1、1 电磁振荡 2 电磁场和电磁波学习目标 1.了解振荡电流、LC 回路中振荡电流的产生过程，会求 LC 回路的周期与频率.2.了解阻尼振荡和无阻尼振荡.3.了解麦克斯韦电磁理论的基础内容以及在物理发展史上的物理意义.4.了解电磁波的基本特点及其发展过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质一、电磁振荡导学探究 如图 1 所示，将开关 S 掷向 1，先给电容器充电，再将开关掷向 2，从此时起，电容器通过线圈放电，放电过程中，电容器的电场能转化为什么形式的能？线圈中的电流发生变化时，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？当线圈中的电流减小时，是否会对电容器充电？此时线圈中的磁场能转化为什么
2、形式的能？图 1答案 电容器的放电过程中电场能转化为磁场能线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化；线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能知识梳理1振荡电流和振荡电路(1)振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流(2)振荡电路：能够产生振荡电流的电路(3)LC 振荡电路：由线圈 L 和电容器 C 组成的电路，是最简单的振荡电路2电磁振荡过程分析振荡电流图像电路状态时刻 t 0 T4 T2 3T4 T电量 q 最多 0 最多 0 最多电场能 最大 0 最大 0 最大电流 i 0 正向最大 0 反向最大 0磁场能 0 最大 0 最大
3、 03.无阻尼振荡和阻尼振荡(1)无阻尼振荡：如图 2 所示，如果没有能量损失，振荡电流的 振幅永远保持不变的电磁振荡图 2(2)阻尼振荡：如图 3 所示，能量逐渐损耗，振荡电流的振幅 逐渐减小，直到停止振荡的电磁振荡图 3即学即用 判断下列说法的正误(1)LC 振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小()(2)LC 振荡电路的电容器极板上电荷量最多时，电场能最大()(3)LC 振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷一定减少()(4)LC 振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大()二、电磁振荡的周期和频率导学探究 如图 4 所示的电路，(1)如果仅更换自感系数 L 更大的线圈，将开关
4、S 掷向 1，先给电容器充电，再将开关掷向 2，电容器通过线圈放电，线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？由于延缓了振荡电流的变化，振荡周期 T 会怎样变化？图 4(2) 如果仅更换电容 C 更大的电容器，将开关 S 掷向 1，先给电容器充电，电容器的带电荷量是否增大？再将开关掷向 2，电容器通过线圈放电，放电时间是否相应地变长？振荡周期T 是否变长？答案 (1)自感电动势更大，阻碍作用更大，周期变长 (2)带电荷量增大，放电时间变长，周期变长知识梳理1周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间频率：1 s 内完成的周期性变化的次数2固有周期和频率振荡电路里发生无阻尼
5、振荡时的周期和频率叫做振荡电路的固有周期、固有频率，简称振荡电路的周期和频率3LC 振荡电路的周期 T 和频率 f 跟电感线圈的电感 L 和电容器的电容 C 的关系是 T2、f .LC12LC即学即用 判断下列说法的正误(1)LC 振荡电路中，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( )(2)要提高 LC 振荡电路的振荡频率，可以减小电容器极板的正对面积()(3)LC 振荡电路线圈的自感系数增大为原来的 4 倍，振荡周期增大为原来的 2 倍()(4)提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大( )三、麦克斯韦电磁理论导学探究 (1)如图
6、5 甲所示，磁铁相对闭合线圈上下运动时，闭合线圈中的电荷做定向移动，是因为受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电场？如果没有导体，会产生电场吗？(2)如图乙所示，用手摇发电机给电容器充电或电容器放电时，电容器周围的小磁针发生摆动，小磁针受到什么力的作用？这能否说明变化的电场产生了磁场？如果没有小磁针，磁场是否也存在？图 5答案 (1)电荷受到电场力作用做定向移动电场力是由电场施加的，这说明变化的磁场产生了电场如果没有导体，仍会产生电场，与有没有闭合线圈无关(2)小磁针受到磁场力作用而摆动，磁场力是由磁场产生的，这说明变化的电场产生了磁场没有小磁针，磁场仍然存在知识梳理1麦克斯韦电磁理论
7、的两个基本假设(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场如图 6 所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流图 6 图 7(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场，如图 7 所示2均匀变化的磁场产生恒定的电场，振荡变化的磁场产生变化的电场；均匀变化的电场产生恒定的磁场，振荡变化的电场产生变化的磁场3周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，周期性变化的电场又会产生周期性变化的磁场，因此变化的磁场和变化的电场会交替产生，形成不可分离的统一体，即电磁场即学即用 判断下列说法的正误(1)在电场周围，一定存在着和它联系着的磁场( )(2)在变化的电场周围，一定存在着和它联系着的磁场()(3)在磁
8、场周围一定存在着和它联系着的电场( )(4)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场( )(5)在变化的磁场周围可能会产生恒定的电场( )四、电磁波导学探究 如图 8 所示是赫兹证明电磁波存在的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么问题？图 8答案 当 A、B 两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也会产生电火花这个实验证实了电磁波的存在知识梳理1电磁波的产生：由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的，这种变化的电磁场在空
9、间的传播称为电磁波2麦克斯韦在 1865 年从理论上预见了电磁波的存在，1888 年物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在赫兹还运用自己精湛的实验技术测定了电磁波的波长和频率，得到了电磁波的传播速度，证实了这个速度等于光速3电磁波的波长 、波速 v 和周期 T、频率 f 的关系：vT .vf4电磁波在真空中的传播速度 vc310 8 m/s.即学即用 判断下列说法的正误(1)电磁波的传播速度等于声速( )(2)电磁波不能在真空中传播( )(3)电磁波的电场强度和磁场强度相互垂直，且二者与波的传播方向垂直( )(4)电磁波是横波()一、电磁振荡中各物理量的变化情况如图 9 所示图 9例 1
10、(多选) LC 振荡电路中，某时刻的磁场方向如图 10 所示，则( )图 10A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，则电场能正在减小，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答案 ABC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 错误针对训练
11、 (多选)在如图 11(a)所示的 LC 振荡电路中，通过 P 点的电流随时间变化的图线如图(b)所示，若把通过 P 点向右的电流规定为 i 的正方向，则( )图 11A0 至 0.5 ms 内，电容器 C 正在充电B0.5 ms 至 1 ms 内，电容器上极板带正电C1 ms 至 1.5 ms 内，Q 点比 P 点电势高D1.5 ms 至 2 ms 内，磁场能在减少答案 CD解析 由题图(b)知 0 至 0.5 ms 内 i 在增大， 应为放电过程，A 错误.0.5 ms 至 1 ms 内，电流在减小，应为充电过程，电流方向不变，电容器上极板带负电，B 错误在 1 ms 至 1.5 ms 内
12、，为放电过程，电流方向改变，Q 点比 P 点电势高， C 正确.1.5 ms 至 2 ms 内为充电过程，磁场能在减少，D 正确二、电磁振荡的周期和频率1由公式 T2 、f 可知 T、f 取决于 L、C ，与极板所带电荷量、两板间电压无LC12LC关2L、C 的决定因素L 一般由线圈的长度、横截面积、单位长度上的匝数及有无铁芯决定，电容 C 由公式 C可知，与电介质的介电常数 r、极板正对面积 S 及板间距离 d 有关rS4kd例 2 为了增大 LC 振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是 ( )A增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯B减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数C减小电容
13、器两极板的距离并在线圈中放入铁芯D减小电容器两极板的正对面积并减小线圈的匝数答案 D解析 本题考查 LC 振荡电路的频率公式 f .由此式可知增大固有频率 f 的办法是减12LC小 L 或减小 C 或同时减小 L 和 C.增大电容器两极板的正对面积或减小电容器两极板的距离，则 C 增大，减小正对面积或增大电容器两极板的距离，则 C 减小在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝数则 L 增大，减小 线圈的匝数则 L 减小，故选项 D 正确三、麦克斯韦电磁理论1恒定的磁场不会产生电场；同样，恒定的电场也不会产生磁场2均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场3振荡变
14、化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场；同样，振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡变化的磁场例 3 (多选) 应用麦克斯韦的电磁理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场) ，正确的是( )答案 BC解析 A 图中的上图磁场是稳 定的，由麦克斯韦的电磁理论可知周围空间不会产生电场，A图中的下图是错误的B 图中的上图是均匀变化的电场，应该产生恒定的磁场，下图的磁场是恒定的，所以 B 图正确C 图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差 ，C 图是正确的D 图的上 图是振荡的电场，在其周围空间产生
15、振荡的磁场，但是下图中2的图像与上图相比较，相位相差 ，故不正确，所以只有 B、C 两图正确四、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 f .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 4 (多选) 以下关于机械波与电磁波的说法中，
16、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、干涉和衍射现象答案 BCD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 正确机械波的传播速度完全由介质决定，而 电磁波的传播速度是由介 质和频率共同决定1. (多选) 在 LC 回路
17、中，电容器两端的电压 u 随时间 t 变化的关系如图 12 所示，则( )图 12A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答案 AD解析 电磁振荡中的物理量可分为两组：电容器带电荷量 q、极板间电压 u、电场强度 E 及电场能为一组自感线圈中的 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，本题正确选项为
18、A、D.2在 LC 振荡电路中，用以下的哪种办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 都减小一半答案 D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 D 是12LC正确的3某电路中电场随时间变化的图像如下列各图所示，能发射电磁波的电场是( )答案 D解析 图 A 中电场不随时间变 化，不会产生磁场；图 B 和 图 C 中电场都随时间做均匀的变化，只能在周围产生稳定的磁场，也不会 产生和发射电磁波；图 D 中电场随时间做不均匀
19、的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而 该磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成 电磁场，能 发射电磁波4(多选) 下列关于电磁波的说法中，正确的是( )A电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B电磁波在任何介质中的传播速度均为 3108 m/sC电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短D电磁波不能产生干涉、衍射现象答案 AC解析 电磁波在真空中的传播速度为光速 c310 8 m/s，且 cf，从一种介质进入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变电磁波仍具有波的特征，电磁波只有在真空中的速度才为 3108 m/s，在其他介质中的传播速度小于 3108 m
20、/s.一、选择题1(多选) 在 LC 振荡电路中( )A电容器充放电一次，所用时间是半个周期B电容器两板间电压最大时，电流为零C电路中电流减小时，电容器处于放电状态D电容器放电完毕时电流为零答案 AB解析 LC 振荡电路中，一个周期内，电容器充、放 电两次，故 A 正确；放电过程中， 电流增大，充电过程中，电流减小，故 B 正确，C、 D 错误2根据麦克斯韦电磁理论，下列说法中正确的是( )A恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场B变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场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均匀变化
21、的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场答案 D解析 麦克斯韦的电磁场理论的核心内容是：变化的电场周围产生磁场；变化的磁场周围产生电场对此理论全面正确的理解 为：不变化的电场周围不产 生磁场；变化的电场周围可以产生变化的磁场，也可以产生不变 化的磁场；均匀变化的电场周 围产生恒定的磁场 变化的磁场产生电场的规律与以上类似，故正确答案 为 D.3. (多选) 某时刻 LC 振荡电路的状态如图 1 所示，则此时刻( )图 1A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变化D磁场能正在向电场能变化答案 AD解析 由极板上所带电荷的正负及回路中电流的方向可判断出图
22、示过程是一个充电过程，故振荡电流在减小，A 对，B 错；充电过程是磁场能向电场能 转化的过程，故 D 对，C 错4有关电磁波和声波，下列说法错误的是( )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，声波的波长变长答案 C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，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的大，选项 B 正确；电磁波的传播方向与 E、B 两个振动矢量的方向都垂直，是横波，
23、而声波是 纵波，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，选项 D 正确5下列关于电磁波的说法正确的是( )A周期性变化的电场或磁场能够产生电磁波B电磁波在真空和介质中传播速度相同C只要有电场和磁场，就能产生电磁波D电磁波在同种介质中只能沿直线传播答案 A解析 周期性变化的电场或磁场能够产生周期性变化的磁场或电场，故选项 A 正确；电磁波在介质中的传播速度 v ，故 选项 B 错误；只有周期性变化的电场和磁场才能产生电磁波，cn故选项 C 错误；电磁波在同种均匀介 质中才能沿直线传播，故选项 D 错误6(多选) 根据麦克
24、斯韦的电磁理论，以下叙述中正确的是( )A教室中点亮的日光灯周围空间必有磁场和电场B工作中的打点计时器必产生磁场和电场C恒定的电场产生恒定的磁场，恒定的磁场激发恒定的电场D电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者互相垂直答案 ABD解析 教室中点亮的日光灯、工作中的打点计时器用的都是振 荡电流，在其周 围产生振荡磁场和电场，故选项 A、B 正确；恒定的电场不会产生磁场，恒定的磁场也不会产生电场，故选项 C 错误；电磁波是横波，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项 D 正确7.如图 2 所示是空间磁感应强度 B 的变化图像，在它周围空间产生的电场中的某一点场强 E应( )图
25、2A逐渐增强B逐渐减弱C不变D无法确定答案 C解析 由题图可知，磁场均匀增 强，根据麦克斯 韦电磁理论 ，均匀变化的磁场产生恒定的电场，故 E 不变，选项 C 对8.如图 3 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 3A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答案 D解析 由题意，频率变为原来的 2 倍， 则周期就变为原来的 ，由 T2 ，L 不变，当12 LCC C0时符合要求149(多选) 电子钟是利用 LC 振荡电路来工作计时的，现发现电子钟每
26、天要慢 30 s，造成这一现象的原因可能是( )A电池用久了B振荡电路中电容器的电容大了C振荡电路中线圈的电感大了D振荡电路中的电容器的电容小了答案 BC解析 电子钟变慢，说明 LC 回路的振荡周期变大，根据公式 T2 可知，振 荡电路的电LC容变大或线圈中的电感变大都会导致振荡电路的周期变大故选 B、C.10如图 4 所示，L 为一电阻可忽略的线圈，D 为一灯泡，C 为电容器，开关 S 处于闭合状态，灯泡 D 正常发光，现突然断开 S，并开始计时，能正确反映电容器 a 极板上电荷量 q随时间变化的图像是下列图中的(图中 q 为正值表示 a 极板带正电)( ) 图 4答案 B解析 断开 S 的
27、时刻，即 t 0 时，由于线圈的电阻不计， 电容器两端的电压为零，电荷量q0.线圈中产生与原电流方向相同的自感电流， 给电容器充 电， b 板带正电，a 板带负电，电荷量 q 逐渐增加，经 达到最大值，在 内，电容器放电，电荷量减小，此后又被反向充 电、T4 T4 T2放电，故应选 B.11声呐(水声测位仪)向水中发出的超声波遇到障碍物(如鱼群、潜水艇、礁石等)后被反射，测出从发出超声波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位；雷达则向空中发射电磁波，遇到障碍物后被反射，同样根据发射电磁波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位超声波与电磁波相比较，下列说法正确的有( )A
28、超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量B这两种波都既可以在介质中传播，也可以在真空中传播C在空气中传播的速度与在其他介质中传播的速度相比较，这两种波在空气中传播时均具有较大的传播速度D这两种波传播时，在一个周期内均向前传播了两个波长答案 A二、非选择题12.如图 5 所示，LC 振荡电路中振荡电流的周期为 2102 s，自振荡电流沿逆时针方向达最大值时开始计时，当 t3.4 102 s 时，电容器正处于_(填“充电” “放电” “充电完毕”或“放电完毕”)状态这时电容器的上极板 _(填“带正电” “带负电”或“不带电”)图 5答案 充电 带正电解析 根据题意画出此 LC 电路的振荡电流的变化图像如 图所示结合图像，t3.410 2 s 时刻设为图像中的 P 点， 则该时 刻正处于反向电流减小过程，所以电容器正处于反向充电状态，上极板 带正电13LC 振荡电路的电容 C 556 pF，电感 L1 mH，若能向外发射电磁波，则其周期是多少？电容器极板所带电荷量从最大变为零，经过的最短时间是多少？答案 4.6810 6 s 1.1710 6 s解析 T2 LC23.14 s110 355610 124.6810 6 sLC 振荡电 路周期即其发射的电磁波周期， 电容器极板上所 带电荷量由最大变为零，经过的最短时间为 .则 t 1.1710 6 s.T4 T4
