《新步步高》2015-2016学年高二物理教科版选修3-4学案：第三章 1 电磁振荡　电磁场和电磁波 WORD版含解析.docx

1、学案1电磁振荡电磁场和电磁波目标定位1.了解振荡电流、LC回路中振荡电流的产生过程，会求LC回路的周期与频率.2.了解阻尼振荡和无阻尼振荡.3.了解麦克斯韦电磁理论的基础内容以及在物理发展史上的物理意义.4.了解电磁波的基本特点及其发展过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质一、电磁振荡问题设计把线圈、电容器、电流表、电源和单刀双掷开关按图1连成电路图1先把开关置于电源一边，为电容器充电，稍后再把开关置于线圈一边，使电容器通过线圈放电观察到电流表指针有何变化？这说明了什么问题呢？答案指针左右摆动说明了电路中产生了变化的电流要点提炼1振荡电流和振荡电路(1)振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变

2、化的电流(2)振荡电路：能够产生振荡电流的电路(3)LC振荡电路：由线圈L和电容器C组成的电路，是最简单的振荡电路2电磁振荡过程分析振荡电流图像电路状态时刻t0T电量q最多0最多0最多电场能最大0最大0最大电流i0正向最大0反向最大0磁场能0最大0最大03.变化规律及对应关系(1)同步同变关系在LC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是同步同向变化的，即：qEEE(或qEEE)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回路中产生电磁振荡的过程中，电容器上的三个物理量q、E、

3、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、EEi、B、EB.4无阻尼振荡和阻尼振荡(1)无阻尼振荡：如图2所示，如果没有能量损失，振荡电流的振幅永远保持不变的电磁振荡图2(2)阻尼振荡：如图3所示，能量逐渐损耗，振荡电流的振幅逐渐减小，直到停止振荡的电磁振荡图35电磁振荡的周期与频率周期T2，频率f.其中周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)延伸思考为什么放电完毕时，电流反而最大？答案开始放电时，由于线圈的自感作用，放电电流不能瞬间达到最大值，而是逐渐增大，随着线圈的阻碍作用减弱，放电电流增加变快，与此同时，电容器里的电场

4、逐渐减弱，电场能逐渐转化为磁场能当放电完毕时，电场能全部转化为磁场能，此时电流达到最大二、电磁场和电磁波问题设计如图4所示，当磁铁相对闭合线圈运动时，线圈中的电荷做定向移动，是因为受到什么力的作用？若把闭合线圈换成一个内壁光滑的绝缘环形管，管内有直径略小于环内径的带正电的小球，则磁铁运动过程中会有什么现象？小球受到的是什么力？以上现象说明什么问题？图4答案电荷受到电场力作用做定向移动磁铁运动过程中，带电小球会做定向滚动，小球受到的仍然是电场力空间磁场变化，就会产生电场，与有没有闭合线圈无关要点提炼1麦克斯韦电磁理论的两个基本观点(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场实验基础：如图5所示，在变化

5、的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流麦克斯韦认为该现象的实质是变化的磁场产生了电场(跟闭合电路是否存在无关)，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动从而形成电流图5 图6(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场，如图6所示麦克斯韦大胆地假设：既然变化的磁场能够在周围空间产生电场，那么变化的电场也会在周围空间产生磁场2电磁波(1)电磁波的产生：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波(2)电磁波是横波(3)电磁波在真空中的速度等于光速3电磁波和机械波的比较电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两者都具有波的特性：干涉、衍射等，但它们具有本质的不同，如机械波的传播依赖于

6、介质，但电磁波的传播则不需要介质一、电磁振荡例1在LC振荡电路中，可以使振荡频率增大一倍的方法是()A自感系数L和电容C都增大一倍B自感系数L增大一倍，电容C减小一半C自感系数L减小一半，电容C增大一倍D自感系数L和电容C都减小一半解析根据LC振荡电路频率公式f得，当L、C都减小一半时，f增大一倍，故选项D正确答案D例2LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图7所示，则()图7A若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向aB若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电C若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电D若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b解析若磁场正在减

7、弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a流，电场能增大，上极板带负电，故选项A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a流，上极板带正电，故选项C正确，D错误答案ABC二、电磁场理论例3关于电磁场理论，下列说法中正确的是()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变化的磁场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根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场才产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变

8、化的电场产生变化的磁场答案D三、电磁波和机械波例4下列关于电磁波的叙述中，正确的是()A电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B电磁波在任何介质中的传播速度均为3108 m/sC电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短D电磁波不能产生干涉、衍射现象解析该题考查电磁波的产生及特点电磁波在真空中的传播速度为光速c3108 m/s，且cf，从一种介质进入另一种介质时，频率不发生变化，波长、波速发生变化电磁波只有在真空中的传播速度才为3108 m/s，在其他介质中传播速度均小于3108 m/s.电磁波与其他波一样具有干涉、衍射等波的特性当电磁波由真空进入介质传播时，频率不变，因为cv，所以，波长变短，波速

9、变小，故选A、C.答案AC针对训练关于电磁波与机械波，下列说法正确的是()A电磁波是电磁场由发生的区域向远处的传播，机械波是振源的振动向远处的传播B电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质C电磁波在任何介质中传播速率都相同，机械波在同一种介质中传播速率才相同D机械波能发生干涉和衍射现象，电磁波则不能答案AB1(电磁场理论)下列说法正确的是()A电荷的周围一定有电场，也一定有磁场B均匀变化的电场在其周围空间一定产生磁场C任何变化的电场在其周围空间一定产生变化的磁场D正弦交变的电场在其周围空间一定产生同频率交变的磁场答案BD解析静止的电荷周围有恒定的电场，不产生磁场，运动的电荷周围的电场是变化的，

10、所以产生磁场，A错误；由麦克斯韦电磁场理论可知B、D正确，C错误2(对电磁波的理解)关于电磁波的特点，下列说法正确的是()A电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波沿与二者垂直的方向传播B电磁波是横波C电磁波和机械波一样依赖于介质传播D只要空间内某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波答案ABD3(电磁振荡的产生)某时刻LC振荡电路的状态如图8所示，则此时刻()图8A振荡电流i在减小B振荡电流i在增大C电场能正在向磁场能转化D磁场能正在向电场能转化答案AD解析本题关键是根据电容器的两极板的带电情况和电流方向，判定出电容器正处于充电过程由电磁振荡的规律可知，电容器充电过程中，电流逐渐减小，电场能逐

11、渐增大，磁场能逐渐减小，即磁场能正在向电场能转化，故A、D正确4(电磁振荡的周期与频率)要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是()A增大电容器两极板的间距B升高电容器的充电电压C增加线圈的匝数D在线圈中插入铁芯答案A解析该题考查决定振荡电流的频率的因素振荡电流的频率由LC振荡电路本身的特性决定，即f.增大电容器两极板的间距，电容减小，振荡电流的频率升高，A对；升高电容器的充电电压不能改变振荡电流的频率，B错；增加线圈匝数或在线圈中插入铁芯，电感L增大，振荡电流的频率降低，C、D错题组一电磁场理论1建立完整的电磁场理论，并首先预言电磁波存在的科学家是()A法拉第 B奥斯特 C

12、赫兹 D麦克斯韦答案D解析麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹证实了麦克斯韦预言的正确性2关于电磁场理论的叙述正确的是()A变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合回路无关B周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C电场和磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场答案AB解析变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流；若无闭合回路电场仍然存在，A正确若要形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错题组二电磁波3磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如图所示，其中能产生电场的有_图所示的磁场，能产生电磁波的有_图所示的磁场答案B

13、CDBD解析A图中的磁场是恒定的，不能产生电场，更不能产生电磁波；B图中的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生电磁波；C图中的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能产生磁场，因此不能产生电磁波；D图中的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生电磁波4电磁波在传播时，不变的物理量是()A振幅 B频率 C波速 D波长答案B解析离波源越远，振幅越小电磁波在不同介质中的波速不一样，波长也不一样，但频率不变5关于电磁波的传播速度，以下说法正确的是()A电磁波的频率越高，传播速度越大B电磁波的波长越长，传播速度越大C电磁波的能量越大，传播速度越大D所有

14、的电磁波在真空中的传播速度都相等答案D6下列关于电磁波的说法正确的是()A电磁波必须依赖介质传播B电磁波可以发生衍射现象C电磁波不会发生偏振现象D电磁波无法携带信息传播答案B解析电磁波具有波的共性，可以发生衍射现象，故B正确电磁波是横波，能发生偏振现象，故C错误电磁波能携带信息传播，且传播不依赖介质，在真空中也可以传播，故A、D错误题组三电磁振荡的产生7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，线圈中的自感电动势为零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答案D

15、解析振荡电流最大时为电容器放电结束瞬间，场强为零，A选项错误；振荡电流为零时，其要改变方向，这时电流变化最快，电流变化率最大，线圈中的自感电动势最大，B选项错误；振荡电流增大时，线圈中的电场能转化为磁场能，C选项错误；振荡电流减小时，线圈中的磁场能转化为电场能，D选项正确8在LC振荡电路中，电容器放电时间取决于()A充电电压的大小B电容器储电量的多少C自感系数L和电容C的数值D回路中电流的大小答案C解析放电时间等于二分之一个振荡周期，即t，所以放电时间取决于自感系数L和电容C.故选项C正确题组四电磁振荡的周期和频率9如图1所示，LC电路的L不变，C可调，要使振荡的频率从700 Hz变为1 40

16、0 Hz，则可以采用的办法有()图1A把电容增大到原来的4倍B把电容增大到原来的2倍C把电容减小到原来的D把电容减小到原来的答案D解析由题意，频率变为原来的2倍，则周期就变为原来的，由T2，L不变，当CC0时符合要求10为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中，电容器可通过开关S与线圈L或电源相连，如图2所示当开关从a拨到b时，由L与C构成的电路中产生周期T2的振荡电流当罐中的液面上升时()图2A电容器的电容减小 B电容器的电容增大CLC电路的振荡频率减小 DLC电路的振荡频率增大答案BC解析当罐中液面上升时，电容器极板间的介电常数变大，则电容器的电容C增大，根据T2，可知LC电路的振荡周期T变大，又f，所以振荡频率变小，故选项B、C正确，选项A、D错误