4.1电磁波的产生 学案（含答案）

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1、第第 1 1 节节 电磁波的产生电磁波的产生 核 心 素 养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.能初步了解麦克斯韦电磁 场理论的基本思想，了解电 磁振荡的内涵，知道场的统 一性与多样性。 2.知道电磁波的产生。 3.知道什么是电磁振荡的周 期和频率，知道 LC 电路的 周期和频率公式。 1.能用电磁振荡解释 电场能与磁场能的相 互转化。 2.分析振荡电路中电 荷量 q、电场强度 E、 电流 i、 磁感应强度 B 及能量的对应关系。 能体会物理学对统一性 的追求，能体会理论预 言在科学发展中的作 用，以及实验证据对新 理论的支撑作用；能体 会麦克斯韦电磁理论的 基本思想，感受麦克斯 韦电磁

2、理论的美妙。 知识点一 麦克斯韦的预言与赫兹实验 观图助学 如图甲所示，水平放置金属圆环内存在着竖直向上的匀强磁场，磁感应强度 B 随时间均匀增加，则在金属圆环内会产生感应电流，试想是什么力让金属圆环内 的自由电子发生了定向移动；如图乙所示，若将金属圆环换做绝缘光滑细圆环， 环上套一带电荷量为q 的小球，小球是否也会沿圆环转动呢？ 1麦克斯韦的预言 (1)变化的磁场周围会产生电场 在变化的磁场周围会激发出一种电场涡旋电场。只要磁场发生变化，就有涡 旋电场。如果磁场随时间均匀变化，则激发的涡旋电场是稳定的，即涡旋的电场 不随时间变化；如果磁场随时间不均匀变化，则激发的涡旋电场随时间变化。 (2)

3、变化的电场周围会产生磁场 即使没有电流存在， 只要空间某处的电场发生变化， 就会在其周围产生涡旋磁场。 如果电场随时间均匀变化， 则激发的磁场是稳定的； 如果电场随时间不均匀变化， 则激发的磁场随时间变化。 变化的电场产生涡旋磁场示意图 2电磁波 交变的电场周围产生频率相同的交变的磁场， 交变的磁场周围产生频率相同的交 变的电场。 交变的电场和交变磁场相互联系在一起， 就会在空间形成一个统一的、 不可分割的电磁场。这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了电磁波。 3赫兹实验 (1)赫兹实验原理示意图。 (2)实验现象：当感应圈两极间有火花跳过时，环的间隙处也有火花跳过。 (3)现象分析：当

4、火花在 A、B 间跳动时，在周围空间建立了一个迅速变化的电磁 场，按照麦克斯韦理论，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁 波经过接收器时，导致接收器产生感应电动势，使接收器两球间隙处产生电压， 当电压足够高时，两球间就会产生火花放电现象。 (4)实验结论：赫兹实验证实了电磁波的存在。 思考判断 (1)麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在。() (2)只要有变化的电场或磁场，就会形成向外传播的电磁波。() (3)变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场。() 知识点二 电磁振荡 1振荡电流：大小和方向都周期性变化的电流。 2振荡电路：产生振荡电流的电路称

5、为振荡电路。由电感线圈 L 和电容器 C 所 组成的电路就是一种基本的振荡电路，称为 LC 振荡电路，如图所示。 3电磁振荡 在 LC 振荡电路中，与振荡电流相联系的电场和磁场也周期性交替变化，电场能 和磁场能相互转化，这种现象称为电磁振荡。 4LC 振荡电路的周期和频率 (1)公式：T2 LC，f 1 2 LC。 (2)单位：周期 T、频率 f、自感系数 L、电容 C 的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、 亨利(H)、法拉(F)。 思考判断 (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)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

6、化有关。() 电磁感应中产生了感应电动势，所以导线中存在电场，自由电子是在电场力的作 用下定向移动的。 变化的磁场在周围激发出涡旋的电场，与有无线圈、线圈是否闭合无关。 磁场所激发电场的方向可由楞次定律判断。 恒定的电场不能在它的周围产生磁场。 电磁波以光速向外传播，光也是电磁波。 火花在 A、B 间跳动时，电流持续通断，就会产生迅速变化的电磁场。 线圈的作用是储存磁场能，在电容器放电完毕后，线圈的自感电动势能继续为电 容器充电。 电流越大，磁场能越大；电容器带电荷量越大，电场能越大。 LC 振荡电路的周期和频率与电路中有无电流无关， 由电路中的电容和电感决定。 核心要点 对麦克斯韦理论的理解

7、 要点归纳 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 经典示例 例 1 关于电磁场理论，下列说法正确的是( ) 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

8、的电场才能产生磁场，故选项 A 错误；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，故 B、C 错误，D 正确。 答案 D 针对训练 1 按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法正确的是( ) 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任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场 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稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场 解析 由麦克斯韦电磁场理论可知，不变的电场周围不产生磁场，均匀变化的电 场周围产生稳定的磁场，振荡电场周围产生振荡磁场。故选项 D 正确。

9、答案 D 核心要点 LC 振荡电路的分析与计算 问题探究 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。 (1)电容器通过线圈放电过程中，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？ (2)线圈中自感电动势的作用是什么？ 答案 (1)电容器放电过程中，线圈中的电流逐渐增大，电容器的电场能转化为 磁场能。 (2)线圈中电流变化时，产生的自感电动势阻碍电流的变化。 探究归纳 1如何用图像对应分析 i、q 的变化？ 2振荡过程中电荷量 q、电场强度 E、电流 i、磁感应强度 B 及能量的对应关系 项目 过程 电荷 量 q 电场 强度 E 电势差 U 电场 能 电流

10、i 磁感应 强度 B 磁场 能 0T 4电容器放电 减少 减小 减小 减少 增大 增大 增加 tT 4时刻 0 0 0 0 最大 最大 最大 T 4 T 2反向充电 增加 增大 增大 增加 减小 减小 减少 tT 2时刻 最大 最大 最大 最大 0 0 0 T 2 3T 4 反向放电 减少 减小 减小 减少 增大 增大 增加 t3T 4 时刻 0 0 0 0 最大 最大 最大 3T 4 T 电容器充电 增加 增大 增大 增加 减小 减小 减少 经典示例 例 2 (多选)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 处于闭合状态，灯泡 D 正常发光，现突然断开 S，

11、并开始计时，能正确反映 电容器 a 极板上电荷量 q 及 LC 回路中电流 i(规定顺时针方向为正)随时间变化的 图像是(图中 q 为正值表示 a 极板带正电)( ) 解析 S 断开前，电容器 C 短路，线圈中电流从上到下，电容器不带电；S 断开 时，线圈 L 中产生自感电动势，阻碍电流减小，给电容器 C 充电，此时 LC 回路 中电流 i 沿顺时针方向(正向)最大；给电容器充电过程，电容器带电荷量最大时 (a 板带负电)， 线圈 L 中电流减为零。 此后， LC 回路发生电磁振荡形成交变电流。 综上所述，选项 B、C 正确。 答案 BC 规律总结 LC 振荡电路充、放电过程的判断方法 (1)

12、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：当电容器的电荷量 q(电压 U、场强 E、电场能 EE)增大或电流 i(磁感应强度 B、磁场能 EB)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。 针对训练 2 (多选)如图是 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此时刻自感电动势

13、正在阻碍电流增大 解析 由题图中磁感应强度的方向和右手螺旋定则可知， 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， 这时两极板上的电荷量和电压、 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， 线圈中的感应电动势阻碍电流的增大。 答案 BCD 1(赫兹的实验)电磁场理论预言的电磁波是谁验证的( ) A法拉第 B赫兹 C麦克斯韦 D安培 解析 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波。 答案 B 2(麦克斯韦电磁场理论)下列说法中正确的是( ) A任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生 同频率的振荡电场

14、B任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡 磁场 C任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率 的振荡磁场 D电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场 解析 根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场 (电场)是恒定的； 如果电场(磁场)的变化是不均匀的， 产生的磁场(电场)是变化的； 振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和 周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场。故 选项 C 正确。 答案 C 3(电磁振荡的周期和频率)在 LC 振荡电

15、路中，电容器放电时间的长短决定于 ( ) A充电电压的大小 B电容器带电荷量的多少 C放电电流的大小 D电容 C 和电感 L 的数值 解析 电容器放电一次经历四分之一个周期，而周期 T2 LC，T 是由振荡电 路的电容 C 和电感 L 决定的，与充电电压、带电荷量、放电电流等无关。 答案 D 4.(电磁振荡)如图所示的 LC 振荡电路中，已知某时刻电流 i 的方向如图，且正在 增大，则此时( ) AA 板带正电 B线圈 L 两端电压在增大 C电容器 C 正在充电 D电场能正在转化为磁场能 解析 电路中的电流正在增大，说明电容器正在放电，选项 C 错误；电容器放 电时，电流从带正电的极板流向带负电的极板，则 A 板带负电，选项 A 错误； 电容器放电，电容器两板间的电压减小，线圈两端的电压减小，选项 B 错误； 电容器放电，电场能减少，电流增大，磁场能增大，电场能正在转化为磁场能， 选项 D 正确。 答案 D