高二物理課件 14.1 《電磁波的發(fā)現(xiàn)》 14.2 電磁振蕩 （人教選修3-4）

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歡迎進入物理課堂 一 對麥克斯韋電磁場理論的理解 1 電磁場的產(chǎn)生 如果在空間某處有周期性變化的電場 那么這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場 這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場 變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的 形成不可分割的統(tǒng)一體 這就是電磁場 2 麥克斯韋電磁場理論的要點 1 恒定的磁場不會產(chǎn)生電場 同樣 恒定的電場也不會產(chǎn)生磁場 2 均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場 同樣 均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場 3 振蕩變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的電場 同樣 振蕩變化的電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場 電磁場是動態(tài)的 并且電場和磁場不可分割 磁感線 電場線都是閉合的曲線 靜電場 靜磁場是單獨存在的 且電場線是非閉合曲線 靜止的電場和磁場不是電磁場 典例1 2010 天津高考 下列關(guān)于電磁波的說法正確的是 A 均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場B 電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同C 只要有電場和磁場 就能產(chǎn)生電磁波D 電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播 解題指導(dǎo) 理解麥克斯韋電磁場理論 1 恒定電場 磁場 不產(chǎn)生磁場 電場 2 均勻變化電場 磁場 恒定磁場 電場 3 非均勻變化電場 磁場 變化磁場 電場 4 周期性變化電場 磁場 同頻率磁場 電場 標(biāo)準(zhǔn)解答 選A 不管磁場怎樣變化 只要是變化的磁場就可以在空間產(chǎn)生電場 所以均勻變化的磁場也能夠在空間產(chǎn)生電場 故A正確 電磁波的傳播速度與介質(zhì)和頻率有關(guān) 相同頻率的電磁波在不同的介質(zhì)中傳播速度不同 故B錯誤 恒定的電場 磁場 周圍不會產(chǎn)生磁場 電場 只有變化的電場 磁場 才能產(chǎn)生電磁波 故C錯誤 電磁波只有在同種均勻介質(zhì)中才能沿直線傳播 若同一種介質(zhì)是不均勻的 電磁波在其中的折射率是不一樣的 在這樣的介質(zhì)中是沿曲線傳播的 故D錯誤 變式訓(xùn)練 如圖所示 一正離子在垂直于勻強磁場的固定光滑軌道內(nèi)做勻速圓周運動 當(dāng)磁場均勻增大時 離子動能將 周期將 解析 當(dāng)磁場均勻增加時 在光滑軌道處產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電場 正離子在電場力作用下做加速運動 動能增加 速度增加 T 周期減小 答案 增加變小 二 電磁波與機械波的比較電磁波是電磁現(xiàn)象 機械波是力學(xué)現(xiàn)象 兩種波因產(chǎn)生機理不同 除具有波的共性外 還有不同之處 電磁波是電磁現(xiàn)象 機械波是力學(xué)現(xiàn)象 兩者都具有波的特性 干涉 衍射等 但它們具有本質(zhì)的不同 如機械波的傳播依賴于介質(zhì)的存在 但電磁波的傳播則不需要介質(zhì) 典例2 2011 東營高二檢測 關(guān)于電磁波與聲波的說法 下列正確的是 A 電磁波是電磁場由發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播 聲波是聲源的振動向遠(yuǎn)處傳播B 電磁波的傳播不需要介質(zhì) 聲波的傳播有時也不需要介質(zhì)C 由空氣進入水中傳播時 電磁波的傳播速度變小 聲波傳播速度變大D 由空氣進入水中傳播時 電磁波的波長不變 聲波的波長變小 解題指導(dǎo) 解答本題應(yīng)把握以下兩點 1 電磁波本身是一種物質(zhì) 機械波只是一種振動形式在介質(zhì)中的傳播 2 電磁波在真空中的傳播速度最大 機械波在固體 液體 氣體中的傳播速度逐漸減小 但傳播過程中它們的頻率都不變 標(biāo)準(zhǔn)解答 選A C 由電磁波和聲波的概念可知A正確 因為電磁波可以在真空中傳播 而聲波屬于機械波 它的傳播需要介質(zhì) 在真空中不能傳播 故B錯 電磁波在空氣中的傳播速度大于在水中的傳播速度 在真空中的傳播速度最大 聲波在氣體 液體 固體中的傳播速度依次增大 故C正確 無論是電磁波還是聲波 從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)頻率都不變 所以由波長 及它們在不同介質(zhì)中的速度可知 由空氣進入水中時 電磁波的波長變短 聲波的波長變長 故D錯 變式訓(xùn)練 關(guān)于電磁波與機械波 下列說法正確的是 A 電磁波傳播不需要介質(zhì) 機械波傳播需要介質(zhì)B 電磁波在任何介質(zhì)中傳播速率都相同 機械波在同一種介質(zhì)中傳播速率都相同C 電磁波和機械波都不能發(fā)生干涉D 電磁波與機械波都能發(fā)生衍射 解析 選A D 電磁波的波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān) 而機械波的傳播速率只與介質(zhì)有關(guān) 故A對 B錯 電磁波和機械波都具有波的一些獨有特征 包括干涉和衍射 故C錯 D對 三 振蕩過程中各物理量的變化情況 給LC回路提供能量后 利用電容器的充放電作用和線圈產(chǎn)生自感的作用 使LC回路中產(chǎn)生振蕩電流 同時電容器極板上電荷q及與q相關(guān)的電場 E U E電 通電線圈的電流i及與i相關(guān)聯(lián)的磁場 B E磁 都發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象 稱電磁振蕩 其中 產(chǎn)生的大小和方向都周期性變化的電流稱振蕩電流 產(chǎn)生振蕩電流的電路稱振蕩電路 最簡單的振蕩電路是LC振蕩電路 3 LC回路中各量間的變化規(guī)律及對應(yīng)關(guān)系 1 同步同變關(guān)系在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中 電容器上的物理量 電量q 板間電壓U 電場強度E 電場能EE是同步同向變化的 即 q U E EE 或q U E EE 振蕩線圈上的物理量 振蕩電流i 磁感應(yīng)強度B 磁場能EB也是同步同向變化的 即 i B EB 或i B EB 2 同步異變關(guān)系在LC振蕩過程中 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 3 物理量的等式關(guān)系線圈上的振蕩電流i 自感電動勢E L 振蕩周期T 4 極值 圖象的對應(yīng)關(guān)系如圖所示 i 0時 q最大 E最大 EE最大 E自 E自為自感電動勢 最大 q 0時 i最大 B最大 EB最大 EE 0 對于電場E與磁場B以及電場能EE與磁場能EB隨時間的變化圖象有這樣的對應(yīng)關(guān)系 圖象能直觀地反映同步異變關(guān)系和極值對應(yīng)關(guān)系 5 自感電動勢E與i t圖象的關(guān)系由E L 知 E 是i t圖象上某處曲線切線的斜率k的絕對值 所以 利用圖象可分析自感電動勢隨時間的變化和極值 振蕩電流i 由極板上電荷量的變化率決定 與電荷量的多少無關(guān) 兩極板間的電壓U 由極板上的電荷量決定 與電荷量的變化率無關(guān) 線圈中的自感電動勢E 由電路中電流的變化率決定 與電流的大小無關(guān) 典例3 2011 閔行區(qū)高二檢測 LC振蕩電路中 某時刻的磁場方向如圖所示 則 A 若磁場正在減弱 則電容器正在充電 電流由b向aB 若磁場正在減弱 則電場能正在增大 電容器上極板帶負(fù)電C 若磁場正在增強 則電場能正在減少 電容器上極板帶正電D 若磁場正在增強 則電容器正在充電 電流方向由a向b 解題指導(dǎo) 解答本題首先根據(jù)電流的磁場方向和安培定則判斷振蕩電流的方向 然后再根據(jù)磁場的變化判斷電容器的充放電以及極板帶電情況 標(biāo)準(zhǔn)解答 選A B C 若磁場正在減弱 則電流在減小 是充電過程 根據(jù)安培定則可確定電流由b向a流 電場能增大 上極板帶負(fù)電 故選項A B正確 若磁場正在增強 則電流在增大 是放電過程 電場能正在減小 根據(jù)安培定則 可判斷電流由b向a 上極板帶正電 故選項C正確 D錯誤 規(guī)律方法 LC振蕩電路的分析方法 1 首先明確LC振蕩電路的周期公式及周期的大小 將周期進行分解 把整個振蕩周期分成四個T 分別研究每一個T內(nèi)各物理量的變化情況 2 電容器充 放電過程中電流的變化特征 電容器充電過程中 電容器帶電量越來越多 電流越來越小 充電完畢時 電流為零 電容器放電過程中 電容器帶電量越來越少 電流越來越大 放電完畢時 電流最大 一個周期內(nèi)振蕩電流方向改變兩次 變式訓(xùn)練 如圖甲中通過P點電流的 向右為正 變化規(guī)律如圖乙所示 則 A 0 5 1s間 電容器C正在充電B 0 5 1s間 電容器C上極板帶正電C 1 1 5s內(nèi) 電勢Q點比P點高D 1 1 5s磁場能轉(zhuǎn)化為電場能 解析 選A C 從0 5 1s 電流逐漸減小 是充電過程 電容器上極板帶負(fù)電 故選項A正確 B錯誤 1 1 5s內(nèi) 電流逐漸增大 是放電過程 電場能轉(zhuǎn)化為磁場能 故選項D錯誤 且電流沿逆時針方向流動 Q點電勢比P點的高 故選項C正確 變式備選 LC回路中電容器兩端電壓U隨時間t變化的關(guān)系如圖所示 A 在時刻t2 電路中的電流最大B 在時刻t3 電路中的磁場能最大C 從時刻t2至t3 電路中的電場能不斷增大D 從時刻t3至t4 電容器所帶的電荷量不斷增大 解析 選A C 根據(jù)電容器兩端電壓與電荷量的關(guān)系q CU可知 t2時刻 電容器上的電荷量為零 即放電完畢 電流最大 故選項A正確 t3時刻 電荷量最大 電流最小為零 磁場能最小 故選項B錯誤 t2 t3時間內(nèi) 電荷量增加 即充電過程 電場能不斷增加 故選項C正確 t3 t4時間內(nèi) 是放電過程 電荷量不斷減少 故選項D錯誤 典例 如圖所示振蕩電路中 1 當(dāng)電感L 300 H 電容器C的范圍為25 270pF 求振蕩電流的頻率范圍 2 當(dāng)電感L 10mH 要產(chǎn)生周期T 0 02s的振蕩電流 應(yīng)配制多大的電容器 標(biāo)準(zhǔn)解答 振蕩電流的頻率范圍是5 6 105 1 84 106Hz答案 1 5 6 105 1 84 106Hz 2 10 3F 一 選擇題1 根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論 以下敘述中正確的是 A 教室中開亮的日光燈周圍空間必有磁場和電場B 工作時打點計時器周圍必有磁場和電場C 穩(wěn)定的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 穩(wěn)定的磁場激發(fā)穩(wěn)定的電場D 電磁波在傳播過程中 電場方向 磁場方向和傳播方向三者互相垂直 解析 選A B D 教室中開亮的日光燈 工作時打點計時器用的振蕩電流 在其周圍產(chǎn)生振蕩磁場和電場 故選項A B正確 穩(wěn)定的電場不會產(chǎn)生磁場 故選項C錯誤 電磁波是橫波 電場方向 磁場方向和傳播方向相互垂直 故選項D正確 2 2011 余杭高二檢測 如圖所示 L是不計電阻的電感器 C是電容器 閉合電鍵K 待電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后 再斷開電鍵K LC電路中將產(chǎn)生電磁振蕩 如果規(guī)定電感L中的電流方向從a到b為正 斷開電鍵K的時刻為t 0 那么下列四個圖中能夠正確表示電感中的電流隨時間變化規(guī)律的是 解析 選B 電鍵閉合時 電流從a流向b為正 當(dāng)斷開電鍵后 電感器與電容器構(gòu)成一振蕩電路 隨后形成振蕩電流 根據(jù)振蕩電流的規(guī)律 可知選項B正確 3 2011 珠海高二檢測 關(guān)于在LC振蕩電路的一個周期的時間內(nèi) 下列說法中正確的是 磁場方向改變一次 電容器充 放電各一次 電場方向改變兩次 電場能向磁場能轉(zhuǎn)化完成兩次A B C D 解析 選C 在一個振蕩周期內(nèi) 電場 磁場方向改變兩次 電場能 磁場能轉(zhuǎn)化兩次 電容器充 放電各兩次 故選項C正確 4 在LC回路產(chǎn)生振蕩電流的過程中 A 振蕩電流與電場能同時出現(xiàn)最大值B 振蕩電流與磁場能同時出現(xiàn)最大值C 電流減弱時 電容器充電D 電流增強時 電容器充電 解析 選B C 振蕩電流最大時 產(chǎn)生的磁場最強 磁場能最大 而電容器上電荷量最少 電場能最小 故選項A錯誤 B正確 電容器充電過程 電流逐漸減弱 電流減小到零時 充電完畢 故選項C正確 D錯誤 方法技巧 LC振蕩電路的分析方法分析LC振蕩電路的工作過程時 關(guān)鍵是要搞清電場能和磁場能相互轉(zhuǎn)化的過程以及所對應(yīng)的物理狀態(tài)和物理量間的關(guān)系 1 電容器充電 先是要給電容器充上電 這時電容器中儲存一定的電場能 2 電容器放電 電容器要通過電感線圈放電 放電過程中線圈有電流通過 電流周圍存在磁場 所以這個過程是電場能向磁場能轉(zhuǎn)化的過程 同時電容器上所帶電荷量 極板上的電壓都要逐漸減小 待放電完畢時 電場能為零 磁場能達(dá)到最大 與之對應(yīng)的振蕩電流也達(dá)到最大 3 電容器反向充電 電容器放電完畢時 由于電感線圈的自感作用 電路中移動的電荷不能立即停止運動 仍要保持原方向流動 對電容器反向充電 同理則有電流減小 磁場能減小 而電場能增大 電容器極板上的電荷量和電壓也隨之增大 直到電流為零 磁場能為零 電場能 電容器極板上的電荷量 電壓都達(dá)到最大 4 電容器反向放電 此后 電容器再進行反向放電過程 同理可知 電場能 電容器極板上的電荷量 極板電壓都減小 直至為零 磁場能 電流增大 直至最大 5 LC振蕩電路中電容器兩板間電壓最大時 有 A 電感器L中的電流最大B 電感器L中的電流為零C 電容器C兩板上所帶電量最大D 電容器C上所帶電量為零 解析 選B C 電容器兩板間電壓最大時 電荷量最大 即充電完畢 電流最小為零 故選項B C正確 6 2011 揚州高二檢測 在LC振蕩電路中 電容器放電時間取決于 A 充電電壓的大小B 電容器儲電量的多少C 自感L和電容C的數(shù)值D 回路中電流的大小 解析 選C 放電時間等于四分之一個振蕩周期 即所以放電時間取決于自感L和電容C 故選項C正確 7 關(guān)于LC振蕩電路在振蕩過程中 下列說法正確的是 A 電流最大的時刻電壓也最高B 電流增大的過程是電容器的放電過程C 電流最小的時刻電壓卻最高D 自感電動勢最大時電容器帶電量最大 解析 選B C D 電流最大的時刻是放電完畢時 此時電壓最小為零 故選項A錯誤 電流最小的時刻 是充電完畢時 極板上電荷量最大 電壓最大 故選項C正確 電流增大的過程 是放電過程 故選項B正確 產(chǎn)生的自感電動勢最大時 電流的變化率最大 也就是電流為零時 即極板上電荷量最大時 故選項D正確 二 非選擇題8 2011 內(nèi)江高二檢測 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一個電極 芯柱外面套有絕緣管作為電介質(zhì) 電容器的這兩個電極分別用導(dǎo)線與一個線圈的兩端相連 組成LC振蕩電路 根據(jù)其振蕩頻率的高低 用與該電路相連的頻率計顯示 就可知道容器內(nèi)液面位置的高低 如果頻率計顯示該振蕩電路的振蕩頻率變大了 則液面 了 填 升高 或 降低 容器內(nèi)的導(dǎo)電液體與大地相連 若某一時刻線圈內(nèi)磁場方向 向右 且正在增強 則此時導(dǎo)電芯柱的電勢正在 填 升高 或 降低 解析 根據(jù)頻率公式f 可知 若使振蕩頻率變大 則電容C減小 由C 可知 若使電容減小 則正對面積S減小 即液面降低 線圈內(nèi)磁場方向向右且增強 則電流沿順時針方向增大 是放電過程 絕緣管帶負(fù)電正逐漸減少 絕緣管的電勢是負(fù)值 兩極板的電勢差逐漸減小 所以絕緣管的電勢正在升高 答案 降低升高 9 如圖所示 L為一電阻可忽略的線圈 D為一燈泡 C為電容器 開關(guān)S閉合 燈泡D正常發(fā)光 將S突然斷開 并開始計時 請畫出LC回路中電流i及電容器右極板所帶電荷量q隨時間t變化的圖象 規(guī)定LC回路中電流順時針方向為正方向 解析 開關(guān)閉合時 電容器上所帶電荷量為零 電流沿線圈自左向右 當(dāng)斷開開關(guān)后 線圈和電容器構(gòu)成振蕩電路 沿順時針方向的電流逐漸減小 根據(jù)LC振蕩電流的變化規(guī)律 可得電流和電荷量隨時間變化的圖象 如圖所示 10 2011 鐵嶺高二檢測 振蕩電路中電容器電容為C 振蕩電流i Imsin t 1 求此電路中線圈的自感系數(shù)L 2 設(shè)此電路發(fā)射的電磁波在某介質(zhì)中的波長為 求此電磁波在此介質(zhì)中的傳播速度v 解析 答案 Thankyou 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全