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1、1电磁场和电磁波电磁场和电磁波 单元知识总结及单元达纲检测单元知识总结及单元达纲检测【知识结构图示知识结构图示】【物理思想方法物理思想方法】 1LC 振荡电路电磁振荡产生过程分析和规律总结 电磁振荡产生过程中，发生周期性变化的物理量多，变化情况复杂，分析时应以线圈的自感作用和对电容充放电作 用为主线，把电场和与电场相关的物理量（如电量 q、电压 U、电场 E、电场能）归为一组，把磁场和与磁场相关的物理 量（如电流 i、磁场 B、磁通量 、磁场能）归为另一组，每一组物理量是同步变化的，两组之间是反相变化的，一组增 大，另一组必减小，一组物理量最大时，另一组物理量必最小为零 从能量转化和守恒的角度
2、出发，也能得到上述相同的结论，电场能和磁场能相互转化，电场能增大，磁场能减少， 以至于与电场能相关的物理量增大，与磁场能相关的物理量减小，反之也成立 电磁振荡的规律还可以用表达式和图像来反映，振荡电流随时间的变化关系和电量随时间的变化关系都是正弦或余 弦关系，图像则是正弦或余弦图像从图像还可以判断出一些物理量的方向和方向的变化情况 2麦克斯韦的科学探索的思想和方法 麦克斯韦建立电磁场理论是在前人理论的基础上经大胆假设合理推理得到的他在法拉第有关电和磁的理论的基础 上，从变化的磁场能使闭合电路中产生感应电流的实验得到变化的磁场产生电场这一普遍存在的结论，进而又提出假设： 变化的电场也能产生磁场，
3、从而提出了电磁场理论的两个支柱 实际上，麦克斯韦建立电磁场理论和预言电磁波的存在并不像上述的那么简单，而是经过了长期的研究，他首先是 被法拉第用几个简洁的观点阐述电磁学错综复杂的内容所吸引，决定为法拉第的场的概念提供数学模型，因而为此作了大 量的研究工作，采取类比、假设、建立理想模型、运用数学工具分析物理问题等手段，历经 20 余年，使之电磁理论成为 经典物理学的重要支柱 【难题巧解点拨难题巧解点拨】 1 1历届高考试题选讲历届高考试题选讲 纵观历年高考试题，大都集中在振荡电路的周期和频率公式、电磁振荡的过程分析和各物理量的变化情况、电磁振 荡中一些物理量随时间变化的图像、麦克斯韦电磁场理论和
4、电磁波的特点等 例例 1 1 （1994 上海卷）下列关于电磁波的叙述中，正确的是（ AC ） A电磁波是由电磁场由发生区域向远处传播B电磁波在任何介质中的传播速度均为m/s103.00c8C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和衍射现象 解析解析 变化的磁场和变化的电场形成电磁场，电磁场由发生区域向远处传播形成电磁波；电磁波在真空中的传播速2度才是，在其他介质中的传播速度小于，由 cf，当电磁波由真空进入其他介质，频m/s103.00c8m/s103.00c8率不变，速度减小，波长变短；电磁波也是一种波，具有波的一切特征 答案答案 AC 点拨点拨 这是一道高考题中的较
5、容易的题，只要知道电磁波的有关知识就能解决问题 例例 2 2 （1997 全国卷）为了增大 LC 振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是（ D ） A增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯 B减小电容器两极板间的距离并增加线圈的匝数 C减小电容器两极板间的距离并在线圈中放入铁芯 D减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数解析解析 根据公式，要增大频率，必须使 LC 的乘积变小，减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数 LC21f 可使 LC 的乘积变小 答案答案 D 点拨点拨 这是一道常规题，这类题目在全国和上海的高考试卷中多次出现，也是一种基础题 例例 3 3 （1996 全国卷
6、）LC 回路中电容器两端的电压 U 随时间 t 变化的关系如图 19总1 所示，则（ ）A在时刻电路中电流最大B在时刻电路中的磁场能量大1t2tC从时刻到时刻，电路中电场能增大D从时刻到，电容的带电量不断增大2t3t3t4t解析解析 由电压 U 随时刻 t 变化的关系可得电量随时间的变化关系也是按正弦规律变化，时刻电压最大，电量最大，1t电流为零；时刻电压为零，电流最大，磁场能最大；时刻到时刻，电压增大，电容器带电量增大；时刻到时刻2t2t3t3t，带电量不断减小4t答案答案 BC 点拨点拨 这类试题在全国及各地高考试卷中多次出现，虽然在平时多次训练过，如果不理解透彻，不能掌握分析的思 路和方
7、法，还会做错 2 2高考试题展望高考试题展望 由历届高考试题可看出，本章的题目变化不大，要对电磁振荡的产生过程进行分析理解掌握，知道振荡电路的周期 和频率公式及电磁场的理论和电磁波的特点，也要结合当前无线电技术和通信技术的最新成果，去了解一些有关的高新技 术 例例 4 4 LC 振荡电路中电容器内电场强度 t 变化关系如图 19总2 所示，根据图像判断下列正确的是（ ）3At=0 时，电路中振荡电流最大B时，电路中振荡电流最大s101t6C振荡电路辐射的电磁波属于无线波D振荡电路辐射的电磁波属于红外线波段解析解析 电容器内电场强度为零时，极板上电量为零，电流最大，故 A 正确；由图知，周期为，
8、频率为s1046250kHz，故振荡电路辐射的电磁波属于无线电波，故 C 正确 答案答案 AC 点点拨拨 这也是常规题，考查的是电磁振荡的产生过程及电磁振荡的描述，又结合了电磁波的有关知识，有一定的综合 性例例 5 5 如图 19总3 电路中，L 是电阻不计的的电感器，C 是电容器，闭合电键 S，等电路达到稳定状态后，再打 开电键 S，LC 电路中将产生电磁振荡，如果规定 L 中的电流方向从 a 到 b 为正方向，打开电键时刻为 t0，那么下列四 个图中能正确表示电感中的电流方向 i 随时间 t 变化规律的是（ B ）解析解析 纯电感中电流稳定时电阻为零，电流方向由 a 指向 b，打开电键电流
9、由正向最大逐渐减小至零，答案为 B 答案答案 B 点拨点拨 用图像描述电磁振荡比较直观，而且用图像描述分析物理现象和物理过程是历年来高考中的热点 【单元达纲检测单元达纲检测】一、选择题一、选择题 1关于电磁振荡电磁波，下列说法正确的是（ ） A当 LC 电路里有振荡电流时，电路里就产生了电磁振荡4BLC 电路里电场能和磁场能的周期性交替变化叫电磁振荡 C只要空间某处的电场或磁场发生了变化，就会在其周围空间产生电磁波 D电磁场在空间的传播叫电磁波 2关于 LC 电路中的振荡电流，下列说法正确的是（ ） A振荡电流最大时，电容器两极板间的场强最大B振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零 C振荡电流减
10、小的过程中，线圈中的自感电动势增大D振荡电流增大的过程中，回路中磁场能向电场能转 化 3关于电磁波和声波，下列说法不正确的是（ ） A两种波的传播都是能量传递的过程B两种波从空气进入介质，波的频率均保持不变 C两种波的传播都需要介质D两种波都能发生干涉和衍射现象 4在 LC 振荡电路中，当电容器上的电量最大（充电完毕）的瞬间，这时（ ） A电场能正在向磁场能转化B磁场能正在向电场能转化 C电场能向磁场能转化刚好完毕D磁场能向电场能转化刚好完毕 5有一 LC 振荡电路能产生一定波长的电磁波，若要产生波长比原来短的电磁波，应（ ） A增加线圈的匝数B在线圈中插入铁芯 C减小电容器两极板的正对面积D
11、减小电容器两极板间的距离 6图 19检1 是 LC 振荡电路中电容器两极板上电压随时间变化的图像，则从 A 时刻到 B 时刻的过程是（ ）A磁场能转化为电场能的过程B电场能转化为磁场能的过程 C电容器充电的过程D电容器放电的过程 7某 LC 振荡电路的电流按图 19检2 甲所示的规律变化，则图乙所示的瞬间状态对应于图甲中的哪一点（设逆 时针方向电流为正）（ ）Aa 点Bb 点Cc 点Dd 点8图 19检3 中 a 和 b 分别是电容为 C 的纯电容和自感系统为 L 的纯电感（直流电阻为零），若将开关 K 断开的 瞬间设为 t0 时刻，则（ ）5At0 时，电容器上极板带正电，下极板带负电B时，
12、电容器下极板带正电，上极板带负电LC2tC时，流过 b 的电流最大，方向自下而上LCtD时，b 两端的电压为零LC2t9如图 19检4 所示，左图中直导线 AB 内通以交变电流，交变电流的变化规律如下图所示，电流的正方向对应 于电流从 A 流向 B，AB 的正下方有不闭合的线圈，则线圈中 C 端比起 D 端有最高电势的那个时刻是下图中的（ ）A时刻B时刻C时刻D时刻1t2t3t4t10如图 19检5 所示为 LC 振荡电路某时刻的电流方向，且电流正在减小，则（ ）A电容器 C 的上极板带正电B电感 L 中的磁通量变化率正在变大 C电场能正在向磁场能转化D该电路向真空中辐射电磁波的波长与电容 C
13、 成正比 11有一 LC 振荡电路，原来发射电磁波的波长为 ，要使它发射电磁波的波长变为原来的一半，设振荡电路的电感 不变，则电路中的电容应变为原来的（ ）A14B12CD22/26二、填空题二、填空题 12一个 LC 振荡电路，电容器电容为 C，电感线圈的自感系数为 L，从电容器开始放电到电容器第一次放电结束， 所用时间为_，电路中第一次改变电流方向需要的时间为_13如图 19检6 为 LC 振荡电路中电容器带电量 q 随时间变化的图像，那么在到的时间内，电s1016s1026容器处于_状态，此过程中线圈中电流_，在的时刻，线圈中磁场能最_，电容器极s1026板间场强最_14某收音机调谐电路
14、中的可变电容器的电容 360pF 时，接收到波长为 600m 的电台信号，如果要接收到波长为 200m 的电台信号，可变电容器的电容应调为_pF15在 LC 振荡电路中，已知电容器的电容为 C，振荡电流，则此电路中线圈的自感系数为_，tsinIim若该电路发射的电磁波在某种介质中的波长为 ，则电磁波在这种介质传播的速度为_ 16图 19检7 中线圈的自感系数 L5mH，电容器的电容 C50F，电容器已充电，带电情况如图，接通开关 K后线路中形成振荡电流从接通 K 时算起到秒的时刻，电路中的电流是_时针方向流动的310317某收音机接受电磁波的波长范围在 577m 到 182m 之间，该收音机调
15、谐电路的可变电容器的动片完全旋出时，回 路的总电容为 39pF，求： （1）该收音机接收的电磁波的频率范围是多少？ （2）该收音机调谐电路的可变电容器的动片完全旋入时，电路的总电容是多大？7参考答案参考答案 【单元达纲检测单元达纲检测】1ABD（点拨：变化的磁场和变化的电场交替产生形成电磁场，电磁场在空间传播形成电磁波） 2C（点拨：电流最大时，电容器极板上电量为零，极板间场强为零；电流为零时，电流变化最快，线圈中自感电 动势最大；电流减小，电流变化加快，线圈中自感电动势增大；电流增大，磁场能减少，磁场能逐渐向电场能转化） 3C（点拨：电磁波传播不需要介质） 4D（点拨：电量最大时，电场能最强，此时磁场能向电场能转化完毕）5C（点拨：因为，减小电容器极板间的正对面积，电容减小，波长变短）LC2fc6AC（点拨：从 A 时刻到 B 时刻电容器极板上电压增大，电场增，磁场能逐渐向电场能转化，是电容器充电过程） 7D（点拨：因为电场不为零，电流不能最大，故 A、C 错，d 时刻电流为零，电流即将逆时针方向流动，且增大， 电量减小，故为放电过程结合乙图可得
