高中物理 14.1 電磁波的發(fā)現(xiàn) 14.2 電磁振蕩 新人教選修34

.............一、對麥克斯韋電磁場理論的理解.1.電磁場的產(chǎn)生：如果在空間某處有周期性變化的電場，那么這個(gè)變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場，這個(gè)變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場——變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場..2.麥克斯韋電磁場理論的要點(diǎn)(1)恒定的磁場不會(huì)產(chǎn)生電場，同樣，恒定的電場也不會(huì)產(chǎn)生磁場；(2)均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場，同樣，均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場；(3)振蕩變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的電場，同樣，振蕩變化的電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場..電磁場是動(dòng)態(tài)的，并且電場和磁場不可分割，磁感線、電場線都是閉合的曲線；靜電場、靜磁場是單獨(dú)存在的，且電場線是非閉合曲線，靜止的電場和磁場不是電磁場..【典例1】(2020·天津高考)下列關(guān)于電磁波的說法正確的是()A.均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場B.電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同C.只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波D.電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播.

【解題指導(dǎo)】理解麥克斯韋電磁場理論：(1)恒定電場(磁場)→不產(chǎn)生磁場(電場)(2)均勻變化電場(磁場)→恒定磁場(電場)(3)非均勻變化電場(磁場)→變化磁場(電場)(4)周期性變化電場(磁場)→同頻率磁場(電場).【標(biāo)準(zhǔn)解答】選A.不管磁場怎樣變化，只要是變化的磁場就可以在空間產(chǎn)生電場，所以均勻變化的磁場也能夠在空間產(chǎn)生電場，故A正確；電磁波的傳播速度與介質(zhì)和頻率有關(guān)，相同頻率的電磁波在不同的介質(zhì)中傳播速度不同，故B錯(cuò)誤；恒定的電場(磁場)周圍不會(huì)產(chǎn)生磁場(電場)，只有變化的電場(磁場)才能產(chǎn)生電磁波，故C錯(cuò)誤；電磁波只有在同種均勻介質(zhì)中才能沿直線傳播，若同一種介質(zhì)是不均勻的，電磁波在其中的折射率是不一樣的，在這樣的介質(zhì)中是沿曲線傳播的，故D錯(cuò)誤..【變式訓(xùn)練】如圖所示，一正離子在垂直于勻強(qiáng)磁場的固定光滑軌道內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)磁場均勻增大時(shí)，離子動(dòng)能將_____；周期將_____..【解析】當(dāng)磁場均勻增加時(shí)，在光滑軌道處產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電場，正離子在電場力作用下做加速運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能增加，速度增加，T=周期減小.答案：增加變小.二、電磁波與機(jī)械波的比較電磁波是電磁現(xiàn)象，機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象，兩種波因產(chǎn)生機(jī)理不同，除具有波的共性外，還有不同之處....電磁波是電磁現(xiàn)象，機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象，兩者都具有波的特性：干涉、衍射等，但它們具有本質(zhì)的不同，如機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)的存在，但電磁波的傳播則不需要介質(zhì)..【典例2】(2020·東營高二檢測)關(guān)于電磁波與聲波的說法，下列正確的是()A.電磁波是電磁場由發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播，聲波是聲源的振動(dòng)向遠(yuǎn)處傳播B.電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播有時(shí)也不需要介質(zhì)C.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，電磁波的傳播速度變小，聲波傳播速度變大D.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，電磁波的波長不變，聲波的波長變小.

【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)電磁波本身是一種物質(zhì)，機(jī)械波只是一種振動(dòng)形式在介質(zhì)中的傳播.(2)電磁波在真空中的傳播速度最大，機(jī)械波在固體、液體、氣體中的傳播速度逐漸減小，但傳播過程中它們的頻率都不變..【標(biāo)準(zhǔn)解答】選A、C.由電磁波和聲波的概念可知A正確．因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑?，而聲波屬于機(jī)械波，它的傳播需要介質(zhì)，在真空中不能傳播，故B錯(cuò)．電磁波在空氣中的傳播速度大于在水中的傳播速度，在真空中的傳播速度最大；聲波在氣體、液體、固體中的傳播速度依次增大，故C正確．無論是電磁波還是聲波，從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)頻率都不變，所以由波長λ=及它們在不同介質(zhì)中的速度可知，由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波的波長變短，聲波的波長變長，故D錯(cuò)..【變式訓(xùn)練】關(guān)于電磁波與機(jī)械波，下列說法正確的是()A.電磁波傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波傳播需要介質(zhì)B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播速率都相同，機(jī)械波在同一種介質(zhì)中傳播速率都相同C.電磁波和機(jī)械波都不能發(fā)生干涉D.電磁波與機(jī)械波都能發(fā)生衍射.【解析】選A、D.電磁波的波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān)，而機(jī)械波的傳播速率只與介質(zhì)有關(guān)，故A對、B錯(cuò)；電磁波和機(jī)械波都具有波的一些獨(dú)有特征，包括干涉和衍射，故C錯(cuò)、D對..三、振蕩過程中各物理量的變化情況.給LC回路提供能量后，利用電容器的充放電作用和線圈產(chǎn)生自感的作用，使LC回路中產(chǎn)生振蕩電流，同時(shí)電容器極板上電荷q及與q相關(guān)的電場(E、U、E電)，通電線圈的電流i及與i相關(guān)聯(lián)的磁場(B、E磁)都發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象，稱電磁振蕩.其中，產(chǎn)生的大小和方向都周期性變化的電流稱振蕩電流.產(chǎn)生振蕩電流的電路稱振蕩電路.最簡單的振蕩電路是LC振蕩電路......3.LC回路中各量間的變化規(guī)律及對應(yīng)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：電量q、板間電壓U、電場強(qiáng)度E、電場能EE是同步同向變化的，即：q↓→U↓→E↓→EE↓(或q↑→U↑→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也是同步同向變化的，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(gè)物理量q、E、EE與線圈中的三個(gè)物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、EE同時(shí)減小時(shí)，i、B、EB同時(shí)增大，且它們的變化是同步的，即：q、E、EE↑i、B、EB↓.(3)物理量的等式關(guān)系線圈上的振蕩電流i=自感電動(dòng)勢E=L·振蕩周期T=.(4)極值、圖象的對應(yīng)關(guān)系如圖所示，i=0時(shí)，q最大，E最大，EE最大，E自(E自為自感電動(dòng)勢)最大..q=0時(shí)，i最大，B最大，EB最大，EE=0.對于電場E與磁場B以及電場能EE與磁場能EB隨時(shí)間的變化圖象有這樣的對應(yīng)關(guān)系，圖象能直觀地反映同步異變關(guān)系和極值對應(yīng)關(guān)系.(5)自感電動(dòng)勢E與i﹣t圖象的關(guān)系由E=L·知，E∝是i﹣t圖象上某處曲線切線的斜率k的絕對值.所以，利用圖象可分析自感電動(dòng)勢隨時(shí)間的變化和極值..振蕩電流i=由極板上電荷量的變化率決定，與電荷量的多少無關(guān)；兩極板間的電壓U=由極板上的電荷量決定，與電荷量的變化率無關(guān)；線圈中的自感電動(dòng)勢E=由電路中電流的變化率決定，與電流的大小無關(guān)..【典例3】(2020·閔行區(qū)高二檢測)LC振蕩電路中，某時(shí)刻的磁場方向如圖所示，則().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，則電場能正在增大，電容器上極板帶負(fù)電C.若磁場正在增強(qiáng)，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(qiáng)，則電容器正在充電，電流方向由a向b【解題指導(dǎo)】解答本題首先根據(jù)電流的磁場方向和安培定則判斷振蕩電流的方向，然后再根據(jù)磁場的變化判斷電容器的充放電以及極板帶電情況..【標(biāo)準(zhǔn)解答】選A、B、C.若磁場正在減弱，則電流在減小，是充電過程，根據(jù)安培定則可確定電流由b向a流，電場能增大，上極板帶負(fù)電，故選項(xiàng)A、B正確；若磁場正在增強(qiáng)，則電流在增大，是放電過程，電場能正在減小，根據(jù)安培定則，可判斷電流由b向a，上極板帶正電，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤..【規(guī)律方法】LC振蕩電路的分析方法(1)首先明確LC振蕩電路的周期公式及周期的大小，將周期進(jìn)行分解：把整個(gè)振蕩周期分成四個(gè)T，分別研究每一個(gè)T內(nèi)各物理量的變化情況.(2)電容器充、放電過程中電流的變化特征：電容器充電過程中，電容器帶電量越來越多，電流越來越小，充電完畢時(shí)，電流為零；電容器放電過程中，電容器帶電量越來越少，電流越來越大，放電完畢時(shí)，電流最大.一個(gè)周期內(nèi)振蕩電流方向改變兩次..【變式訓(xùn)練】如圖甲中通過P點(diǎn)電流的(向右為正)變化規(guī)律如圖乙所示，則()A.0.5～1s間，電容器C正在充電B.0.5～1s間，電容器C上極板帶正電C.1～1.5s內(nèi)，電勢Q點(diǎn)比P點(diǎn)高D.1～1.5s磁場能轉(zhuǎn)化為電場能.【解析】選A、C.從0.5～1s，電流逐漸減小，是充電過程，電容器上極板帶負(fù)電，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；1～1.5s內(nèi)，電流逐漸增大，是放電過程，電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤；且電流沿逆時(shí)針方向流動(dòng)，Q點(diǎn)電勢比P點(diǎn)的高，故選項(xiàng)C正確..

【變式備選】LC回路中電容器兩端電壓U隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖所示()A.在時(shí)刻t2，電路中的電流最大B.在時(shí)刻t3，電路中的磁場能最大C.從時(shí)刻t2至t3，電路中的電場能不斷增大D.從時(shí)刻t3至t4，電容器所帶的電荷量不斷增大.【解析】選A、C.根據(jù)電容器兩端電壓與電荷量的關(guān)系q=CU可知，t2時(shí)刻，電容器上的電荷量為零，即放電完畢，電流最大，故選項(xiàng)A正確；t3時(shí)刻，電荷量最大，電流最小為零，磁場能最小，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；t2～t3時(shí)間內(nèi)，電荷量增加，即充電過程，電場能不斷增加，故選項(xiàng)C正確；t3～t4時(shí)間內(nèi)，是放電過程，電荷量不斷減少，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤..【典例】如圖所示振蕩電路中.(1)當(dāng)電感L=300μH，電容器C的范圍為25～270pF，求振蕩電流的頻率范圍；(2)當(dāng)電感L=10mH，要產(chǎn)生周期T=0.02s的振蕩電流，應(yīng)配制多大的電容器？.【標(biāo)準(zhǔn)解答】.振蕩電流的頻率范圍是5.6×105～1.84×106Hz答案：(1)5.6×105～1.84×106Hz(2)10-3F.一、選擇題1.根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，以下敘述中正確的是()A.教室中開亮的日光燈周圍空間必有磁場和電場B.工作時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器周圍必有磁場和電場C.穩(wěn)定的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，穩(wěn)定的磁場激發(fā)穩(wěn)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.【解析】選A、B、D.教室中開亮的日光燈、工作時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用的振蕩電流，在其周圍產(chǎn)生振蕩磁場和電場，故選項(xiàng)A、B正確；穩(wěn)定的電場不會(huì)產(chǎn)生磁場，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電磁波是橫波，電場方向、磁場方向和傳播方向相互垂直，故選項(xiàng)D正確..2.(2020·余杭高二檢測)如圖所示，L是不計(jì)電阻的電感器，C是電容器，閉合電鍵K，待電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，再斷開電鍵K，LC電路中將產(chǎn)生電磁振蕩.如果規(guī)定電感L中的電流方向從a到b為正，斷開電鍵K的時(shí)刻為t=0，那么下列四個(gè)圖中能夠正確表示電感中的電流隨時(shí)間變化規(guī)律的是().【解析】選B.電鍵閉合時(shí)，電流從a流向b為正，當(dāng)斷開電鍵后，電感器與電容器構(gòu)成一振蕩電路，隨后形成振蕩電流，根據(jù)振蕩電流的規(guī)律，可知選項(xiàng)B正確..3.(2020·珠海高二檢測)關(guān)于在LC振蕩電路的一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，下列說法中正確的是()①磁場方向改變一次；②電容器充、放電各一次；③電場方向改變兩次；④電場能向磁場能轉(zhuǎn)化完成兩次A.①②B.②③④C.③④D.①③④【解析】選C.在一個(gè)振蕩周期內(nèi)，電場、磁場方向改變兩次，電場能、磁場能轉(zhuǎn)化兩次；電容器充、放電各兩次.故選項(xiàng)C正確..4.在LC回路產(chǎn)生振蕩電流的過程中()A.振蕩電流與電場能同時(shí)出現(xiàn)最大值B.振蕩電流與磁場能同時(shí)出現(xiàn)最大值C.電流減弱時(shí)，電容器充電D.電流增強(qiáng)時(shí)，電容器充電【解析】選B、C.振蕩電流最大時(shí)，產(chǎn)生的磁場最強(qiáng)，磁場能最大，而電容器上電荷量最少，電場能最小，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；電容器充電過程，電流逐漸減弱，電流減小到零時(shí)，充電完畢，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤..

【方法技巧】LC振蕩電路的分析方法分析LC振蕩電路的工作過程時(shí)，關(guān)鍵是要搞清電場能和磁場能相互轉(zhuǎn)化的過程以及所對應(yīng)的物理狀態(tài)和物理量間的關(guān)系.(1)電容器充電：先是要給電容器充上電，這時(shí)電容器中儲(chǔ)存一定的電場能．(2)電容器放電：電容器要通過電感線圈放電，放電過程中線圈有電流通過，電流周圍存在磁場，所以這個(gè)過程是電場能向磁場能轉(zhuǎn)化的過程；同時(shí)電容器上所帶電荷量、極板上的電壓都要逐漸減小；待放電完畢時(shí)，電場能為零，磁場能達(dá)到最大，與之對應(yīng)的振蕩電流也達(dá)到最大..(3)電容器反向充電：電容器放電完畢時(shí)，由于電感線圈的自感作用，電路中移動(dòng)的電荷不能立即停止運(yùn)動(dòng)，仍要保持原方向流動(dòng)，對電容器反向充電，同理則有電流減小，磁場能減小，而電場能增大，電容器極板上的電荷量和電壓也隨之增大.直到電流為零，磁場能為零，電場能、電容器極板上的電荷量、電壓都達(dá)到最大.(4)電容器反向放電：此后，電容器再進(jìn)行反向放電過程，同理可知，電場能、電容器極板上的電荷量、極板電壓都減小，直至為零，磁場能、電流增大，直至最大..5.LC振蕩電路中電容器兩板間電壓最大時(shí)，有()A.電感器L中的電流最大B.電感器L中的電流為零C.電容器C兩板上所帶電量最大D.電容器C上所帶電量為零【解析】選B、C.電容器兩板間電壓最大時(shí)，電荷量最大，即充電完畢，電流最小為零，故選項(xiàng)B、C正確..6.(2020·揚(yáng)州高二檢測)在LC振蕩電路中，電容器放電時(shí)間取決于()A.充電電壓的大小B.電容器儲(chǔ)電量的多少C.自感L和電容C的數(shù)值D.回路中電流的大小【解析】選C.放電時(shí)間等于四分之一個(gè)振蕩周期，即所以放電時(shí)間取決于自感L和電容C.故選項(xiàng)C正確..7.關(guān)于LC振蕩電路在振蕩過程中，下列說法正確的是()A.電流最大的時(shí)刻電壓也最高B.電流增大的過程是電容器的放電過程C.電流最小的時(shí)刻電壓卻最高D.自感電動(dòng)勢最大時(shí)電容器帶電量最大【解析】選B、C、D.電流最大的時(shí)刻是放電完畢時(shí)，此時(shí)電壓最小為零，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電流最小的時(shí)刻，是充電完畢時(shí)，極板上電荷量最大，電壓最大，故選項(xiàng)C正確；電流增大的過程，是放電過程，故選項(xiàng)B正確；產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢最大時(shí)，電流的變化率最大，也就是電流為零時(shí)，即極板上電荷量最大時(shí)，故選項(xiàng)D正確..二、非選擇題8.(2020·內(nèi)江高二檢測)如圖所示，是通過電容器電容的變化來檢測容器內(nèi)液面高低的儀器原理圖，容器中裝有導(dǎo)電液體，是電容器的一個(gè)電極，中間的導(dǎo)電芯柱是電容器的另一個(gè)電極，芯柱外面套有絕緣管作為電介質(zhì)，電容器的這兩個(gè)電極分別用導(dǎo)線與一個(gè)線圈的兩端相連，組成LC振蕩電路，根據(jù)其振蕩頻率的高低(用與該電路相連的頻率計(jì)顯示)就可知道容器內(nèi)液面位置的高低，如果頻率計(jì)顯示該振蕩電路的振蕩頻率變大了，則液面_____了(填“升高”或“降低”)；容器內(nèi)的導(dǎo)電液體與大地相連，若某一時(shí)刻線圈內(nèi)磁場方向.向右，且正在增強(qiáng)，則此時(shí)導(dǎo)電芯柱的電勢正在_____(填“升高”或“降低”)..【解析】根據(jù)頻率公式f=可知，若使振蕩頻率變大，則電容C減??；由C=可知，若使電容減小，則正對面積S減小，即液面降低.線圈內(nèi)磁場方向向右且增強(qiáng)，則電流沿順時(shí)針方向增大，是放電過程.絕緣管帶負(fù)電正逐漸減少.絕緣管的電勢是負(fù)值，兩極板的電勢差逐漸減小，所以絕緣管的電勢正在升高.答案：降低升高.9.如圖所示，L為一電阻可忽略的線圈，D為一燈泡，C為電容器，開關(guān)S閉合，燈泡D正常發(fā)光；將S突然斷開，并開始計(jì)時(shí)，請畫出LC回路中電流i及電容器右極板所帶電荷量q隨時(shí)間t變化的圖象(規(guī)定LC回路中電流順時(shí)針方向?yàn)檎较?..【解析】開關(guān)閉合時(shí)，電容器上所帶電荷量為零，電流沿線圈自左向右，當(dāng)斷開開關(guān)后，線圈和電容器構(gòu)成振蕩電路，沿順時(shí)針方向的電流逐漸減小，根據(jù)LC振蕩電流的變化規(guī)律，可得電流和電荷量隨時(shí)間變化的圖象，如圖所示..10.(2020·鐵嶺高二檢測)振蕩電路中電容器電容為C，振蕩電流i=Imsinωt.(1)求此電路中線圈的自感系數(shù)L；(2)設(shè)此電路發(fā)射的電磁波在某介質(zhì)中的波長為λ，求此電磁波在此介質(zhì)中的傳播速度v.【解析】答案：.Thankyou!..9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:32PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:32PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023