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第四章電磁振蕩與電磁波第一節(jié)電磁振蕩第二節(jié)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論學(xué)習(xí)任務(wù)1.了解LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程;知道產(chǎn)生電磁振蕩過程中,LC振蕩電路中的能量轉(zhuǎn)換情況。2.知道什么是電磁振蕩的周期和頻率,了解LC回路的周期和頻率公式。3.了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本內(nèi)容以及電磁波的預(yù)言。4.體會(huì)赫茲實(shí)驗(yàn)證明電磁波存在的重大意義。必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備01[知識(shí)梳理]知識(shí)點(diǎn)一振蕩電流的產(chǎn)生1.電磁振蕩電路的演變?nèi)鐖D甲所示,一個(gè)電流計(jì)與一個(gè)閉合線圈連接,當(dāng)一條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí),電流計(jì)的指針會(huì)不斷地?cái)[動(dòng),這說明電路中產(chǎn)生了____和____都不斷變化的電流。如果將電流計(jì)拿走,如圖乙所示,當(dāng)條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí),電路斷開處的A、B兩點(diǎn)間仍存在__________,即A、B兩點(diǎn)間仍存在變化的______。大小方向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電勢(shì)差振蕩電路的演變:如果在A、B兩點(diǎn)間接一個(gè)平行板電容器,如圖丙所示,當(dāng)條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí),在兩板之間的空間內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生____和____不斷變化的____,即電容器在不斷地進(jìn)行____、____。大小方向電場(chǎng)充電放電2.振蕩電流(1)振蕩電流:上述實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的____和____都做周期性變化的電流。(2)振蕩電路:能夠產(chǎn)生________的電路。(3)LC振蕩電路:_________和________組成的電路,LC振蕩電路是一種最簡(jiǎn)單的振蕩電路。大小方向振蕩電流自感線圈L電容器C3.振蕩電流的變化規(guī)律LC振蕩電路產(chǎn)生的振蕩電流是按____或____規(guī)律變化的。知識(shí)點(diǎn)二電磁振蕩中能量的轉(zhuǎn)化在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流過程中,電容器極板上____、兩極板間____、電路中____以及跟電荷有關(guān)的____、與電流有關(guān)的____都發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象。在電磁振蕩過程______和______相互轉(zhuǎn)化。正弦余弦電荷電壓電流電場(chǎng)磁場(chǎng)電場(chǎng)能磁場(chǎng)能
時(shí)間之比
知識(shí)點(diǎn)四麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本思想1.變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生____是一種普遍存在的現(xiàn)象。2.變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生____是一種普遍存在的現(xiàn)象??傊?,變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的,形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一體,這就是______。知識(shí)點(diǎn)五偉大的預(yù)言1.產(chǎn)生變化的____和變化的____交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播出去,就形成電磁波。電場(chǎng)磁場(chǎng)電磁場(chǎng)電場(chǎng)磁場(chǎng)2.傳播特點(diǎn)(1)電磁波中電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互____,電磁波在與兩者均____的方向傳播。因此電磁波是__波。(2)電磁波的頻率即為________的頻率,它由____決定,與____無關(guān)。電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度,即c=___________。(3)電磁波傳播不需要借助于任何____,在真空中也能傳播。光波的本質(zhì)是______。垂直垂直橫電磁振蕩波源介質(zhì)3×108m/s介質(zhì)電磁波知識(shí)點(diǎn)六赫茲實(shí)驗(yàn)1.原理圖2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)發(fā)射器兩球間有火花產(chǎn)生時(shí),接收器兩球間也有火花產(chǎn)生。3.現(xiàn)象分析:火花在A、B間來回跳動(dòng)時(shí),在周圍空間建立了一個(gè)迅速變化的電磁場(chǎng),這種變化的電磁場(chǎng)以______的形式在空間傳播。當(dāng)電磁波經(jīng)過接收器時(shí),導(dǎo)致接收器產(chǎn)生__________,使接收器兩球間隙處產(chǎn)生電壓,當(dāng)電壓足夠高時(shí),兩球之間產(chǎn)生________現(xiàn)象。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:赫茲證實(shí)了______的存在。5.實(shí)驗(yàn)意義:證明了________的預(yù)言,為麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。電磁波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)火花放電電磁波麥克斯韋[基礎(chǔ)自測(cè)]1.思考判斷(正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”)(1)在電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng),在磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生電場(chǎng)。 (
)(2)均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)。 (
)(3)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)。 (
)(4)放電時(shí),由于線圈的自感作用,放電電流由零逐漸增大。 (
)(5)放電時(shí),電容器兩極板間的電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈的磁場(chǎng)能。 (
)(6)振蕩電流最大時(shí),放電完畢。 (
)××√√√√2.(2022·吉林遼源田家炳高級(jí)中學(xué)校高二期末)關(guān)于電磁波,下列說法正確的是(
)A.在真空中,頻率越高的電磁波速度越大B.在真空中,電磁波的能量越大,傳播速度越大C.電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì),速度變小,波長(zhǎng)也變小,而頻率不變D.只要發(fā)射電路的電磁振蕩停止,產(chǎn)生的電磁波立即消失C
[在真空中,所有電磁波的傳播速度都相同,與頻率、能量無關(guān),故A、B錯(cuò)誤;電磁波的頻率由波源決定,電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì),頻率不變,而波速減小,波長(zhǎng)減小,故C正確;當(dāng)發(fā)射電路的電磁振蕩停止,產(chǎn)生的電磁波不會(huì)立即消失,還會(huì)在空間繼續(xù)傳播,直到能量消耗殆盡,故D錯(cuò)誤。]√3.關(guān)于LC振蕩電路中的振蕩電流,下列說法正確的是(
)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),線圈中自感電動(dòng)勢(shì)為零C.振蕩電流增大的過程中,線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能D.振蕩電流減小的過程中,線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能D
[振蕩電流最大時(shí),處于電容器放電結(jié)束瞬間,電場(chǎng)強(qiáng)度為零,A錯(cuò)誤;振蕩電流為零時(shí),LC回路振蕩電流改變方向,這時(shí)的電流變化最快,電流變化率最大,線圈中自感電動(dòng)勢(shì)最大,B錯(cuò)誤;振蕩電流增大時(shí),電容器中的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能,C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正確。]√關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成02考點(diǎn)1電磁振蕩過程分析考點(diǎn)2電磁振蕩的周期和頻率考點(diǎn)3對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論和電磁場(chǎng)的理解如圖所示,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,電容器通過線圈放電,線圈中是否會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)?自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生什么效果?線圈中的電流怎樣變化?電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為什么形式的能?當(dāng)線圈中的電流減小時(shí),是否會(huì)對(duì)電容器充電?此時(shí)線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為什么形式的能?提示:線圈中的電流發(fā)生變化時(shí),線圈中會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙線圈中電流的變化,電流逐漸增大,電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能;線圈中電流減小時(shí),對(duì)電容器充電,線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能??键c(diǎn)1電磁振蕩過程分析1.用圖像對(duì)應(yīng)分析i、q的變化關(guān)系2.板間電壓u、電場(chǎng)能EE、磁場(chǎng)能EB隨時(shí)間變化的圖像(充電時(shí))u、EE規(guī)律與q-t圖像相對(duì)應(yīng);EB規(guī)律與i-t圖像相對(duì)應(yīng)。3.分類分析(1)同步關(guān)系。在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中,電容器上的物理量:電量q、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)能EE是同步變化的,即:q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)振蕩線圈上的物理量:振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)能EB也是同步變化的,即:i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)
【典例1】
(多選)LC振蕩電路中,某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖所示,則下列說法正確的是(
)A.若磁場(chǎng)正在減弱,則電容器上極板帶正電B.若電容器正在充電,則電容器下極板帶正電C.若電容器上極板帶正電,則線圈中電流正在增大D.若電容器正在放電,則自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流增大BCD
[由電流的磁場(chǎng)方向和安培定則可判斷振蕩電流方向,由于題目中未標(biāo)明電容器兩極板帶電情況,可分兩種情況討論:(1)若該時(shí)刻電容器上極板帶正電,則可知電容器處于放電階段,電流增大,則C正確,A錯(cuò)誤;(2)若該時(shí)刻電容器下極板帶正電,可知電容器處于充電狀態(tài),電流在減小,則B正確,由楞次定律可判定D正確。]√√√電磁振蕩狀態(tài)分析的三點(diǎn)注意(1)判斷電容器是充電還是放電,一般依據(jù)電流的方向,電流由正極板流出為放電,向正極板流入為充電。(2)判斷電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的轉(zhuǎn)化要依據(jù)電流的增減或極板上電量的增減。(3)自感電動(dòng)勢(shì)的作用是阻礙電流的增大還是阻礙電流的減小,可依據(jù)放電電流不斷增大,充電電流不斷減小來判斷。
A
BC
D√
【典例2】
(多選)在LC回路中,電容器充電后向線圈放電發(fā)生電磁振蕩時(shí),若將電容器兩板間距離增大,則振蕩過程中(
)A.電容器兩板間最大電壓變大B.振蕩電流的最大值變大C.振蕩電流的頻率變大D.電容器所帶電荷量最大值變大√√√
√考點(diǎn)3對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論和電磁場(chǎng)的理解1.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解恒定的電場(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)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)不均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)不均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(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: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),周期性變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)相互激發(fā),形成的電磁場(chǎng)一環(huán)套一環(huán),如圖所示。(2)電磁場(chǎng)并非簡(jiǎn)單地將電場(chǎng)、磁場(chǎng)相加,而是相互聯(lián)系、不可分割的統(tǒng)一整體。在電磁場(chǎng)示意圖中,電場(chǎng)E矢量和磁場(chǎng)B矢量在空間相互激發(fā)時(shí),相互垂直,以光速c在空間傳播?!镜淅?】
(多選)關(guān)于電磁場(chǎng)的理論,下列說法正確的是(
)A.變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)一定是變化的B.變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)不一定是變化的C.均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生的電場(chǎng)也是均勻變化的D.振蕩電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同樣頻率的振蕩磁場(chǎng)BD
[變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)有兩層含義:①均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng);②非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。振蕩的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩的磁場(chǎng)。均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng),故B、D正確,A、C錯(cuò)誤。]√√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)。需要著重對(duì)以下兩點(diǎn)加以理解:(1)均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng),均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)。(2)不均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生變化的電場(chǎng),不均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3.某電路中電場(chǎng)隨時(shí)間變化的圖像如圖所示,能發(fā)射電磁波的電場(chǎng)是(
)√A
BC
DD
[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)(如題圖A),由于其不激發(fā)磁場(chǎng),故無電磁波產(chǎn)生;當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場(chǎng)時(shí)(如題圖B、C),會(huì)激發(fā)出磁場(chǎng),但磁場(chǎng)恒定,不會(huì)再在較遠(yuǎn)處激發(fā)起電場(chǎng),故也不會(huì)產(chǎn)生電磁波;只有周期性變化的電場(chǎng)(如題圖D),才會(huì)激發(fā)出周期性變化的磁場(chǎng),其又激發(fā)出周期性變化的電場(chǎng)……,如此不斷激發(fā),便會(huì)形成電磁波。]學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測(cè)031.建立了完整的電磁場(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D
[麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論并且預(yù)言了電磁波的存在,選項(xiàng)D正確。]1234√2.(多選)根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論,以下敘述正確的是(
)A.教室中正在發(fā)光的日光燈周圍空間必有磁場(chǎng)和電場(chǎng)B.工作時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器周圍必有磁場(chǎng)和電場(chǎng)C.穩(wěn)定的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),穩(wěn)定的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)D.電磁波在傳播過程中,電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向和傳播方向三者相互垂直ABD
[教室中正在發(fā)光的日光燈、工作的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,在其周圍產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)和電場(chǎng),故選項(xiàng)A、B正確;穩(wěn)定的電場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電磁波是橫波,傳播過程中電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向和傳播方向相互垂直,故選項(xiàng)D正確。]1234√√√3.(多選)(2022·山東臨沂高二期末)如圖甲所示的LC振蕩電路中,通過P點(diǎn)的電流隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示,若把通過P點(diǎn)向右規(guī)定為電流的正方向,則(
)A.0.5~1ms內(nèi),Q點(diǎn)比P點(diǎn)電勢(shì)低B.1~1.5ms內(nèi),電容器C正在放電C.0.5~1ms內(nèi),電場(chǎng)能正在增加D.增大電容器C的電容值該電路振蕩頻率將變大1234√√BC
[由題圖乙知0.5~1ms內(nèi)電流在減
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