第1、2节　电磁振荡 电磁场与电磁波

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物理观念(1)了解电磁振荡，知道LC振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化情况及电场能与磁场能的转化情况。(2)了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，知道电磁波的概念。(3)了解电磁场是物质的一种形式，会从电磁场的物质性与能量传播的观点解释电磁波的发射与接收。续表科学思维(1)知道电磁振荡的周期与频率，会用其分析、解释有关问题。(2)经历分析电磁振荡周期与L、C关系的过程，体会定性分析推理的方法。科学探究实验观察电磁振荡中各物理量的变化过程。科学态度与责任了解麦克斯韦对电磁学的贡献，领会物理实验对物理学发展的基础意义。一、电磁振荡1．填一填(1)振荡电流：大小和方向都做________迅速变化的电流。(2)振荡电路：产生________的电路。由电感线圈L和电容C组成最简单的振荡电路，称为____振荡电路。周期性振荡电流LC减少最大值自感充电增多最大值振荡电流电场磁场磁场电场周期性周期性次数时间次数2．判一判(1)在LC振荡电路中，回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大。

()(2)在LC振荡电路中，电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小。

()(3)振荡电流的大小和方向均不断变化。

()(4)电磁振荡的固有周期与电流的变化快慢有关。

()√×√×二、电磁场与电磁波1．填一填(1)电磁场①变化的磁场产生电场a．现象分析：麦克斯韦认为放在变化的磁场中的闭合电路会产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，该电场使导体中的自由电荷做__________，产生感应电流。b．观点推广：变化的磁场产生电场，这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在_____。定向移动无关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_____。③电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场。(2)电磁波①定义：变化的电场和变化的磁场形成的_______由近及远地向周围传播，形成电磁波。②特点：a．电磁波可以在真空中传播。b．电磁波的传播速度等于光速c。磁场电磁场c．麦克斯韦预言光是一种电磁波。d．电磁波是横波，其电场方向与磁场方向相互垂直，且二者均与传播方向垂直。③赫兹用实验证实了电磁波的存在。并观察到电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。2．判一判(1)电磁波在真空中和介质中传播的速度相同。

()(2)只要有电场和磁场，就能产生电磁波。

()(3)变化的磁场产生的电场的电场线是闭合曲线。

()××√探究(一)电磁振荡过程分析

[重难释解]1．电磁振荡过程各物理量的变化规律续表2．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像(如图所示)3．板间电压u(图1)、电场能EE(图2)、磁场能EB(图3)随时间变化的图像4．分类分析(1)同步关系：在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)线圈上的物理量：电流i、线圈里的磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)(2)同步异变关系：在LC振荡电路变化过程中，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↑，i、B、EB↓。[解析]

0.5～1s时间内，振荡电流是充电电流，充电电流是由负极板流向正极板，故A、B错误；1～1.5s时间内，振荡电流是放电电流，放电电流是由正极板流向负极板，由于电流为负值，所以由Q流向P，Q点的电势比P点的电势高，电场能正在转变成磁场能，故C、D正确。[答案]

CDLC振荡电路充、放电过程的判断方法(1)根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程。(2)根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量q(电压U、电场强度E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。(3)根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电。

[素养训练]1．(多选)如图表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是

(

)A．电容器正在放电B．电感线圈中的磁场能正在减少C．电感线圈中的电流正在减小D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大解析：由题图中电容器的正负极、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中，这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流正在增大，线圈中磁场能正在增加，A正确，B、C错误；由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增大，D正确。答案：AD探究(二)对麦克斯韦电磁场理论的理解[问题驱动](1)麦克斯韦根据什么认为“变化的磁场产生电场”？(2)关于“变化的电场产生磁场”的观点，麦克斯韦是在什么情况下提出的？提示：(1)麦克斯韦是基于电磁感应现象提出“变化的磁场产生电场”的假设。(2)“变化的电场产生磁场”，是麦克斯韦出于对自然规律的洞察力，很大胆的假设，也是更具创造性的假设。他认为：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场。

[重难释解]1．对麦克斯韦电磁场理论的理解电场磁场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2.对电磁场的理解(1)电磁场的产生如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场……于是，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。(2)电磁场与静电场、磁场的比较三者可以在某空间混合存在，但由静电场和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。(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。[素养训练]1．(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)的关系图像中(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

(

)2.(多选)某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是

(

)A．沿AB方向磁场在迅速减弱

B．沿AB方向磁场在迅速增强C．沿BA方向磁场在迅速增强

D．沿BA方向磁场在迅速减弱解析：根据电磁感应现象，闭合回路中的磁通量变化时，使闭合回路中产生感应电流，该电流可用楞次定律判断。根据麦克斯韦电磁场理论，闭合回路中产生感应电流，是因为闭合回路中受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空间内磁场变化产生的电场方向，仍然可用楞次定律判断，四指环绕方向即为感应电场的方向，由此可知A、C正确。答案：AC探究(三)电磁波与机械波的比较[重难释解]电磁波与机械波的比较

项目机械波电磁波实质力学现象电磁现象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特点传播需要介质，波速与介质有关，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，波速与介质及频率都有关续表(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]机械波由波源振动产生，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，而电磁波一定是横波，故选项B、C、D正确。[答案]

BCD[素养训练]1．下列说法正确的是

(

)A．电磁波在真空中以光速c传播B．在空气中传播的声波是横波C．声波只能在空气中传播D．光需要介质才能传播解析：电磁波在真空中的传播速度为光速c，选项A正确；在空气中传播的声波是纵波，选项B错误；声波可以在气体中传播，也可以在液体、固体中传播，选项C错误；光可以在真空中传播，因此，光不需要介质也能传播，选项D错误。答案：A2．(多选)关于电磁波和机械波，下列说法正确的是

(

)A．电磁波和机械波的传播都需要借助于介质B．电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切相关C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场解析：机械波的传播需要借助于介质，但电磁波的传播不需要借助介质，选项A错误；电磁波和机械波的传播速度都与介质有关，选项B错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，选项C正确；变化的电场产生磁场，选项D正确。答案：CD一、培养创新意识和创新思维1．(多选)水下机器人PowerRay“小海鳐”，它在水下开启寻鱼模式可以通过声呐技术(通过发射声波和接收回波判断目标物的距离、方位和移动速度等信息)准确探测鱼群。它也能将水下鱼群信息通过无线电波传输上岸，由于在水中衰减快，其最大传输距离为80m。下列分析合理的是

(

)A．声波和无线电波在水中的传播速度相等B．无线电波在水中衰减指的是其频率不断减小C．发射声波后能形成回波是波的反射现象D．若接收回波频率大于发射声波的频率，说明鱼正在靠近解析：声音进入水中传播速度会增大，无线电波进入水中传播速度会减小，但两者的速度不相等，故A错误；无线电波进入水中时频率不变，波长变短，故B错误；发射声波后能形成回波是波的反射现象，故C正确；根据波的多普勒效应可知，若接收回波频率大于发射声波的频率，说明声源接近观察者，即鱼正在靠近，故D正确。答案：CD二、注重学以致用和思维建模2．如图所示是通过电容器电容的变化来检测容器内液面高低的仪器原理图，容器中装有导电液体，是电容器的一个电极，中间的导电芯柱是电容器的另