2018年高中物理 第十四章 电磁波 第1、2节 电磁波的发现 电磁振荡学案(新人教版)选修3-4

1、第1、2节电磁波的发现_电磁振动目标早就知道了浙江选拔学习要求知识内容考试要求1 .电磁波的发现加a2 .电磁振动加c3 .电磁波的收发加b4 .电磁波与信息化社会加a5 .电磁波频谱加a伟大的预言探索新知识的基础练习1 .由变化的磁场产生的电场实验的基础：如图所示，在变化的磁场上设置闭合回路，回路中就会产生感应电流。麦克斯韦对此问题的见解：在电路中产生感应电流，变化的磁场产生电场，自由电荷一定是通过电场取向移动的。 这种现象的本质：变化的磁场产生了电场。2 .变化的电场产生磁场麦克斯韦大胆地假设，既然变化的磁场产生电场，变化的电场也在空间产生磁场。“辨别是非”(正确的区分“”、错误的区分“”

2、)1 .产生随着变化的磁场而变化的电场。 （）2 .变化的电场产生磁场。 ()3 .电场的周围一定存在磁场，磁场的周围一定存在电场。 （）练习解释困难的地方1 .对麦克斯韦电磁场理论的理解一定的电场不产生磁场一定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围的空间产生一定的磁场均匀变化的磁场在周围的空间产生一定的电场不均匀变化的电场产生向周围的空间变化的磁场产生不均匀变化的磁场在周围的空间变化的电场振荡电场产生相同频率的振荡磁场振荡磁场产生相同频率的振荡电场2 .电磁场的理解(1)电磁场的产生：如果空间的某个区域有周期性变化的电场，那么该变化的电场在其周围的空间产生周期性变化的磁场这个变化的磁场又在其周

3、围的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交替产生，形成不可分割的统一，这就是电磁(2)电磁场与静电场静磁场的比较；三者可以混合存在于某个空间，但静电场和静磁场混合存在的空间不是电磁场。 电磁场是电场、磁场相互激发、相互结合而形成的统一体。试技1.(多个选择)图中表示某电路的电场随时间变化的图像，能够产生磁场的电场是()分析： BCD标题a中的电场随时间变化，不产生磁场的标题b和标题c中的电场随时间均匀变化，能够产生稳定的磁场的标题d中的电场随时间不均匀变化，能够产生在周围的空间变化的磁场。电磁波探索新知识的基础练习1 .电磁波的产生如果在某个空间区域中存在不均匀变化的电场，那么它

4、引起空间中不均匀变化的磁场，此不均匀变化的磁场还与不均匀变化的电场33到354交错地产生，以从近及远传播到周围形成电磁波。2 .电磁波是横波根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场强度和磁感应强度相互垂直，而且两者都垂直于波的传播方向，因此电磁波为横波。3 .电磁波的速度麦克斯韦指出光的电磁性质，预言电磁波的速度等于光速。4 .电磁波的验证1886年，赫兹通过实验证明了麦克斯韦的预言的正确性，第一次捕捉到了电磁波。(1)赫兹的实验装置如图所示(2)实验现象：在感应环的两个金属球之间跳过火花，在引导环的两个小球之间也跳过火花。(3)现象分析：感应环在与其连接的2个金属球之间产生火花时，在空间中出现

5、了快速变化的电磁场。 这个电磁场以电磁波的形式在空间中传播。 当电磁波到达导线环时，在导线环中感应电动势被激发，在导线环的空隙中也产生火花。“辨别是非”(正确的区分“”、错误的区分“”)1 .麦克斯韦预言了电磁波的存在。 ()2 .赫兹通过实验确认了电磁波的存在。 ()3 .电磁波的传播需要介质，不能在真空中传播。 （）练习解释困难的地方电磁波与机械波的比较电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两个波因产生机理而异，除了波的共性之外，还有差异。机械波电磁波研究对象力学现象电磁现象周期性位移随时间和空间而周期性变化电场强度e和磁感应强度b根据时间和空间而周期性地变化传播情况传播需要介质，波速与介质

6、无关，与频率无关传播不需要介质，并且在真空中的波速总是等于光速c，当以光速c传播介质时，波速与介质和频率相关发生机制由质点的振动产生的由电磁振动(周期性变化的电流)激发是否为横波是的，是的是是否是纵波是的，是的否干涉现象如果满足干涉条件，就会发生干涉现象衍射现象即使在不满足衍射条件情况下也会产生明显的衍射试技关于电磁波和机械波，以下说法正确的是()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传播速度相同，机械波在相同介质中传播速度相同c .电磁波和机械波都不能干扰d .电磁波和机械波都能衍射分析：所选AD电磁波的波速与介质和频率都有关系，传播时不需要介质，而机械波的传

7、播速度只与介质有关，由于传播时需要介质，所以a是正确的，b是错误的电磁波和机械波都具有波的特征。 因为包括干涉和衍射，所以c是错误的。 d是反对的。电磁振荡探索新知识的基础练习1 .振荡电流和振荡电路(1)振荡电流：大小和方向周期性快速变化的电流。(2)振荡电路：产生振荡电流的电路。 最简单的振荡电路是LC振荡电路。2 .电磁振荡的过程放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流从零开始逐渐增大，电容器极板上的电荷逐渐减少，电容器中的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能量逐渐变为磁场能量，振荡电流逐渐增大，放电完成充电过程：电容器放电结束后，由于线圈的自感作用，电流在原来的方向上逐渐减小，电容器

8、进行逆充电，线圈的磁场逐渐减弱，电容器的电场逐渐增强，磁场能量逐渐变为电场能量，振荡电流逐渐之后，反复进行这种充电和放电的过程。3 .电磁振荡的本质在电磁振荡过程中，与电容器极板上的电荷量、电路中的电流及振荡电流有关的电场和磁场都周期性变化，电场能和磁场能周期性变化。4 .电磁振荡的周期和频率(1)周期：电磁振动周期性变化所需的时间。(2)频度：1 s内完成的周期性变化的次数。如果振荡电路没有能量损失，则不受其他外界的影响，将此时的周期和频率分别称为固有周期、固有频率。(3)周期和频率公式： T=2，f=。“辨别是非”(正确的区分“”、错误的区分“”)1 .当在振荡电路中的电感线圈中流动的电流

9、最大时，振荡电路的两端电压变为最大。 （）2.LC振荡电路是产生振荡电流的最简单的振荡电路。 ()3 .大小和方向周期性变化的电流称为振荡电流。 （）练习解释困难的地方振荡过程中各物理量的变化情况当向LC电路提供能量时，通过电容器的充放电作用和线圈的自感作用，在LC电路中产生振荡电流，并且与电容器极板上的电荷q以及q相关的电场(e，u，e电)、与通电线圈的电流I以及I相关的磁场(b，e磁)为周期产生振荡电流的电路称为振荡电路。 最简单的振荡电路是LC振荡电路。(1)各物理量的变化状况一览表；带电量q电场强度e电位差u电场能量电流I磁感应强度b磁场能量0电容器放电使变小使变小使变小使变小增大增大

10、增大t=时间0000最大最大最大逆充电增大增大增大增大使变小使变小使变小t=时间最大最大最大最大000反向放电使变小使变小使变小使变小增大增大增大t=时间0000最大最大最大T电容器充电增大增大增大增大使变小使变小使变小(2)振荡电流、极板带电荷量的经时变化图像；试技3.(多个选择) LC回路产生电磁振动的过程中，以下说法正确的是()a .在电容器放电完成的时刻，电路中的磁场能量成为最小b .在电路中电流值最大的时刻，电路中的磁场能量最大c .电容器极板上的电荷最多时，电场能最大d .在电路中电流值最小的时刻，电场能量最小分析：选择BC电容器完成放电时，q=0，但此时I最大，因此磁场能量最大，

11、a错误。 电流最小i=0时，q最多，极板间的电场最强，电场能量最大时，d是错误的。 同样进行分析，选项b、c成对。麦克斯韦电磁场理论根据麦克斯韦电磁场理论，以下说法正确的是()a .有电场的空间必定存在磁场，有磁场的空间也必定产生电场b .在变化的电场的周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场的周围一定产生变化的电场c .在均匀变化的电场的周围一定会产生均匀变化的磁场d .周期性变化的磁场周围的空间必定产生周期性变化的电场分析根据d的麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场产生磁场，均匀变化的电场产生一定的磁场，不均匀变化的电场产生变化的磁场，只有d是正确的。电磁波与机械波的比较典型例2 (多个回答)比

12、较电磁波和声波，以下的说法正确的是()a .电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质b .从空气进入水中，电磁波的速度变小，声波的速度变大c .从空气进入水中，电磁波的波长变小，声波的波长变大d .从空气进入水中，电磁波的频率变小，声波的频率变大分析选择的ABC选项a、b符合事实，电磁波本身是物质的，传播不需要介质，但机械波的传播必须通过介质决定。 机械波的波速由介质决定，电磁波进入介质后的传播遵守折射原理，a、b是正确的。 无论是电磁波还是机械波，传播中的频率都不变，选择项d从错误的公式=可知c是正确的。电磁波和机械波都遵守波长波速频率的关系式=，电磁波进入介质也遵守式n=。电磁振动过程的

13、分析典型例3 在LC振荡中，如果在某个时刻磁场的方向如图所示，则出现如下错误()a .磁场减弱时，电容器上的极板带正电b .电容器正在放电，电容器上极板带负电c .当电容器上极板带正电时，流过线圈的电流增大d .电容器正在放电，自感电动势阻碍电流增大解析选择c在该标题中明确记载了电流的磁场方向，可以根据安培规则判断为振荡电流逆时针(俯视)流入线圈。 此时若电容器上极板带正电，则可知电容器处于充电阶段，电流减少，可知a选项正确，此时若电容器上的极板带负电，则可知电容器放电，电流增大，b选项正确错误选项只有c。如图所示，是一个LC振荡电路中电流的变化模式，以下的说明是正确的()a .在t 1时刻电

14、感线圈的两端电压最大B.t2时刻电容器两极板间电压为零c .在t 1时刻电路中只有电场能量D.t1时刻电容器具有的电荷量为零分析选择d从时序图可知在t1时刻电流I最大，表示放电结束，磁场能量最大，电场能量为零，电压、电荷量都为零。 t2时刻电流I最小，如果尚未放电，则磁场能为零，电场能最大，电压、电荷量都最大。 从以上内容来看，只有d是正确的。上课固定要点1 .以下关于电磁波的说法正确的是()a .均匀变化的磁场可以在空间中产生电场b .真空和电磁波在介质中传播的速度相同c .有电场和磁场就产生电磁波d .电磁波只能在同种介质中直线传播分析：选择a根据麦克斯韦电磁场理论知道a正确的电磁波在真空

15、中的传播速度是c=3108 m/s，在介质中的传播速度v=，n是介质的折射率，选择b是错误的。 均匀变化的电场和磁场不能产生电磁波，选项c错误的电磁波只能在相同的均匀介质上沿直线传播，选项d错误。2 .一位同学将机械波与电磁波作了比较，总结如下内容： 其中不正确的是()。a .机械波的频率、波长和波速三者满足的关系也适用于电磁波b .机械波和电磁波都能引起干涉衍射现象c .机械波的传播取决于介质，电磁波可以在真空中传播d .机械波有横波和纵波两种，电磁波只有纵波分析：选择d波长、波速、频率的关系对于任何波都成立，对于电磁波也成立，所以a是正确的干扰和衍射是波的特性，机械波、电磁波都是波，因为这

16、些特性都具有，所以b是正确的机械波是机械振动在介质中传播形成的，所以机械波的电磁波交替变化的电场和磁场由近处和远处的传播形成，电磁波的传播不需要介质，因此c项正确的机械波有横波和纵波两种，而电磁波只有横波，d项错误。3.(多个选择) LC振荡电路中，通过p点的电流变化规律如图b所示(图中的周期为2 s )。 现在，设沿着顺时针方向的电流方向为正()从A.0.5 s到1 s期间，电容器不充电在B.0.5 s到1 s期间，电容器上的极板带正电从C.1 s到1.5 s期间，磁场能量转换为电场能量从D.1 s到1.5 s期间，电容器下极板的电位高分析：从选择AD的振荡电流的图像可以看出，在0.51 s

17、的时间内，电流为正方向，并且电流值减少，但从题意可以看出，LC电路中的电流为逆时针方向，并且电容器c被充电。 充电电流从电容器c的负极板流出，流向正极板，因此在0.51 s的时间内，电容器c的上极板带负电，下极板带正电，选项a正确，b错误。 在11.5 s的时间中，电流为负方向，电流的值增大，但从问题可知，在该时间中，LC电路中的电流沿着反时修正方向，因此电容器下极板的电位高，并且电流值增大，因此电场能被转换为磁场能。4 .要提高LC振荡电路的频率，可采取()的方法a .增大电容器两极板的正对面积b .减少极板的带电量c .将软铁棒作为铁芯放入线圈d .减少线圈圈数分析：选择d由LC振荡电路的频率式f=和平行平板电容式C=可知，如果增大电容器两极板的正对面积，则c变大，f变小。 减少