新教材同步系列2024春高中物理第4章电磁振荡与电磁波第1节电磁振荡第2节麦克斯韦电磁场理论学生用书粤教版选择性必修第二册

第一节电磁振荡其次节麦克斯韦电磁场理论1．了解LC回路中振荡电流的产生过程；知道产生电磁振荡过程中，LC振荡电路中的能量转换状况。2．知道什么是电磁振荡的周期和频率，了解LC回路的周期和频率公式。3．了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及电磁波的预言。4．体会赫兹试验证明电磁波存在的重大意义。学问点一振荡电流的产生1．电磁振荡电路的演化如图甲所示，一个电流计与一个闭合线圈连接，当一条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，电流计的指针会不断地摇摆，这说明电路中产生了____和____都不断变更的电流。假如将电流计拿走，如图乙所示，当条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，电路断开处的A、B两点间仍存在__________，即A、B两点间仍存在变更的______。振荡电路的演化：假如在A、B两点间接一个平行板电容器，如图丙所示，当条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，在两板之间的空间内就会产生____和____不断变更的____，即电容器在不断地进行____、____。2．振荡电流(1)振荡电流：上述试验中产生的____和____都做周期性变更的电流。(2)振荡电路：能够产生________的电路。(3)LC振荡电路：__________和________组成的电路，LC振荡电路是一种最简洁的振荡电路。3．振荡电流的变更规律LC振荡电路产生的振荡电流是按____或____规律变更的。学问点二电磁振荡中能量的转化在振荡电路产生振荡电流过程中，电容器极板上____、两极板间____、电路中____以及跟电荷有关的____、与电流有关的____都发生周期性变更的现象。在电磁振荡过程______和______相互转化。学问点三电磁振荡的周期和频率1．电磁振荡的周期T电磁振荡完成一次周期性变更须要的____。2．电磁振荡的频率f一段时间内做周期性变更的次数与所用时间____。3．LC振荡电路的周期(频率)公式周期、频率公式：T＝2πLC，f＝____，式中周期T、频率f、自感系数L、电容C的国际单位制单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。学问点四麦克斯韦电磁场理论的基本思想1．变更的磁场四周产生____是一种普遍存在的现象。2．变更的电场四周产生____是一种普遍存在的现象。总之，变更的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不行分别的统一体，这就是______。学问点五宏大的预言1．产生变更的____和变更的____交替产生，由近及远地向四周空间传播出去，就形成电磁波。2．传播特点(1)电磁波中电场和磁场相互____，电磁波在与两者均____的方向传播。因此电磁波是__波。(2)电磁波的频率即为________的频率，它由____确定，与____无关。电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即c＝__________________。(3)电磁波传播不须要借助于任何____，在真空中也能传播。光波的本质是______。学问点六赫兹试验1．原理图2．试验现象当放射器两球间有火花产生时，接收器两球间也有火花产生。3．现象分析：火花在A、B间来回跳动时，在四周空间建立了一个快速变更的电磁场，这种变更的电磁场以______的形式在空间传播。当电磁波经过接收器时，导致接收器产生__________，使接收器两球间隙处产生电压，当电压足够高时，两球之间产生________现象。4．试验结论：赫兹证明白______的存在。5．试验意义：证明白________的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的试验基础。1．思索推断(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)在电场四周肯定产生磁场，在磁场四周肯定产生电场。 ()(2)匀称变更的电场四周肯定产生匀称变更的磁场。 ()(3)周期性变更的电场四周肯定产生周期性变更的磁场。 ()(4)放电时，由于线圈的自感作用，放电电流由零渐渐增大。 ()(5)放电时，电容器两极板间的电场能渐渐转化为线圈的磁场能。 ()(6)振荡电流最大时，放电完毕。 ()2．(2024·吉林辽源田家炳高级中学校高二期末)关于电磁波，下列说法正确的是()A．在真空中，频率越高的电磁波速度越大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，波长也变小，而频率不变D．只要放射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波马上消逝3．关于LC振荡电路中的振荡电流，下列说法正确的是()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如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，从今时起，电容器通过线圈放电，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？线圈中的电流怎样变更？电容器的电场能转化为什么形式的能？当线圈中的电流减小时，是否会对电容器充电？此时线圈中的磁场能转化为什么形式的能？电磁振荡过程分析1．用图像对应分析i、q的变更关系2．板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变更的图像(充电时)u、EE规律与q-t图像相对应；EB规律与i-t图像相对应。3．分类分析(1)同步关系。在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量q、电场强度E、电场能EE是同步变更的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变更的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)(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是同步异向变更的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变更是同步的，即：q、E、EE↑同步异向变化i、B、EB↓。留意：自感电动势E的变更规律与q-t图像相对应。【典例1】(多选)LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法正确的是()A．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[听课记录]电磁振荡状态分析的三点留意(1)推断电容器是充电还是放电，一般依据电流的方向，电流由正极板流出为放电，向正极板流入为充电。(2)推断电场能和磁场能的转化要依据电流的增减或极板上电量的增减。(3)自感电动势的作用是阻碍电流的增大还是阻碍电流的减小，可依据放电电流不断增大，充电电流不断减小来推断。[跟进训练]1．如图所示为LC回路中电流随时间变更的图像，规定回路中顺时针电流方向为正。在t＝34TABCD电磁振荡的周期和频率1．LC振荡电路的周期T和频率f只与自感系数L和电容C有关，与其他因素无关。T＝2πLC，f＝122．电容C与正对面积S、板间距离d及介电常数εr有关，即依据C＝εrS43．变更回路中电容器的电容和线圈的自感系数达到我们须要的振荡频率。【典例2】(多选)在LC回路中，电容器充电后向线圈放电发生电磁振荡时，若将电容器两板间距离增大，则振荡过程中()A．电容器两板间最大电压变大B．振荡电流的最大值变大C．振荡电流的频率变大D．电容器所带电荷量最大值变大[听课记录]①周期T、频率f叫作LC回路的固有周期和固有频率；②电场能和磁场能的变更周期是电磁振荡周期的一半，即T＝πLC，频率则是电磁振荡频率的2倍，即f＝1π[跟进训练]2．要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采纳的方法是()A．增大电容器两极板的间距B．上升电容器的充电电压C．增加线圈的匝数D．在线圈中插入铁芯对麦克斯韦电磁场理论和电磁场的理解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匀称变更的电场在四周空间产生恒定的磁场匀称变更的磁场在四周空间产生恒定的电场不匀称变更的电场在四周空间产生变更的磁场不匀称变更的磁场在四周空间产生变更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：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，周期性变更的电场、磁场相互激发，形成的电磁场一环套一环，如图所示。(2)电磁场并非简洁地将电场、磁场相加，而是相互联系、不行分割的统一整体。在电磁场示意图中，电场E矢量和磁场B矢量在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播。【典例3】(多选)关于电磁场的理论，下列说法正确的是()A．变更的电场四周产生的磁场肯定是变更的B．变更的电场四周产生的磁场不肯定是变更的C．匀称变更的磁场四周产生的电场也是匀称变更的D．振荡电场在四周空间产生同样频率的振荡磁场[听课记录]麦克斯韦电磁场理论的两大支柱变更的磁场产生电场，变更的电场产生磁场。须要着重对以下两点加以理解：(1)匀称变更的磁场四周产生稳定的电场，匀称变更的电场四周产生稳定的磁场。(2)不匀称变更的磁场四周产生变更的电场，不匀称变更的电场四周产生变更的磁场。[跟进训练]3．某电路中电场随时间变更的图像如图所示，能放射电磁波的电场是()ABCD1．建立了完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是()A．法拉第 B．奥斯特C．赫兹 D．麦克斯韦2．(多选)依据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述正确的是()A．教室中正在发光的日光灯四周空间必有磁场和电场B．工作时打点计时器四周必有磁场和电场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3．(多选)(2024·山东临沂高二期末)如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变更的图线如图乙所示，若把通过P点向右规定为电流的正方向，则()A．0.5～1ms内，Q点比P点电势低B．1～1.5ms内，电容器C正在放电C．0.5～1ms内，电场能正在增加D．增大电容器C的电容值该电路振荡频率将变大4．如图所示，L是不计电阻的电感线圈，C是电容器，闭合开关，待电路达到稳定状态后，再断开开关，LC电路中将产生电磁振荡。假如规定自感线圈L中的电流方向从a到b为正，断开开关的时刻为t＝0，图中能够正确表示自感线圈L中的电流随时间变更规律的是()ABCD回来本节内容，自我完成以下问题：1．什么叫振荡电流？2．电磁振荡过程中能量如何变更？3．麦克斯韦电磁场理论的内容？第一节电磁振荡其次节麦克斯韦电磁场理论[必备学问·自主预习储备]学问梳理学问点一1．大小方向感应电动势电势差大小方向电场充电放电2．(1)大小方向(2)振荡电流(3)自感线圈L电容器C3．正弦余弦学问点二电荷电压电流电场磁场电场能磁场能学问点三1．时间2．之比3．1学问点四1．电场2．磁场电磁场学问点五1．电场磁场2．(1)垂直垂直横(2)电磁振荡波源介质3×108m/s(3)介质电磁波学问点六3．电磁波感应电动势火花放电4．电磁波5．麦克斯韦基础自测1．(1)×(2)×(3)√(4)√(5)√(6)√2．C[在真空中，全部电磁波的传播速度都相同，与频率、能量无关，故A、B错误；电磁波的频率由波源确定，电磁波由真空进入介质，频率不变，而波速减小，波长减小，故C正确；当放射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波不会马上消逝，还会在空间接着传播，直到能量消耗殆尽，故D错误。]3．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错误；振荡电流为零时，LC回路振荡电流变更方向，这时的电流变更最快，电流变更率最大，线圈中自感电动势最大，B错误；振荡电流增大时，电容器中的电场能转化为磁场能，C错误；振荡电流减小时，线圈中的磁场能转化为电场能，D正确。][关键实力·情境探究达成]情境探究提示：线圈中的电流发生变更时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变更，电流渐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能；线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。典例1BCD[由电流的磁场方向和安培定则可推断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板带电状况，可分两种状况探讨：(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C正确，A错误；(2)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。]跟进训练1．B[由题图可知，在34T时回路中电流为零，则回路中磁场能为零，电场能最大，说明电容器充电完毕；由题图可得，在12T～34T典例2ABC[在LC回路中，电容器充电后向线圈放电发生电磁振荡时，若将电容器两板间距离增大，则其电容减小，由电磁振荡周期公式T＝2πLC得频率为f＝12πLC，振荡电流的频率变大，电容器极板上所带的最大电量总是等于充电时的电量，保持不变，依据U＝QC知，电容减小时，两极板上的最大电压Um变大，故A、C正确，D错误；因为LC回路的振荡频率增大，振荡周期变小，而极板上所带最大电量不变，所以在14T内振荡电流的平均值I跟进训练2．A[该题考查确定振荡频率的因素。振荡电流的频率由LC回路本身的特性确定，f＝12πLC。增大电容器两板间距，电容减小，振荡频率上升，典例3BD[变更的电场产生磁场有两层含义：①匀称变更的电场产生恒定的磁场；②非匀称变更的电场产生变更的磁场。振荡的电场产生同频率的振荡的磁场。匀称变更的磁场产生恒