第四章電磁振蕩與電磁波第四章電磁振蕩電磁場與電磁波(強基課—逐點理清物理觀念)第1、2節(jié)課標要求學習目標1.初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想,初步了解場的統一性與多樣性,體會物理學的統一性追求。2.通過實驗,了解電磁振蕩。1.知道電磁振蕩、電磁波的概念。2.會應用麥克斯韋的電磁場理論判斷感應電場和感應磁場。3.通過實驗探究電磁振蕩的規(guī)律。4.會解釋日常生活中電磁波的產生與屏蔽現象。1逐點清(一)電磁振蕩的產生

及能量變化2逐點清(二)電磁振蕩的周期和頻率3逐點清(三)電磁場與電磁波4課時跟蹤檢測CONTENTS目錄逐點清(一)電磁振蕩的產生及能量變化一、電磁振蕩的產生1.要產生持續(xù)變化的電流,可以通過______和_______組成的電路實現。2.振蕩電流:_____和______都做周期性迅速變化的電流。3.振蕩電路:產生振蕩電流的電路。多維度理解線圈電容器大小方向4.LC振蕩電路:由電感線圈L和_________組成的電路,就是最簡單的振蕩電路。5.電磁振蕩:在整個過程中,電路中的電流i、電容器極板上的電荷量q、電容器里的電場強度E、線圈里的磁感應強度B,都在_________地變化著。這種現象就是電磁振蕩。電容C周期性二、電磁振蕩中的能量變化1.能量變化過程(1)電容器剛要放電時:電場最強,電場能_______。(2)開始放電后:電場能

______能。(3)放電完畢:電場能為零,磁場能_____。(4)反向充電:磁場能

_____能。(5)反向充電完畢:電場能______。最大

磁場最大電場最大2.等幅振蕩振蕩電路中的能量會逐漸減小,適時地把能量補充到振蕩電路中,以補償能量損耗,就可以得到振幅不變的等幅振蕩。1.LC振蕩電路及電流、電荷量的變化圖像(如圖所示)2.板間電壓u、電場能EE、磁場能EB隨時間變化的圖像(如圖所示)u、EE規(guī)律與q-t圖像相對應;EB規(guī)律與i-t圖像相對應。注意:自感電動勢E的變化規(guī)律與q-t圖像相對應。3.各物理量變化情況一覽表時刻(時間)工作過程qEiB能量放電過程qm→0Em→00→im0→BmE電→E磁充電過程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E電放電過程qm→0Em→00→im0→BmE電→E磁充電過程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E電1.(2024·江蘇南通期末)在LC振蕩電路中,某時刻線圈中電流產生的磁場方向和電容器極板的帶電情況如圖所示,則圖示狀態(tài)

(

)A.電容器剛好充電完畢B.電容器的帶電量在減小C.線圈中的電流正在減小D.磁場能正在向電場能轉化全方位練明√解析:根據右手螺旋定則知,電流方向如圖所示,則此時電容器放電,電容器的帶電量在減小,線圈中的電流正在增加,電場能正在向磁場能轉化,B正確,A、C、D錯誤。2.(2024·河南開封期末)已知LC振蕩電路中電流隨時間變化的曲線如圖所示,則

(

)A.ab段為電容器的放電階段B.a、c兩時刻電容器里的電場能最大C.b、d兩時刻電容器帶電量最大D.b、d兩時刻線圈里的磁感應強度最大√解析:ab段電流從最大開始減小,說明電容器處于充電階段,A錯誤;a、c兩時刻的電流最大,線圈中的磁場最強,此時磁場能最大,電容器里的電場能為零,B錯誤;b、d兩時刻回路中電流為零,線圈里的磁感應強度為零,磁場能為零,電容器里的電場能最大,電容器帶電量最大,C正確,D錯誤。3.(2024·湖北荊州期末)如圖所示,圖a為LC振蕩電路,通過P點的電流如圖b所示,規(guī)定P點電流方向向右為正方向,下列說法正確的是

(

)A.0到t1時間內,電容器正在充電,上極板帶正電B.t1到t2時間內,電容器正在放電,上極板帶負電C.t2到t3時間內,電路中的電場能轉化為磁場能D.t3到t4時間內,電路中的磁場能轉化為電場能√解析:0到t1時間內,電流方向為正方向,且正在減小,即電流為順時針方向且減小,說明電容器正在充電,電流方向為正電荷的運動方向,所以上極板帶正電,故A正確;t1到t2時間內,回路中電流為逆時針方向且增大,可知電容器C處于放電過程中,電流方向為正電荷的運動方向,所以上極板帶正電,故B錯誤;t2到t3時間內,回路中電流為逆時針方向且減小,可知電容器C處于充電過程中,則電場能增加,磁場能減小,電路中的磁場能轉化為電場能,故C錯誤;t3到t4時間內,回路中電流為順時針方向且增大,可知電容器C處于放電過程中,則電場能減小,磁場能增加,電路中的電場能轉化為磁場能,故D錯誤。逐點清(二)電磁振蕩的

周期和頻率1.周期:電磁振蕩完成一次周期性變化______的時間。LC振蕩電路的周期公式T=________。2.頻率:電磁振蕩完成周期性變化的______與所用時間之比叫作它的頻率,數值等于單位時間內完成的周期性變化的次數。LC振蕩電路的頻率公式f=_______。式中周期T、頻率f、電感L、電容C的單位分別是秒(s)、赫茲(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。多維度理解需要

次數

√√√

1.為了增大LC振蕩電路的固有頻率,下列辦法可采取的是

(

)A.增大電容器兩極板的正對面積并在線圈中放入鐵芯B.減小電容器兩極板的距離并增加線圈的匝數C.減小電容器兩極板的距離并在線圈中放入鐵芯D.減小電容器兩極板的正對面積并減少線圈的匝數全方位練明√

√

逐點清(三)電磁場與電磁波1.麥克斯韋電磁場理論(1)變化的磁場產生______。(2)變化的電場產生______。(3)電磁場:變化的電場和磁場總是_________的,形成一個不可分割的統一體。多維度理解電場磁場相互聯系2.電磁波(1)定義:變化的電場和磁場由近及遠地向周圍傳播,形成電磁波。(2)特點:①電磁波可以在真空中傳播。②電磁波在真空中的傳播速度等于光速c。電磁波波速c、波長λ及頻率f之間的關系為:c=λf。③光是一種電磁波。④電磁波是橫波,其電場方向與磁場方向相互垂直,且二者均與傳播方向垂直。(3)赫茲用實驗證實了電磁波的存在,并觀察到電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現象。1.(2024·北京海淀期末)根據麥克斯韋電磁場理論,下列說法正確的是

(

)A.有電場的空間一定存在磁場,有磁場的空間也一定能產生電場B.穩(wěn)定的電場產生穩(wěn)定的磁場,穩(wěn)定的磁場產生穩(wěn)定的電場C.周期性變化的磁場周圍空間一定產生周期性變化的電場D.均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場全方位練明√解析:根據麥克斯韋電磁場理論,在變化的電場周圍一定存在磁場,在變化的磁場周圍一定存在電場;穩(wěn)定的電場不會產生磁場,穩(wěn)定的磁場不會產生電場,故A、B錯誤;周期性變化的磁場周圍一定產生周期性變化的電場,故C正確;在均勻變化的電場周圍一定產生穩(wěn)定的磁場,故D錯誤。2.(2024·浙江杭州期末)關于電磁場和電磁波,下列說法中正確的是

(

)A.變化的電場一定在周圍空間產生變化的磁場B.各種頻率的電磁波在真空中以不同的速度傳播C.電磁波和機械波都依賴于介質才能傳播D.麥克斯韋首先預言了電磁波的存在,赫茲最先用實驗證實了電磁波的存在√解析:變化的電場一定在周圍空間產生磁場,非均勻變化的電場才會在周圍空間產生變化的磁場,A錯誤;各種頻率的電磁波在真空中傳播的速度相同,都等于光速,B錯誤;電磁波可以在真空中傳播,C錯誤;麥克斯韋首先預言了電磁波的存在,赫茲最先用實驗證實了電磁波的存在,D正確。課時跟蹤檢測123456789101112131415A級——基礎達標1.(多選)關于電磁波,下列說法正確的是(

)A.電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關B.周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā),形成電磁波C.電磁波在真空中自由傳播時,其傳播方向與電場強度方向、磁感應強度方向均平行D.利用電磁波傳遞信號可以實現無線通信,但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸√√6789101112131415解析:電磁波在真空中的傳播速度等于光速,與頻率無關,A正確;電磁波是由周期性變化的電場和磁場互相激發(fā)得到的,B正確;電磁波傳播方向與電場方向、磁場方向均垂直,C錯誤;光是一種電磁波,光可在光導纖維中傳播,D錯誤。123451567891011121314152.(多選)關于電磁場理論,下列說法中正確的是

(

)A.變化的電場周圍產生的磁場一定是變化的B.變化的電場周圍產生的磁場不一定是變化的C.均勻變化的磁場周圍產生的電場也是均勻變化的D.振蕩電場在周圍空間產生同樣頻率的振蕩磁場234√√156789101112131415解析:變化的電場產生磁場有兩層含義:①均勻變化的電場產生恒定的磁場;②非均勻變化的電場產生變化的磁場。振蕩電場產生同頻率的振蕩磁場;均勻變化的磁場產生恒定的電場。故B、D正確,A、C錯誤。2341567891011121314153.下列說法中正確的是

(

)A.在電場周圍一定存在磁場B.電磁波的傳播需要介質C.電磁波在真空中的速度為3×108m/sD.電磁場理論是物理學家法拉第建立的解析:變化的電場周圍存在磁場,恒定的電場周圍不一定存在磁場,故A錯誤;電磁波的傳播不需要介質,故B錯誤;電磁波在真空中的速度等于光速,為3×108

m/s,故C正確;電磁場理論是物理學家麥克斯韋建立的,故D錯誤。234√1567891011121314154.如圖為某時刻LC振蕩電路中電容器電場的方向和電流的方向,則下列說法正確的是

(

)A.電容器正在放電B.電感線圈的磁場能正在減少C.電感線圈中的電流正在增大D.電容器的電場能正在減少234√156789101112131415解析:由題圖知,下極板帶正電,電路中電流方向為逆時針方向,故電容器充電,電場能增加,電感線圈中的電流正在減小,電感線圈的磁場能正在減少,A、C、D錯誤,B正確。234156789101112131415

234√156789101112131415

234√156789101112131415

2341567891011121314157.(多選)如圖為LC振蕩電路中電容器極板上的電荷量q隨時間t變化的圖線,由圖可知

(

)A.在t1時刻,電路中的磁場能最小B.從t1到t2這段時間,電路中電流逐漸減小C.從t2到t3這段時間,電容器處于充電過程D.在t4時刻,電容器的電場能最小234√√√156789101112131415解析:由q-t圖線可以看出,在t1時刻電容器極板上的電荷量q最大,電容器中的電場最強,此時電路中的電場能最大,電路中的磁場能最小,為零,故A正確;從t1到t2,電容器極板上的電荷量q不斷減小,可知電容器處于放電過程,電路中電流逐漸增大,故B錯誤;從t2到t3,電容器極板上的電荷量q不斷增大,電容器處于充電過程,故C正確;在t4時刻,電容器極板上的電荷量q等于零,此時電容器中的電場能為零最小,故D正確。2341567891011121314158.LC振蕩電路中電容器兩端的電壓u隨時間t變化的關系如圖所示,則

(

)A.在t1時刻,電路中的電流最大B.在t2時刻,電路中的磁場能最小C.從t2~t3,電路中的電場能不斷增大D.從t3~t4,電容器的帶電荷量不斷增大234√156789101112131415解析:由題圖可知,在t1時刻,電容器兩端電壓最高,電路中的電流為零;在t2時刻,電容器兩端電壓為零,電路中的振蕩電流最大,磁場能最大,A、B錯誤;從t2~t3,電容器兩端電壓增大,則電場能增大,故C正確;從t3~t4,電容器兩端電壓減小,帶電荷量減少,故D錯誤。2341567891011121314159.(2024·天津高二月考)上珠峰、下礦井、入海港、進工廠、到田間,5G網絡正在加速賦能千行百業(yè)實現數字化生產。產生5G無線電波的LC振蕩電路某時刻的工作狀態(tài)如圖所示,則該時刻

(

)A.線圈中磁場的方向向上B.線圈中感應電流的方向與圖中電流方向相反C.線圈儲存的磁場能正在增加D.電容器兩極板間電場強度正在變大234√156789101112131415解析:根據安培定則,線圈中磁場的方向向下,故A錯誤;電容器在充電,電流減小,根據楞次定律結合安培定則可知,線圈中感應電流的方向與題圖中電流方向相同,故B錯誤;電流減小,線圈儲存的磁場能正在減小,故C錯誤;電容器在充電,電容器兩極板間電場強度正在變大,故D正確。23415678910111213141510.我國“嫦娥六號”探測器在進行月面軟著陸和自動巡視勘察時,地面工作人員通過電磁波實現對探測器的控制。已知由地面發(fā)射器發(fā)射的電磁波的波長為λ=30km,地面上的工作人員通過測量發(fā)現該電磁波由發(fā)射到被探測器接收所用的時間為t=1.3s,電磁波的速度為c=3×108m/s。則發(fā)射器與探測器之間的距離為_________m,在發(fā)射器與探測器之間相當于有_________個波長。

2343.9×1081.3×104156789101112131415

234156789101112131415B級——綜合應用11.(2024·重慶期末)圖1是某LC振蕩電路,圖2是該電路中平行板電容器a、b兩極板間的電壓uab隨時間t變化的關系圖像。在某段時間內,該回路中的磁場能增大,且b極板帶正電,則這段時間對應圖像中的區(qū)間是(

)A.0~t3

B.t1~t2

C.t2~t3

D.t3~t4234√156789101112131415解析:在某段時間內,該回路中的磁場能增大,根據能量守恒定律可知,電場能減小,則此時電容器處于放電狀態(tài),兩極板間的電壓減小,即處于t1~t2或t3~t4區(qū)間;又因為此時b極板帶正電,則a、b兩極板間的電壓應為負值,故只能是t3~t4區(qū)間。故選D。23415678910111213141512.(2024·江蘇南通一模)圖甲為LC振蕩電路,振蕩電流i隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示,則

(

)A.t1時刻,電容器充電完畢B.t2時刻,線圈中的磁場最弱C.t1~t2過程中,電容器兩極板間的電壓變大D.t1~t2過程中,線圈中的自感電動勢變大234√156789101112131415解析:在LC振蕩電路中,當振蕩電流為零時,表示電容器充電完畢,故A正確;t1~t2過程中,電容器放電,電場能向磁場能轉化,t2時刻,放電電流達到最大,此時電場能最小,電容器兩極板間的電壓最小,而線圈中的磁場最強,故B