第1、2節(jié)　電磁振蕩 電磁場與電磁波

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物理觀念(1)了解電磁振蕩，知道LC振蕩電路中電荷、電場、電流、磁場的動態(tài)變化情況及電場能與磁場能的轉(zhuǎn)化情況。(2)了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想，知道電磁波的概念。(3)了解電磁場是物質(zhì)的一種形式，會從電磁場的物質(zhì)性與能量傳播的觀點解釋電磁波的發(fā)射與接收。續(xù)表科學(xué)思維(1)知道電磁振蕩的周期與頻率，會用其分析、解釋有關(guān)問題。(2)經(jīng)歷分析電磁振蕩周期與L、C關(guān)系的過程，體會定性分析推理的方法。科學(xué)探究實驗觀察電磁振蕩中各物理量的變化過程?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任了解麥克斯韋對電磁學(xué)的貢獻(xiàn)，領(lǐng)會物理實驗對物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)意義。一、電磁振蕩1．填一填(1)振蕩電流：大小和方向都做________迅速變化的電流。(2)振蕩電路：產(chǎn)生________的電路。由電感線圈L和電容C組成最簡單的振蕩電路，稱為____振蕩電路。周期性振蕩電流LC減少最大值自感充電增多最大值振蕩電流電場磁場磁場電場周期性周期性次數(shù)時間次數(shù)2．判一判(1)在LC振蕩電路中，回路中電流值最大時刻，回路中磁場能最大。

()(2)在LC振蕩電路中，電容器放電完畢時刻，回路中磁場能最小。

()(3)振蕩電流的大小和方向均不斷變化。

()(4)電磁振蕩的固有周期與電流的變化快慢有關(guān)。

()√×√×二、電磁場與電磁波1．填一填(1)電磁場①變化的磁場產(chǎn)生電場a．現(xiàn)象分析：麥克斯韋認(rèn)為放在變化的磁場中的閉合電路會產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因為變化的磁場產(chǎn)生了電場，該電場使導(dǎo)體中的自由電荷做__________，產(chǎn)生感應(yīng)電流。b．觀點推廣：變化的磁場產(chǎn)生電場，這是一個普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在_____。定向移動無關(guān)②變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋大膽地假設(shè)，既然變化的磁場能產(chǎn)生電場，那么，變化的電場也會在空間產(chǎn)生_____。③電磁場：變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即為電磁場。(2)電磁波①定義：變化的電場和變化的磁場形成的_______由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成電磁波。②特點：a．電磁波可以在真空中傳播。b．電磁波的傳播速度等于光速c。磁場電磁場c．麥克斯韋預(yù)言光是一種電磁波。d．電磁波是橫波，其電場方向與磁場方向相互垂直，且二者均與傳播方向垂直。③赫茲用實驗證實了電磁波的存在。并觀察到電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象。2．判一判(1)電磁波在真空中和介質(zhì)中傳播的速度相同。

()(2)只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波。

()(3)變化的磁場產(chǎn)生的電場的電場線是閉合曲線。

()××√探究(一)電磁振蕩過程分析

[重難釋解]1．電磁振蕩過程各物理量的變化規(guī)律續(xù)表2．振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像(如圖所示)3．板間電壓u(圖1)、電場能EE(圖2)、磁場能EB(圖3)隨時間變化的圖像4．分類分析(1)同步關(guān)系：在LC振蕩電路發(fā)生電磁振蕩的過程中，電容器上的物理量：電荷量q、電場強度E、電場能EE是同步變化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)線圈上的物理量：電流i、線圈里的磁感應(yīng)強度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振蕩電路變化過程中，電容器上的三個物理量q、E、EE與線圈中的三個物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、EE同時減小時，i、B、EB同時增大，且它們的變化是同步的，即：q、E、EE↑，i、B、EB↓。[解析]

0.5～1s時間內(nèi)，振蕩電流是充電電流，充電電流是由負(fù)極板流向正極板，故A、B錯誤；1～1.5s時間內(nèi)，振蕩電流是放電電流，放電電流是由正極板流向負(fù)極板，由于電流為負(fù)值，所以由Q流向P，Q點的電勢比P點的電勢高，電場能正在轉(zhuǎn)變成磁場能，故C、D正確。[答案]

CDLC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，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉(zhuǎn)化，處于充電過程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，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(電壓U、電場強度E)增大或電流i(磁場B)減小時，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。

[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)如圖表示LC振蕩電路某時刻的情況，以下說法正確的是

(

)A．電容器正在放電B．電感線圈中的磁場能正在減少C．電感線圈中的電流正在減小D．此時刻自感電動勢正在阻礙電流增大解析：由題圖中電容器的正負(fù)極、磁感應(yīng)強度的方向和安培定則可知，此時電流向著電容器帶負(fù)電的極板流動，也就是電容器處于放電過程中，這時兩極板電荷量和電壓、電場能處于減少過程，而電流正在增大，線圈中磁場能正在增加，A正確，B、C錯誤；由楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電動勢阻礙電流的增大，D正確。答案：AD探究(二)對麥克斯韋電磁場理論的理解[問題驅(qū)動](1)麥克斯韋根據(jù)什么認(rèn)為“變化的磁場產(chǎn)生電場”？(2)關(guān)于“變化的電場產(chǎn)生磁場”的觀點，麥克斯韋是在什么情況下提出的？提示：(1)麥克斯韋是基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象提出“變化的磁場產(chǎn)生電場”的假設(shè)。(2)“變化的電場產(chǎn)生磁場”，是麥克斯韋出于對自然規(guī)律的洞察力，很大膽的假設(shè)，也是更具創(chuàng)造性的假設(shè)。他認(rèn)為：既然變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場，那么變化的電場也能夠在空間產(chǎn)生磁場。

[重難釋解]1．對麥克斯韋電磁場理論的理解電場磁場恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場2.對電磁場的理解(1)電磁場的產(chǎn)生如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場，那么它就在空間引起周期性變化的磁場；這個變化的磁場又引起新的變化的電場……于是，變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，形成了不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場。(2)電磁場與靜電場、磁場的比較三者可以在某空間混合存在，但由靜電場和磁場混合的空間不屬于電磁場。電磁場是電場、磁場相互激發(fā)，相互耦連形成的統(tǒng)一體。電磁場由近及遠(yuǎn)傳播，形成電磁波，如圖所示。(1)麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場；變化的電場產(chǎn)生磁場。而產(chǎn)生的電場或磁場如何變化與原磁場或原電場的變化規(guī)律有關(guān)。(2)洛倫茲力對運動電荷永不做功，但變化的磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電場可以對運動電荷做功。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)應(yīng)用麥克斯韋的電磁場理論判斷下列表示電場產(chǎn)生磁場(或磁場產(chǎn)生電場)的關(guān)系圖像中(每個選項中的上圖是表示變化的場，下圖是表示變化的場產(chǎn)生的另外的場)，正確的是

(

)2.(多選)某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合的電場線，這可能是

(

)A．沿AB方向磁場在迅速減弱

B．沿AB方向磁場在迅速增強C．沿BA方向磁場在迅速增強

D．沿BA方向磁場在迅速減弱解析：根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，閉合回路中的磁通量變化時，使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流可用楞次定律判斷。根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因為閉合回路中受到了電場力的作用，而變化的磁場產(chǎn)生電場，與是否存在閉合回路沒有關(guān)系，故空間內(nèi)磁場變化產(chǎn)生的電場方向，仍然可用楞次定律判斷，四指環(huán)繞方向即為感應(yīng)電場的方向，由此可知A、C正確。答案：AC探究(三)電磁波與機械波的比較[重難釋解]電磁波與機械波的比較

項目機械波電磁波實質(zhì)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度E和磁感應(yīng)強度B隨時間和空間做周期性變化傳播特點傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播不需要介質(zhì)，在真空中波速總等于光速c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)續(xù)表(多選)以下關(guān)于機械波與電磁波的說法中，正確的是

(

)A．機械波與電磁波本質(zhì)上是一致的B．機械波的波速只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速，不僅與介質(zhì)有關(guān)，還與電磁波的頻率有關(guān)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[解析]機械波由波源振動產(chǎn)生，電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產(chǎn)生；機械波傳播需要介質(zhì)，波速由介質(zhì)決定；電磁波的傳播不需要介質(zhì)，波速由介質(zhì)和本身頻率共同決定；機械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，故選項B、C、D正確。[答案]

BCD[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．下列說法正確的是

(

)A．電磁波在真空中以光速c傳播B．在空氣中傳播的聲波是橫波C．聲波只能在空氣中傳播D．光需要介質(zhì)才能傳播解析：電磁波在真空中的傳播速度為光速c，選項A正確；在空氣中傳播的聲波是縱波，選項B錯誤；聲波可以在氣體中傳播，也可以在液體、固體中傳播，選項C錯誤；光可以在真空中傳播，因此，光不需要介質(zhì)也能傳播，選項D錯誤。答案：A2．(多選)關(guān)于電磁波和機械波，下列說法正確的是

(

)A．電磁波和機械波的傳播都需要借助于介質(zhì)B．電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相同，而機械波的波速大小與介質(zhì)密切相關(guān)C．電磁波和機械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D．根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場產(chǎn)生磁場解析：機械波的傳播需要借助于介質(zhì)，但電磁波的傳播不需要借助介質(zhì)，選項A錯誤；電磁波和機械波的傳播速度都與介質(zhì)有關(guān)，選項B錯誤；電磁波和機械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，選項C正確；變化的電場產(chǎn)生磁場，選項D正確。答案：CD一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1．(多選)水下機器人PowerRay“小海鰩”，它在水下開啟尋魚模式可以通過聲吶技術(shù)(通過發(fā)射聲波和接收回波判斷目標(biāo)物的距離、方位和移動速度等信息)準(zhǔn)確探測魚群。它也能將水下魚群信息通過無線電波傳輸上岸，由于在水中衰減快，其最大傳輸距離為80m。下列分析合理的是

(

)A．聲波和無線電波在水中的傳播速度相等B．無線電波在水中衰減指的是其頻率不斷減小C．發(fā)射聲波后能形成回波是波的反射現(xiàn)象D．若接收回波頻率大于發(fā)射聲波的頻率，說明魚正在靠近解析：聲音進入水中傳播速度會增大，無線電波進入水中傳播速度會減小，但兩者的速度不相等，故A錯誤；無線電波進入水中時頻率不變，波長變短，故B錯誤；發(fā)射聲波后能形成回波是波的反射現(xiàn)象，故C正確；根據(jù)波的多普勒效應(yīng)可知，若接收回波頻率大于發(fā)射聲波的頻率，說明聲源接近觀察者，即魚正在靠近，故D正確。答案：CD二、注重學(xué)以致用和思維建模2．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，是電容器的一個電極，中間的導(dǎo)電芯柱是電容器的另