新步步高学年高二物理人教版选修34导学案第十四章 第1讲 电磁波的发现 电磁振荡 Word版含Word文档下载推荐.docx
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(2)电磁振荡的过程
放电过程:
由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大,电容器极板上的电荷逐渐减少,电容器里的电场逐渐减弱,线圈的磁场逐渐增强,电场能逐渐转化为磁场能,振荡电流逐渐增大,放电完毕,电流达到最大,电场能全部转化为磁场能.
充电过程:
电容器放电完毕后,由于线圈的自感作用,电流保持原来的方向逐渐减小,电容器将进行反向充电,线圈的磁场逐渐减弱,电容器里的电场逐渐增强,磁场能逐渐转化为电场能,振荡电流逐渐减小,充电完毕,电流减小为零,磁场能全部转化为电场能.
此后,这样充电和放电的过程反复进行下去.
2.电磁振荡的周期和频率
(1)电磁振荡的周期T:
电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间.
(2)电磁振荡的频率f:
1s内完成的周期性变化的次数.
(3)LC电路的周期T、频率f与自感系数L、电容C的关系是T=2π
、f=
.
一、对麦克斯韦电磁场理论的理解
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.
【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 根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场能产生磁场,均匀变化的电场产生稳定的磁场,非均匀变化的电场才产生变化的磁场.
答案 D
针对训练 某电路中电场随时间变化的图象如下列各图所示,能发射电磁波的电场是( )
解析 图A中电场不随时间变化,不会产生磁场;
图B和C中电场都随时间做均匀的变化,只能在周围产生稳定的磁场,也不会产生和发射电磁波;
图D中电场随时间做不均匀的变化,能在周围空间产生变化的磁场,而这磁场的变化也是不均匀的,又能产生变化的电场,从而交织成一个不可分割的统一体,即形成电磁场,能发射电磁波.
二、电磁波与机械波的比较
1.电磁波和机械波的共同点
(1)二者都能产生干涉和衍射.
(2)二者在不同介质中传播时频率不变.
(3)二者都满足波的公式v=
=λf.
2.电磁波和机械波的区别
(1)二者本质不同
电磁波是电磁场的传播,机械波是质点机械振动的传播.
(2)传播机理不同
电磁波的传播机理是电磁场交替感应,机械波的传播机理是质点间的机械作用.
(3)电磁波传播不需要介质,而机械波传播需要介质.
(4)电磁波是横波,机械波既有横波又有纵波,甚至有的机械波同时有横波和纵波,例如地震波.
【例2】 以下关于机械波与电磁波的说法中,正确的是( )
A.机械波和电磁波,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,而且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(或磁场)产生,机械波是能量波,传播需要介质,速度由介质决定,电磁波是物质波,波速由介质和自身的频率共同决定;
机械波有横波,也有纵波,而电磁波一定是横波,它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象,故选项B、C、D正确.
答案 BCD
借题发挥 机械波的传播速度完全由介质决定,而电磁波的传播速度是由介质和频率共同决定.
三、电磁振荡中各物理量的变化情况
如图14-1-2所示
图14-1-2
【例3】
图14-1-3
某时刻LC振荡电路的状态如图14-1-3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转化
D.磁场能正在向电场能转化
解析 图中电容器上极板带正电荷,图中给出的振荡电流方向,说明负电荷向下极板聚集,所以电容器正在充电,电容器充电的过程中,电流减小,磁场能向电场能转化,所以A、D选项正确.
答案 AD
借题发挥 在电磁振荡中各物理量变化是有规律的,我们要熟悉各物理量变化的特点,特别抓住关键的电量和电流,电量变大、电场强度、电场能变大;
电流则变小,磁感应强度、磁场能变小.判断出充、放电情况是解决问题的关键.
麦克斯韦电磁场理论
1.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
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)是稳定的;
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C.
答案 C
2.用麦克斯韦的电磁场理论判断,图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图象是( )
解析 A图中的左图磁场是稳定的,由麦克斯韦的电磁场理论可知,其周围空间不会产生电场,A图中的右图是错误的;
B图中的左图是均匀变化的电场,应该产生稳定的磁场,右图的磁场应是稳定的,所以B图错误;
C图中的左图是振荡的磁场,它能产生同频率的振荡电场,且相位相差
,C图是正确的;
D图中的左图是振荡的电场,在其周围空间产生振荡的磁场,但是右图中的图象与左图相比较,相位相差2π,故D图错误.
电磁波的特点
3.下列关于电磁波的说法中,正确的是( )
A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×
108m/s
C.电磁波由真空进入介质传播时,波长将变短
D.电磁波不能产生干涉、衍射现象
解析 电磁波在真空中的传播速度为光速c=3.0×
108m/s,且c=λf,从一种介质进入另一种介质,频率不变,但速度、波长会变.电磁波仍具有波的特征,电磁波只有在真空中的速度才为3.0×
108m/s,在其他介质中的传播速度小于3.0×
108m/s.
答案 AC
电磁振荡
4.
图14-1-4
在LC回路中,电容器两端的电压随时间t变化的关系如图14-1-4所示,则( )
A.在时刻t1,电路中的电流最大
B.在时刻t2,电路中的磁场能最大
C.从时刻t2至t3,电路的电场能不断增大
D.从时刻t3至t4,电容的带电荷量不断增大
解析 电磁振荡中的物理量可分为两组:
①电容器带电q,极板间电压u,电场强度E及电场能为一组.②自感线圈中的电流i,磁感应强度B及磁场能为一组.同组量的大小变化规律一致;
同增同减同为最大或为零值.异组量的大小变化规律相反;
若q、E、u等量按正弦规律变化,则i、B等量必按余弦规律变化.
根据上述分析由题图可以看出,本题正确选项为A、D.
题组一 麦克斯韦电磁场理论
1.建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是( )
A.法拉第B.奥斯特C.赫兹D.麦克斯韦
解析 麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在,选项D正确.
2.下列说法正确的是( )
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.恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场
C.稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场
D.均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场
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正确;
电场按其是否随时间变化分为稳定电场(静电场)和变化电场(如运动电荷形成的电场),稳定电场不产生磁场,只有变化的电场周围空间才存在对应磁场,故C错,D对;
恒定电流周围存在稳定磁场,B对.
答案 ABD
3.
图14-1-5
某空间出现了如图14-1-5所示的一组闭合电场线,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,闭合回路中的磁通量发生变化时,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,选项A、C正确.
题组二 电磁波的特点
4.下列关于电磁波的说法正确的是( )
A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B.电磁波在真空和介质中传播速度相同
C.只要有电场和磁场,就能产生电磁波
D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
解析 变化的磁场就能产生电场,A正确;
若只有电场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波,C错;
光也是电磁波,在真空和介质中传播的速度不同,可判断B错;
D选项中没强调是“均匀”介质,若介质密度不均匀会发生折射,故D错.
答案 A
5.下列说法中正确的是( )
A.电磁波只能在真空中传播
B.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
C.电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波
D.频率为750kHz的电磁波在真空中传播时,其波长为400m
解析 电磁波不仅可以在真空中传播,还可以在介质中传播,选项A错误;
麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,选项B错误;
电磁场的传播就是电磁波,选项C正确;
频率为750kHz的电磁波的波长为:
λ=
=
m=400m,选项D正确.
答案 CD
6.以下关于电磁波的说法中正确的是( )
A.只要电场或磁场发生变化,就能产生电磁波
B.电磁波传播需要介质
C.电磁振荡一旦停止,电磁波仍能独立存在
D.电磁波具有能量,电磁波的传播是伴随有能量向外传递的
解析 如果电场(或磁场)是均匀变化的,产生的磁场(或电场)是稳定的,就不能再产生新的电场(或磁场),也就不能产生电磁波;
电磁波不同于机械波,它的传播不需要介质;
电磁振荡停止后,电磁波仍独立存在;
电磁波具有能量,它的传播是伴随有能量传递的.故选CD.
7.所有电磁波在真空中传播时,具有的相同物理量是( )
A.频率B.波长C.能量D.波速
解析 不同电磁波在真空中传播时,只有速度相同,即为光速.
8.当电磁波的频率减小时,它在真空中的波长将( )
A.不变B.增大
C.减小D.无法确定
解析 电磁波的波长为:
,频率减小,波长增大,选项B正确.
答案 B
9.(2014·
山东潍坊联考)有关电磁波和声波,下列说法错误的是( )
A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质
B.由空气进入水中传播时,电磁波的传播速度变小,声波的传播速度变大
C.电磁波是横波,声波也是横波
D.由空气进入水中传播时,电磁波的波长变短,声波的波长变长
解析 电磁波本身就是一种物质,它的传播不需要介质,而声波的传播需要介质,故选项A正确;
电磁波由空气进入水中时,传播速度变小,但声波在水中的传播速度比其在空气中大,故选项B正确;
电磁波的传播方向与E、B两个振动矢量的方向都垂直,是横波,而声波是纵波,故选项C错误;
电磁波由空气进入水中传播时,波速变小,波长变短,而声波由空气进入水中传播时,波速变大,波长变长,故选项D正确.
题组三 电磁振荡
10.关于LC振荡电路中电容器两极板上的电荷量,下列说法正确的是( )
A.电荷量最大时,线圈中振荡电流也最大
B.电荷量为零时,线圈中振荡电流最大
C.电荷量增大的过程中,电路中的磁场能转化为电场能
D.电荷量减少的过程中,电路中的磁场能转化为电场能
解析 电容器电荷量最大时,振荡电流为零,A错;
电荷量为零时,放电结束,振荡电流最大,B对;
电荷量增大时,磁场能转化为电场能,C对;
同理可判断D错.
答案 BC
图14-1-6
11.如图14-1-6所示的LC振荡电路中,已知某时刻电流i的方向指向A板,且正在增大,则此时( )
A.A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.
12.在LC回路中发生电磁振荡时,以下说法正确的是( )
A.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
B.当电容器放电完毕瞬间,回路中的电流为零
C.提高充电电压,极板上带更多的电荷时,能使振荡周期变大
D.要提高振荡频率,可减小电容器极板间的正对面积
解析 电容器某一极板从带最多的正电荷到带最多的负电荷这段时间,电容器完成了放电和反向充电过程,时间为半个周期,A错误;
电容器放电完毕瞬间,电路中电场能最小,磁场能最大,故电路中的电流最大,B错误;
振荡周期仅由电路本身决定,与充电电压等无关,C错误;
提高振荡频率,就是减小振荡周期,可通过减小电容器极板正对面积来减小C,达到增大振荡频率的目的,D正确.
13.在LC振荡电路中,用以下的哪种办法可以使振荡频率增大一倍( )
A.自感L和电容C都增大一倍
B.自感L增大一倍,电容C减小一半
C.自感L减小一半,电容C增大一倍
D.自感L和电容C都减小一半
解析 据LC振荡电路频率公式f=
,当L、C都减小一半时,f增大一倍,故选项D是正确的.
14.
图14-1-7
LC振荡电路中,某时刻的磁场方向如图14-1-7所示,则( )
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,则电场能正在减少,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
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.
答案 ABC
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