1、第1节 电磁波的发现第2节 电磁振荡学习目标素养提炼1.了解麦克斯韦电磁场理论的基础内容以及在物理学发展史上的物理意义2.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3.理解振荡电磁波、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.物理观念：电磁波、振荡电路、振荡电流科学思维：麦克斯韦电磁场理论、电磁振荡的周期与频率01 课前 自主梳理02 课堂 合作探究03随堂 演练达标04课后 达标检测一、伟大的预言1变化的磁场产生电场(1)实验基础：如图甲所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生_ 甲 感应
2、电流(2)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，如图乙所示，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_产生了电场乙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 磁场思考 麦克斯韦提出“变化的电场产生磁场”这一假说的依据是什么？法拉第在知道了奥斯特发现了电流的磁效应之后，为什么坚信磁生电？提示：麦克斯韦和法拉第都是因为确信自然规律应当是和谐统一的，具有对称性二、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
3、，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 4电磁波的实验证实(1)赫兹利用如图所示的实验装置，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判断正误(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()三、电磁振荡
4、的产生1振荡电流：大小和方向都做_迅速变化的电流2振荡电路：能产生_的电路周期性 振荡电流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S掷向2，从此时起，电容器要对线圈放电(1)放电过程：由于线圈的_作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐_放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到_该过程电容器储存的_转化为线圈的_自感 减少 最大 电场能 磁场能(2)充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的_作用，电流并不会立刻消失，而要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_，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到_
5、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 磁场能 电场能 热量 电磁波判断正误(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()四、电磁振荡的周期和频率1周期：电磁振荡完成一次
6、_需要的时间2频率：1 s内完成的_的次数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作_周期、_频率周期性变化 周期性变化 固有 固有3周期和频率公式：T2 LC，f12 LC.判断正误(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()要点一 对麦克斯韦电磁场理论的理解探究导入 电子感应加速器就是用来获得
7、高速电子的装置，其基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电磁铁线圈中通入变化的电流，真空室中的带电粒子就会被加速，其速率会越来越大请思考：带电粒子受到什么力的作用而被加速？如果线圈中通以恒定电流会使粒子加速吗？这个现象告诉我们什么道理？提示：电荷受到电场力作用做加速运动线圈中通入恒定电流时，粒子不会被加速变化的磁场能产生电场1电磁场的产生：如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就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变化的电场变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场2麦克斯韦电磁场理论的要
8、点(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的磁场典例1 根据麦克斯韦电磁场理论，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解析 麦克斯韦的电磁场理论的核
9、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.答案 D规律总结麦克斯韦电磁场理论的关键是理解掌握四个关键词：“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的”，这些都是对时间来说的，是时间的函数1(多选)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的周期性变化的电场C变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即
10、电磁场D电场周围不一定存在磁场，磁场周围不一定存在电场解析：变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路电场仍然存在，A对若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C错电场(或磁场)周围不一定存在磁场(或电场)，D对答案：ABD2(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象中(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()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，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
11、，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 2，C图是正确的D图的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图象与上图相比较，相位相差，故不正确，所以只有B、C两图正确答案：BC要点二 电磁波与机械波的对比探究导入 新华社北京2019年6月18日电 国家主席习近平18日应约同美国总统特朗普通电话特朗普表示，我期待着同习近平主席在二十国集团领导人大阪峰会期间再次会晤，就双边关系和我们共同关心的问题进行深入沟通(1)习总书记的声音是怎样传递给特朗普的？提示：(2)介质对声波和电磁波的传播速度的影响有什么不同？提示：声波的传播速度由介质决定，与频率无
12、关，即同种介质不同频率的声波传播速度相同电磁波在真空中传播速度相同，均为3108m/s.在同种介质中不同频率的电磁波传播速度不同，频率越大传播速度越小(3)机械波和电磁波的传播本质区别是什么？提示：声波不能在真空中传播，电磁波能在真空中传播，其原因是：声波传播的是振动形式，通过振动形式传递能量，其本身不是物质，故不能在真空中传播；而电磁波是电磁场在空间的传播，本身就是物质，在真空中可以传播电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两种波因产生机理不同，除具有波的共性外，还有不同之处.机械波电磁波周期性位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播情况传播需要介质，波
13、速与介质有关，与频率无关传播不需要介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质及频率有关机械波电磁波产生机理由(波源)质点的振动产生由电磁振荡(周期性变化的电流)激发是否横波可以是是是否纵波可以是否干涉现象满足干涉条件时均能发生干涉现象衍射现象满足明显衍射条件时均能发生明显衍射典例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、干涉和衍射现象解析 机械波由振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁
14、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，而电磁波一定是横波，故选项B、C、D正确答案 BCD规律总结(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3(多选)电磁波与声波比较，下列说法正确的是()A电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C由空气进入水中时，电磁波波长变短，声波波长变长D由空气进入水中时，电磁波波长变长，声波波长变短解析：电磁波传播不需要介质，而声波属于机
15、械波，声波传播离不开介质，A正确；电磁波在空气中的速度接近光在真空中的速度，进入水中速度变小，而声波进入水中速度反而比空气中大，B正确；由vf，电磁波或声波由一种介质进入另一种介质时，频率不变，可见波速v与波长成正比，C正确，D错误答案：ABC4(多选)电磁波与机械波相比较，下列说法正确的是()A电磁波传播不需要介质，机械波传播也不需要介质B电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质C电磁波在任何介质中传播速度都相同，机械波的速度大小取决于介质D机械波有横波、纵波，而电磁波只有横波解析：电磁波传播不需要介质，而机械波的传播需要介质，A错误，B正确不同频率的机械波在同一种介质中传播速度相同(例如男
16、女声大合唱)，不同频率的电磁波在同一种介质中传播速度不同(例如光的色散)，C错误由二者的特性可知D正确答案：BD要点三 电磁振荡中对应变化的关系探究导入 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，电容器通过线圈放电，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？线圈中的电流怎样变化？电容器的电场能转化为什么形式的能？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形式的能？提示：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，电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能；线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为
17、电容器的电场能1用图象对应分析i、q的变化关系(如图所示)2相关量与电路状态的对应情况电路状态abcde时刻t0T4T23T4T电荷量q最多0最多0最多电场能最大0最大0最大电流i0正向最大0反向最大0磁场能0最大0最大03.几个关系(1)同步同变关系在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即qEEE(或qEEE)振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即iBEB(或iBEB)(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增大时，线圈中的三个物理量i、B、EB减小，且它们的变化是同
18、步的，即q、E、EE的变化与i、B、EB的变化是相反的易错提醒只要抓住能量转化这条线，就很容易理解并掌握电磁振荡过程.,在电容器充电过程中，q电场电场能磁场能磁场线圈中的电流i.,在电容器放电过程中，q电场电场能磁场能磁场线圈中的电流i.典例3(多选)LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法正确的是()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(俯视)流动若该时刻电容器上极板带正电
19、，则可知电容器处于充电阶段，电流正在减小，选项A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，选项B正确；由楞次定律知选项D正确；若电容器上极板带正电，则可知电容器正在充电，线圈中电流正在减小，选项C错误答案 ABD规律总结电容器放电时，电流从电容器的正极流出，而电容器充电时，电流的方向总是流向电容器的正极5.(多选)某时刻LC振荡电路的状态如图所示，则此时刻()A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解析：由图中上极板带正电荷、下极板带负电荷及电流的方向可判断出电容器正在充电电容器充电的过程中电流减小，磁场能向电场能转化，正
20、确选项为A、D.答案：AD6(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()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，下极板的电势高解析：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
21、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正确答案：AD电磁振荡的过程，实质上是电场能和磁场能相互转化的过程，若LC电路中没有能量损失，那么在电磁振荡过程中，电容器中的电场能EE和自感线圈中的磁场能EB，总能量守恒，即EEEB恒量LC电路中的电场能和磁场能做周期性变化，但是它们的变化周期是电磁振荡周期的一半，这是因为电场能和磁场能是标量，而电路中的
22、电流、电压、电场强度、磁感应强度的方向和电容器极板上电荷的电性在电磁振荡的一个周期内改变两次科学思维从“能量的角度”理解电磁振荡过程关于LC振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是()A振荡电流最大时，电容器两极板间的电场强度最大B振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零C振荡电流增大的过程中，线圈中的磁场能转化成电场能D振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能解析：振荡电流最大时，电容器放电结束，电场强度为零，A错；振荡电流为零时，电流的变化率最大，线圈中自感电动势最大，B错；振荡电流增大时，线圈中电场能转化为磁场能，C错；振荡电流减小时，线圈中磁场能转化为电场能，D对答案：D1下列关于
23、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解析：电磁波具有波的共性，可以发生衍射现象，故B对电磁波是横波，能发生偏振现象，故C错电磁波能携带信息传播，且传播不依赖介质，在真空中也可以传播，故A、D错答案：B2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：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
24、为零，线圈中电流为零，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错误答案：C3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少线圈的匝数解析：本题考查LC振荡电路的频率公式f12 LC 的应用由此式可知增大固有频率f的办法是减小L或减小C或同时减小L和C.由C rS4kd 可知，电容器两极板的正对面积增大，则C增大，正对面积减小，则C减小，减小两极板间的距离，则C增大；在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝
25、数，则L增大，减少线圈的匝数，则L减小故选项D正确答案：D4图中画出一个LC振荡电路中的电流变化图线，根据图线可判断()At1时刻电感线圈两端电压最大Bt2时刻电容器两板板间电压为零Ct1时刻电路中只有电场能Dt1时刻电容器带电荷量为零解析：本题考查认识i-t图象和利用图线分析问题的能力由图象知，计时开始时，电容器两极板带电荷量最大，电流为零，电容器放电开始，根据电流随时间的变化规律，画出q-t图象如图所示由图象分析可知：t1时刻，电容器上电荷量为零，电势差为零，电场能为零，故D对，A、C错；t2时刻电容器电荷量q最大，两极板间电势差最大，B错答案：D5如图所示，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，则把电容_到原来的_.解析：由题意，频率变为原来的2倍，则周期就变为原来的12，由T2 LC，L不变，当电容C减小到原来的14时符合要求答案：减小 1404课后 达标检测
