4.1電磁振蕩4.2電磁場與電磁波

4.1電磁振蕩4.2電磁場與電磁波基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點一、電場振蕩的產(chǎn)生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：能產(chǎn)生振蕩電流的電路．3．LC振蕩電路的放電、充電過程(1)電容器放電：線圈有自感作用，放電電流不會立刻達(dá)到最大值，而是由零逐漸增大，極板上的電荷逐漸減少．放電完畢時，極板上的電荷量為零，放電電流達(dá)到最大值．該過程電容器的電場能全部轉(zhuǎn)化為線圈的磁場能．(2)電容器充電：電容器放電完畢時，線圈有自感作用，電流并不會立刻減小為零，而會保持原來的方向繼續(xù)流動，并逐漸減小，電容器開始反向充電，極板上的電荷逐漸增多，電流減小到零時，充電結(jié)束，極板上的電荷量達(dá)到最大值．該過程中線圈的磁場能又全部轉(zhuǎn)化為電容器的電場能．要點二、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需要的時間．2．頻率：1s內(nèi)完成的周期性變化的次數(shù)．如果振蕩電路沒有能量損失，也不受其他外界影響，這時的周期和頻率分別叫做振蕩電路的固有周期和固有頻率．3．周期和頻率公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC)).4、周期和頻率公式（1）T取決于L、C，與極板所帶電荷量、兩板間電壓無關(guān)．（2）電感線圈的自感系數(shù)L及電容C由哪些因素決定．L一般由線圈的長度、橫截面積、單位長度上的匝數(shù)及有無鐵芯決定，電容C由公式C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，與電介質(zhì)的介電常數(shù)εr、極板正對面積S及板間距離d有關(guān)．要點三、振蕩過程各物理量的變化規(guī)律1、用圖象對應(yīng)分析i、q的變化關(guān)系(如圖所示)2．相關(guān)量與電路狀態(tài)的對應(yīng)情況電路狀態(tài)abcde時刻t0eq\f(T,4)eq\f(T,2)eq\f(3T,4)T電荷量q最多0最多0最多電場能最大0最大0最大電流i0正向最大0反向最大0磁場能0最大0最大03.幾個關(guān)系(1)同步同變關(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：電荷量q、電場強(qiáng)度E、電場能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、磁場能EB也是同步變化的，即i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)．(2)同步異變關(guān)系在LC振蕩過程中，電容器上的三個物理量q、E、EE增大時，線圈中的三個物理量i、B、EB減小，且它們的變化是同步的，也即q、E、EE↑同步異向變化,i、B、EB↓.要點四、偉大的預(yù)言1．變化的磁場產(chǎn)生電場(1)實驗基礎(chǔ)：如圖所示，在變化的磁場中放一個閉合電路，電路里就會產(chǎn)生感應(yīng)電流．(2)麥克斯韋的見解：電路里感應(yīng)電流的產(chǎn)生，一定是變化的磁場產(chǎn)生了電場，自由電荷在電場的作用下發(fā)生了定向移動．(3)實質(zhì)：變化的磁場產(chǎn)生了電場．2．對麥克斯韋電磁場理論的理解1．變化的磁場產(chǎn)生電場(1)均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場．(2)非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場．(3)周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場．3．變化的電場產(chǎn)生磁場(1)均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場．(2)非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場．(3)周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場．要點五、電磁波1．電磁波的產(chǎn)生：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)向周圍傳播，形成電磁波．2．電磁波是橫波：根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，電磁波在真空中傳播時，它的電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度互相垂直，而且二者均與波的傳播方向垂直，因此電磁波是橫波．3．電磁波的速度：麥克斯韋指出了光的電磁本性，他預(yù)言電磁波的速度等于光速．要點六、赫茲的電火花1、赫茲證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論，為了紀(jì)念他，把頻率的單位定為赫茲．2、電磁波與機(jī)械波的比較機(jī)械波電磁波研究對象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時間和空間做周期性變化電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間和空間做周期性變化傳播情況傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播無需介質(zhì)，在真空中波速等于光速c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān)產(chǎn)生機(jī)理由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生由電磁振蕩激發(fā)(下節(jié)內(nèi)容)是橫波還是縱波可能是橫波，也可能是縱波橫波干涉和衍射可以發(fā)生干涉和衍射要點突破突破一：LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法1.根據(jù)電流流向判斷，當(dāng)電流流向帶正電的極板時，處于充電過程；反之，處于放電過程。2.根據(jù)物理量的變化趨勢判斷：當(dāng)電容器的帶電荷量q(U、E)增大時，處于充電過程；反之，處于放電過程。3.根據(jù)能量判斷：電場能增加時，充電；磁場能增加時，放電。突破二：對麥克斯韋電磁場理論的理解(1)變化的磁場產(chǎn)生電場①均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場．②非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場．③周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場．(2)變化的電場產(chǎn)生磁場①均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場．②非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場．③周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場．突破三：電磁波與機(jī)械波的三點不同（1）電磁波是電磁現(xiàn)象，由電磁振蕩產(chǎn)生；機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象，由機(jī)械振動產(chǎn)生。（2）機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)的存在，但電磁波的傳播不需要介質(zhì)。（3）不同頻率的機(jī)械波在同一介質(zhì)中傳播速度相同，在不同介質(zhì)中傳播速度不同；不同頻率的電磁波在真空中傳播速度相同，在同一介質(zhì)中傳播速度不同。強(qiáng)化訓(xùn)練選擇題1．無線話筒是LC振蕩電路的一個典型應(yīng)用。在LC振蕩電路中，某時刻磁場方向如圖所示，且電容器上極板帶正電，下列說法正確的是（）A．電容器正在放電 B．振蕩電流正在減小C．電流流向沿a到b D．電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化【答案】B【解析】由圖可知，此時電容器正在充電，電路中電流正在減小，電路中的電流沿順時針方向，磁場能在向電場能轉(zhuǎn)化，故B正確，ACD錯誤。2．在理想LC振蕩電路中的某時刻，電容器極板間的場強(qiáng)E的方向如圖所示，M是電路中的一點。若該時刻電容器正在充電，據(jù)此可判斷此時（）A．電路中的磁場能在增大 B．流過M點的電流方向向左C．電路中電流正在增加 D．電容器兩板間的電壓在減小【答案】B【解析】AC．因該時刻電容器正在充電，則電流逐漸減小，電路中的磁場能在減小，故AC錯誤；B．該時刻電容器正在充電，此時電容器上極板帶正電，則充電時流過M點的電流方向向左，故B正確；D．充電時，電容器兩板間的電壓在增大，故D錯誤。3、2022年6月5日，中央電視臺對神舟十四號飛船與天和核心艙交會對接進(jìn)行了直播，其間航天員與北京飛控中心保持通話聯(lián)絡(luò)，直播畫面通過電磁波傳送到地面接收站。下列關(guān)于電磁波和聲波的說法正確的是（）A．電磁波是橫波，聲波是縱波B．電磁波跟聲波一樣，只能在介質(zhì)中傳播C．麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，并用實驗驗證了電磁波的存在D．航天員講話時畫面能與聲音同步，說明電磁波與聲波具有相同的傳播速度【答案】A【解析】A．電磁波的傳播和振動垂直是橫波，聲波的振動和傳播平行則是縱波，故A正確；B．電磁波的傳播不依賴介質(zhì)，聲波是機(jī)械波只能在介質(zhì)中傳播，故B錯誤；C．麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實驗驗證了電磁波的存在，故C錯誤；D．航天員講話時畫面能與聲音同步，但電磁波的速度為光速，聲波的傳播速度為340m/s，兩者差距很大，故D錯誤；4、北京時間2022年5月12日晚9點，事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）合作組織正式發(fā)布了銀河系中心黑洞人馬座A·（SgrA·）的首張照片，如圖所示。該照片利用了射電望遠(yuǎn)鏡對電磁波的捕捉。下列關(guān)于波的說法正確的是（）A．周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波B．電磁波是縱波，不能發(fā)生偏振現(xiàn)象C．電磁波和機(jī)械波都依賴于介質(zhì)才能傳播D．電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相等【答案】A【解析】A．周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波，故A正確；B．電磁波是橫波，可以發(fā)生偏振現(xiàn)象，故B錯誤；C．電磁波的傳播不依賴于介質(zhì)，故C錯誤；D．電磁波在不同介質(zhì)中傳播的速度不相等，故D錯誤。5、如圖所示為振蕩電路中電容器的極板帶電荷量隨時間變化曲線，則下列判斷中錯誤的是（）A．在b和d時刻，電路中電流最大 B．在時間內(nèi)，電場能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿蹸．a(chǎn)和c時刻，磁場能為零 D．在和時間內(nèi)，電容器被充電【答案】D【解析】A．在b、d兩時刻，電量為零，故電場能為零，故電流最大，A正確；B．在a→b時間內(nèi)，電荷量減小，電場能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿?，B正確；C．a(chǎn)、c時刻，電荷量最大，此時電場能最大，磁場能為零，C正確；D．在O→a時間內(nèi)，電荷量在增加，故電容器被充電；而c→d時刻，電荷量在減小，電容器在放電，D錯誤。故選D。6、某時刻振蕩電路的自感線圈L中的電流產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向如圖所示．下列說法正確的是（）A．若電容器上極板帶正電，則電容器正在放電B．若電容器上極板帶負(fù)電，則線圈中的電流正在增大C．若磁場正在增強(qiáng)，則電容器兩極板間的電場強(qiáng)度正在增大D．若磁場正在減弱，則線圈的自感電動勢正在減小【答案】A【解析】A．根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可知，回路中的電流為逆時針方向，則若電容器上極板帶正電，則電容器正在放電，選項A正確；B．若電容器上極板帶負(fù)電，則電容器正在充電，則線圈中的電流正在減小，選項B錯誤；C．若磁場正在增強(qiáng)，則回路中電流正在變大，電容器在放電，即電容器兩極板間的電場強(qiáng)度正在減小，選項C錯誤；D．若磁場正在減弱，則回路中電流正在變小，電容器在充電，電流減小的越來越快，則線圈的自感電動勢正在增加，選項D錯誤。故選A。7、收音機(jī)的調(diào)諧（選臺）回路是一個LC振蕩電路，一般是由固定的線圈和可變電容器組成的。所以收音機(jī)的“選臺”往往采用只改變電容的方式選擇收聽不同播音頻率的電臺。某收音機(jī)在收聽頻率為f的電臺時可變電容器的電容為C0，那么當(dāng)收聽頻率為2f的電臺時，該可變電容器的電容為（）A． B． C． D．【答案】D【解析】由題意，根據(jù)LC電路頻率公式可得解得故選D。8、關(guān)于電磁場與電磁波的描述，正確的是（）A．變化的電場產(chǎn)生變化的磁場B．光是以波動形式傳播的一種電磁振動C．電磁波與機(jī)械波一樣可以是橫波也可以是縱波D．無線電波必須借助電視機(jī)、收音機(jī)、等工具才能傳播【答案】B【解析】A．只有周期性變化的電（磁）場才能產(chǎn)生周期性變化的磁（電）場；均勻變化的磁場只能產(chǎn)生恒定的電場；而均勻變化的電場只能產(chǎn)生恒定的磁場，A錯誤；B．電磁波是電磁場的傳播，光是以波動形式傳播的一種電磁振動，電磁波的傳播速度等于光速，B正確；C．電磁波的傳播方向與振動方向相互垂直，電磁波是橫波，C錯誤；D．無線電波傳播不需要介質(zhì)，D錯誤。故選B。9、下列說法中正確的是（）A．在電場周圍一定存在磁場 B．電磁波與機(jī)械波的傳播都需要介質(zhì)C．電磁波在真空中的速度為3×108m/s D．電磁場理論是物理學(xué)家法拉第建立的【答案】C【解析】A．變化的電場周圍存在磁場，故A錯誤；B．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，但機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，故B錯誤；C．電磁波在真空中的速度等于光速為3×108m/s，故C正確；D．電磁場理論是物理學(xué)家麥克斯韋建立的，D錯誤。故選C。10、關(guān)于機(jī)械波與電磁波，下列說法中錯誤的是（）A．機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，電磁波的傳播不需要介質(zhì)B．麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲第一次用實驗證實電磁波的存在C．變化的磁場周圍產(chǎn)生的電場一定時變化的D．電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象【答案】C【解析】A．機(jī)械波不能在真空中傳播，機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，電磁波可以在真空中傳播，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，故A正確，不符合題意；B．麥克斯韋提出電磁理論并預(yù)言了電磁波的存在，1884年，赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在，故B正確，不符合題意；C．均勻變化的磁場一定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，故C錯誤，符合題意；D．電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象以及多普勒效應(yīng)，故D正確，不符合題意。11、關(guān)于電磁場理論和電磁波，下列說法正確的是（

）A．電磁波是縱波B．電磁波的傳播不需要介質(zhì)C．均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場D．麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，并用實驗驗證了電磁波的存在【答案】B【解析】A．由電磁波產(chǎn)生的原理可知，電磁波是橫波，A錯誤；B．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，B正確；C．均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場，C錯誤；D．麥克斯韋提出了電磁場理論，預(yù)言了電磁波，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，D錯誤。12、下列說法中正確的是（）A．電磁波傳播時需要介質(zhì)，故它不能在真空中傳播B．變化的磁場一定可以產(chǎn)生變化的電場C．周期性變化的磁場一定可以產(chǎn)生變化的電場D．電磁波是縱波，電場強(qiáng)度的方向與電磁波的傳播方向平行【答案】C【解析】A．電磁波傳播時不需要介質(zhì)，電磁波可以在真空中傳播，A錯誤；B．據(jù)麥克斯韋電磁場理論，變化的磁場可以產(chǎn)生電場，均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場，B錯誤；C．周期性變化的磁場可以產(chǎn)生周期性變化的電場，C正確；D．電磁波在傳播過程中，電場強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度互相垂直且與電磁波的傳播方向垂直，電磁波是橫波。故D錯誤。13、某時刻LC振蕩電路自感線圈L中電流產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向如圖所示。下列說法正確的是（）A．若電容器正在放電，電容器上極板帶正電B．若電容器正在充電，線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度也在增大C．若磁場正在增強(qiáng)，電容器兩極板間的電場強(qiáng)度也在增大D．若磁場正在減弱，則電場能也在減小【答案】A【解析】A．若電容器正在放電，電路中電流減小，線圈中磁通量減小，根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可知，回路中的電流為逆時針方向，則電容器上極板帶正電，故A正確；B．若電容器正在充電，磁場能轉(zhuǎn)化