2022-2023學(xué)年人教版選擇性必修第二冊(cè) 第四章 第1、2節(jié)　電磁振蕩電磁場(chǎng)與電磁波 學(xué)案

1、第四章 eq blc|rc (avs4alco1(,) 電磁振蕩與電磁波第1、2節(jié)電磁振蕩電磁場(chǎng)與電磁波1了解振蕩電路、振蕩電流及LC電路振蕩過(guò)程中各物理量的變化規(guī)律。2.知道電磁振蕩的周期和頻率公式并會(huì)使用它們。3了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本觀點(diǎn)。4.了解電磁波的形成、特點(diǎn)及發(fā)現(xiàn)過(guò)程，領(lǐng)會(huì)人們認(rèn)識(shí)世界的認(rèn)知規(guī)律。eq avs4al(一、電磁振蕩)1填一填(1)振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流。(2)振蕩電路：產(chǎn)生振蕩電流的電路。由電感線圈L和電容C組成最簡(jiǎn)單的振蕩電路，稱為L(zhǎng)C振蕩電路。(3)振蕩過(guò)程：如圖所示，先把開(kāi)關(guān)置于電源一側(cè)，為電容器充電，稍后再把開(kāi)關(guān)置于線圈一側(cè)，使電容

2、器通過(guò)線圈放電。放電過(guò)程：由于線圈的自感作用，放電電流不會(huì)馬上達(dá)到最大值，而是由0逐漸增大，同時(shí)電容器極板上的電荷逐漸減少。到放電完畢時(shí)，電容器極板上沒(méi)有電荷，放電電流達(dá)到最大值。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)立即減小為0，而會(huì)保持原來(lái)的方向繼續(xù)流動(dòng)，并逐漸減小，電容器開(kāi)始充電，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。然后再放電，再充電，這樣不斷地充電和放電，電路中就出現(xiàn)了大小和方向都做周期性變化的電流，即出現(xiàn)了振蕩電流。(4)電磁振蕩中的能量變化放電過(guò)程中電容器儲(chǔ)存的電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈的磁場(chǎng)能。充電過(guò)程中線圈中的磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化

3、為電容器的電場(chǎng)能。在電磁振蕩過(guò)程中，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能會(huì)發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。(5)電磁振蕩的周期和頻率周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時(shí)間。頻率：電磁振蕩完成周期性變化的次數(shù)與所用時(shí)間之比。數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)完成的周期性變化的次數(shù)。沒(méi)有能量損失，也不受其他外界條件影響，這時(shí)的周期和頻率叫作振蕩電路的固有周期和固有頻率。周期和頻率公式：T2eq r(LC)，feq f(1,2r(LC)。2判一判(1)在LC振蕩電路中，回路中電流值最大時(shí)刻，回路中磁場(chǎng)能最大。()(2)在LC振蕩電路中，電容器放電完畢時(shí)刻，回路中磁場(chǎng)能最小。()(3)振蕩電流的大小和方向均不斷變化。()(4)電磁振蕩的固有周期與電

4、流的變化快慢有關(guān)。()3選一選要增大LC振蕩電路的頻率，可采取的辦法是()A增大電容器兩極板正對(duì)面積B減少電容器的帶電荷量C在線圈中放入軟鐵棒作鐵芯D減少線圈匝數(shù)解析：選D根據(jù)LC振蕩電路的頻率公式feq f(1,2r(LC)和平行板電容器電容公式Ceq f(rS,4kd)知，當(dāng)增大電容器兩極板正對(duì)面積時(shí)，C增大，f減??；減少電容器的帶電荷量，不影響C，即f不變；在線圈中放入軟鐵棒作鐵芯，L增大，f減??；減少線圈匝數(shù)，L減小，f增大，故D正確。eq avs4al(二、電磁場(chǎng)與電磁波)1填一填(1)電磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)a現(xiàn)象分析：麥克斯韋認(rèn)為放在變化的磁場(chǎng)中的閉合電路會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因?yàn)樽?/p>

5、化的磁場(chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)，該電場(chǎng)使導(dǎo)體中的自由電荷做定向移動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流。b觀點(diǎn)推廣：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，這是一個(gè)普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)。變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)麥克斯韋大膽地假設(shè)，既然變化的磁場(chǎng)能產(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)。電磁場(chǎng)：變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即為電磁場(chǎng)。(2)電磁波定義：變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)形成的電磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)地向周?chē)鷤鞑?，形成電磁波。特點(diǎn)：a電磁波可以在真空中傳播。b電磁波的傳播速度等于光速c。c麥克斯韋預(yù)言光是一種電磁波。d電磁波是橫波，其電場(chǎng)方向與磁場(chǎng)方向相互垂直，且二者均與傳播方向垂直。赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。

6、并觀察到電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象。2判一判(1)電磁波在真空中和介質(zhì)中傳播的速度相同。()(2)只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波。()(3)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合曲線。()3想一想如圖所示，為某電路的電場(chǎng)隨時(shí)間變化的圖像，那么，該變化的電場(chǎng)能否在空間產(chǎn)生電磁波？提示：電場(chǎng)均勻變化，產(chǎn)生的磁場(chǎng)恒定不變，故不會(huì)在空間產(chǎn)生電磁波。電磁振蕩過(guò)程分析學(xué)透用活1各物理量變化情況一覽表時(shí)刻(時(shí)間)工作過(guò)程qEiB能量0eq f(T,4)放電過(guò)程qm0Em00im0BmE電E磁eq f(T,4)eq f(T,2)充電過(guò)程0qm0Emim0Bm0E磁E電eq f(T,2)eq f(

7、3T,4)放電過(guò)程qm0Em00im0BmE電E磁eq f(3T,4)T充電過(guò)程0qm0Emim0Bm0E磁E電2振蕩電流、極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖像典例1多選如圖(a)所示，在LC振蕩電路中，通過(guò)P點(diǎn)的電流變化規(guī)律如圖(b)所示，且把通過(guò)P點(diǎn)向右的方向規(guī)定為電流i的正方向，則()A0.51 s時(shí)間內(nèi)，電容器C在放電B0.51 s時(shí)間內(nèi)，電容器C的上極板帶正電C11.5 s時(shí)間內(nèi)，Q點(diǎn)的電勢(shì)比P點(diǎn)的電勢(shì)高D11.5 s時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)變成磁場(chǎng)能解析0.51 s時(shí)間內(nèi)，振蕩電流是充電電流，充電電流是由負(fù)極板流向正極板，故A、B錯(cuò)誤；11.5 s時(shí)間內(nèi)，振蕩電流是放電電流，放電電流是由正極板

8、流向負(fù)極板，由于電流為負(fù)值，所以由Q流向P，Q點(diǎn)的電勢(shì)比P點(diǎn)的電勢(shì)高，電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)變成磁場(chǎng)能，故C、D正確。答案CD規(guī)律方法LC振蕩電路充、放電過(guò)程的判斷方法(1)根據(jù)電流流向判斷：當(dāng)電流流向帶正電的極板時(shí)，電容器的電荷量增加，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于充電過(guò)程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時(shí)，電荷量減少，電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于放電過(guò)程。(2)根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷：當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、場(chǎng)強(qiáng)E)增大或電流i(磁場(chǎng)B)減小時(shí)，處于充電過(guò)程；反之，處于放電過(guò)程。(3)根據(jù)能量判斷：電場(chǎng)能增加時(shí)充電，磁場(chǎng)能增加時(shí)放電。對(duì)點(diǎn)練清1.如圖所示，表示LC振蕩電路某時(shí)刻的情況，以下說(shuō)法正確的是(

9、)A電容器正在充電B電感線圈中的磁場(chǎng)能正在減小C電感線圈中的電流正在減小D此時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流的增加解析：選D根據(jù)磁感線的方向可以判斷電流方向是逆時(shí)針，再根據(jù)電容器極板上帶電的性質(zhì)可以判斷電容器在放電，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電容器在放電，所以電流在增加，磁場(chǎng)能在增加，自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流的增加，B、C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。2在LC振蕩電路中，電容器上的帶電荷量從最大值變化到零所需的最短時(shí)間是()A.eq f(,4)eq r(LC)B.eq f(,2)eq r(LC)Ceq r(LC) D2eq r(LC)解析：選BLC振蕩電路的周期T2eq r(LC)，其電容器上的帶電荷量從最大值變化到零的最短時(shí)間t

10、eq f(T,4)，故teq f(,2)eq r(LC)。3如圖甲所示的振蕩電路中，電容器極板間電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，規(guī)定回路中振蕩電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí)為正方向，則電路中振蕩電流隨時(shí)間變化的圖像是()解析：選D電容器極板間電壓Ueq f(q,C)，隨電容器極板上電荷量的增多而增大，隨電荷量的減少而減小。從題圖乙可以看出，在0eq f(T,4)這段時(shí)間內(nèi)是充電過(guò)程，且UAB0，即AB，A板應(yīng)帶正電，只有順時(shí)針?lè)较虻碾娏鞑拍苁笰板被充電后帶正電，同時(shí)考慮到t0時(shí)刻電壓為零，電容器極板上的電荷量為零，電流最大，即t0時(shí)刻，電流為負(fù)向最大，D正確。對(duì)麥克斯韋電磁理論的理解學(xué)透用活1對(duì)麥克斯韋

11、電磁場(chǎng)理論的理解電場(chǎng)磁場(chǎng)恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)均勻變化的電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)不均勻變化的電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)不均勻變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生變化的電場(chǎng)振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)2.對(duì)電磁場(chǎng)的理解(1)電磁場(chǎng)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，形成了不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)。(2)電磁場(chǎng)與靜電場(chǎng)、磁場(chǎng)的比較三者可以在某空間混合存在，但由靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)混合的空間不屬于電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)

12、是電場(chǎng)、磁場(chǎng)相互激發(fā)，相互耦連形成的統(tǒng)一體。電磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)傳播，形成電磁波，如圖所示。典例2多選如圖所示，在內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于玻璃圓環(huán)內(nèi)徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)。若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間成正比例增加的變化磁場(chǎng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小球所帶電荷量不變，那么()A小球?qū)ΣＡA環(huán)的壓力不斷增大B小球受到的磁場(chǎng)力不斷增大C小球先沿逆時(shí)針?lè)较蜃鰷p速運(yùn)動(dòng)，過(guò)一段時(shí)間后，沿順時(shí)針?lè)较蜃黾铀龠\(yùn)動(dòng)D磁場(chǎng)力對(duì)小球一直不做功解析玻璃圓環(huán)所在處有均勻變化的磁場(chǎng)，在周?chē)a(chǎn)生穩(wěn)定的渦旋電場(chǎng)，對(duì)帶正電的小球做功。由楞次定律，判斷電場(chǎng)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?。?/p>

13、電場(chǎng)力作用下，小球先沿逆時(shí)針?lè)较蜃鰷p速運(yùn)動(dòng)，后沿順時(shí)針?lè)较蜃黾铀龠\(yùn)動(dòng)。小球在水平面內(nèi)沿玻璃圓環(huán)半徑方向受兩個(gè)力作用：環(huán)的彈力FN和磁場(chǎng)的洛倫茲力FBqv，而且兩個(gè)力的矢量和時(shí)刻等于小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。考慮小球速度大小、方向以及磁場(chǎng)強(qiáng)弱的變化，彈力FN和洛倫茲力F不一定始終在增大。磁場(chǎng)力始終與小球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度方向垂直，所以磁場(chǎng)力對(duì)小球不做功。答案CD易錯(cuò)警示(1)麥克斯韋電磁場(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)產(chǎn)生磁場(chǎng)。而產(chǎn)生的電場(chǎng)或磁場(chǎng)如何變化與原磁場(chǎng)或原電場(chǎng)的變化規(guī)律有關(guān)。(2)洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷永不做功，但變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)可以對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功。對(duì)點(diǎn)練清1關(guān)于電磁

14、場(chǎng)的理論，下列說(shuō)法正確的是()A變化的電場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)一定是變化的B變化的磁場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生的電場(chǎng)一定是變化的C均勻變化的磁場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生的電場(chǎng)是均勻變化的D振蕩電場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)也是振蕩的解析：選D非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生非均勻變化的磁場(chǎng)，而均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，所以變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生電場(chǎng)，但不一定變化，故A、B錯(cuò)誤；均勻變化的磁場(chǎng)一定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)，而非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生非均勻變化的磁場(chǎng)，故C錯(cuò)誤；周期性變化的振蕩電場(chǎng)一定產(chǎn)生同周期變化的振蕩磁場(chǎng)，故D正確。2.如圖所示是某一固定面的磁通量的變化圖像，在它周?chē)臻g產(chǎn)生的電場(chǎng)中的某一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)E應(yīng)是()A逐漸增強(qiáng)B逐漸

15、減弱C不變 D無(wú)法確定解析：選C由題圖可知磁通量隨時(shí)間t均勻變化，而B(niǎo)S，所以磁場(chǎng)是均勻變化的，根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知C正確。3.多選某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合的電場(chǎng)線，這可能是()A沿AB方向磁場(chǎng)在迅速減弱B沿AB方向磁場(chǎng)在迅速增加C沿BA方向磁場(chǎng)在迅速增加D沿BA方向磁場(chǎng)在迅速減弱解析：選AC根據(jù)電磁感應(yīng)，閉合回路中的磁通量變化時(shí)，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)麥克斯韋電磁理論，閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因?yàn)殚]合回路中受到了電場(chǎng)力的作用，而變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，與是否存在閉合回路沒(méi)有關(guān)系，故空間內(nèi)磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的電場(chǎng)方向，仍然可用楞次定律判斷，四指環(huán)繞方向即為感

16、應(yīng)電場(chǎng)的方向，由此可知A、C正確。電磁波與機(jī)械波的比較學(xué)透用活機(jī)械波電磁波實(shí)質(zhì)力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間和空間做周期性變化傳播特點(diǎn)傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無(wú)關(guān)傳播無(wú)須介質(zhì)，在真空中波速總等于光速c，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)產(chǎn)生機(jī)理由(波源)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)產(chǎn)生由電磁振蕩(周期性變化的電場(chǎng))激發(fā)是否橫波可以是是是否縱波可以是否干涉現(xiàn)象滿足干涉條件時(shí)均能發(fā)生干涉現(xiàn)象衍射現(xiàn)象滿足衍射條件時(shí)均能發(fā)生明顯衍射相關(guān)計(jì)算公式veq f(,T)f均適用典例3多選以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說(shuō)法中，正確的是()A機(jī)械波與電磁波本質(zhì)上是一致的B

17、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)，還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)械波由波源振動(dòng)產(chǎn)生，電磁波由周期性變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))產(chǎn)生；機(jī)械波傳播需要介質(zhì)，波速由介質(zhì)決定；電磁波的傳播不需要介質(zhì)，波速由介質(zhì)和本身頻率共同決定；機(jī)械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，故選項(xiàng)B、C、D正確。答案BCD規(guī)律方法(1)電磁波和機(jī)械波都遵循波長(zhǎng)、波速、頻率的關(guān)系公式 eq f(v,f)，電磁波進(jìn)入介質(zhì)遵循公式neq f(c,v)。(2)機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，電磁波的傳播不需要介質(zhì)。對(duì)點(diǎn)練清1下列說(shuō)法正確的是

18、()A電磁波在真空中以光速c傳播B在空氣中傳播的聲波是橫波C聲波只能在空氣中傳播D光需要介質(zhì)才能傳播解析：選A電磁波在真空中的傳播速度為光速c，選項(xiàng)A正確；在空氣中傳播的聲波是縱波，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；聲波可以在氣體中傳播，也可以在液體、固體中傳播，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；光可以在真空中傳播，因此，光不需要介質(zhì)也能傳播，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法正確的是()A所有電磁波的頻率都相同B電磁波只能在真空中傳播C電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度都相同D電磁波在真空中的傳播速度是3108解析：選D電磁波包括：射線、X射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、微波、短波、中波和長(zhǎng)波，其波長(zhǎng)不同，即頻率不同，故A錯(cuò)誤；電磁波可以在真空中傳播，速度為光速，在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)和頻率決定，即同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播速度不一樣，故B、C錯(cuò)誤，D正確。3多選關(guān)于電磁波與機(jī)械波，下列說(shuō)法正確的是()A電磁波傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波傳播需要介質(zhì)B電磁波在任何介質(zhì)中波速都相同，機(jī)械波在同一種介質(zhì)中傳播速度都相同C電磁波和機(jī)械波都不能發(fā)生干涉D電磁波和機(jī)械波都能發(fā)生衍射解析：選AD電磁波可以在真空中傳播，機(jī)械波傳播需要