高中物理選修3-4第三章學(xué)案1習(xí)題課后作業(yè)有詳細(xì)解答

1、學(xué)案1電磁振蕩電磁場(chǎng)和電磁波學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.了解振蕩電流、LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過(guò)程，會(huì)求LC回路的周期與頻率.2.了解阻尼振蕩和無(wú)阻尼振蕩.3.了解麥克斯韋電磁理論的基礎(chǔ)內(nèi)容以及在物理發(fā)展史上的物理意義.4.了解電磁波的基本特點(diǎn)及其發(fā)展過(guò)程，通過(guò)電磁波體會(huì)電磁場(chǎng)的物理性質(zhì)1電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化2電感對(duì)交流電有阻礙作用，交流電能通過(guò)電容器，電容器對(duì)交流電也有阻礙作用一、電磁振蕩的產(chǎn)生1振蕩電流和振蕩電路 (1)振蕩電流：大小和方向都隨時(shí)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(jiǎn)單的振蕩電路，稱為L(zhǎng)

2、C振蕩電路2電磁振蕩過(guò)程如圖1所示，將開關(guān)S擲向1，先給電容器充電，再將開關(guān)擲向2，從此時(shí)起，電容器通過(guò)線圈放電圖1放電過(guò)程：由于線圈的自感作用，放電電流不能立刻達(dá)到最大值，而是由零逐漸增大，同時(shí)電容器極板上的電荷逐漸減少放電完畢時(shí)，極板上的電荷量為零，放電電流達(dá)到最大值通過(guò)該過(guò)程，電容器儲(chǔ)存的電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為線圈的磁場(chǎng)能充電過(guò)程：電容器放電完畢時(shí)，由于線圈的自感作用，電流并不會(huì)立刻減小為零，而要保持2 / 16原來(lái)的方向繼續(xù)流動(dòng)，并逐漸減小，電容器開始反向充電，極板上的電荷逐漸增多，當(dāng)電流減小到零時(shí)，充電結(jié)束，極板上的電荷量達(dá)到最大值通過(guò)該過(guò)程，線圈中的磁場(chǎng)能又全部轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能3LC

3、電路的周期T、頻率f與電感L、電容C的關(guān)系是T2，f.二、麥克斯韋電磁理論麥克斯韋經(jīng)典電磁場(chǎng)理論的兩大支柱：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)；變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)三、電磁波產(chǎn)生1電磁波的產(chǎn)生：如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場(chǎng)，那么它就會(huì)在空間引起周期性變化的磁場(chǎng)；這個(gè)變化的磁場(chǎng)又引起新的變化的電場(chǎng)于是，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，形成的電磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)地傳播就形成了電磁波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(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在赫茲還運(yùn)用自己精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)測(cè)定了電磁波的波長(zhǎng)和頻率，得到了電磁波的傳播速度，證實(shí)了這個(gè)速度等于光速一、電磁振蕩問(wèn)題設(shè)計(jì)

4、把線圈、電容器、電流表、電源和單刀雙擲開關(guān)按圖2連成電路圖2先把開關(guān)置于電源一邊，為電容器充電，稍后再把開關(guān)置于線圈一邊，使電容器通過(guò)線圈放電觀察到電流表指針有何變化？這說(shuō)明了什么問(wèn)題呢？答案指針左右擺動(dòng)說(shuō)明了電路中產(chǎn)生了變化的電流要點(diǎn)提煉1電磁振蕩中各物理量的變化情況時(shí)刻(時(shí)間)工作過(guò)程qEiB能量0放電瞬間qmEm00E電最大E磁最小0放電過(guò)程qm0Em00im0BmE電E磁放結(jié)束電00imBmE電最小E磁最大充電過(guò)程0qm0Emim0Bm0E磁E電充電結(jié)束qmEm00E電最大E磁最小放電過(guò)程qm0Em00im0BmE電E磁放電結(jié)束00imBmE電最小E磁最大T充電過(guò)程0qm0Emim0B

5、m0E磁E電T充電結(jié)束qmEm00E電最大E磁最小說(shuō)明：在T的時(shí)間內(nèi)，q、E、i、B等變化情況與0內(nèi)相同，只是q的正負(fù)，E、i、B的方向與0內(nèi)相反.2.無(wú)阻尼振蕩和阻尼振蕩(1)無(wú)阻尼振蕩：如圖3所示，如果沒(méi)有能量損失，振蕩電流的振幅永遠(yuǎn)保持不變的電磁振蕩圖3(2)阻尼振蕩：如圖4所示，能量逐漸損耗，振蕩電流的振幅逐漸減小，直到停止振蕩的電磁振蕩圖43電磁振蕩的周期與頻率周期T2，頻率f.其中周期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)延伸思考為什么放電完畢時(shí)，電流反而最大？答案開始放電時(shí)，由于線圈的自感作用，放電電流不能瞬間達(dá)到最大值，而是逐漸增大

6、，隨著線圈的阻礙作用減弱，放電電流增加變快，與此同時(shí)，電容器里的電場(chǎng)逐漸減弱，電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能當(dāng)放電完畢時(shí)，電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，此時(shí)電流達(dá)到最大二、電磁場(chǎng)和電磁波問(wèn)題設(shè)計(jì)如圖5所示，當(dāng)磁鐵相對(duì)閉合線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中的電荷做定向移動(dòng)，是因?yàn)槭艿绞裁戳Φ淖饔?？若把閉合線圈換成一個(gè)內(nèi)壁光滑的絕緣環(huán)形管，管內(nèi)有直徑略小于環(huán)內(nèi)徑的帶正電的小球，則磁鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)有什么現(xiàn)象？小球受到的是什么力？以上現(xiàn)象說(shuō)明什么問(wèn)題？圖5答案電荷受到電場(chǎng)力作用做定向移動(dòng)磁鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，帶電小球會(huì)做定向滾動(dòng)，小球受到的仍然是電場(chǎng)力空間磁場(chǎng)變化，就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，與有沒(méi)有閉合線圈無(wú)關(guān)要點(diǎn)提煉1麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)基本

7、觀點(diǎn)(1)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：如圖6所示，在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路里就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流圖6 圖7(2)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，如圖7所示麥克斯韋大膽地假設(shè)：既然變化的磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生電場(chǎng)，那么變化的電場(chǎng)也會(huì)在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)2電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生：變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成電磁波(2)電磁波是橫波(3)電磁波在真空中的速度等于光速3電磁波和機(jī)械波的比較(1)電磁波和機(jī)械波的共同點(diǎn)二者都能產(chǎn)生干涉和衍射；二者在不同介質(zhì)中傳播時(shí)頻率不變(2)電磁波和機(jī)械波的區(qū)別二者本質(zhì)不同電磁波是電磁場(chǎng)的傳播，機(jī)械波是質(zhì)點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)的傳播傳播機(jī)理不同電磁波的傳播機(jī)理是電磁場(chǎng)交

8、替感應(yīng)，機(jī)械波的傳播機(jī)理是質(zhì)點(diǎn)間的機(jī)械作用電磁波傳播不需要介質(zhì)，而機(jī)械波傳播需要介質(zhì)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(shí)有橫波和縱波，例如地震波一、電磁振蕩例1在LC振蕩電路中，可以使振蕩頻率增大一倍的方法是()A自感系數(shù)L和電容C都增大一倍B自感系數(shù)L增大一倍，電容C減小一半C自感系數(shù)L減小一半，電容C增大一倍D自感系數(shù)L和電容C都減小一半解析根據(jù)LC振蕩電路頻率公式f得，當(dāng)L、C都減小一半時(shí)，f增大一倍，故選項(xiàng)D正確答案D二、電磁場(chǎng)理論例2關(guān)于電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法中正確的是()A在電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生電場(chǎng)B在變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)

9、周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)D周期性變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)解析根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，只有變化的電場(chǎng)才產(chǎn)生磁場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)答案D例3根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)當(dāng)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線如圖8所示時(shí)，可能是()圖8A向上方向的磁場(chǎng)在增強(qiáng)B向上方向的磁場(chǎng)在減弱C向上方向的磁場(chǎng)先增強(qiáng)，然后反向減弱D向上方向的磁場(chǎng)先減弱，然后反向增強(qiáng)解析在電磁感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律中，當(dāng)通過(guò)一個(gè)閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，回路中并沒(méi)有電源，電流的產(chǎn)生是由于磁場(chǎng)的變化造成的麥克斯韋把以上

10、的觀點(diǎn)推廣到不存在閉合回路的情況，即變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)判斷電場(chǎng)與磁場(chǎng)變化的關(guān)系仍可利用楞次定律，只不過(guò)是用電場(chǎng)線方向代替了電流方向向上方向的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙原磁場(chǎng)的增強(qiáng)而方向向下，根據(jù)安培定則知感應(yīng)電流方向如題圖中E的方向所示，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤同理，當(dāng)磁場(chǎng)反向即向下的磁場(chǎng)減弱時(shí)，也會(huì)得到如題圖中E的方向，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤，故選A、C.答案AC三、電磁波和機(jī)械波例4下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是()A電磁波是電磁場(chǎng)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3108 m/sC電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí)，波長(zhǎng)將變短D電磁波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象解析該題考查電磁波的產(chǎn)

11、生及特點(diǎn)電磁波在真空中的傳播速度為光速c3108 m/s，且cf，從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，頻率不發(fā)生變化，波長(zhǎng)、波速發(fā)生變化電磁波只有在真空中的傳播速度才為3108 m/s，在其他介質(zhì)中傳播速度均小于3108 m/s.電磁波與其他波一樣具有干涉、衍射等波的特性當(dāng)電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí)，頻率不變，因?yàn)閏v，所以，波長(zhǎng)變短，波速變小，故選A、C.答案AC針對(duì)訓(xùn)練關(guān)于電磁波與機(jī)械波，下列說(shuō)法正確的是()A電磁波是電磁場(chǎng)由發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播，機(jī)械波是振源的振動(dòng)向遠(yuǎn)處的傳播B電磁波傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波傳播需要介質(zhì)C電磁波在任何介質(zhì)中傳播速率都相同，機(jī)械波在同一種介質(zhì)中傳播速率才相同D機(jī)械波

12、能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，電磁波則不能答案AB1(電磁場(chǎng)理論)下列說(shuō)法正確的是()A電荷的周圍一定有電場(chǎng)，也一定有磁場(chǎng)B均勻變化的電場(chǎng)在其周圍空間一定產(chǎn)生磁場(chǎng)C任何變化的電場(chǎng)在其周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)D正弦交變的電場(chǎng)在其周圍空間一定產(chǎn)生同頻率交變的磁場(chǎng)答案BD解析靜止的電荷周圍有恒定的電場(chǎng)，不產(chǎn)生磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)的電荷周圍的電場(chǎng)是變化的，所以產(chǎn)生磁場(chǎng)，A錯(cuò)誤；由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知B、D正確，C錯(cuò)誤2(對(duì)電磁波理解)關(guān)于電磁波的特點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()A電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相垂直，電磁波沿與二者垂直的方向傳播B電磁波是橫波C電磁波和機(jī)械波一樣依賴于介質(zhì)傳播D只要空間內(nèi)某個(gè)區(qū)域有振蕩的電場(chǎng)或磁場(chǎng)

13、，就能產(chǎn)生電磁波答案ABD3(電磁振蕩的產(chǎn)生)某時(shí)刻LC振蕩電路的狀態(tài)如圖9所示，則此時(shí)刻()圖9A振蕩電流i在減小B振蕩電流i在增大C電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化D磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化答案AD解析本題關(guān)鍵是根據(jù)電容器的兩極板的帶電情況和電流方向，判定出電容器正處于充電過(guò)程由電磁振蕩的規(guī)律可知，電容器充電過(guò)程中，電流逐漸減小，電場(chǎng)能逐漸增大，磁場(chǎng)能逐漸減小，即磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，故A、D正確4(電磁振蕩的周期與頻率)要想增大LC振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率，可采用的方法是()A增大電容器兩極板的間距B升高電容器的充電電壓C增加線圈的匝數(shù)D在線圈中插入鐵芯答案A解析該題考查決定振蕩電流的頻率的

14、因素振蕩電流的頻率由LC振蕩電路本身的特性決定，即f.增大電容器兩極板的間距，電容減小，振蕩電流的頻率升高，A對(duì)；升高電容器的充電電壓不能改變振蕩電流的頻率，B錯(cuò)；增加線圈匝數(shù)或在線圈中插入鐵芯，電感L增大，振蕩電流的頻率降低，C、D錯(cuò).題組一電磁場(chǎng)理論1關(guān)于電磁場(chǎng)理論的敘述正確的是()A變化的磁場(chǎng)周圍一定存在著電場(chǎng)，與是否有閉合回路無(wú)關(guān)B周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率變化的電場(chǎng)C電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)統(tǒng)一的場(chǎng)，即電磁場(chǎng)D電場(chǎng)周圍一定存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)周圍一定存在電場(chǎng)答案AB解析變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)電場(chǎng)中有閉合回路時(shí)，回路中有電流；若無(wú)閉合回路電場(chǎng)仍然存在，A正確若要形成電磁場(chǎng)必須有周期性

15、變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，B對(duì)，C、D錯(cuò)2建立完整的電磁場(chǎng)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麥克斯韋答案D解析麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在，赫茲證實(shí)了麥克斯韋預(yù)言的正確性3某電路中電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像如圖所示，能發(fā)射電磁波的是()答案D解析由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論知，當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場(chǎng)時(shí)(如A圖)，由于它不激發(fā)磁場(chǎng)，故無(wú)電磁波產(chǎn)生；當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場(chǎng)時(shí)(如B圖、C圖)，會(huì)激發(fā)出磁場(chǎng)，但磁場(chǎng)恒定，不會(huì)在較遠(yuǎn)處激發(fā)出電場(chǎng)，故也不會(huì)產(chǎn)生電磁波；只有周期性變化的電場(chǎng)(如D圖)，才會(huì)激發(fā)出周期性變化的磁場(chǎng)，它又激發(fā)出周期性變化的電場(chǎng)如此交替的產(chǎn)生磁場(chǎng)和電場(chǎng)，便會(huì)形成電

16、磁波，故D正確題組二電磁波4電磁波在傳播時(shí)，不變的物理量是()A振幅 B頻率C波速 D波長(zhǎng)答案B解析離波源越遠(yuǎn)，振幅越小電磁波在不同介質(zhì)中的波速不一樣，波長(zhǎng)也不一樣，但頻率不變5關(guān)于電磁波的傳播速度，以下說(shuō)法正確的是()A電磁波的頻率越高，傳播速度越大B電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，傳播速度越大C電磁波的能量越大，傳播速度越大D所有的電磁波在真空中的傳播速度都相等答案D6下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法正確的是()A電磁波必須依賴介質(zhì)傳播B電磁波可以發(fā)生衍射現(xiàn)象C電磁波不會(huì)發(fā)生偏振現(xiàn)象D電磁波無(wú)法攜帶信息傳播答案B解析電磁波具有波的共性，可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，故B正確電磁波是橫波，能發(fā)生偏振現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤電磁波能攜帶信息

17、傳播，且傳播不依賴介質(zhì)，在真空中也可以傳播，故A、D錯(cuò)誤題組三電磁振蕩的產(chǎn)生7關(guān)于LC振蕩電路中的振蕩電流，下列說(shuō)法中正確的是()A振蕩電流最大時(shí)，電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度最大B振蕩電流為零時(shí)，線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)為零C振蕩電流增大的過(guò)程中，線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能D振蕩電流減小的過(guò)程中，線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能答案D解析振蕩電流最大時(shí)為電容器放電結(jié)束瞬間，場(chǎng)強(qiáng)為零，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；振蕩電流為零時(shí)，其要改變方向，這時(shí)電流變化最快，電流變化率最大，線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)最大，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；振蕩電流增大時(shí)，線圈中的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；振蕩電流減小時(shí)，線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，D選項(xiàng)正確8在LC振蕩電路中，電容器放電時(shí)間取決于()A充電電壓的大小B電容器儲(chǔ)電量的多少C自感系數(shù)L和電容C的數(shù)值D回路中電流的大小答案C解析放電時(shí)間等于二分之一個(gè)振蕩周期，即t，所以放電時(shí)間取決于自感系數(shù)L和電容C.故選項(xiàng)C正確題組四電磁振蕩的周期和頻率9如圖1所示，LC電路的L不變，C可調(diào)，要使振蕩的頻率從700 Hz變?yōu)? 400 Hz，則可以采用的辦法有()圖1A把電容增大到原來(lái)的4倍B把電容增大到原來(lái)的2倍C把電容減小到原來(lái)的D把電容減小到原來(lái)的答案D解析由題意，頻率變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則周期就變?yōu)樵瓉?lái)的，由T2，L不變，當(dāng)CC0時(shí)符合要