1、第三章1电磁振荡2电磁场和电磁波学习目标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.内容索引知识探究题型探究达标检测知识探究一、电磁振荡一、电磁振荡如图1所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，从此时起，电容器通过线圈放电，放电过程中，电容器的电场能转化为什么形式的能？线圈中的电流发生变化时，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？当线圈中的电流减小时，是否会对电容器充电？此时
2、线圈中的磁场能转化为什么形式的能？导学探究导学探究图1答案答案答案电容器的放电过程中电场能转化为磁场能.线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化；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.1.振荡电流和振荡电路振荡电流和振荡电路(1)振荡电流：和 都随时间做周期性迅速变化的电流.(2)振荡电路：能够产生 的电路.(3)LC振荡电路：由 和 组成的电路，是最简单的振荡电路.知识梳理知识梳理大小方向振荡电流线圈L电容器C2.电磁振荡过程分析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
3、0反向最大0磁场能0最大0最大03.无阻尼振荡和阻尼振荡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 _损失，振荡电流的 永远保持不变的电磁振荡.能量振幅图2图3(2)阻尼振荡：如图3所示，逐渐损耗，振荡电流的 逐渐减小，直到停止振荡的电磁振荡.能量振幅即学即用即学即用判断下列说法的正误.(1)LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小.()(2)LC振荡电路的电容器极板上电荷量最多时，电场能最大.()(3)LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷一定减少.()(4)LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大.()二、电磁振荡的周期和频率二、电磁振荡的周期和频率如图4
4、所示的电路，(1)如果仅更换自感系数L更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？由于延缓了振荡电流的变化，振荡周期T会怎样变化？导学探究导学探究答案答案自感电动势更大，阻碍作用更大，周期变长.答案图4(2)如果仅更换电容C更大的电容器，将开关S掷向1，先给电容器充电，电容器的带电荷量是否增大？再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，放电时间是否相应地变长？振荡周期T是否变长？答案答案带电荷量增大，放电时间变长，周期变长.答案1.周期：电磁振荡完成一次 需要的时间.频率：1 s内完成的周期性变化的
5、.2.固有周期和频率振荡电路里发生 振荡时的周期和频率叫做振荡电路的固有周期、固有频率，简称振荡电路的周期和频率.3.LC振荡电路的周期T和频率f跟电感线圈的电感L和电容器的电容C的关系是 知识梳理知识梳理周期性变化次数无阻尼即即学即用学即用判断下列说法的正误.(1)LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板充满负电荷为止，这一段时间为一个周期.()(2)要提高LC振荡电路的振荡频率，可以减小电容器极板的正对面积.()(3)LC振荡电路线圈的自感系数增大为原来的4倍，振荡周期增大为原来的2倍.()(4)提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大.()(1)如图5
6、甲所示，磁铁相对闭合线圈上下运动时，闭合线圈中的电荷做定向移动，是因为受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电场？如果没有导体，会产生电场吗？三、麦克斯韦电磁理论三、麦克斯韦电磁理论导学探究导学探究答案答案电荷受到电场力作用做定向移动.电场力是由电场施加的，这说明变化的磁场产生了电场.如果没有导体，仍会产生电场，与有没有闭合线圈无关.图5答案(2)如图乙所示，用手摇发电机给电容器充电或电容器放电时，电容器周围的小磁针发生摆动，小磁针受到什么力的作用？这能否说明变化的电场产生了磁场？如果没有小磁针，磁场是否也存在？答案答案小磁针受到磁场力作用而摆动，磁场力是由磁场产生的，这说明变化的电场产
7、生了磁场.没有小磁针，磁场仍然存在.答案1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设(1)变化的磁场能够在周围空间产生 .如图6所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生 .(2)变化的电场能够在周围空间产生 ，如图7所示.知识梳理知识梳理电场感应电流磁场图6图72.均匀变化的磁场产生 的电场，振荡变化的磁场产生变化的电场；均匀变化的电场产生 的磁场，振荡变化的电场产生变化的磁场.3.周期性变化的磁场产生 的电场，周期性变化的电场又会产生 的磁场，因此变化的磁场和变化的电场会交替产生，形成不可分离的统一体，即电磁场.恒定恒定周期性变化周期性变化即学即用即学即用判断下列说法的正误.(1)在电场周围
8、，一定存在着和它联系着的磁场.()(2)在变化的电场周围，一定存在着和它联系着的磁场.()(3)在磁场周围一定存在着和它联系着的电场.()(4)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场.()(5)在变化的磁场周围可能会产生恒定的电场.()如图8所示是赫兹证明电磁波存在的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么问题？四、电磁波四、电磁波导学探究导学探究答案答案当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也会产生电火花.这个实验证实了电磁波的
9、存在.图8答案1.电磁波的产生：由 的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波.2.在1865年从理论上预见了电磁波的存在，1888年物理学家_第一次用实验证实了电磁波的存在.还运用自己精湛的实验技术测定了电磁波的波长和频率，得到了电磁波的传播速度，证实了这个速度等于 .3.电磁波的波长、波速v和周期T、频率f的关系：vT_.4.电磁波在真空中的传播速度v .知识梳理知识梳理变化麦克斯韦赫兹赫兹光速c3108 m/s即学即用即学即用判断下列说法的正误.(1)电磁波的传播速度等于声速.()(2)电磁波不能在真空中传播.()(3)电磁波的电场强度和磁
10、场强度相互垂直，且二者与波的传播方向垂直.()(4)电磁波是横波.()题型探究一、电磁振荡中各物理量的变化情况如图9所示图9例例1(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图10所示，则A.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解析答案图10解析解析若磁场正在减弱，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，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
11、减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误.针对训练针对训练(多选)在如图11(a)所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图(b)所示，若把通过P点向右的电流规定为i的正方向，则A.0至0.5 ms内，电容器C正在充电B.0.5 ms至1 ms内，电容器上极板带正电C.1 ms至1.5 ms内，Q点比P点电势高D.1.5 ms至2 ms内，磁场能在减少解析答案图11解析解析由题图(b)知0至0.5 ms内i在增大，应为放电过程，A错误.0.5 ms至1 ms内，电流在减小，应为充电过程，电流方向不变，电容器上极板带负电，B错误.在1 ms至1.5
12、 ms内，为放电过程，电流方向改变，Q点比P点电势高，C正确.1.5 ms至2 ms内为充电过程，磁场能在减少，D正确.二、电磁振荡的周期和频率1.由公式 可知T、f取决于L、C，与极板所带电荷量、两板间电压无关.2.L、C的决定因素L一般由线圈的长度、横截面积、单位长度上的匝数及有无铁芯决定，电容C由公式C 可知，与电介质的介电常数r、极板正对面积S及板间距离d有关.例例2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小
13、线圈的匝数解析解析本题考查LC振荡电路的频率公式 f .由此式可知增大固有频率f的办法是减小L或减小C或同时减小L和C.增大电容器两极板的正对面积或减小电容器两极板的距离，则C增大，减小正对面积或增大电容器两极板的距离，则C减小.在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝数则L增大，减小线圈的匝数则L减小，故选项D正确.解析答案三、麦克斯韦电磁理论1.恒定的磁场不会产生电场；同样，恒定的电场也不会产生磁场.2.均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场.3.振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场；同样，振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡变化的磁场.例例3
14、(多选)应用麦克斯韦的电磁理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是解析答案解析解析A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁理论可知周围空间不会产生电场，A图中的下图是错误的.B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生恒定的磁场，下图的磁场是恒定的，所以B图正确.C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差 ，C图是正确的.D图的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差，故不正确，所以只有B、C两图正确.四、电磁波与机械波的比较1.电磁波和机
15、械波的共同点电磁波和机械波的共同点(1)二者都能产生干涉和衍射.(2)二者在不同介质中传播时频率不变.(3)二者都满足波的公式v f.2.电磁波和机械波的区别电磁波和机械波的区别(1)二者本质不同电磁波是电磁场的传播，机械波是质点机械振动的传播.(2)传播机理不同电磁波的传播机理是电磁场交替感应，机械波的传播机理是质点间的机械作用.(3)电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质.(4)电磁波是横波，机械波既有横波又有纵波，甚至有的机械波同时有横波和纵波，例如地震波.解析答案例例4(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是A.机械波和电磁波，本质上是一致的B.机械波的波速只与介质有关，而
16、电磁波在介质中的波速不仅与介质有 关，而且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解析机械波由振动产生；电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生，机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定，电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，故选项B、C、D正确.总结总结提升提升机械波的传播速度完全由介质决定，而电磁波的传播速度是由介质和频率共同决定.达标检测1.(多选)在LC回路中，电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图12所示，则A.在时刻t1
17、，电路中的电流最大B.在时刻t2，电路中的磁场能最大C.从时刻t2至t3，电路的电场能不断增大D.从时刻t3至t4，电容器的带电荷量不断增大解析答案1234图12解析解析电磁振荡中的物理量可分为两组：电容器带电荷量q、极板间电压u、电场强度E及电场能为一组.自感线圈中的电流i、磁感应强度B及磁场能为一组.同组量的大小变化规律一致，同增同减同为最大或为零；异组量的大小变化规律相反.若q、E、u等量按正弦规律变化，则i、B等量必按余弦规律变化.根据上述分析由题图可以看出，本题正确选项为A、D.12342.在LC振荡电路中，用以下的哪种办法可以使振荡频率增大一倍A.自感L和电容C都增大一倍B.自感L
18、增大一倍，电容C减小一半C.自感L减小一半，电容C增大一倍D.自感L和电容C都减小一半答案1234解析解析据LC振荡电路频率公式f ，当L、C都减小一半时，f增大一倍，故选项D是正确的.解析3.某电路中电场随时间变化的图像如下列各图所示，能发射电磁波的电场是解析解析图A中电场不随时间变化，不会产生磁场；图B和图C中电场都随时间做均匀的变化，只能在周围产生稳定的磁场，也不会产生和发射电磁波；图D中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而该磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场，能发射电磁波.1234答案解析4.(多选)下列关于电磁波的说法中，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1234解析解析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，频率不变，但速度、波长会变.电磁波仍具有波的特征，电磁波只有在真空中的速度才为3108 m/s，在其他介质中的传播速度小于3108 m/s.答案解析
