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1、11 電磁振蕩2 電磁場和電磁波 學習目標 1.了解振蕩電流、LC回路中振蕩電流的產生過程，會求LC回路的周期與頻率.2.了解阻尼振蕩和無阻尼振蕩.3.了解麥克斯韋電磁理論的基礎內容以及在物理學發(fā)展史上的意義.4.了解電磁波的基本特點及其發(fā)展過程，通過電磁波體會電磁場的物理性質.一、電磁振蕩1.振蕩電流：大小和方向都隨時間做周期性迅速變化的電流.2.振蕩電路：能夠產生振蕩電流的電路.3.LC振蕩電路及充、放電過程(1)LC振蕩電路：由線圈L和電容器C組成的電路，是最簡單的振蕩電路.(2)電容器放電：由于電感線圈對交變電流的阻礙作用，放電電流不能立即達到最大值，而是由零逐漸增大，線圈產生的磁場逐

2、漸增強，電容器里的電場逐漸減弱，電場能逐漸轉化為磁場能.放電完畢后，電場能全部轉化為磁場能.(3)電容器充電：電容器放電完畢，由于線圈的自感作用，電流并不立即消失，仍保持原來的方向繼續(xù)流動，電容器被反向充電.在這個過程中，線圈的磁場逐漸減弱，電容器里的電場逐漸增強，磁場能逐漸轉化為電場能，充電完畢時，磁場能全部轉化為電場能.4.無阻尼振蕩和阻尼振蕩(1)無阻尼振蕩：如圖1 所示，如果沒有能量損失，振蕩電流的振幅永遠保持不變的電磁振蕩.圖 1(2)阻尼振蕩：如圖2 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 2 2二、電磁振蕩的周期和頻率1.周期：電磁振蕩完成一次周期

3、性變化需要的時間.頻率：1s 內完成的周期性變化的次數(shù).2.固有周期和頻率振蕩電路里發(fā)生無阻尼振蕩時的周期和頻率叫做振蕩電路的固有周期、固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率.3.LC振蕩電路的周期T和頻率f跟電感線圈的電感L和電容器的電容C的關系是T2LC、f12LC.三、麥克斯韋電磁理論的兩個基本假設1.變化的磁場能夠在周圍空間產生電場(1)磁場隨時間變化快，產生的電場強；(2)磁場隨時間的變化不均勻時，產生變化的電場；(3)穩(wěn)定的磁場周圍不產生電場.2.變化的電場能夠在周圍空間產生磁場.(1)電場隨時間變化快，則產生的磁場強；(2)電場隨時間的變化不均勻，產生變化的磁場；(3)穩(wěn)定的電場周圍

4、不產生磁場.四、電磁場和電磁波1.電磁場變化的電場和變化的磁場交替產生，形成的不可分割的統(tǒng)一體.2.電磁波的產生：由變化的電場和磁場交替產生而形成的電磁場是由近及遠傳播的，這種變化的電磁場在空間的傳播稱為電磁波.3.麥克斯韋在1865 年從理論上預見了電磁波的存在，1888 年物理學家赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在.赫茲還運用自己精湛的實驗技術測定了電磁波的波長和頻率，得到了電磁波的傳播速度，證實了這個速度等于光速.4.電磁波的波長、波速v和周期T、頻率f的關系：vTvf.5.電磁波在真空中的傳播速度vc3108m/s.3 即學即用 1.判斷下列說法的正誤.(1)LC振蕩電路的電容器放電完

5、畢時，回路中磁場能最小，電場能最大.()(2)要提高LC振蕩電路的振蕩頻率，可以減小電容器極板的正對面積.()(3)在變化的磁場周圍一定會產生變化的電場.()(4)電磁波是橫波.()2.在LC振蕩電路中，電容器C帶的電荷量q隨時間t變化的圖像如圖3 所示.1 106s 到2106s 內，電容器處于(填“充電”或“放電”)過程，由此產生的電磁波的波長為m.圖 3 答案充電1200 一、電磁振蕩的產生 導學探究 如圖 4 所示，將開關S擲向 1，先給電容器充電，再將開關擲向2.圖 4(1)在電容器通過線圈放電過程中，線圈中的電流怎樣變化？電容器的電場能轉化為什么形式的能？(2)在電容器反向充電過程

6、中，線圈中電流如何變化？電容器和線圈中的能量是如何轉化的？(3)線圈中自感電動勢的作用是什么？答案(1)電容器放電過程中，線圈中的電流逐漸增大，電容器的電場能轉化為磁場能.(2)電容器反向充電過程中，線圈中電流逐漸減小，線圈中的磁場能轉化為電容器的電場能.(3)線圈中電流變化時，產生的自感電動勢阻礙電流的變化.知識深化 振蕩過程各物理量的變化規(guī)律4項目過程電荷量q電場強度E電勢差U電場能電流i 磁感應強度B磁場能0T4電容器放電減少減小減小減少增大增大增加tT4時刻0000最大最大最大T4T2反向充電增加增大增大增加減小減小減少tT2時刻最大最大最大最大000 T23T4反向放電減少減小減小減

7、少增大增大增加t3T4時刻0000最大最大最大3T4T 電容器充電增加增大增大增加減小減小減少例 1(多選)如圖 5 所示，L為一電阻可忽略的線圈，D為一燈泡，C為電容器，開關S處于閉合狀態(tài)，燈泡D正常發(fā)光，現(xiàn)突然斷開S，并開始計時，能正確反映電容器a極板上電荷量q及LC回路中電流i(規(guī)定順時針方向為正)隨時間變化的圖像是(圖中q為正值表示a極板帶正電)()圖 5 5答案BC 解析S 斷開前，電容器C斷路，線圈中電流從上到下，電容器不帶電；S斷開時，線圈L中產生自感電動勢，阻礙電流減小，給電容器C充電，此時LC回路中電流i沿順時針方向(正向)最大；給電容器充電過程，電容器帶電荷量最大時(a板帶

8、負電)，線圈L中電流減為零.此后，LC回路發(fā)生電磁振蕩形成交變電流.綜上所述，選項B、C正確.LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法1.根據電流流向判斷：當電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉化，處于充電過程；反之，當電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉化，處于放電過程.2.根據物理量的變化趨勢判斷：當電容器的電荷量q(電壓U、場強E、電場能EE)增大或電流i(磁感應強度B、磁場能EB)減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程.3.根據能量判斷：電場能增加時，充電；磁場能增加時，放電.例 2(多選)LC振蕩電路中，某時刻的磁場方向如圖6 所示，則()圖 6

9、A.若磁場正在減弱，則電容器正在充電，電流由b向aB.若磁場正在減弱，則電場能正在增加，電容器上極板帶負電C.若磁場正在增強，則電場能正在減少，電容器上極板帶正電D.若磁場正在增強，則電容器正在充電，電流方向由a向b答案ABC 解析若磁場正在減弱，則電流在減小，是充電過程，根據安培定則可確定電流由b向a，電場能增加，上極板帶負電，故選項A、B正確；若磁場正在增強，則電流在增大，是放電過程，電場能正在減小，根據安培定則，可判斷電流由b向a，上極板帶正電，故選項C正確，D錯誤.二、電磁振蕩的周期和頻率1.由公式T2LC、f12LC可知T、f取決于L、C，與極板所帶電荷量、兩板間電壓無關.62.L、

10、C的決定因素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CrS4kd可知，與電介質的介電常數(shù)r、極板正對面積S及板間距離d有關.例 3要想增大LC振蕩電路中產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LC振蕩電路中產生的振蕩電流的頻率f12LC，要想增大頻率，應該減小電容C，減小線圈的電感L，再根據CrS4kd，增大電容器兩極板的間距，電容減小，所以A正確；升高電容器的充電電壓，電容不變，B錯誤；增加線圈的匝數(shù)、在線圈中插入鐵芯，電感L增大，故C、D錯誤.三、麥克斯韋電

11、磁場理論 導學探究 (1)電子感應加速器就是用來獲得高速電子的裝置，其基本原理如圖7 所示，上、下為電磁鐵的兩個磁極，磁極之間有一個環(huán)形真空室，電磁鐵線圈中通入變化的電流，真空室中的帶電粒子就會被加速，其速率會越來越大.請思考：帶電粒子受到什么力的作用而被加速？如果線圈中通以恒定電流會使粒子加速嗎？這個現(xiàn)象告訴我們什么道理？圖 7(2)用導線將手搖發(fā)電機與水平放置的平行板電容器兩極相連，平行板電容器兩極板間的距離為 4cm左右，在下極板邊緣放上幾個帶絕緣底座的可轉動小磁針，當搖動發(fā)電機給電容器充電或放電時，小磁針發(fā)生轉動，充電結束或放電結束后，小磁針靜止不動.請思考：小磁針受到什么力的作用而轉

12、動？這個現(xiàn)象告訴我們什么道理？答案(1)帶電粒子受到電場力作用做加速運動.線圈中通入恒定電流時，帶電粒子不會被加速.變化的磁場能產生電場.(2)小磁針受到磁場力的作用而轉動.變化的電場可以產生磁場.知識深化 對麥克斯韋電磁場理論的理解(1)變化的磁場產生電場7均勻變化的磁場產生恒定的電場.非均勻變化的磁場產生變化的電場.周期性變化的磁場產生同頻率的周期性變化的電場.(2)變化的電場產生磁場均勻變化的電場產生恒定的磁場.非均勻變化的電場產生變化的磁場.周期性變化的電場產生同頻率的周期性變化的磁場.例 4某電路中電場隨時間變化的圖像如下列各圖所示，能產生電磁場的是()答案D 解析圖 A中電場不隨時

13、間變化，不會產生磁場；圖 B和圖 C中電場都隨時間做均勻的變化，只能在周圍產生恒定的磁場，也不會產生和發(fā)射電磁波；圖 D中電場隨時間做不均勻的變化，能在周圍空間產生變化的磁場，而這個磁場的變化也是不均勻的，又能產生變化的電場，從而交織成一個不可分割的統(tǒng)一體，即形成電磁場.四、電磁波 導學探究 如圖 8 所示是赫茲證明電磁波存在的實驗裝置，當接在高壓感應圈上的兩金屬球間有電火花時，檢波器上兩銅球間也會產生電火花，這是為什么？這個實驗證實了什么問題？圖 8 答案當A、B兩金屬球間產生電火花時就會產生變化的電磁場，這種變化的電磁場傳播到檢波器時，它在檢波器中激發(fā)出感應電動勢，使檢波器上兩銅球間也會產

14、生電火花.這個實驗證實了電磁波的存在.知識深化 電磁波與機械波的比較機械波電磁波研究對象力學現(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度E和磁感應強度B隨時間和空間做周期性變化傳播情況傳播需要介質，波速與介質傳播無需介質，在真空中波速等于光速c，8有關，與頻率無關在介質中傳播時，波速與介質和頻率都有關產生機理由質點(波源)的振動產生由電磁振蕩激發(fā)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)生干涉和衍射例 5(多選)以下關于機械波與電磁波的說法中，正確的是()A.機械波和電磁波，本質上是一致的B.機械波的波速只與介質有關，而電磁波在介質中的波速不僅與介質有關，而且與電磁波

15、的頻率有關C.機械波可能是縱波，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)象答案BCD 解析機械波由波源的振動產生；電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產生，機械波是能量波，傳播需要介質，速度由介質決定，電磁波是物質波，波速由介質和自身的頻率共同決定；機械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象，故選項B、C、D正確.1.(電磁振蕩)如圖 9 所示的LC振蕩電路中，已知某時刻電流i的方向如圖所示，且正在增大，則此時()圖 9 A.A板帶正電B.線圈L兩端電壓在增大C.電容器C正在充電D.電場能正在轉化為磁場能答案D 解析電路中的電流正在增大

16、，說明電容器正在放電，選項C錯誤；電容器放電時，電流從帶正電的極板流向帶負電的極板，則A板帶負電，選項 A錯誤；電容器放電，電容器兩板間的電壓減小，線圈兩端的電壓減小，選項B錯誤；電容器放電，電場能減小，電流增大，磁9場能增大，電場能正在轉化為磁場能，選項D正確.2.(電磁振蕩的周期和頻率)在LC振蕩電路中，電容器放電時間的長短決定于()A.充電電壓的大小B.電容器帶電荷量的多少C.放電電流的大小D.電容C和電感L的數(shù)值答案D 解析電容器放電一次經歷四分之一個周期，而周期T2LC，T是由振蕩電路的電容C和電感L決定的，與充電電壓、帶電荷量、放電電流等無關.故選 D.3.(麥克斯韋電磁場理論)下

17、列說法中正確的是()A.任何變化的磁場都要在周圍空間產生變化的電場，振蕩磁場在周圍空間產生同頻率的振蕩電場B.任何電場都要在周圍空間產生磁場，振蕩電場在周圍空間產生同頻率的振蕩磁場C.任何變化的電場都要在周圍空間產生磁場，振蕩電場在周圍空間產生同頻率的振蕩磁場D.電場和磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場答案C 解析根據麥克斯韋電磁場理論，如果電場(磁場)的變化是均勻的，產生的磁場(電場)是恒定的；如果電場(磁場)的變化是不均勻的，產生的磁場(電場)是變化的；振蕩電場(磁場)在周圍空間產生同頻率的振蕩磁場(電場)；周期性變化的電場和周期性變化的磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可

18、分割的統(tǒng)一體，即電磁場.故選 C.4.(電磁波的特點)(多選)下列關于電磁波的說法中，正確的是()A.電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播B.電磁波在任何介質中的傳播速度均為3.0 108m/s C.電磁波由真空進入介質傳播時，波長將變短D.只要空間中某個區(qū)域有變化的電場或變化的磁場，就能產生電磁波答案AC 解析電磁波在真空中的傳播速度為光速c3.0 108m/s，且cf，從一種介質進入另一種介質，頻率不變，但速度、波長會變化.電磁波仍具有波的特征，電磁波只有在真空中的速度才為3.0 108m/s，在其他介質中的傳播速度小于3.0 108m/s.只有交變的電場和磁場才能產生電磁波.一、選擇題1

19、0考點一電磁振蕩1.(多選)在LC振蕩電路中，若某個時刻電容器極板上的電荷量正在增加，則()A.電路中的電流正在增大B.電路中的電場能正在增加C.電路中的電流正在減小D.電路中的電場能正在向磁場能轉化答案BC 解析電荷量增加，電容器充電，電場能增加，磁場能減小，電流減小.故選 B、C.2.(多選)LC振蕩電路中電容器兩端的電壓U隨時間t變化的關系圖像如圖1 所示，則()圖 1 A.在t1時刻，電路中的電流最大B.在t2時刻，電路中的磁場能最多C.在t2至t3的過程中，電路中的電場能不斷增加D.在t3至t4的過程中，電容器帶的電荷量不斷增加答案BC 解析t1時刻電容器兩端電壓最高，電路中振蕩電流

20、為零，t2時刻電容器兩端電壓為零，電路中振蕩電流最大，磁場能最多，故選項A 錯誤，選項B 正確；在t2至t3的過程中，由題圖可知，電容器兩極板間電壓增大，必有電場能增加，選項C正確；而在t3至t4的過程中，電容器兩極板間電壓減小，電容器帶的電荷量不斷減少，選項D錯誤.3.(多選)在如圖 2 甲所示的LC振蕩電路中，通過P點的電流隨時間變化的圖線如圖乙所示，若把通過P點向右的電流規(guī)定為i的正方向，則()圖 2 A.0 至 0.5ms 內，電容器C正在充電B.0.5ms 至 1ms內，電容器上極板帶正電C.在 1ms至 1.5ms 內，Q點比P點電勢高D.在 1.5ms 至 2ms內，磁場能在減少

21、答案CD 解析由題圖乙知0 至 0.5 ms 內i在增大，電容器正在放電，A錯誤；0.5 ms 至 1 ms 內，11電流在減小，應為充電過程，電流方向不變，電容器上極板帶負電，B錯誤；在 1 ms至 1.5 ms內，為放電過程，電流方向改變，Q點比P點電勢高，C正確；在1.5 ms 至 2 ms內為充電過程，磁場能在減少，D正確.考點二電磁振蕩的周期和頻率4.某LC電路的振蕩頻率為520kHz，為能提高到1040kHz，以下說法正確的是()A.調節(jié)可變電容，使電容增大為原來的4 倍B.調節(jié)可變電容，使電容減小為原來的14C.調節(jié)電感線圈，使線圈匝數(shù)增加到原來的4 倍D.調節(jié)電感線圈，使線圈電

22、感變?yōu)樵瓉淼?2答案B 解析由振蕩頻率公式f12LC可知，要使頻率提高到原來的2 倍，則可以減小電容使之變?yōu)樵瓉淼?4，或減小電感使之變?yōu)樵瓉淼?4，故 B正確，A、C、D錯誤.5.(多選)電子鐘是利用LC振蕩電路來工作計時的，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電子鐘每天要慢30s，造成這一現(xiàn)象的原因可能是()A.電池用久了B.振蕩電路中電容器的電容大了C.振蕩電路中線圈的電感大了D.振蕩電路中電容器的電容小了答案BC 解析電子鐘變慢，說明LC回路的振蕩周期變大，根據公式T2LC可知，振蕩電路中電容器的電容變大或線圈的電感變大都會導致振蕩電路的振蕩周期變大.故選 B、C.6.(多選)為了測量儲罐中不導電液體的高度，將與儲

23、罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構成的電容器C置于儲罐中，電容器可通過開關S與線圈L或電源相連，如圖3 所示.當開關從a撥到b時，由L與C構成的電路中產生周期T2LC的振蕩電流.當罐中的液面上升時()圖 3 12A.電容器的電容減小B.電容器的電容增大C.LC電路的振蕩頻率減小D.LC電路的振蕩頻率增大答案BC 解析當罐中液面上升時，電容器兩極板間的介電常數(shù)變大，則電容器的電容C增大，根據T2LC，可知LC電路的振蕩周期T增大，又f1T，所以振蕩頻率減小，故選項B、C正確，A、D錯誤.考點三麥克斯韋電磁場理論7.(多選)根據麥克斯韋電磁場理論，以下敘述中正確的是()A.教室中亮著的日光燈周圍空間必有

24、磁場和電場B.打點計時器工作時周圍必有磁場和電場C.恒定的電場產生恒定的磁場，恒定的磁場激發(fā)恒定的電場D.電磁波在傳播過程中，電場方向、磁場方向和傳播方向三者互相垂直答案ABD 8.在下圖所示的四種磁場情況中能產生恒定的感應電場的是()答案C 解析A中磁場不變，則不會產生電場，故A錯誤；B中磁場方向變化，但大小不變，不會產生恒定的電場，故B錯誤；C中磁場隨時間均勻變化，則會產生恒定的電場，故C正確；D中磁場隨時間做非均勻變化，則會產生非均勻變化的電場，故D錯誤.9.(多選)根據麥克斯韋電磁場理論，變化的磁場可以產生電場.當產生的電場的電場線如圖4 所示時，可能是()圖 4 A.向上方向的磁場在

25、增強B.向上方向的磁場在減弱13C.向上方向的磁場先增強，然后反向減弱D.向上方向的磁場先減弱，然后反向增強答案BD 解析在電磁感應現(xiàn)象的規(guī)律中，當一個閉合電路中通過它的磁通量發(fā)生變化時，電路中就有感應電流產生，電路中并沒有電源，電流的產生是由于磁場的變化造成的.麥克斯韋把以上的觀點推廣到不存在閉合電路的情況，即變化的磁場產生電場.判斷電場與磁場變化的關系仍可利用楞次定律，只不過是用電場線方向代替了電流方向.向上方向的磁場減弱時，感應電流的磁場阻礙原磁場的減弱而方向向上，根據安培定則知感應電流方向如題圖中E的方向所示，選項A錯誤，B正確.同理，當磁場反向即向下的磁場增強時，也會得到如題圖中E的

26、方向，選項C錯誤，D正確.考點四電磁波10.(多選)以下關于電磁波的說法中正確的是()A.只要電場或磁場發(fā)生變化，就能產生電磁波B.電磁波傳播需要介質C.赫茲用實驗證實了電磁波的存在D.電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨有能量向外傳遞的答案CD 解析如果電場(或磁場)是均勻變化的，產生的磁場(或電場)是恒定的，就不能再產生新的電場(或磁場)，也就不能產生電磁波；電磁波不同于機械波，它的傳播不需要介質；赫茲用實驗證實了電磁波的存在；電磁波具有能量，它的傳播是伴隨有能量傳遞的.故選 C、D.11.關于電磁波，下列敘述中正確的是()A.電磁波在真空中的傳播速度遠小于真空中的光速B.電磁波可以發(fā)生衍射

27、現(xiàn)象C.電磁波和機械波一樣依賴于介質傳播D.隨著科技的發(fā)展，可以實現(xiàn)利用機械波從太空向地球傳遞信息答案B 解析電磁波在真空中的傳播速度等于真空中的光速，故 A錯誤；電磁波屬于波的一種，能夠發(fā)生衍射現(xiàn)象等波特有的現(xiàn)象，故 B正確；電磁波能在真空中傳播，而機械波依賴于介質傳播，不能在真空中傳播，故C、D錯誤.12.聲吶(水聲測位儀)向水中發(fā)出的超聲波遇到障礙物(如魚群、潛水艇、礁石等)后被反射，測出從發(fā)出超聲波到接收到反射波的時間及方向，即可測算出障礙物的方位；雷達則向空中發(fā)射電磁波，遇到障礙物后被反射，同樣根據發(fā)射電磁波到接收到反射波的時間及方向，即可測算出障礙物的方位.超聲波與電磁波相比較，下

28、列說法正確的有()A.超聲波與電磁波傳播時，都向外傳遞了能量14B.這兩種波都既可以在介質中傳播，也可以在真空中傳播C.在空氣中傳播的速度與在其他介質中傳播的速度相比較，這兩種波在空氣中傳播時均具有較大的傳播速度D.這兩種波傳播時，在一個周期內均向前傳播了兩個波長答案A 二、非選擇題13.(電磁振蕩的周期和頻率)如圖 5 所示，LC振蕩電路中振蕩電流的周期為210 2s，自振蕩電流沿逆時針方向達到最大值時開始計時，當t 3.4 102s 時，電容器正處于(填“充電”“放電”“充電完畢”或“放電完畢”)狀態(tài).這時電容器的上極板(填“帶正電”“帶負電”或“不帶電”).圖 5 答案充電帶正電解析根據

29、題意畫出此LC電路的振蕩電流隨時間的變化圖像如圖所示.結合圖像，t3.4 102 s 時刻設為圖像中的P點，則該時刻正處于反向電流減小的過程，所以電容器正處于反向充電狀態(tài)，上極板帶正電.14.(電磁振蕩的周期和頻率)LC振蕩電路的電容C556pF，電感L1mH，若能向外發(fā)射電磁波，則其周期是多少？電容器極板所帶電荷量從最大變?yōu)榱?，經過的最短時間是多少？答案4.68 106s 1.17 106s 解析T2LC23.14 110 35561012 s 4.68 10 6 s LC振蕩電路周期即其發(fā)射的電磁波周期，電容器極板上所帶電荷量由最大變?yōu)榱悖涍^的最短時間為T4，則tT41.17 106 s.