高中物理 第3章 电磁波 第1节 电磁波的产生教师用书 鲁科版选修34Word格式文档下载.docx
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【提示】 随电容器上充电电荷的增多,充电电流逐渐减小.
[核心点击]
1.各物理量变化情况一览表
时刻
(时间)
工作
过程
q
E
i
B
能量
0―→
放电
qm―→0
Em―→0
0―→im
0―→Bm
E电―→E磁
―→
充电
0―→qm
0―→Em
im―→0
Bm―→0
E磁―→E电
―→T
2.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图象
(a)以逆时针方向电流为正
(b)图中q为上极板的电荷量
图311
1.LC振荡电路中,某时刻的磁场方向如图312所示,则( )
图312
A.若磁场正在减弱,则电容器正在充电,电流由b向a
B.若磁场正在减弱,则电场能正在增大,电容器上极板带负电
C.若磁场正在增强,则电场能正在减小,电容器上极板带正电
D.若磁场正在增强,则电容器正在充电,电流方向由a向b
E.若电容器放电,则磁场能转化为电场能
【解析】 若磁场正在减弱,则电流在减小,是充电过程,根据安培定则可确定电流由b向a,电场能增大,上极板带负电,故选项A、B正确;
若磁场正在增强,则电流在增大,是放电过程,电场能正在减小,根据安培定则,可判断电流由b向a,上极板带正电,故选项C正确,D错误;
若电容器放电,则电场能转化为磁场能,E错误.
【答案】 ABC
2.在如图313所示振荡电流的图象中,表示电容器充电过程的有______;
线圈中有最大电流的点是_______;
电场能转化为磁场能的过程有_______.
【导学号:
78510031】
图313
【解析】 根据it图象,充电过程有a―→b、c―→d、e―→f,线圈中有最大电流的点是a、c、e,电场能转化为磁场能的过程有b―→c、d―→e.
【答案】 a―→b、c―→d、e―→f a、c、e b―→c、d―→e
LC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,处于充电过程;
反之,处于放电过程.
2.根据物理量的变化趋势判断:
当电容器的带电量q(U、E)增大时,处于充电过程;
3.根据能量判断:
电场能增加时,充电;
磁场能增加时,放电.
麦克斯韦的预言与赫兹的实验
1.麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场周围会产生电场
麦克斯韦提出,在变化的磁场周围会激发出一种电场——涡旋电场,不管有无闭合电路,变化的磁场激发的涡旋电场总是存在的,如图314所示.
变化的磁场周围产生涡旋电场
图314
(2)变化的电场周围会产生磁场
麦克斯韦从场的观点得出,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.
2.麦克斯韦的预言
自然界存在许多不同频率的电磁波,并且它们都以光速在空间传播,光只不过是人眼可以看得见的,频率范围很小的电磁波.
3.赫兹的实验
(1)赫兹实验原理图(如图315)所示:
图315
(2)赫兹证实了电磁波的存在.
1.在电场周围一定产生磁场,在磁场周围一定产生电场.(×
2.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场.(×
3.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场.(√)
变化的磁场一定产生变化的电场吗?
【提示】 不一定.均匀变化的磁场一定产生恒定的电场.
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:
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,周期性变化的电场、磁场相互激发,形成的电磁场一环套一环,如图316所示.
图316
(2)电磁场并非简单地将电场、磁场相加,而是相互联系、不可分割的统一整体.在电磁场示意图中,电场E矢量和磁场B矢量,在空间相互激发时,相互垂直,以光速c在空间传播.
3.根据麦克斯韦的电磁场理论,以下叙述中正确的是( )
78510032】
A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场
B.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场
C.稳定的电场产生稳定的磁场,稳定的磁场产生稳定的电场
D.电磁波在传播过程中,电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直
E.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
【解析】 教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器用的振荡电流,在其周围产生振荡磁场和电场,故选项A、B正确;
稳定的电场不会产生磁场,故选项C错误;
电磁波是横波,电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直,故选项D正确.均匀变化的电场周围会产生恒定不变的磁场,E错误.
【答案】 ABD
4.如图317所示,在变化的磁场中放置一个闭合线圈.
图317
(1)你能观察到什么现象?
(2)这种现象说明了什么?
【解析】
(1)灵敏电流计的指针发生偏转,有电流产生.
(2)变化的磁场产生了电场,使闭合线圈的自由电荷发生了定向运动而形成了电流.
【答案】 见解析
理解麦克斯韦电磁场理论
1.恒定电场(磁场)→不产生磁场(电场).
2.均匀变化电场(磁场)→恒定磁场(电场).
3.非均匀变化电场(磁场)→变化磁场(电场).
4.周期性变化电场(磁场)→同频率磁场(电场).
学业分层测评(八)
(建议用时:
45分钟)
[学业达标]
1.在电磁学发展过程中,许多科学家做出了贡献.下列说法正确的是
( )
A.奥斯特发现了电流磁效应;
法拉第发现了电磁感应现象
B.麦克斯韦预言了电磁波;
楞次用实验证实了电磁波的存在
C.库仑发现了点电荷的相互作用规律;
密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值
D.安培发现了磁场对运动电荷的作用规律;
洛仑兹发现了磁场对电流的作用规律
E.赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性
【解析】 由物理学史知识可知,电流的磁效应是奥斯特发现的,电磁感应现象是法拉第发现的,赫兹证实了电磁波的存在,安培发现了磁场对电流的作用,洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用,赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性,A、C、E正确.
【答案】 ACE
2.
图318
如图318所示为LC振荡电路中电容器极板上的电量q随时间t变化的图象,由图可知( )
A.t1时刻,电路中的磁场能最小
B.从t1到t2电路中的电流值不断减小
C.从t2到t3电容器不断充电
D.在t4时刻,电容器的电场能最小
E.从t3到t4电路中的磁场能转化为电场能
【解析】 由图可知,t1时刻电容器极板上的电量q最大,此时刚刚充电完毕,故电路中的磁场能最小,选项A正确;
从t1到t2,电容器放电,电路中的电流从0增加到最大值,故选项B错误;
从t2到t3,电容器的电荷量不断增加,故电容器在不断充电,选项C正确;
t4时刻放电刚刚结束,电容器的电场能最小,故选项D正确.从t3到t4电路中电场能转化为磁场能,E错误.
【答案】 ACD
3.按照麦克斯韦的电磁场理论,以下说法中正确的是( )
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磁场,变化的磁场周围产生电场
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稳定的磁场,均匀变化的磁场周围产生稳定的电场
E.周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场,周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场
【解析】 麦克斯韦电磁场理论的核心内容是:
变化的电场产生磁场;
变化的磁场产生电场.对此理论全面正确理解为:
不变化的电场周围不产生磁场;
变化的电场可以产生变化的磁场,也可产生不变化的磁场;
均匀变化的电场产生稳定的磁场;
周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场.由变化的磁场产生电场的规律与上相似.由此可知,选项B、D、E正确.
【答案】 BDE
4.某时刻LC振荡电路的状态如图319所示,则此时刻( )
78510033】
图319
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转化
D.磁场能正在向电场能转化
E.电容器极板上的电荷在增加
【解析】 解决问题的关键是根据电容器的两极板的带电情况和电流方向,判定出电容器正处于充电过程.由电磁振荡的规律可知:
电容器充电过程中,电流逐渐减小,电场能逐渐增大,磁场能逐渐减小,即磁场能正向电场能转化,故应选择A、D、E.
【答案】 ADE
5.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.电容器充电完毕时刻回路中磁场能最小
C.回路中电流值最大时刻,回路中磁场能最大
D.电容器极板上电荷量最多时,电场能最大
E.回路中电流值最小时刻,电场能最小
【解析】 电荷量、电场强度、电场能、电压是同步量;
而电流、磁场、磁场能是同步量.
【答案】 BCD
6.如图3110甲所示,在LC振荡电路中,通过P点的电流变化规律如图3110乙所示,且把通过P点向右的方向规定为电流i的正方向,则( )
甲 乙
图3110
A.0.5s到1s时间内,电容器C在放电
B.0.5s至1s时间内,电容器C的上极板带正电
C.1s至1.5s时间内,Q点的电势比P的电势高
D.1s至1.5s时间内,电场能正在转变成磁场能
E.t=1s时电路中电场能最大而磁场能最小
【解析】 0.5s至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;
1s至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,t=1s时电流为零,电路中电场能最大,磁场能最小,C、D、E正确.
【答案】 CDE
7.在LC振荡电路中,电容器上的带电量从最大值变化到零所需的最短时间是________.
【解析】 LC振荡电路的周期T=2π
,其电容器上的带电量从最大值变化到零的最短时间t=
,所以t=
.
【答案】
8.如图3111所示为LC振荡电路中振荡电流随时间变化的图象,由图可知,在OA时间内________能转化为________能,在AB时间内电容器处于________(选填“充电”或“放电”)过程,在时刻C,电容器带电荷量________(选填“为零”或“最大”).
图3111
【解析】 由题图可知,振荡电流随时间按正弦规律变化.在OA时间内电流增大,电容器正在放电,电场能逐渐转化为磁场能.在AB时间内电流减小,电容器正在充电.在时刻C电流最大,为电容器放电完毕的瞬间,带电荷量为零.
【答案】 电场 磁场 充电 为零
[能力提升]
9.如图3112所示为理想LC振荡回路,此时刻电容器极板间的场强方向和线圈中的磁场方向如图.下列说法正确的是( )
图3112
78510034】
A.如图所示的时刻电容器正在放电
B.如图所示的时刻电流正在减小
C.电路中的磁场能在减少
D.电容器两端的电压在增加
E.电容器两端的电压在减少
【解析】 由电场方向可知电容器上极板带正电,由线圈中的电流方向可知电路中电流方向为逆时针.结合以上两点可知电容器在充电,电路中的电流正在减小磁场能在减少,电容器两端的电压在增加,故B、C、D正确,A、E错误.
10.某空间出现了如图3113所示的一组闭合的电场线,这可能是沿AB方向磁场在迅速________,或沿BA方向磁场在迅速________.
图3113
【解析】 根据电磁感应理论,闭合电路中磁通量变化时,使闭合电路中产生感应电流,该电流可用楞次定律判断,其中感应电流的方向和电场线方向一致.根据麦克斯韦电磁场理论.闭合电路中产生感应电流,是因为闭合电路中电荷受到了电场力作用,而变化的磁场产生电场,与是否存在闭合电路无关,故空间内磁场变化产生的电场方向,仍可用楞次定律判断.
【答案】 减弱 增强
11.如图3114所示的振荡电路中,自感系数L=300μH,电容C的范围为25~270pF,求:
图3114
(1)振荡电流的频率范围;
(2)若自感系数L=10mH,要产生周期T=0.02s的振荡电流,应配置多大的电容?
【解析】
(1)由f=
得:
fmax=
Hz=1.8×
106Hz
fmin=
Hz=0.56×
所以频率范围为
0.56×
106~1.8×
106Hz.
(2)由T=2π
C=
=
F=10-3F.
【答案】
(1)0.56×
(2)10-3F
12.实验室里有一水平放置的平行板电容器,知道其电容C=1μF,在两板带有一定电荷时,发现一粉尘恰好静止在两板间,手上还有一个自感系数L=0.1mH的电感器,现连成如图3115所示电路,试分析以下两个问题:
图3115
(1)从S闭合时开始计时,经过π×
10-5s时,电容器内粉尘的加速度大小是多少?
(2)当粉尘的加速度为多大时,线圈中电流最大?
【解析】
(1)电容器内带电粉尘恰好静止,说明电场力方向向上,且F电=mg,闭合S后,L、C构成LC振荡电路,T=2π
=2π×
10-5s,经
=π×
10-5s时,电容器间的场强反向,电场力的大小不变,方向竖直向下,由牛顿第二定律得:
a=
=2g.
(2)线圈中电流最大时,电容器两极间的场强为零,由牛顿第二定律可得:
=g,方向竖直向下.
【答案】
(1)2g
(2)g
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