第1講電磁振蕩第2講電磁場和電磁波[目標(biāo)定位]1.了解振蕩電流、振蕩電路及LC振蕩電路的振蕩過程，會求LC振蕩電路的周期與頻率.2.了解阻尼振蕩和無阻尼振蕩.3.了解麥克斯韋電磁場理論的基本觀點以及在物理學(xué)發(fā)展史上的意義.4.了解電磁波的特點及其發(fā)展過程，通過電磁波體會電磁場的物理性質(zhì)．一、電磁振蕩1．振蕩電流的產(chǎn)生電磁振蕩(1)振蕩電流和振蕩電路①振蕩電流：大小和方向都隨時間做周期性迅速變化的電流．②振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路．由線圈L和電容器C組成的電路是最簡單的振蕩電路，稱為LC振蕩電路．(2)電磁振蕩的過程放電過程：由于電感線圈對交變電流的阻礙作用，放電電流由零逐漸增大，線圈產(chǎn)生的磁場逐漸增強(qiáng)，電容器里的電場逐漸減弱，電場能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場能．放電完畢后，電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能．充電過程：電容器放電完畢后，由于線圈的自感作用，電流保持原來的方向繼續(xù)流動，電容器將進(jìn)行反向充電，線圈的磁場逐漸減弱，電容器里的電場逐漸增強(qiáng)，磁場能逐漸轉(zhuǎn)化為電場能．充電完畢，電流減小為零，磁場能全部轉(zhuǎn)化為電場能.此后電容器再放電，再充電．(3)電磁振蕩電容器不斷地充電和放電，電路中就出現(xiàn)了周期性變化的振蕩電流，這種現(xiàn)象叫做電磁振蕩．2．無阻尼振蕩和阻尼振蕩(1)在電磁振蕩中，如果沒有能量損失，振蕩將永遠(yuǎn)持續(xù)下去，振蕩電流的振幅應(yīng)該永遠(yuǎn)保持不變，這種振蕩叫做無阻尼振蕩，如圖1甲．(2)由于電路中有電阻，電路中的能量有一部分要轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，還有一部分能量以電磁波的形式輻射到周圍空間去了．這樣，振蕩電路中的能量逐漸損耗，振蕩電流的振幅逐漸減小，直到停止振蕩．這種振蕩叫做阻尼振蕩．如圖乙．圖13．電磁振蕩的周期和頻率(1)電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間叫做周期.1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫頻率．(2)振蕩電路里發(fā)生無阻尼振蕩時的周期和頻率叫做振蕩電路的固有周期、固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率．(3)LC振蕩電路的周期T和頻率f跟電感線圈的電感L和電容器的電容C的關(guān)系是T＝2πeq\r(LC)、f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC)).二、電磁場和電磁波1．麥克斯韋電磁理論的兩個基本假設(shè)(1)變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場．(2)變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場．2．電磁場如果在空間某區(qū)域有不均勻變化的電場，那么這個變化的電場就在它周圍空間引起變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空間引起變化的電場……于是，變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，形成不可分割的統(tǒng)一體，稱為電磁場．3．電磁波(1)產(chǎn)生：由變化的電場和磁場交替產(chǎn)生而形成的電磁場是由近及遠(yuǎn)傳播的，這種變化的電磁場在空間的傳播稱為電磁波．(2)麥克斯韋在1865年從理論上預(yù)見了電磁波的存在，1888年物理學(xué)家赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在．赫茲還運用自己精湛的實驗技術(shù)測定了電磁波的波長和頻率，得到了電磁波的傳播速度，證實了這個速度等于光速．(3)電磁波的波長λ、波速v和周期T、頻率f的關(guān)系：λ＝vT＝eq\f(v,f).(4)電磁波在真空中的傳播速度v＝c≈3×108一、電磁振蕩中各物理量的變化情況如圖2所示圖2【例1】(多選)某時刻LC振蕩電路的狀態(tài)如圖3所示，則此時刻()圖3A．振蕩電流i在減小B．振蕩電流i在增大C．電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化D．磁場能正在向電場能轉(zhuǎn)化解析圖中電容器上極板帶正電荷，根據(jù)振蕩電流方向可知負(fù)電荷向下極板聚集，所以電容器正在充電，電容器充電的過程中，電流減小，磁場能向電場能轉(zhuǎn)化，所以A、D選項正確．答案AD二、對麥克斯韋電磁場理論的理解1．恒定的磁場不會產(chǎn)生電場，同樣，恒定的電場也不會產(chǎn)生磁場．2．均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場，同樣，均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場．3．振蕩變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的電場，同樣，振蕩變化的電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場．【例2】關(guān)于電磁場理論，下列說法正確的是()A．在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場B．在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場C．均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場D．周期性變化的電場周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，只有變化的電場能產(chǎn)生磁場，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，非均勻變化的電場才產(chǎn)生變化的磁場．答案D針對訓(xùn)練某電路中電場隨時間變化的圖像如圖所示，能發(fā)射電磁波的電場是()解析圖A中電場不隨時間變化，不會產(chǎn)生磁場；圖B和圖C中電場都隨時間做均勻的變化，只能在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，也不會產(chǎn)生和發(fā)射電磁波；圖D中電場隨時間做不均勻的變化，能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，進(jìn)而能產(chǎn)生變化的電場，從而交織成一個不可分割的統(tǒng)一體，即形成電磁場，能發(fā)射電磁波．答案D三、電磁波與機(jī)械波的比較1．電磁波和機(jī)械波的共同點(1)二者都能產(chǎn)生干涉和衍射．(2)二者在不同介質(zhì)中傳播時頻率不變．(3)二者都滿足波的公式v＝eq\f(λ,T)＝λf.2．電磁波和機(jī)械波的區(qū)別(1)二者本質(zhì)不同電磁波是電磁場的傳播，機(jī)械波是質(zhì)點機(jī)械振動的傳播．(2)傳播機(jī)理不同電磁波的傳播機(jī)理是電磁場交替感應(yīng)，機(jī)械波的傳播機(jī)理是質(zhì)點間的機(jī)械作用．(3)電磁波傳播不需要介質(zhì)，而機(jī)械波傳播需要介質(zhì)．(4)電磁波是橫波，機(jī)械波既有橫波又有縱波，甚至有的機(jī)械波同時有橫波和縱波，例如地震波．【例3】(多選)以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法中，正確的是()A．機(jī)械波和電磁波，本質(zhì)上是一致的B．機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān)，而且與電磁波的頻率有關(guān)C．機(jī)械波可能是縱波，而電磁波必定是橫波D．它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象解析機(jī)械波由振動產(chǎn)生；電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產(chǎn)生，機(jī)械波是能量波，傳播需要介質(zhì)，速度由介質(zhì)決定，電磁波是物質(zhì)波，波速由介質(zhì)和自身的頻率共同決定；機(jī)械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象，故選項B、C、D正確．答案BCD借題發(fā)揮機(jī)械波的傳播速度完全由介質(zhì)決定，而電磁波的傳播速度是由介質(zhì)和頻率共同決定.電磁振蕩1．(多選)在LC回路中，電容器兩端的電壓u隨時間t變化的關(guān)系如圖4所示，則()圖4A．在時刻t1，電路中的電流最大B．在時刻t2，電路中的磁場能最大C．從時刻t2至t3，電路的電場能不斷增大D．從時刻t3至t4，電容器的帶電荷量不斷增大解析電磁振蕩中的物理量可分為兩組：①電容器帶電荷量q、極板間電壓u、電場強(qiáng)度E及電場能為一組．②自感線圈中的電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B及磁場能為一組．同組量的大小變化規(guī)律一致，同增同減同為最大或為零值；異組量的大小變化規(guī)律相反．若q、E、u等量按正弦規(guī)律變化，則i、B等量必按余弦規(guī)律變化．根據(jù)上述分析由題圖可以看出，本題正確選項為A、D.答案AD2．在LC振蕩電路中，用以下的哪種辦法可以使振蕩頻率增大一倍()A．自感L和電容C都增大一倍B．自感L增大一倍，電容C減小一半C．自感L減小一半，電容C增大一倍D．自感L和電容C都減小一半解析據(jù)LC振蕩電路頻率公式f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，當(dāng)L、C都減小一半時，f增大一倍，故選項D是正確的．答案D麥克斯韋電磁場理論3．用麥克斯韋的電磁場理論判斷，圖中表示電場(或磁場)產(chǎn)生磁場(或電場)的正確圖像是()解析A圖中的左圖磁場是穩(wěn)定的，由麥克斯韋的電磁場理論可知，其周圍空間不會產(chǎn)生電場，A圖中的右圖是錯誤的；B圖中的左圖是均勻變化的電場，應(yīng)該產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，右圖的磁場應(yīng)是穩(wěn)定的，所以B圖錯誤；C圖中的左圖是振蕩的磁場，它能產(chǎn)生同頻率的振蕩電場，且相位相差eq\f(π,2)，C圖是正確的；D圖中的左圖是振蕩的電場，在其周圍空間產(chǎn)生振蕩的磁場，但是右圖中的圖像與左圖相比較，相位相差π，故D圖錯誤．答案C電磁波的特點4．(多選)下列關(guān)于電磁波的說法中，正確的是()A．電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3×108C．電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時，波長將變短D．電磁波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象解析電磁波在真空中的傳播速度為光速c＝3×108m/s，且c＝λf，從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，頻率不變，但速度、波長會變．電磁波仍具有波的特征，電磁波只有在真空中的速度才為3×108m答案AC題組一麥克斯韋電磁場理論1．建立完整的電磁場理論并首先預(yù)言電磁波存在的科學(xué)家是()A．法拉第 B．奧斯特C．赫茲 D．麥克斯韋解析麥克斯韋建立了電磁場理論并且預(yù)言了電磁波的存在，選項D正確．答案D2．(多選)下列說法正確的是()A．變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關(guān)B．恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場C．穩(wěn)定電場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場D．均勻變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場解析變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，當(dāng)電場中有閉合回路時，回路中有電流．若無閉合回路電場仍然存在，A正確；電場按其是否隨時間變化分為穩(wěn)定電場(靜電場)和變化電場(如運動電荷形成的電場)，穩(wěn)定電場不產(chǎn)生磁場，只有變化的電場周圍空間才存在對應(yīng)磁場，故C錯，D對；恒定電流周圍存在穩(wěn)定磁場，B對．答案ABD3．下列關(guān)于電磁波的說法正確的是()A．電磁波只能在真空中傳播B．電場隨時間變化時一定產(chǎn)生電磁波C．做變速運動的電荷會在空間產(chǎn)生電磁波D．麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在解析電磁波既可以在真空中傳播，也可在其他介質(zhì)中傳播，選項A錯誤；只有變化的電場才能產(chǎn)生磁場，也只有變化的磁場才能產(chǎn)生電場，選項B錯誤；做變速運動的電荷對應(yīng)變化的電場，激發(fā)磁場，相當(dāng)于變化的電流，產(chǎn)生變化的磁場，產(chǎn)生電磁波，選項C正確；電磁波的存在首先由赫茲實驗證實，選項D錯誤．答案C4．(多選)某空間出現(xiàn)了如圖1所示的一組閉合電場線，這可能是()圖1A．沿AB方向磁場在迅速減弱 B．沿AB方向磁場在迅速增強(qiáng)C．沿BA方向磁場在迅速增強(qiáng) D．沿BA方向磁場在迅速減弱解析根據(jù)電磁感應(yīng)，閉合回路中的磁通量發(fā)生變化時，使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流可用楞次定律判斷．根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因為閉合回路中的自由電荷受到了電場力作用，而變化的磁場產(chǎn)生電場，與是否存在閉合回路沒有關(guān)系，故空間內(nèi)磁場變化產(chǎn)生的電場方向，仍然可用楞次定律判斷，四指環(huán)繞方向即為感應(yīng)電場的方向，由此可知，選項A、C正確．答案AC題組二電磁波的特點5．所有電磁波在真空中傳播時，具有的相同物理量是()A．頻率 B．波長C．能量 D．波速解析不同電磁波在真空中傳播時，只有速度相同，即為光速．答案D6．當(dāng)電磁波的頻率減小時，它在真空中的波長將()A．不變 B．增大C．減小 D．無法確定解析電磁波的波長為：λ＝eq\f(c,f)，頻率減小，波長增大，選項B正確．答案B7．(多選)以下關(guān)于電磁波的說法中正確的是()A．只要電場或磁場發(fā)生變化，就能產(chǎn)生電磁波B．電磁波傳播需要介質(zhì)C．電磁振蕩一旦停止，電磁波仍能獨立存在D．電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨有能量向外傳遞的解析如果電場(或磁場)是均勻變化的，產(chǎn)生的磁場(或電場)是穩(wěn)定的，就不能再產(chǎn)生新的電場(或磁場)，也就不能產(chǎn)生電磁波；電磁波不同于機(jī)械波，它的傳播不需要介質(zhì)；電磁振蕩停止后，電磁波仍獨立存在；電磁波具有能量，它的傳播是伴隨有能量傳遞的．故選C、D.答案CD8．有關(guān)電磁波和聲波，下列說法錯誤的是()A．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)B．由空氣進(jìn)入水中傳播時，電磁波的傳播速度變小，聲波的傳播速度變大C．電磁波是橫波，聲波也是橫波D．由空氣進(jìn)入水中傳播時，電磁波的波長變短，聲波的波長變長解析電磁波本身就是一種物質(zhì)，它的傳播不需要介質(zhì)，而聲波的傳播需要介質(zhì)，故選項A正確；電磁波由空氣進(jìn)入水中時，傳播速度變小，但聲波在水中的傳播速度比其在空氣中大，故選項B正確；電磁波的傳播方向與E、B兩個振動矢量的方向都垂直，是橫波，而聲波是縱波，故選項C錯誤；電磁波由空氣進(jìn)入水中傳播時，波速變小，波長變短，而聲波由空氣進(jìn)入水中傳播時，波速變大，波長變長，故選項D正確．答案C題組三電磁振蕩9．(多選)關(guān)于LC振蕩電路中電容器兩極板上的電荷量，下列說法正確的是()A．電荷量最大時，線圈中振蕩電流也最大B．電荷量為零時，線圈中振蕩電流最大C．電荷量增大的過程中，電路中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能D．電荷量減小的過程中，電路中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能解析電容器電荷量最大時，振蕩電流為零，A錯；電荷量為零時，放電結(jié)束，振蕩電流最大，B對；電荷量增大時，磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，C對；同理可判斷D錯．答案BC10．LC振蕩電路中，平行板電容器兩極板間電場強(qiáng)度隨時間變化關(guān)系如圖2所示，則與該圖中A點相對應(yīng)的是()圖2A．電路中的振蕩電流最大B．電路中的磁場能最大C．電路中的振蕩電流為零D．電容器兩極板所帶電荷量最少解析圖像中的A點表示電場強(qiáng)度負(fù)向最大，此時電路中的振蕩電流為零、磁場能最小、電容器所帶電荷量最大，選項C正確．答案C11．在LC回路中發(fā)生電磁振蕩時，以下說法正確的是()A．電容器的某一極板，從帶最多的正電荷放電到這一極板充滿負(fù)電荷為止，這一段時間為一個周期B．當(dāng)電容器放電完畢瞬間，回路中的電流為零C．提高充電電壓，極板上帶更多的電荷時，能使振蕩周期變大D．要提高振蕩頻率，可減小電容器極板間的正