2022-2023学年人教版选择性必修第二册 第四章 第1、2节　电磁振荡电磁场与电磁波 学案

1、第四章 eq blc|rc (avs4alco1(,) 电磁振荡与电磁波第1、2节电磁振荡电磁场与电磁波1了解振荡电路、振荡电流及LC电路振荡过程中各物理量的变化规律。2.知道电磁振荡的周期和频率公式并会使用它们。3了解麦克斯韦电磁场理论的基本观点。4.了解电磁波的形成、特点及发现过程，领会人们认识世界的认知规律。eq avs4al(一、电磁振荡)1填一填(1)振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。(2)振荡电路：产生振荡电流的电路。由电感线圈L和电容C组成最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。(3)振荡过程：如图所示，先把开关置于电源一侧，为电容器充电，稍后再把开关置于线圈一侧，使电容

2、器通过线圈放电。放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流不会马上达到最大值，而是由0逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少。到放电完毕时，电容器极板上没有电荷，放电电流达到最大值。充电过程：电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为0，而会保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始充电，极板上的电荷逐渐增多，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到最大值。然后再放电，再充电，这样不断地充电和放电，电路中就出现了大小和方向都做周期性变化的电流，即出现了振荡电流。(4)电磁振荡中的能量变化放电过程中电容器储存的电场能逐渐转化为线圈的磁场能。充电过程中线圈中的磁场能逐渐转化

3、为电容器的电场能。在电磁振荡过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。(5)电磁振荡的周期和频率周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。频率：电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比。数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。没有能量损失，也不受其他外界条件影响，这时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率。周期和频率公式：T2eq r(LC)，feq f(1,2r(LC)。2判一判(1)在LC振荡电路中，回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大。()(2)在LC振荡电路中，电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小。()(3)振荡电流的大小和方向均不断变化。()(4)电磁振荡的固有周期与电

4、流的变化快慢有关。()3选一选要增大LC振荡电路的频率，可采取的办法是()A增大电容器两极板正对面积B减少电容器的带电荷量C在线圈中放入软铁棒作铁芯D减少线圈匝数解析：选D根据LC振荡电路的频率公式feq f(1,2r(LC)和平行板电容器电容公式Ceq f(rS,4kd)知，当增大电容器两极板正对面积时，C增大，f减小；减少电容器的带电荷量，不影响C，即f不变；在线圈中放入软铁棒作铁芯，L增大，f减小；减少线圈匝数，L减小，f增大，故D正确。eq avs4al(二、电磁场与电磁波)1填一填(1)电磁场变化的磁场产生电场a现象分析：麦克斯韦认为放在变化的磁场中的闭合电路会产生感应电流，是因为变

5、化的磁场产生了电场，该电场使导体中的自由电荷做定向移动，产生感应电流。b观点推广：变化的磁场产生电场，这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关。变化的电场产生磁场麦克斯韦大胆地假设，既然变化的磁场能产生电场，那么，变化的电场也会在空间产生磁场。电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场。(2)电磁波定义：变化的电场和变化的磁场形成的电磁场由近及远地向周围传播，形成电磁波。特点：a电磁波可以在真空中传播。b电磁波的传播速度等于光速c。c麦克斯韦预言光是一种电磁波。d电磁波是横波，其电场方向与磁场方向相互垂直，且二者均与传播方向垂直。赫兹用实验证实了电磁波的存在。

6、并观察到电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。2判一判(1)电磁波在真空中和介质中传播的速度相同。()(2)只要有电场和磁场，就能产生电磁波。()(3)变化的磁场产生的电场的电场线是闭合曲线。()3想一想如图所示，为某电路的电场随时间变化的图像，那么，该变化的电场能否在空间产生电磁波？提示：电场均匀变化，产生的磁场恒定不变，故不会在空间产生电磁波。电磁振荡过程分析学透用活1各物理量变化情况一览表时刻(时间)工作过程qEiB能量0eq f(T,4)放电过程qm0Em00im0BmE电E磁eq f(T,4)eq f(T,2)充电过程0qm0Emim0Bm0E磁E电eq f(T,2)eq f(

7、3T,4)放电过程qm0Em00im0BmE电E磁eq f(3T,4)T充电过程0qm0Emim0Bm0E磁E电2振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像典例1多选如图(a)所示，在LC振荡电路中，通过P点的电流变化规律如图(b)所示，且把通过P点向右的方向规定为电流i的正方向，则()A0.51 s时间内，电容器C在放电B0.51 s时间内，电容器C的上极板带正电C11.5 s时间内，Q点的电势比P点的电势高D11.5 s时间内，电场能正在转变成磁场能解析0.51 s时间内，振荡电流是充电电流，充电电流是由负极板流向正极板，故A、B错误；11.5 s时间内，振荡电流是放电电流，放电电流是由正极板

8、流向负极板，由于电流为负值，所以由Q流向P，Q点的电势比P点的电势高，电场能正在转变成磁场能，故C、D正确。答案CD规律方法LC振荡电路充、放电过程的判断方法(1)根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程。(2)根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。(3)根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电。对点练清1.如图所示，表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是(

9、)A电容器正在充电B电感线圈中的磁场能正在减小C电感线圈中的电流正在减小D此时自感电动势正在阻碍电流的增加解析：选D根据磁感线的方向可以判断电流方向是逆时针，再根据电容器极板上带电的性质可以判断电容器在放电，A项错误；电容器在放电，所以电流在增加，磁场能在增加，自感电动势正在阻碍电流的增加，B、C项错误，D项正确。2在LC振荡电路中，电容器上的带电荷量从最大值变化到零所需的最短时间是()A.eq f(,4)eq r(LC)B.eq f(,2)eq r(LC)Ceq r(LC) D2eq r(LC)解析：选BLC振荡电路的周期T2eq r(LC)，其电容器上的带电荷量从最大值变化到零的最短时间t

10、eq f(T,4)，故teq f(,2)eq r(LC)。3如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定回路中振荡电流的方向为逆时针时为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是()解析：选D电容器极板间电压Ueq f(q,C)，随电容器极板上电荷量的增多而增大，随电荷量的减少而减小。从题图乙可以看出，在0eq f(T,4)这段时间内是充电过程，且UAB0，即AB，A板应带正电，只有顺时针方向的电流才能使A板被充电后带正电，同时考虑到t0时刻电压为零，电容器极板上的电荷量为零，电流最大，即t0时刻，电流为负向最大，D正确。对麦克斯韦电磁理论的理解学透用活1对麦克斯韦

11、电磁场理论的理解电场磁场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.对电磁场的理解(1)电磁场的产生如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，形成了不可分割的统一体，这就是电磁场。(2)电磁场与静电场、磁场的比较三者可以在某空间混合存在，但由静电场和磁场混合的空间不属于电磁场。电磁场

12、是电场、磁场相互激发，相互耦连形成的统一体。电磁场由近及远传播，形成电磁波，如图所示。典例2多选如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于玻璃圆环内径的带正电的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，设运动过程中小球所带电荷量不变，那么()A小球对玻璃圆环的压力不断增大B小球受到的磁场力不断增大C小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动D磁场力对小球一直不做功解析玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电的小球做功。由楞次定律，判断电场方向为顺时针方向。在

13、电场力作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，后沿顺时针方向做加速运动。小球在水平面内沿玻璃圆环半径方向受两个力作用：环的弹力FN和磁场的洛伦兹力FBqv，而且两个力的矢量和时刻等于小球做圆周运动的向心力。考虑小球速度大小、方向以及磁场强弱的变化，弹力FN和洛伦兹力F不一定始终在增大。磁场力始终与小球做圆周运动的线速度方向垂直，所以磁场力对小球不做功。答案CD易错警示(1)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。而产生的电场或磁场如何变化与原磁场或原电场的变化规律有关。(2)洛伦兹力对运动电荷永不做功，但变化的磁场产生的感应电场可以对运动电荷做功。对点练清1关于电磁

14、场的理论，下列说法正确的是()A变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B变化的磁场周围产生的电场一定是变化的C均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的D振荡电场周围产生的磁场也是振荡的解析：选D非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场产生稳定的磁场，所以变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场，但不一定变化，故A、B错误；均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，故C错误；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故D正确。2.如图所示是某一固定面的磁通量的变化图像，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

15、减弱C不变 D无法确定解析：选C由题图可知磁通量随时间t均匀变化，而BS，所以磁场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知C正确。3.多选某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是()A沿AB方向磁场在迅速减弱B沿AB方向磁场在迅速增加C沿BA方向磁场在迅速增加D沿BA方向磁场在迅速减弱解析：选AC根据电磁感应，闭合回路中的磁通量变化时，使闭合回路中产生感应电流，该电流可用楞次定律判断。根据麦克斯韦电磁理论，闭合回路中产生感应电流，是因为闭合回路中受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空间内磁场变化产生的电场方向，仍然可用楞次定律判断，四指环绕方向即为感

16、应电场的方向，由此可知A、C正确。电磁波与机械波的比较学透用活机械波电磁波实质力学现象电磁现象周期性位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播特点传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无须介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关产生机理由(波源)质点的振动产生由电磁振荡(周期性变化的电场)激发是否横波可以是是是否纵波可以是否干涉现象满足干涉条件时均能发生干涉现象衍射现象满足衍射条件时均能发生明显衍射相关计算公式veq f(,T)f均适用典例3多选以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是()A机械波与电磁波本质上是一致的B

17、机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，还与电磁波的频率有关C机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象解析机械波由波源振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生；机械波传播需要介质，波速由介质决定；电磁波的传播不需要介质，波速由介质和本身频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，故选项B、C、D正确。答案BCD规律方法(1)电磁波和机械波都遵循波长、波速、频率的关系公式 eq f(v,f)，电磁波进入介质遵循公式neq f(c,v)。(2)机械波的传播需要介质，电磁波的传播不需要介质。对点练清1下列说法正确的是

18、()A电磁波在真空中以光速c传播B在空气中传播的声波是横波C声波只能在空气中传播D光需要介质才能传播解析：选A电磁波在真空中的传播速度为光速c，选项A正确；在空气中传播的声波是纵波，选项B错误；声波可以在气体中传播，也可以在液体、固体中传播，选项C错误；光可以在真空中传播，因此，光不需要介质也能传播，选项D错误。2关于电磁波，下列说法正确的是()A所有电磁波的频率都相同B电磁波只能在真空中传播C电磁波在任何介质中的传播速度都相同D电磁波在真空中的传播速度是3108解析：选D电磁波包括：射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、短波、中波和长波，其波长不同，即频率不同，故A错误；电磁波可以在真空中传播，速度为光速，在介质中的传播速度由介质和频率决定，即同一电磁波在不同介质中传播速度不一样，故B、C错误，D正确。3多选关于电磁波与机械波，下列说法正确的是()A电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质B电磁波在任何介质中波速都相同，机械波在同一种介质中传播速度都相同C电磁波和机械波都不能发生干涉D电磁波和机械波都能发生衍射解析：选AD电磁波可以在真空中传播，机械波传播需要