1、学案1电磁波的发现电磁振荡目标定位 1.知道麦克斯韦电磁场理论及其在物理学发展史上的物理意义.2.了解电磁波的基本特点、发现过程及传播规律.3.了解振荡电流、振荡电路及LC电路的概念，了解LC回路中振荡电流的产生过程.4.了解电磁振荡的周期与频率，会求LC电路的周期与频率一、电磁波的发现问题设计如图1所示，当磁铁相对闭合线圈运动时，线圈中的电荷做定向移动，是因为受到什么力的作用？若把闭合线圈换成一个内壁光滑的绝缘环形管，管内有直径略小于环内径的带正电的小球，则磁铁运动过程中会有什么现象？小球受到的是什么力？以上现象说明什么问题？图1答案电荷受到电场力的作用做定向移动磁铁运动过程中，带电小球会做
2、定向滚动，小球受到的仍然是电场力空间磁场变化，就会产生电场，与有没有闭合线圈无关要点提炼1麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点(1)变化的磁场产生电场实验基础：如图2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麦克斯韦认为该现象的实质：变化的磁场产生了电场(跟闭合电路是否存在无关)，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动从而形成电流图2(2)变化的电场产生磁场，如图3所示图3麦克斯韦大胆地假设：既然变化的磁场能够产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场2电磁波(1)电磁波的产生：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波(2)电磁波是横波(3)电磁波在真空中的速
3、度等于光速3电磁波和机械波的比较电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两者都具有波的特性：干涉、衍射等，但它们具有本质的不同，如机械波的传播依赖于介质，但电磁波的传播则不需要介质二、电磁振荡1LC振荡电路及其电流、电荷随时间变化的图象(如图4所示)：图42线圈中的磁感应强度B、磁通量、磁场能E磁与电流i的变化规律相同；电容器极板间的电压U、电场强度E、电场能E电、线圈自感电动势E线的变化规律与电荷量q的变化规律相同3LC电路的周期、频率公式：T2，f.一、电磁场理论例1关于电磁场理论，下列说法中正确的是()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
4、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的电磁场理论，只有变化的电场才产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场答案D二、电磁波例2下列关于电磁波的叙述中，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、衍射现象解析电磁波只有在真空中的传播速度才为3108 m/s，在其他介质中的传播速度均小于3108 m/s，当电磁波由真空进入介质传播时，频率不变，由vf知，波长变
5、短，电磁波与其他波一样具有干涉、衍射等波的特性故选A、C.答案AC三、电磁振荡的产生例3LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图5所示，则()图5A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
6、案ABC四、电磁振荡的周期和频率例4在LC振荡电路中，可以使振荡频率增大一倍的方法是()A自感系数L和电容C都增大一倍B自感系数L增大一倍，电容C减小一半C自感系数L减小一半，电容C增大一倍D自感系数L和电容C都减小一半解析根据LC振荡电路频率公式f得，当L、C都减小一半时，f增大一倍，故选项D正确答案D1.(电磁场理论)根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场可以产生电场当产生的电场的电场线如图6所示时，可能是()图6A方向向上的磁场在增强B方向向上的磁场在减弱C方向向上的磁场先增强，然后反向减弱D方向向上的磁场先减弱，然后反向增强答案AC解析判断电场与磁场变化的关系仍可利用楞次定律，只不过是用电
7、场线方向代替了电流方向方向向上的磁场增强时，感应电流的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下，根据安培定则知感应电流方向如题图中电场线的方向所示，选项A正确，B错误同理，当磁场反向即向下减弱时，也会得到如题图所示方向的电场，选项C正确，D错误，故选A、C.2(电磁振荡的周期和频率)在LC回路产生电磁振荡的过程中，下列说法正确的是()A电容器放电完毕时，回路中磁场能最小B回路中电流值最大时，磁场能最大C电容器极板上电荷最多时，电场能最大D回路中电流值最小时，电场能最小答案BC解析电容器放电完毕时，q0，i最大，磁场能最大，A错，B对；电流最小时，i0，电容器极板上电荷q最多，极板间电场最强，电场能最大，
8、C对，D错3(电磁振荡的周期和频率)要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是()A增大电容器两极板的间距 B升高电容器的充电电压C增加线圈的匝数 D在线圈中插入铁芯答案A解析振荡电流的频率由LC振荡电路本身的特性决定，即f.增大电容器两极板的间距，电容减小，振荡电流的频率升高，A对；升高电容器的充电电压不能改变振荡电流的频率，B错；增加线圈匝数或在线圈中插入铁芯，电感L均增大，振荡电流的频率降低，C、D错题组一电磁场理论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麦克斯韦答案D解析麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹证实了麦克斯韦
9、预言的正确性2关于电磁场理论的叙述正确的是()A变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C电场和磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D电荷的周围一定有电场，也一定有磁场答案AB解析变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合电路时，电路中有电流；若无闭合电路电场仍然存在，A对若要形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错3磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如下列选项图所示，其中能产生电场的有_图所示的磁场，能产生电磁波的有_图所示的磁场答案BCDBD解析A图中的磁场是恒定的，不能产生电场，更不能产生电磁波；B图中的磁场是周期性变化
10、的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生电磁波；C图中的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能产生磁场，因此不能产生电磁波；D图中的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生电磁波题组二电磁波4关于电磁波的特点，下列说法正确的是()A电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波沿与二者垂直的方向传播B电磁波是横波C电磁波和机械波一样依赖于介质传播D只要空间内某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波答案ABD5电磁波在传播时，不变的物理量是()A振幅 B频率C波速 D波长答案B解析离波源越远，振幅越小电磁波在不同介质中的波速不一样，波长也不一样，但频率不变6关于电磁波的
11、传播速度，以下说法正确的是()A电磁波的频率越高，传播速度越大B电磁波的波长越长，传播速度越大C电磁波的能量越大，传播速度越大D所有的电磁波在真空中的传播速度都相等答案D解析以光为例，无论是哪种频率的光在真空中的传播速度都相等，D正确当光进入介质时，传播速度发生变化，不同频率的光其传播速度不同，故电磁波的传播速度与介质和频率有关，A、B、C错误7下列关于电磁波的说法正确的是()A电磁波必须依赖介质传播B电磁波可以发生衍射现象C电磁波不会发生偏振现象D电磁波无法携带信息传播答案B解析电磁波具有波的特性，可以发生衍射现象，故B正确电磁波是横波，能发生偏振现象，故C错误电磁波能携带信息传播，且传播不
12、依赖介质，在真空中也可以传播，故A、D错误题组三电磁振荡的产生8如图1甲中通过P点电流(向右为正)的变化规律如图乙所示，则()图1A0.51 s内，电容器正在充电B0.51 s内，电容器上极板带正电C11.5 s内，Q点电势比P点电势高D11.5 s内，磁场能转化为电场能答案AC解析0.51 s内，电流逐渐减小，是充电过程，电容器上极板带负电，故选项A正确，B错误；11.5 s内，电流逐渐增大，是放电过程，电场能转化为磁场能，且电流沿逆时针方向流动，Q点电势比P点电势高，故选项C正确，D错误9如图2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2At1时刻电感线圈两端电压最大Bt
13、2时刻电容器两板间电压为零Ct1时刻电路中只有电场能Dt1时刻电容器带电荷量为零答案D10如图3所示表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是()图3A电容器正在充电B电感线圈中的磁场能正在增加C电感线圈中的电流正在增大D电感线圈中自感电动势正在阻碍电流的增加答案BCD解析由题图中磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流向着电容器带负电的极板流动，也就是电容器处于放电过程，这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流和线圈中的磁场能处于增加过程，由楞次定律可知，线圈中自感电动势阻碍电流的增加11在LC振荡电路的一个周期内，下列说法中正确的是()磁场方向改变一次电容器充、放电各一次电场
14、方向改变两次电场能向磁场能转化完成两次A B C D答案C解析在一个振荡周期内，电场、磁场方向改变两次，电场能、磁场能转化两次；电容器充、放电各两次故选项C正确题组四电磁振荡的周期和频率12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D把电容减小到原来的答案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知，L不变，当CC0时符合要求13.为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中，电容器可通过开关S
15、与线圈L或电源相连，如图5所示当开关从a拨到b时，由L与C构成的电路中产生周期T2的振荡电流当罐中的液面上升时()图5A电容器的电容减小B电容器的电容增大CLC电路的振荡频率减小DLC电路的振荡频率增大答案BC解析当罐中液面上升时，电容器极板间的介电常数变大，则电容器的电容C增大，根据T2可知，LC电路的振荡周期T变大，又f，所以振荡频率变小，故选项B、C正确，选项A、D错误14如图6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t3.4102 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6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象如图所示结合图象，t3.4102 s时刻为图象中的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