浙江省2018-2019版高中物理 第十四章 电磁波（课件+学案）（打包6套）新人教版选修3-4.zip

1第十四章 电磁波章末整合提升1第 1 课时 电磁波的发现 电磁振荡[研究选考·把握考情]考试要求知识内容电磁波的发现加试 a教学要求1.知道麦克斯韦预言了电磁波，说出麦克斯韦电磁理论的两个基本假设2.知道电磁波的传播不需要介质3.知道电磁波是横波，传播的速度等于光速，光是一种电磁波4.知道赫兹用实验证实了电磁波的存在5.了解麦克斯韦、赫兹对电磁学发展所做的巨大贡献6.认识电磁波的物质性7.了解电磁波和机械波的区别8.知道变化的电场与变化的磁场相互激发产生了电磁波9.体会电磁波研究过程中的科学思想方法说明 不要求理解“变化的电场相当于一种电流”考试要求知识内容电磁振荡加试 c教学要求1.知道 LC 振荡电路的组成，知道振荡电流是一种交变电流。2.知道振荡过程中电感线圈和电容器的作用。3.了解 LC 振荡电路的振荡周期(频率)与电感 、电容的关系。4.会用传感器观察振荡电流随时间变化的规律。5.了解振荡过程中的能量转化及损失情况。6.了解电容器极板上电荷量、电路中电流、电压的变化情况。7.会用 LC 振荡电路的周期、频率公式进行简单的计算。说明 不要求知道等幅振荡的概念及等幅振荡电路补充能量的方法。知识点一 电磁波的发现[基 础 梳 理]1.伟大的预言2(1)麦克斯韦电磁场理论的基本观点：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。(2)如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成了电磁波。2.电磁波(1)根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。(2)电磁波在真空中传播的速度等于光速 c，麦克斯韦指出了光的电磁本质。3.赫兹的电火花赫兹做了一系列的实验，观察到了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。并通过测量证明，电磁波在真空中具有与光相同的速度。这样，赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波。[即 学 即 练]1.关于电磁场理论，下列说法正确的是( )A.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场解析 根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场。答案 D2.下列关于电磁波的说法，正确的是( )A.电磁波只能在真空中传播B.电场随时间变化时一定产生电磁波C.做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在解析 电磁波是电磁场这种物质在空间的传播，它既可在真空中传播，也可在介质中传播，A 错误；当电场随时间均匀变化时产生稳定的磁场，稳定的磁场不能再产生电场，故也就不能形成电磁波，B 错误；做变速运动的电荷产生变化的磁场，变化的磁场在其周围空间产生变化的电场……电场、磁场交替产生，向外传播的过程就形成了电磁波，C 正确；麦3克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，D 错误。答案 C知识点二 电磁振荡[基 础 梳 理]1.电磁振荡的产生(1)振荡电流和振荡电路①振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。②振荡电路：产生振荡电流的电路。最简单的振荡电路为 LC 振荡电路。(2)电磁振荡的过程放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大，电容器极板上的电荷逐渐减少，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能，振荡电流逐渐增大，放电完毕，电流达到最大，电场能全部转化为磁场能。充电过程：电容器放电完毕后，由于线圈的自感作用，电流保持原来的方向逐渐减小，电容器将进行反向充电，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能，振荡电流逐渐减小，充电完毕，电流减小为零，磁场能全部转化为电场能。此后，这样充电和放电的过程反复进行下去。2.电磁振荡的周期和频率(1)电磁振荡的周期 T：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。(2)电磁振荡的频率 f：1 s 内完成的周期性变化的次数。(3)LC 电路的周期 T、频率 f 与自感系数 L、电容 C 的关系是 T＝2π 、 f＝ 。LC12π LC4[要 点 精 讲]要点 1 电磁波与机械波的比较1.电磁波和机械波的共同点(1)二者都能产生干涉和衍射。(2)二者在不同介质中传播时频率不变。(3)二者都满足波的公式 v＝ ＝ λf 。λ T2.电磁波和机械波的区别(1)二者本质不同电磁波是电磁场的传播，机械波是质点机械振动的传播。(2)传播机理不同电磁波的传播机理是电磁场交替感应，机械波的传播机理是质点间的机械作用。(3)电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质。(4)电磁波是横波，机械波既有横波又有纵波，甚至有的机械波同时有横波和纵波，例如地震波。【例 1】 以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是( )A.机械波和电磁波，本质上是一致的B.机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关C.机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D.它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象解析 机械波由振动产生；电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生，机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定，电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，故选项 B、C、D 正确。答案 BCD要点 2 电磁振荡中各物理量的变化情况如图 1 所示5图 1【例 2】 某时刻 LC 振荡电路的状态如图 2 所示，则此时刻( )图 2A.振荡电流 i 在减小B.振荡电流 i 在增大C.电场能正在向磁场能转化D.磁场能正在向电场能转化解析 题图中电容器上极板带正电荷，图中给出的振荡电流方向，说明负电荷向下极板聚集，所以电容器正在充电，电容器充电的过程中，电流减小，磁场能向电场能转化，所以选项 A、D 正确。答案 AD名师点睛 在电磁振荡中各物理量变化是有规律的，我们要熟悉各物理量变化的特点，特别抓住关键的电量和电流的变化。电量变大、电场强度、电场能变大；电流则变小，磁感应强度、磁场能变小。判断出充、放电情况是解决问题的关键。1.下列说法中正确的是( )A.任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振6荡电场B.任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场C.任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场D.电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场解析 根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是稳定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场。故选项 C 正确。答案 C2.用麦克斯韦的电磁场理论判断，图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图象是( )解析 A 图中的左图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，A 图错误；B 图中的左图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，右图的磁场应是稳定的，所以 B 图错误；C 图中的左图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差 ，C 图正确，D 图错误。π 2答案 C3.手机 A 的号码为 12345670002，手机 B 的号码为 12345670008，用手机 A 拨打手机 B 时，手机 B 发出响声并且显示屏上显示手机 A 的号码为 12345670002。若将手机 A 置于一透明真空罩中，用手机 B 拨打手机 A，则手机 A( )A.发出响声，并显示 B 的号码为 12345670008B.不发出响声，但显示 B 的号码为 12345670008C.不发出响声，但显示 B 的号码为 12345670002D.既不发出响声，也不显示号码解析 电磁波可以在真空中传播，而声波的传播则需要介质，当手机 B 拨打手机 A 时( A 置于一透明真空罩中)， A 能显示 B 的号码，不能发出响声，即选项 B 正确。7答案 B4.在 LC 回路中，电容器两端的电压随时间 t 变化的关系如图 3 所示，则( )图 3A.在时刻 t1，电路中的电流最大B.在时刻 t2，电路中的磁场能最大C.从时刻 t2至 t3，电路的电场能不断增大D.从时刻 t3至 t4，电容器的带电荷量不断增大解析 电磁振荡中的物理量可分为两组：①电容器带电量 q，极板间电压 u，电场强度 E 及电场能为一组；②自感线圈中的电流 i，磁感应强度 B 及磁场能为一组。同组量的大小变化规律一致，同增同减同为最大或为零。异组量的大小变化规律相反，若 q、 E、 u 等量按正弦规律变化，则 i、 B 等量必按余弦规律变化。根据上述分析由题图可以看出，选项A、D 正确。答案 AD 选择题(在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。)1.建立了完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是( )A.法拉第 B.奥斯特 C.赫兹 D.麦克斯韦解析 麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，选项 D 正确。答案 D2.按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法正确的是( )A.恒定的电场周围一定产生恒定的磁场，恒定的磁场周围一定产生恒定的电场B.变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场D.正弦规律变化的电场周围产生余弦规律变化的磁场，正弦规律变化的磁场周围产生余弦规律变化的电场答案 D83.下列说法中正确的是( )A.电磁波只能在真空中传播B.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在C.电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波D.频率为 750 kHz 的电磁波在真空中传播时，其波长为 400 m解析 电磁波不仅可以在真空中传播，还可以在介质中传播，选项 A 错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，选项 B 错误；电磁场的传播就是电磁波，选项 C 正确；频率为 750 kHz 的电磁波的波长为 λ ＝ ＝ m＝400 cf 3.0×108750×103m，选项 D 正确。答案 CD4.当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长将( )A.不变 B.增大 C.减小 D.无法确定解析 电磁波的波长为 λ ＝ ，频率减小，波长增大，选项 B 正确。cf答案 B5.有关电磁波和声波，下列说法正确的是( )A.电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B.由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大C.电磁波是横波，声波也是横波D.由空气进入水中传播时，电磁波的波长变短，声波的波长变长解析 电磁波本身就是一种物质，它的传播不需要介质，而声波的传播需要介质，故选项A 正确；电磁波由空气进入水中时，传播速度变小，但声波在水中的传播速度比其在空气中大，故选项 B 正确；电磁波的传播方向与 E、 B 的方向都垂直，是横波，而声波是纵波，故选项 C 错误；电磁波由空气进入水中传播时，波速变小，波长变短，而声波由空气进入水中传播时，波速变大，波长变长，故选项 D 正确。答案 ABD6.关于 LC 振荡电路中电容器两极板上的电荷量，下列说法正确的是( )A.电荷量最大时，线圈中振荡电流也最大B.电荷量为零时，线圈中振荡电流最大C.电荷量增大的过程中，电路中的磁场能转化为电场能9D.电荷量减少的过程中，电路中的磁场能转化为电场能解析 电容器电荷量最大时，振荡电流为零，A 错误；电荷量为零时，放电结束，振荡电流最大，B 正确；电荷量增大时，磁场能转化为电场能，C 正确；同理可判断 D 错误。答案 BC7.如图 1 所示的 LC 振荡电路中，已知某时刻电流 i 的方向指向 A 板，且正在增大，则此时( )图 1A.A 板带正电B.线圈 L 两端电压在增大C.电容器 C 正在充电D.电场能正在转化为磁场能解析 电路中的电流正在增大，说明电容器正在放电，选项 C 错误；电容器放电时，电流从带正电的极板流向带负电的极板，则 A 板带负电，选项 A 错误；电容器放电，电容器两板间的电压减小，线圈两端的电压减小，选项 B 错误；电容器放电，电场能减少，电流增大，磁场能增大，电场能正在转化为磁场能，选项 D 正确。答案 D8.在 LC 回路中发生电磁振荡时，以下说法正确的是( )A.电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板充满负电荷为止，这一段时间为一个周期B.当电容器放电完毕瞬间，回路中的电流为零C.提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大D.要提高振荡频率，可减小电容器极板间的正对面积解析 电容器某一极板从带最多的正电荷到带最多的负电荷这段时间，电容器完成了放电和反向充电过程，时间为半个周期，A 错误；电容器放电完毕瞬间，电路中电场能最小，磁场能最大，故电路中的电流最大，B 错误；振荡周期仅由电路本身决定，与充电电压等无关，C 错误；提高振荡频率，就是减小振荡周期，可通过减小电容器极板正对面积减小电容 C，达到增大振荡频率的目的，D 正确。答案 D109.在 LC 振荡电路中，用以下的哪种方法可以使振荡频率增大一倍( )A.自感 L 和电容 C 都增大一倍B.自感 L 增大一倍，电容 C 减小一半C.自感 L 减小一半，电容 C 增大一倍D.自感 L 和电容 C 都减小一半解析 据 LC 振荡电路频率公式 f＝ ，当 L、 C 都减小一半时， f 增大一倍，故选项 D12π LC正确。答案 D10.LC 振荡电路中，某时刻的磁场方向如图 2 所示，则( )图 2A.若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由 b 向 aB.若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电C.若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上极板带正电D.若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由 a 向 b解析 若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由 b 向a，电场能增大，上极板带负电，故选项 A、B 正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由 b 向 a，上极板带正电，故选项 C 正确，D 错误。答案 ABC11.如图 3 所示为一个 LC 振荡电路中电流变化的图线，根据图线可判断( )图 3A.t1时刻电感线圈两端电压最大B.t2时刻电容器两板间电压为零11C.t1时刻电路中只有电场能D.t1时刻电容器带电荷量为零答案 D12.如图 4 所示， LC 电路的 L 不变， C 可调，要使振荡的频率从 700 Hz 变为 1 400 Hz，则可以采用的办法有( )图 4A.把电容增大到原来的 4 倍B.把电容增大到原来的 2 倍C.把电容减小到原来的12D.把电容减小到原来的14解析 由题意，频率变为原来的 2 倍，则周期就变为原来的 ，由 T＝2π 知， L 不变，12 LC当 C＝ C0时符合要求。14答案 D13.如图 5 所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆管内，有一直径略小于管内径的带正电的小球，正以速度 v0沿逆时针方向匀速运动(俯视)。若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度 B 随时间成正比例增加的变化磁场，设运动过程中小球的带电荷量不变，那么( )图 5A.小球对玻璃管的压力不断增大B.小球受到的磁场力不断增大C.小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动D.磁场力对小球一直不做功12解析 因为玻璃圆管所在处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电的小球做功。由楞次定律，判断电场方向为顺时针方向(俯视)。在电场力作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，后沿顺时针方向做加速运动。小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力作用；管内壁的弹力 FN和磁场的洛伦兹力 F＝ Bqv，而且两个力的矢量和时刻等于小球做圆周运动的向心力。考虑到小球速度大小的变化和方向的变化以及磁场强弱的变化，弹力 FN和洛伦兹力 F 不一定始终在增大。磁场力始终与圆周运动的线速度方向垂直，所以磁场力对小球不做功。答案 CD