2022-2023學(xué)年人教版選擇性必修第二冊 第四章 第1、2節(jié)　電磁振蕩電磁場與電磁波 學(xué)案

1、第四章 eq blc|rc (avs4alco1(,) 電磁振蕩與電磁波第1、2節(jié)電磁振蕩電磁場與電磁波1了解振蕩電路、振蕩電流及LC電路振蕩過程中各物理量的變化規(guī)律。2.知道電磁振蕩的周期和頻率公式并會使用它們。3了解麥克斯韋電磁場理論的基本觀點。4.了解電磁波的形成、特點及發(fā)現(xiàn)過程，領(lǐng)會人們認(rèn)識世界的認(rèn)知規(guī)律。eq avs4al(一、電磁振蕩)1填一填(1)振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流。(2)振蕩電路：產(chǎn)生振蕩電流的電路。由電感線圈L和電容C組成最簡單的振蕩電路，稱為LC振蕩電路。(3)振蕩過程：如圖所示，先把開關(guān)置于電源一側(cè)，為電容器充電，稍后再把開關(guān)置于線圈一側(cè)，使電容

2、器通過線圈放電。放電過程：由于線圈的自感作用，放電電流不會馬上達(dá)到最大值，而是由0逐漸增大，同時電容器極板上的電荷逐漸減少。到放電完畢時，電容器極板上沒有電荷，放電電流達(dá)到最大值。充電過程：電容器放電完畢時，由于線圈的自感作用，電流并不會立即減小為0，而會保持原來的方向繼續(xù)流動，并逐漸減小，電容器開始充電，極板上的電荷逐漸增多，當(dāng)電流減小到零時，充電結(jié)束，極板上的電荷量達(dá)到最大值。然后再放電，再充電，這樣不斷地充電和放電，電路中就出現(xiàn)了大小和方向都做周期性變化的電流，即出現(xiàn)了振蕩電流。(4)電磁振蕩中的能量變化放電過程中電容器儲存的電場能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈的磁場能。充電過程中線圈中的磁場能逐漸轉(zhuǎn)化

3、為電容器的電場能。在電磁振蕩過程中，電場能和磁場能會發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。(5)電磁振蕩的周期和頻率周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間。頻率：電磁振蕩完成周期性變化的次數(shù)與所用時間之比。數(shù)值等于單位時間內(nèi)完成的周期性變化的次數(shù)。沒有能量損失，也不受其他外界條件影響，這時的周期和頻率叫作振蕩電路的固有周期和固有頻率。周期和頻率公式：T2eq r(LC)，feq f(1,2r(LC)。2判一判(1)在LC振蕩電路中，回路中電流值最大時刻，回路中磁場能最大。()(2)在LC振蕩電路中，電容器放電完畢時刻，回路中磁場能最小。()(3)振蕩電流的大小和方向均不斷變化。()(4)電磁振蕩的固有周期與電

4、流的變化快慢有關(guān)。()3選一選要增大LC振蕩電路的頻率，可采取的辦法是()A增大電容器兩極板正對面積B減少電容器的帶電荷量C在線圈中放入軟鐵棒作鐵芯D減少線圈匝數(shù)解析：選D根據(jù)LC振蕩電路的頻率公式feq f(1,2r(LC)和平行板電容器電容公式Ceq f(rS,4kd)知，當(dāng)增大電容器兩極板正對面積時，C增大，f減?。粶p少電容器的帶電荷量，不影響C，即f不變；在線圈中放入軟鐵棒作鐵芯，L增大，f減?。粶p少線圈匝數(shù)，L減小，f增大，故D正確。eq avs4al(二、電磁場與電磁波)1填一填(1)電磁場變化的磁場產(chǎn)生電場a現(xiàn)象分析：麥克斯韋認(rèn)為放在變化的磁場中的閉合電路會產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因為變

5、化的磁場產(chǎn)生了電場，該電場使導(dǎo)體中的自由電荷做定向移動，產(chǎn)生感應(yīng)電流。b觀點推廣：變化的磁場產(chǎn)生電場，這是一個普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無關(guān)。變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋大膽地假設(shè)，既然變化的磁場能產(chǎn)生電場，那么，變化的電場也會在空間產(chǎn)生磁場。電磁場：變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即為電磁場。(2)電磁波定義：變化的電場和變化的磁場形成的電磁場由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成電磁波。特點：a電磁波可以在真空中傳播。b電磁波的傳播速度等于光速c。c麥克斯韋預(yù)言光是一種電磁波。d電磁波是橫波，其電場方向與磁場方向相互垂直，且二者均與傳播方向垂直。赫茲用實驗證實了電磁波的存在。

6、并觀察到電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象。2判一判(1)電磁波在真空中和介質(zhì)中傳播的速度相同。()(2)只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波。()(3)變化的磁場產(chǎn)生的電場的電場線是閉合曲線。()3想一想如圖所示，為某電路的電場隨時間變化的圖像，那么，該變化的電場能否在空間產(chǎn)生電磁波？提示：電場均勻變化，產(chǎn)生的磁場恒定不變，故不會在空間產(chǎn)生電磁波。電磁振蕩過程分析學(xué)透用活1各物理量變化情況一覽表時刻(時間)工作過程qEiB能量0eq f(T,4)放電過程qm0Em00im0BmE電E磁eq f(T,4)eq f(T,2)充電過程0qm0Emim0Bm0E磁E電eq f(T,2)eq f(

7、3T,4)放電過程qm0Em00im0BmE電E磁eq f(3T,4)T充電過程0qm0Emim0Bm0E磁E電2振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像典例1多選如圖(a)所示，在LC振蕩電路中，通過P點的電流變化規(guī)律如圖(b)所示，且把通過P點向右的方向規(guī)定為電流i的正方向，則()A0.51 s時間內(nèi)，電容器C在放電B0.51 s時間內(nèi)，電容器C的上極板帶正電C11.5 s時間內(nèi)，Q點的電勢比P點的電勢高D11.5 s時間內(nèi)，電場能正在轉(zhuǎn)變成磁場能解析0.51 s時間內(nèi)，振蕩電流是充電電流，充電電流是由負(fù)極板流向正極板，故A、B錯誤；11.5 s時間內(nèi)，振蕩電流是放電電流，放電電流是由正極板

8、流向負(fù)極板，由于電流為負(fù)值，所以由Q流向P，Q點的電勢比P點的電勢高，電場能正在轉(zhuǎn)變成磁場能，故C、D正確。答案CD規(guī)律方法LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法(1)根據(jù)電流流向判斷：當(dāng)電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉(zhuǎn)化，處于充電過程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，處于放電過程。(2)根據(jù)物理量的變化趨勢判斷：當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、場強E)增大或電流i(磁場B)減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程。(3)根據(jù)能量判斷：電場能增加時充電，磁場能增加時放電。對點練清1.如圖所示，表示LC振蕩電路某時刻的情況，以下說法正確的是(

9、)A電容器正在充電B電感線圈中的磁場能正在減小C電感線圈中的電流正在減小D此時自感電動勢正在阻礙電流的增加解析：選D根據(jù)磁感線的方向可以判斷電流方向是逆時針，再根據(jù)電容器極板上帶電的性質(zhì)可以判斷電容器在放電，A項錯誤；電容器在放電，所以電流在增加，磁場能在增加，自感電動勢正在阻礙電流的增加，B、C項錯誤，D項正確。2在LC振蕩電路中，電容器上的帶電荷量從最大值變化到零所需的最短時間是()A.eq f(,4)eq r(LC)B.eq f(,2)eq r(LC)Ceq r(LC) D2eq r(LC)解析：選BLC振蕩電路的周期T2eq r(LC)，其電容器上的帶電荷量從最大值變化到零的最短時間t

10、eq f(T,4)，故teq f(,2)eq r(LC)。3如圖甲所示的振蕩電路中，電容器極板間電壓隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，規(guī)定回路中振蕩電流的方向為逆時針時為正方向，則電路中振蕩電流隨時間變化的圖像是()解析：選D電容器極板間電壓Ueq f(q,C)，隨電容器極板上電荷量的增多而增大，隨電荷量的減少而減小。從題圖乙可以看出，在0eq f(T,4)這段時間內(nèi)是充電過程，且UAB0，即AB，A板應(yīng)帶正電，只有順時針方向的電流才能使A板被充電后帶正電，同時考慮到t0時刻電壓為零，電容器極板上的電荷量為零，電流最大，即t0時刻，電流為負(fù)向最大，D正確。對麥克斯韋電磁理論的理解學(xué)透用活1對麥克斯韋

11、電磁場理論的理解電場磁場恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場2.對電磁場的理解(1)電磁場的產(chǎn)生如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場，那么它就在空間引起周期性變化的磁場；這個變化的磁場又引起新的變化的電場于是，變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，形成了不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場。(2)電磁場與靜電場、磁場的比較三者可以在某空間混合存在，但由靜電場和磁場混合的空間不屬于電磁場。電磁場

12、是電場、磁場相互激發(fā)，相互耦連形成的統(tǒng)一體。電磁場由近及遠(yuǎn)傳播，形成電磁波，如圖所示。典例2多選如圖所示，在內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于玻璃圓環(huán)內(nèi)徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動。若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強度B隨時間成正比例增加的變化磁場，設(shè)運動過程中小球所帶電荷量不變，那么()A小球?qū)ΣＡA環(huán)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減速運動，過一段時間后，沿順時針方向做加速運動D磁場力對小球一直不做功解析玻璃圓環(huán)所在處有均勻變化的磁場，在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的渦旋電場，對帶正電的小球做功。由楞次定律，判斷電場方向為順時針方向。在

13、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。小球在水平面內(nèi)沿玻璃圓環(huán)半徑方向受兩個力作用：環(huán)的彈力FN和磁場的洛倫茲力FBqv，而且兩個力的矢量和時刻等于小球做圓周運動的向心力?？紤]小球速度大小、方向以及磁場強弱的變化，彈力FN和洛倫茲力F不一定始終在增大。磁場力始終與小球做圓周運動的線速度方向垂直，所以磁場力對小球不做功。答案CD易錯警示(1)麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場；變化的電場產(chǎn)生磁場。而產(chǎn)生的電場或磁場如何變化與原磁場或原電場的變化規(guī)律有關(guān)。(2)洛倫茲力對運動電荷永不做功，但變化的磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電場可以對運動電荷做功。對點練清1關(guān)于電磁

14、場的理論，下列說法正確的是()A變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場一定是變化的B變化的磁場周圍產(chǎn)生的電場一定是變化的C均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生的電場是均勻變化的D振蕩電場周圍產(chǎn)生的磁場也是振蕩的解析：選D非均勻變化的電場產(chǎn)生非均勻變化的磁場，而均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，所以變化的電場周圍一定產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍一定產(chǎn)生電場，但不一定變化，故A、B錯誤；均勻變化的磁場一定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，而非均勻變化的電場產(chǎn)生非均勻變化的磁場，故C錯誤；周期性變化的振蕩電場一定產(chǎn)生同周期變化的振蕩磁場，故D正確。2.如圖所示是某一固定面的磁通量的變化圖像，在它周圍空間產(chǎn)生的電場中的某一點場強E應(yīng)是()A逐漸增強B逐漸

15、減弱C不變 D無法確定解析：選C由題圖可知磁通量隨時間t均勻變化，而BS，所以磁場是均勻變化的，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知C正確。3.多選某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合的電場線，這可能是()A沿AB方向磁場在迅速減弱B沿AB方向磁場在迅速增加C沿BA方向磁場在迅速增加D沿BA方向磁場在迅速減弱解析：選AC根據(jù)電磁感應(yīng)，閉合回路中的磁通量變化時，使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流可用楞次定律判斷。根據(jù)麥克斯韋電磁理論，閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因為閉合回路中受到了電場力的作用，而變化的磁場產(chǎn)生電場，與是否存在閉合回路沒有關(guān)系，故空間內(nèi)磁場變化產(chǎn)生的電場方向，仍然可用楞次定律判斷，四指環(huán)繞方向即為感

16、應(yīng)電場的方向，由此可知A、C正確。電磁波與機(jī)械波的比較學(xué)透用活機(jī)械波電磁波實質(zhì)力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)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(yīng)強度B隨時間和空間做周期性變化傳播特點傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播無須介質(zhì)，在真空中波速總等于光速c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)產(chǎn)生機(jī)理由(波源)質(zhì)點的振動產(chǎn)生由電磁振蕩(周期性變化的電場)激發(fā)是否橫波可以是是是否縱波可以是否干涉現(xiàn)象滿足干涉條件時均能發(fā)生干涉現(xiàn)象衍射現(xiàn)象滿足衍射條件時均能發(fā)生明顯衍射相關(guān)計算公式veq f(,T)f均適用典例3多選以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法中，正確的是()A機(jī)械波與電磁波本質(zhì)上是一致的B

17、機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速，不僅與介質(zhì)有關(guān)，還與電磁波的頻率有關(guān)C機(jī)械波可能是縱波，而電磁波必定是橫波D它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象解析機(jī)械波由波源振動產(chǎn)生，電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產(chǎn)生；機(jī)械波傳播需要介質(zhì)，波速由介質(zhì)決定；電磁波的傳播不需要介質(zhì)，波速由介質(zhì)和本身頻率共同決定；機(jī)械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，故選項B、C、D正確。答案BCD規(guī)律方法(1)電磁波和機(jī)械波都遵循波長、波速、頻率的關(guān)系公式 eq f(v,f)，電磁波進(jìn)入介質(zhì)遵循公式neq f(c,v)。(2)機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，電磁波的傳播不需要介質(zhì)。對點練清1下列說法正確的是

18、()A電磁波在真空中以光速c傳播B在空氣中傳播的聲波是橫波C聲波只能在空氣中傳播D光需要介質(zhì)才能傳播解析：選A電磁波在真空中的傳播速度為光速c，選項A正確；在空氣中傳播的聲波是縱波，選項B錯誤；聲波可以在氣體中傳播，也可以在液體、固體中傳播，選項C錯誤；光可以在真空中傳播，因此，光不需要介質(zhì)也能傳播，選項D錯誤。2關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()A所有電磁波的頻率都相同B電磁波只能在真空中傳播C電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度都相同D電磁波在真空中的傳播速度是3108解析：選D電磁波包括：射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、短波、中波和長波，其波長不同，即頻率不同，故A錯誤；電磁波可以在真空中傳播，速度為光速，在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)和頻率決定，即同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播速度不一樣，故B、C錯誤，D正確。3多選關(guān)于電磁波與機(jī)械波，下列說法正確的是()A電磁波傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波傳播需要介質(zhì)B電磁波在任何介質(zhì)中波速都相同，機(jī)械波在同一種介質(zhì)中傳播速度都相同C電磁波和機(jī)械波都不能發(fā)生干涉D電磁波和機(jī)械波都能發(fā)生衍射解析：選AD電磁波可以在真空中傳播，機(jī)械波傳播需要