1、高中同步新课标物理 高中同步新课标物理 一、伟大的预言1变化的磁场产生电场实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生。感应电流高中同步新课标物理 麦克斯韦对该问题的见解：电路里有产生，一定是变化的产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。该现象的实质：变化的产生了电场。2变化的电场产生磁场麦克斯韦大胆地假设，既然变化的磁场能产生电场，那么，变化的电场也会在空间产生。感应电流磁场磁场磁场高中同步新课标物理 注意变化的磁场所产生电场的电场线是闭合的，而静电场中的电场线是不闭合的。高中同步新课标物理 选一选多选某电路的电场随时间变化的图象如图所示，能产生磁场的电场是()
2、高中同步新课标物理 解析：选 BCD 题图 A 中电场不随时间变化，不产生磁场；题图 B 和题图 C 中电场都随时间做均匀变化，能产生稳定的磁场；题图D 中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场。高中同步新课标物理 二、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，由近及远向周围传播，形成。2电磁波是横波：根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相，而且二者均与波的传播方向，因此电磁波是波。3电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本质，他预言电磁波的速度等于。电磁波垂直垂直横光速高中同步新课标物理 4电磁波的实验证实(1)赫兹利用如图所示的
3、实验装置，证实了的存在。(2)赫兹的其他实验成果：赫兹通过一系列的实验，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，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。电磁波速度 c高中同步新课标物理 注意电磁波是电磁现象，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的存在，但电磁波的传播则不需要介质。高中同步新课标物理 判一判1电磁波在真空和介质中传播速度相同()2只要有电场和磁场，就能产生电磁波()3电磁波在同种介质中只能沿直线传播()高中同步新课标物理 三、电磁振荡的产生1振荡电流：大小和方向都做迅速
4、变化的电流。2振荡电路：产生的电路。最简单的振荡电路为 LC 振荡电路。3振荡过程：如图所示，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，电容器要对线圈放电。周期性振荡电流高中同步新课标物理(1)放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流不能马上达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐。到放电完毕时，电容器极板上没有电荷，放电电流达到。该过程电容器储存的转化为线圈的。减少最大值电场能磁场能高中同步新课标物理(2)充电过程：电容器放电完毕时，由于线圈的作用，电流并不会立即减小为零，而会保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始，极板上的电荷逐渐，当电流减小到
5、零时，充电结束，极板上的电荷量达到。该过程线圈中的又转化为电容器的。此后电容器再放电、再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变化的振荡电流。(3)实际的 LC 振荡是阻尼振荡：电路中有电阻，振荡电流通过时会有产生，另外还会有一部分能量以的形式辐射出去。如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。自感充电增加最大值磁场能电场能热量电磁波高中同步新课标物理 说明在电磁振荡过程中，电容器极板上的电荷量，电路中的电流与振荡电流相联系的电场和磁场都在周期性的变化，电场能和磁场能周期性的转化。类比单摆摆动过程中的能量转化来分析电磁振荡过程中的能量转化情况：电容器充电时相当于摆球从平衡位置被拉到最高点，电
6、场能相当于摆球势能，磁场能相当于摆球动能。电容器在放电过程中电场能转化为磁场能，相当于摆球由最高点向平衡位置运动，摆球势能转化为动能。电容器放电结束，电场能全部转化为磁场能，相当于摆球到达平衡位置时摆球势能全部转化为动能。高中同步新课标物理 选一选多选在 LC 回路产生电磁振荡的过程中，下列说法正确的是()A电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小B回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大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刻，电场能最小高中同步新课标物理 解析：选 BC 电容器放电完毕时，q0，但此时 i 最大，所以磁场能最大，则 A 错误；电流最小 i0 时，q 最多，极板间
7、电场最强，电场能最大，则 D 错误；同理分析，选项 B、C 正确。高中同步新课标物理 四、电磁振荡的周期和频率1周期：电磁振荡完成一次变化需要的时间。2频率：1 s 内完成的周期性变化的。如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分别叫做固有周期、固有频率。3周期和频率公式：T2 LC，f12 LC。周期性次数高中同步新课标物理 注意LC 振荡电路的固有频率只取决于线圈的自感系数 L和电容器的电容 C，与电容器带电多少、极板间的电压高低和是否接入电路等因素无关。高中同步新课标物理 选一选要增大 LC 振荡电路的频率，可采取的办法是()A增大电容器两极板正对面积B减少极板带电
8、荷量C在线圈中放入软铁棒作铁芯D减少线圈匝数高中同步新课标物理 解析：选 D 根据 LC 振荡电路的频率公式 f12 LC和平行板电容器电容公式 C rS4kd知，当增大电容器两极板正对面积时，C 增大，f 减小；减少极板带电荷量，不影响 C，即 f 不变；在线圈中放入软铁棒作铁芯，L 增大，f 减小；减少线圈匝数，L 减小，f 增大，故 D 正确。高中同步新课标物理 高中同步新课标物理 1.对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围
9、空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场高中同步新课标物理 2.对电磁场的理解(1)电磁场的产生如果在空间某区域有周期性变化的电场，那么这个变化的电场在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场变化的电场和变化的磁场交替产生，形成了不可分割的统一体，这就是电磁场。高中同步新课标物理(2)电磁场与静电场、静磁场的比较三者可以在某空间混合存在，但由静电场和静磁场混合的空间不属于电磁场。电磁场是电场、磁场相互激发，相互耦连形成的统一体。电磁场由近及远传播，形成电磁波，如图所示。高中同步新课标物理 典型例题例 1.多选判断如图
10、所示的电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象(每个选项中的上图表示变化的场，下图表示变化的场产生的另外的场)，其中正确的是()高中同步新课标物理 解析 A 图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，所以下图错误；B 图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以下图正确；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2，所以下图正确；D 图的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图象与上图相比较，相位相差应为2而不是，所以下图错误。综上所述，B、C 正确，A、D 错误。答案 BC高中同步新课标物理
11、点评(1)麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场。而产生的电场或磁场如何变化与原磁场或原电场的变化规律有关。(2)洛伦兹力对运动电荷永不做功，但变化的磁场产生的感应电场可以对运动电荷做功。高中同步新课标物理 即时巩固1根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场B在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在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周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场高中同步新课标物理 解析：选 D 根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均
12、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，只有 D 正确。高中同步新课标物理 高中同步新课标物理 高中同步新课标物理 典型例题例 2.多选以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是()A机械波与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，还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、干涉和衍射现象高中同步新课标物理 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；机械波传播需要介质，波速由介质决定；电磁波的传播不需要介质，波速由介质和本身频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁
13、波一定是横波，故选项 B、C、D 正确。答案 BCD高中同步新课标物理 点评(1)电磁波和机械波都遵循波长、波速、频率的关系公式vf，电磁波进入介质遵循公式 ncv。(2)机械波的传播需要介质，电磁波的传播不需要介质。高中同步新课标物理 即时巩固2类比是一种有效的学习方法，通过归类和比较，有助于掌握新知识，提高学习效率。在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不正确的是()A机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用B机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D机械波既有横波又
14、有纵波，而电磁波只有纵波高中同步新课标物理 解析：选 D 波长、波速、频率的关系对任何波都是成立的，对电磁波当然成立，A 正确；干涉和衍射是波的特性，机械波、电磁波都是波，都具有这些特性，B 正确；机械波是机械振动在介质中传播形成的，所以机械波的传播需要介质，而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远的传播形成的，所以电磁波可以在真空中传播，C 正确；机械波既有横波又有纵波，但是电磁波是横波，其证据就是电磁波能够发生偏振现象，而偏振现象是横波才有的，D 错误。高中同步新课标物理 1.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图象高中同步新课标物理 2LC 振荡电路中各量间的变化规律及对应关系(1)同步同变
15、关系在 LC 振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量 q、板间电压 U、电场强度 E、电场能 EE是 同 步 同 向 变 化 的，即：qUEEE(或qUEEE)。振荡线圈上的物理量：振荡电流 i、磁感应强度 B、磁场能 EB 也是同步同向变化的，即：iBEB(或 iBEB)。高中同步新课标物理(2)同步异变关系在 LC 振荡过程中，电容器上的三个物理量 q、E、EE 与线圈中的三个物理量 i、B、EB 是同步异向变化的，即 q、E、EE 同时减小时，i、B、EB 同时增大，且它们的变化是同步的，即 q、E、EE同步异向变化 i、B、EB。(3)物理量的等式关系线圈上的振荡电流 i
16、qt，自感电动势 ELit，振荡周期 T2 LC。高中同步新课标物理(4)极值、图象的对应关系如图所示，i0 时，q 最大，E 最大，EE 最大，E 自(E 自为自感电动势)最大。q0 时，i 最大，B 最大，EB 最大，EE0。对于电场 E 与磁场 B 以及电场能 EE 与磁场能 EB 随时间的变化图象也有这样的对应关系，图象能直观地反映同步异变关系和极值对应关系。高中同步新课标物理(5)自感电动势 E 与 i-t 图象的关系由 ELit知，Eit是 i-t 图象上某处曲线切线的斜率 k 的绝对值。所以，利用图象可分析自感电动势随时间的变化和极值。3振荡电路中相关量的决定因素(1)振荡电流
17、iqt，由极板上电荷量的变化率决定，与电荷量的多少无关。高中同步新课标物理(2)两极板间的电压 UqC，由极板上的电荷量决定，与电荷量的变化率无关。(3)线圈中的自感电动势 ELit，由电路中电流的变化率决定，与电流的大小无关。高中同步新课标物理 典型例题例 3.LC 振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法错误的是()A若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电B若电容器正在放电，则电容器上极板带负电C若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大D若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大高中同步新课标物理 解析 该题图中标明了电流的磁场方向，由安培定则可判断出振荡电流在线圈中为逆时针(俯
18、视)流动。若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于充电阶段，电流正在减小，A 选项正确；若该时刻电容器上极板带负电，则可知电容器正在放电，电流正在增大，B 选项正确；由楞次定律知 D 选项正确；错误选项只有 C。答案 C高中同步新课标物理 点评 LC 振荡电路中各量的变化规律高中同步新课标物理 即时巩固3多选如图甲所示的 LC 振荡电路中，通过 P 点的电流变化规律如图乙所示(图中周期为 2.0 s)。现规定电路中沿顺时针方向的电流方向为正，则()高中同步新课标物理 A0.5 s 至 1.0 s 时间内，电容器充电B0.5 s 至 1.0 s 时间内，电容器上极板带的是正电C1.0 s 至
19、 1.5 s 时间内，磁场能正在转化为电场能D1.0 s 至 1.5 s 时间内，下极板的电势高高中同步新课标物理 解析：选 AD 由振荡电流的图象可知，在 0.51.0 s 的时间内，电流的方向为正方向，且电流值正在减小，由题意可知，此时间内电路中的电流是沿顺时针方向的，而且电容器 C 正在充电，由于充电电流是由电容器 C 的负极板流出，流向正极板，可知在 0.51.0 s 的时间内电容器 C 的上极板带负电，下极板带正电，选项 A 正确，B 错误；再由振荡电流的图象知，在 1.01.5 s 的时间内，电流的方向为负方向，且电流值正在增大，由题意可知，此时间内电路中的电流是沿逆时针方向的，所
20、以下极板的电势高，而且由于电流值正在增大，所以电场能正在转化为磁场能，选项 C 错误，D 正确。高中同步新课标物理 高中同步新课标物理 1多选下列关于电磁波与声波的说法正确的是()A电磁波是电磁场由发生的区域向远处传播，声波是声源的振动向远处传播B电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需要介质C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D由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波的波长变小高中同步新课标物理 解析：选 AC 由电磁波和声波的概念可知 A 正确；电磁波可以在真空中传播，而声波属于机械波，它的传播需要介质，在真空中不能传播，B 错误；电磁波在空气中的传播速
21、度大于在水中的传播速度，在真空中的传播速度最大，声波在气体、液体、固体中的传播速度依次增大，C 正确；无论是电磁波还是声波，从一种介质进入另一种介质频率都不变，所以由波长 vf及它们在不同介质中的速度可知，由空气进入水中时，电磁波的波长变短，声波的波长变长，D 错误。高中同步新课标物理 2如图所示是一个 LC 振荡电路中电流的变化图线，下列说法正确的是()At1 时刻电感线圈两端电压最大Bt2 时刻电容器两极板间电压为零Ct1 时刻电路中只有电场能Dt1 时刻电容器所带电荷量为零高中同步新课标物理 解析：选 D 振荡过程中由于电感和电容的存在，电路不是纯电阻电路，故不满足欧姆定律的适用条件。由
22、 i-t 图象可知 t1 时刻电流 i 最大，t2 时刻电流 i 为零，误认为 i 与 u 满足欧姆定律 IUR，A、B错误；电流 i 最大时，说明磁场最强，磁场能最大，电场能为零，电容器电压、电荷量均为零，C 错误，D 正确。高中同步新课标物理 3关于 LC 回路，下列说法正确的是()A一个周期内，电容器充、放电各一次B电容器极板上电压最大时，线圈中的电流最强C电容器开始充电时，线圈中的磁场能最强D电容器开始充电时，电场能最大解析：选 C 电容器从开始充电到放电完毕才经历半个周期，一个周期内，电容器应充、放电各两次，A 错误；电容器上的电压最大时，电场能最大，此时磁场能为零，线圈中电流为零，
23、B 错误；电容器开始充电时，电场能为零，线圈中磁场能最大，所以 C 正确，D 错误。高中同步新课标物理 4多选如图所示的 LC 振荡回路，当开关 S 转向右边发生振荡后，下列说法中正确的是()A振荡电流达到最大值时，电容器上的电荷量为零B振荡电流达到最大值时，磁场能最大C振荡电流为零时，电场能为零D振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期的一半高中同步新课标物理 解析：选 ABD 由 LC 电路电磁振荡的规律知，振荡电流最大时，即是放电刚结束时，电容器上电荷量为 0，A 正确；回路中电流最大时螺线管中磁场最强，磁场能最大，B 正确；振荡电流为零时充电结束，极板上电荷量最大、电场能最大，C 错
24、误；电流相邻两次为零的时间间隔恰好等于半个周期，D 正确。高中同步新课标物理 5如图所示，L 为一电阻可忽略的线圈，D 为一灯泡，C 为电容器，开关 S 闭合，灯泡 D 正常发光；将 S 突然断开，并开始计时，请画出 LC 回路中电流 i 及电容器右极板所带电荷量 q 随时间 t 变化的图象(规定 LC 回路中电流顺时针方向为正方向)。高中同步新课标物理 解析：开关闭合时，电容器上所带电荷量为零，电流沿线圈自左向右，当断开开关后，线圈和电容器构成振荡电路，沿顺时针方向的电流逐渐减小，根据 LC 振荡电流的变化规律，可得电流和电容器右极板所带电荷量随时间变化的图象分别如图甲、乙所示。答案：见解析图高中同步新课标物理
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