《2012高二物理课件 14.1 电磁波的发现 14.2 电磁振荡 （人教版选修3-4）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2012高二物理课件 14.1 电磁波的发现 14.2 电磁振荡 （人教版选修3-4）（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 一、对麦克斯韦电磁场理论的理解 1.电磁场的产生：如果在空间某处有周期性变化的电场，那 么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场， 这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场变化的 电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体 ，这就是电磁场. 2.麦克斯韦电磁场理论的要点 (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. 电磁场是动态的，并且电场和磁场不可
2、分割， 磁感线、电场线都是闭合的曲线；静电场、静磁场是单独存 在的，且电场线是非闭合曲线，静止的电场和磁场不是电磁 场. 【典例1】(2010天津高考)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 【解题指导】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) 【标准解答】选A.不管磁场怎样变化，只要
3、是变化的磁场就 可以在空间产生电场，所以均匀变化的磁场也能够在空间产 生电场，故A正确；电磁波的传播速度与介质和频率有关，相 同频率的电磁波在不同的介质中传播速度不同，故B错误；恒 定的电场(磁场)周围不会产生磁场(电场)，只有变化的电场( 磁场)才能产生电磁波，故C错误；电磁波只有在同种均匀介 质中才能沿直线传播，若同一种介质是不均匀的，电磁波在 其中的折射率是不一样的，在这样的介质中是沿曲线传播的 ，故D错误. 【变式训练】如图所示，一正离子在垂直于匀强磁场的固定 光滑轨道内做匀速圆周运动，当磁场均匀增大时，离子动能 将_；周期将_. 【解析】当磁场均匀增加时，在光滑轨道处产生逆时针方向
4、的感应电场，正离子在电场力作用下做加速运动，动能增 加，速度增加，T= 周期减小. 答案：增加 变小 二、电磁波与机械波的比较 电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两种波因产生机理 不同，除具有波的共性外，还有不同之处. 电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两者 都具有波的特性：干涉、衍射等，但它们具有本质的不同， 如机械波的传播依赖于介质的存在，但电磁波的传播则不需 要介质. 【典例2】(2011东营高二检测)关于电磁波与声波的说法， 下列正确的是( ) A.电磁波是电磁场由发生的区域向远处传播，声波是声源的 振动向远处传播 B.电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需要介质 C.由空气
5、进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波传 播速度变大 D.由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波的波长 变小 【解题指导】解答本题应把握以下两点： (1)电磁波本身是一种物质，机械波只是一种振动形式在介质 中的传播. (2)电磁波在真空中的传播速度最大，机械波在固体、液体、 气体中的传播速度逐渐减小，但传播过程中它们的频率都不 变. 【标准解答】选A、C.由电磁波和声波的概念可知A正确因 为电磁波可以在真空中传播，而声波属于机械波，它的传播 需要介质，在真空中不能传播，故B错电磁波在空气中的传 播速度大于在水中的传播速度，在真空中的传播速度最大； 声波在气体、液体、固体中的传播速度依
6、次增大，故C正 确无论是电磁波还是声波，从一种介质进入另一种介质频 率都不变，所以由波长= 及它们在不同介质中的速度可 知，由空气进入水中时，电磁波的波长变短，声波的波长变 长，故D错. 【变式训练】关于电磁波与机械波，下列说法正确的是( ) A.电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质 B.电磁波在任何介质中传播速率都相同，机械波在同一种介 质中传播速率都相同 C.电磁波和机械波都不能发生干涉 D.电磁波与机械波都能发生衍射 【解析】选A、D.电磁波的波速与介质和频率都有关，而机械 波的传播速率只与介质有关，故A对、B错；电磁波和机械波 都具有波的一些独有特征，包括干涉和衍射，故C错、D对.
7、 三、振荡过程中各物理量的变化情况 给LC回路提供能量后，利用电容器的充放电作用和线圈产生 自感的作用，使LC回路中产生振荡电流，同时电容器极板上 电荷q及与q相关的电场(E、U、E电)，通电线圈的电流i及与i 相关联的磁场(B、E磁)都发生周期性变化的现象，称电磁振荡 .其中，产生的大小和方向都周期性变化的电流称振荡电流. 产生振荡电流的电路称振荡电路.最简单的振荡电路是LC振荡 电路. 3.LC回路中各量间的变化规律及对应关系 (1)同步同变关系 在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电 量q、板间电压U、电场强度E、电场能EE是同步同向变化的， 即：qUEEE(或qUEE
8、E).振荡线圈 上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步同 向变化的，即：iBEB(或iBEB). (2)同步异变关系 在LC振荡过程中，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. (3)物理量的等式关系 线圈上的振荡电流i= 自感电动势E=L 振荡周期 T= (4)极值、图象的对应关系 如图所示，i=0时，q最大，E最大，EE最大，E自(E自为自感电 动势)最大. q=0时，i最大，B最大，EB最大，EE=0. 对于电场E与磁场B
9、以及电场能EE与磁场能EB随时间的变化图 象有这样的对应关系，图象能直观地反映同步异变关系和极 值对应关系. (5)自感电动势E与it图象的关系 由E=L 知，E 是it图象上某处曲线切线的斜率k的绝 对值.所以，利用图象可分析自感电动势随时间的变化和极值. 振荡电流i= 由极板上电荷量的变化率决定， 与电荷量的多少无关；两极板间的电压U= 由极板上的电荷 量决定，与电荷量的变化率无关；线圈中的自感电动势 E= 由电路中电流的变化率决定，与电流的大小无关. 【典例3】(2011闵行区高二检测)LC振荡电路中，某时刻的 磁场方向如图所示，则( ) A.若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向
10、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 【解题指导】解答本题首先根据电流的磁场方向和安培 定则判断振荡电流的方向，然后再根据磁场的变化判断电容 器的充放电以及极板带电情况. 【标准解答】选A、B、C.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流，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. 【
11、规律方法】LC振荡电路的分析方法 (1)首先明确LC振荡电路的周期公式及周期的大小，将周期进 行分解：把整个振荡周期分成四个 T，分别研究每一个 T 内各物理量的变化情况. (2)电容器充、放电过程中电流的变化特征：电容器充电过程 中，电容器带电量越来越多，电流越来越小，充电完毕时， 电流为零；电容器放电过程中，电容器带电量越来越少，电 流越来越大，放电完毕时，电流最大.一个周期内振荡电流方 向改变两次. 【变式训练】如图甲中通过P点电流的(向右为正)变化规律如 图乙所示，则( ) A.0.51 s间，电容器C正在充电 B.0.51 s间，电容器C上极板带正电 C.11.5 s内，电势Q点比P
12、点高 D.11.5 s磁场能转化为电场能 【解析】选A、C.从0.51 s，电流逐渐减小，是充电过程， 电容器上极板带负电，故选项A正确，B错误；11.5 s内， 电流逐渐增大，是放电过程，电场能转化为磁场能，故选项D 错误；且电流沿逆时针方向流动，Q点电势比P点的高，故选 项C正确. 【变式备选】LC回路中电容器两端电压U随时间t变化的 关系如图所示( ) A.在时刻t2，电路中的电流最大 B.在时刻t3，电路中的磁场能最大 C.从时刻t2至t3，电路中的电场能不断增大 D.从时刻t3至t4，电容器所带的电荷量不断增大 【解析】选A、C.根据电容器两端电压与电荷量的关系q=CU可 知，t2时
13、刻，电容器上的电荷量为零，即放电完毕，电流最 大，故选项A正确；t3时刻，电荷量最大，电流最小为零，磁 场能最小，故选项B错误；t2t3时间内，电荷量增加，即充 电过程，电场能不断增加，故选项C正确；t3t4时间内，是 放电过程，电荷量不断减少，故选项D错误. 【典例】如图所示振荡电路中. (1)当电感L=300 H，电容器C的范围为25270 pF，求振荡 电流的频率范围； (2)当电感L=10 mH，要产生周期T=0.02 s的振荡电流，应配 制多大的电容器？ 【标准解答】 振荡电流的频率范围是5.61051.84106 Hz 答案：(1)5.61051.84106 Hz (2)10-3
14、F 一、选择题 1.根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是( ) A.教室中开亮的日光灯周围空间必有磁场和电场 B.工作时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，稳定的磁场激发稳定的电场 D.电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三 者互相垂直 【解析】选A、B、D.教室中开亮的日光灯、工作时打点计时 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. 2.(2011余杭高二检测)如图所示，L是不计电阻的电感器， C是电容器，闭合电键K，
15、待电路达到稳定状态后，再断开电 键K，LC电路中将产生电磁振荡.如果规定电感L中的电流方向 从a到b为正，断开电键K的时刻为t=0，那么下列四个图中能 够正确表示电感中的电流随时间变化规律的是( ) 【解析】选B.电键闭合时，电流从a流向b为正，当断开电键 后，电感器与电容器构成一振荡电路，随后形成振荡电流， 根据振荡电流的规律，可知选项B正确. 3.(2011珠海高二检测)关于在LC振荡电路的一个周期的时 间内，下列说法中正确的是( ) 磁场方向改变一次；电容器充、放电各一次； 电场方向改变两次；电场能向磁场能转化完成两次 A. B. C. D. 【解析】选C.在一个振荡周期内，电场、磁场方向改变两次 ，电场能、磁场能转化两次；电容器充、放电各两次.故选项 C正确. 4.在LC回路产生振荡电流的过程中( ) A.振荡电流与电场能同时出现最大值 B.振荡电流与磁场能同时出现最大值 C.电流减弱时，电容器充电 D.电流增强时，电容器充电 【解析】选B、C.振荡电流最大时，产生的磁场最强，磁场能 最大，而电容器上电荷量最少，电场能最小，故选项A错误， B正确；电容器充电过程，电流逐渐减弱，电流减小到零时， 充电完毕，故选项C正确，D错误. 【方法技巧】L
