫兹.

三､赫兹实验

麦克斯韦预言了电磁波的存在,

但他没有看到科学实验对电磁波理论

的证明.把天才的预言变成世人公认

的真理,是德国的科学家赫兹的功劳.

(1)赫兹实验装置

电磁波是横波,在传播方向上任一点的E和B随时间做正弦规律变化,E和B彼此垂直且与传播方向垂直.电磁波的传播不需要介质,在真空中的电磁波的传播速度跟光速相同,即c=3.00×108 m/s.电磁波具有波的共性,能产生干涉､衍射等现象,电磁波与物质相互作用时,能发生反射､吸收､折射等现象.电磁波在真空中的传播速度满足波速公式c=λf.同一种电磁波在不同介质中传播时,频率不变(频率由波源决定),波速､波长发生改变.在介质中传播速度都比真空中小.不同频率的电磁波在同一种介质中传播时,传播速度不同,频率越高波速越小,频率越低波速越大.

如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那么这个周期性变化的电场就在它的周围空间产生周期性变化的磁场;这个周期性变化的磁场又在它的周围空间产生新的周期性变化的电场.变化的电场和变化的磁场都是相互联系着的,形成一个不可分割的统一体,这就是电磁场.变化的电场和变化的磁场总是交替产生,并且由发生区域向周围空间传播,电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波.

1.变化的磁场产生电场:

(1)在变化的磁场中放一个闭合电路,电路里产生感应电流,如下图甲所示.

(2)麦克斯韦对现象进行分析:回路中有感应电流产生,一定是变化的磁场产生的电场,自由电子在电场作用下发生定向移动.

(3)麦克斯韦第一条假设,即使在变化的磁场周围没有闭合电路,同样要产生电场,变化的磁场产生电场是一个普遍规律.如上图乙所示.