鲁科版选修34 第3章 第1节 电磁波的产生 学案.docVIP

第1节电磁波的产生1大小和方向都周期性变化的电流叫做振荡电流，产生振荡电流的电路叫做振荡电路。由电感线圈l和电容器c组成lc振荡电路。2lc电磁振荡的周期为t2 ，改变电容或电感，可以改变振荡周期。3麦克斯韦建立了基本的电磁场理论，即变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，据此麦克斯韦预言了电磁波的存在。4赫兹通过感应圈放电现象，证明了电磁波的存在。电磁振荡自读教材抓基础1振荡电流大小和方向都周期性变化的电流。2振荡电路产生振荡电流的电路。由电感线圈l和电容器c所组成的一种基本的振荡电路为lc振荡电路，如图311所示。图3113电磁振荡在lc振荡电路中，电容器极板上的电荷量，电路中的电流，与振荡电流相联系的电场和磁场也周期性交替变化，电场能和磁场能相互转化。4电磁振荡的周期和频率(1)一次全振荡：发生电磁振荡时，通过电路中某一点的电流，由某方向的最大值再恢复到同一个方向的最大值，就完成了一次全振荡。(2)电磁振荡的周期t：完成一次全振荡的时间。(3)电磁振荡的频率f：在1 s内完成全振荡的次数。5lc振荡电路的周期和频率(1)公式：t2，f。(2)单位：周期t、频率f、自感系数l、电容c的单位分别是秒(s)、赫兹(hz)、亨利(h)、法(f)。跟随名师解疑难1如何用图像对应分析i、q的变化？图312图3132振荡过程中电荷量q、电场强度e、电流i、磁感应强度b及能量的对应关系时刻(时间)工作过程qeib能量0放电瞬间qmem00e电最大e磁最小0放电过程qm0em00im0bme电e磁放电结束00imbme电最小e磁最大充电过程0qm0emim0bm0e磁e电充电结束qmem00e电最大e磁最小放电过程qm0em00im0bme电e磁放电结束00imbme电最小e磁最大t充电过程0qm0emim0bm0e磁e电t充电结束qmem00e电最大e磁最小特别提醒振荡电流i，由极板上电荷量的变化率决定，与电荷量的多少无关，如放电结束的瞬间，电荷量为零，而电流最大。学后自检(小试身手)关于lc振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是()a振荡电流最大时，电容器两极板间的电场强度最大b振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零c振荡电流增大的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能d振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能解析：选d振荡电流最大时，处于电容器放电结束瞬间，电场强度为零，a错；振荡电流为零时，lc回路振荡电流改变方向，这时的电流变化最快，电流变化率最大，线圈中自感电动势最大，b错；振荡电流增大时，电容器中的电场能转化为磁场能，c错；振荡电流减小时，线圈中的磁场能转化为电场能，d对。麦克斯韦的预言自读教材抓基础1麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场周围会产生电场。(2)变化的电场周围会产生磁场。2电磁波变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场。这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了电磁波。 跟随名师解疑难1 对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场2电磁波的特点 (1)电磁波是横波，在传播方向上的任一点，e和b都随时间做正弦规律变化，e与b彼此垂直且与传播方向垂直，如图314所示。图314(2)电磁波的传播不需要介质，传播速度跟光速相同，在真空中为c3.0108 m/s，在介质中的传播速度都要小于c，具体大小与介质有关。(3)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。3电磁波的波速、波长与频率的关系cf，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。特别提醒电磁场是动态的，并且电场和磁场不可分割，磁感线、电场线都是闭合的曲线；静电场、静磁场是单独存在的，且电场线是非闭合曲线，静止的电场和磁场不是电磁场。学后自检(小试身手)关于电磁场理论，下列说法正确的是()a在电场周围一定产生磁场，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：选d根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，故a选项错误；均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，故b、c错，d正确。赫兹实验1.赫兹实验原理图(如图315)图3152实验现象当感应线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。3现象分析火花在a、b间来回跳动时，在周围空间建立了一个迅速变化的电磁场，这种电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波经过接收线圈时，导致接收线圈产生感应电动势，使接收线圈两球间隙处产生电压，当电压足够高时，两球之间产生火花放电现象。4实验结论赫兹证实了电磁波的存在。5实验意义证明了麦克斯韦的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。学后自检(小试身手)电磁场理论预言的电磁波是谁验证的()a法拉第b赫兹c麦克斯韦 d安培解析：选b麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波。lc振荡电路的分析与计算典题例析1.图316中画出一个lc振荡电路中的电流变化图线，根据图线可判断()图316at1时刻电感线圈两端电压最大bt2时刻电容器两极板间电压为零ct1时刻电路中只有电场能dt1时刻电容器带电荷量为零解析：本题考查认识it图像和利用图线分析问题的能力。由图像知，计时开始时，电容器两极板带电荷量最大，电流为零，电容器放电开始，根据电流随时间的变化规律，可以在题图中画出qt图像(在图中用虚线表示)。由图像分析可知：t1时刻，电容器上电荷量为零，电势差为零，电场能为零，故d对，a、c皆错；t2时刻电容器电荷量q最大，两极板间电势差最大，b错。答案：d探规寻律lc振荡电路中的两个同步变化(1)同步同变关系。在lc振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量q、板间电压u、电场强度e、电场能ee是同步同向变化的，即：queee(或queee)。振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度b、磁场能eb也是同步同向变化的，即：ibeb(或ibeb)。(2)同步异变关系。在lc振荡过程中，电容器上的三个物理量q、e、ee与线圈中的三个物理量i、b、eb是同步异向变化的，即q、e、ee同时减小时，i、b、eb同时增大，且它们的变化是同步的，即：q、e、eei、b、eb。跟踪演练lc回路中电容器两极板间的电压u随时间t变化的关系如图317所示，则()图317a在t1时刻，电路中的电流最大b在t2时刻，电路中的磁场能最小c在t2t3时间内，电路中的电场能不断增大d在t3t4时间内，电容器上的电荷量不断增加解析：选c由电磁振荡过程中的规律可知，电容器上的电荷量q、两极板间的电压u、两极板间的电场强度e及电场能e电相互对应，它们的变化趋势一致，同增同减；线圈中的电流i、磁感应强度b及磁场能e磁相互对应，它们的变化趋势一致，同增同减，故c选项正确。对麦克斯韦理论的考查典题例析2按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法正确的是()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任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场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变化的电场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思路点拨电磁场理论中的“变化”分为均匀变化，不均匀变化。解析：由麦克斯韦电磁场理论可知，不变的电场周围不产生磁场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，振荡电场周围产生振荡磁场。故d选项正确。答案：d探规寻律麦克斯韦电磁场理论的两大支柱变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。需要着重对以下两点加以理解：(1)均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场；(2)不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场。跟踪演练某电路中电场随时间变化的图像如图318所示，能发射电磁波的电场是()图318解析：选d由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定的电场时(如a图)，由于其不激发磁场，无电磁波产生；当出现均匀变化的电场时(如b图、c图)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会再在较远处激发起电场，故也不会产生电磁波，只有周期性变化的电场(如d图)，才会激发出周期性变化的磁场，其又激发出周期性变化的电场如此不断激发，便会形成电磁波。课堂双基落实1为了增大lc振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是()a增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯b减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数c减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯d减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数解析：选d由f可知增大固有频率f的办法是减小l或减小c或同时减小l和c。另外电容器两极板的正对面积增大，则c增大，正对面积减小，则c减小。在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝数，则l增大，减少线圈的匝数，则l减小。综上可知只有选项d是正确的。2在lc振荡电路中，当电容器放电完毕瞬间，以下说法错误的是()a电容器极板间的电压等于零，磁场能开始向电场能转化b电流达到最大值，线圈产生的磁场达到最大值c如果没有能量辐射损耗，这时线圈的磁场能等于电容器开始放电时电容器的电场能d线圈中产生的自感电动势最大解析：选d电容器放电完毕的瞬间，还有以下几种说法：电场能向磁场能转化完毕；磁场能开始向电场能转化；电容器开始反方向充电。电容器放电完毕的瞬间有如下特点：电容器电荷量q0，板间电压u0，板间场强e0，线圈电流i最大，磁感应强度b最大，电路磁场能最大，电场能为零。线圈自感电动势e自/t，电容器放电完毕瞬间，虽然最大，但/t为零，所以e自等于零。如果没有考虑能量的辐射，能量守恒，在这一瞬间电场能e电0，磁场能e磁最大，而电容器开始放电时，电场能e电最大，磁场能e磁0，则e磁e电，所以选项a、b、c正确，d错误。3.如图319所示，lc振荡电路导线及电感线圈的电阻忽略不计。某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且电流正在增大，则下列说法错误的是()图319a这时电容器a板带负电荷，b板带正电荷b因电流正在增大，m、n间的电势差也随之增大c当m、n间电势差随电流的变化达到最大值时磁场能刚好向电场能转化完毕d题中所述时刻线圈中产生的感应电动势正在变小解析：选b电流在增大，则电场能正向磁场能转换，电容器在放电。由放电电流的方向可判断出，b极板带正电荷。两极间即m、n电势差达最大值时，即电容器带电荷量最多时，恰是磁场能刚好向电场能转化完毕。因为线圈感应电动势与电流的变化率成正比，所以随着振荡电流的增大，电流的变化率在减小，线圈中产生的感应电动势在减小。4某lc振荡电路中，振荡电流变化规律为i0.14sin (1 000t) a，已知电路中线圈的自感系数l50 mh，则电容器的电容c_，该振荡电流的有效值为_。解析：由，得t s2103s又因t2，得c f2.0105 f因振荡电流最大值im0.14 a，所以有效值为i a0.10 a。答案：2.0105 f0.10 a课下综合检测(时间：30分钟满分：50分)一、选择题(共6小题，每小题5分，共30分，每小题只有一个选项正确。)1(四川高考)下列关于电磁波的说法，正确的是()a电磁波只能在真空中传播b电场随时间变化时一定产生电磁波c做变速运动的电荷会在空间产生电磁波d麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在解析：选c本题考查有关电磁波的相关知识，意在考查考生的识记、理解分析综合能力。虽然电磁波在传播过程中不需要介质，但并不是只能在真空中传播，故a选项错误；产生电磁波需要一定的条件，当电场随时间做周期性变化时才可能产生电磁波，故b选项错误；做变速运动的电荷周围会产生变化的磁场，其周围空间可能会产生电磁波，故c选项正确；麦克斯韦只是预言了电磁波的存在，是赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故d选项错误。2振荡电路中线圈的自感系数为l，电容器的电容为c，则电容器两极板间的电压从最大值变为零，所用的最少时间为()a2bc. d.解析：选d电容器两极板间的电压从最大值到零所用的最少时间为t，而t2 ，故d正确。3有关电磁场理论的下列说法中，正确的是()a任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场b任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场c任何变化的电场要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场d电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，即电磁场解析：选c根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，说法a前半句错；同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，说法b前半句错；电场和磁场并不是总是相互联系着的，例如，静止电荷周围只有静电场，静止磁体周围只有稳定的磁场。只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，d说法错。4根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中错误的是()a教室中开亮的日光灯周围空间必有磁场和电场b工作时打点计时器周围必有磁场和电场c稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场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相互垂直解析：选c教室中开亮的日光灯、工作的打点计时器，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，传播过程中电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项d正确。5.lc振荡电路中，某时刻磁场方向如图1所示，则下列说法中错误的是()图1a若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电b若电容器正在充电，则电容器下极板带正电c若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大d若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大解析：选a由电流产生的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板带电情况，故可分两种情况讨论。若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电状态，电流增大，则c正确，a错误；若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则b正确；由楞次定律可判定d正确。6.在lc振荡电路中，电容器c的带电荷量q随时间t变化的图像如图2所示。在11062106 s内，关于电容器的充(放)电过程及由此产生的电磁波的波长，下列说法正确的是()图2a充电过程，波长为1 200 mb充电过程，波长为1 500 mc放电过程，波长为1 200 md放电过程，波长为1 500 m解析：选a由题图可知，