温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后关闭Word文档返回原板块第四章 电磁振荡与电磁波1.电 磁 振 荡2.电磁场与电磁波 必备知识·自主学习一、电磁振荡产生和能量变化1.振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流2.振荡电路：能产生振荡电流的电路3.振荡过程：如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关S掷向2，从此时起，电容器要对线圈放电1）放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到最大该过程电容器储存的电场能转化为线圈的磁场能2）充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的自感作用，电流并不会立刻消失，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始充电，极板上的电荷逐渐增加，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到最大该过程线圈中的磁场能又转化为电容器的电场能此后电容器再放电、再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变化的振荡电流4.电磁振荡的分类：（1）无阻尼振荡：在LC振荡电路中，如果能够及时地把能量补充到振荡电路中，以补偿能量损耗，就可以得到振幅不变的等幅振荡。
2）阻尼振荡：在LC振荡电路中，由于电路有电阻，电路中有一部分能量会转化为内能，另外还有一部分能量以电磁波的形式辐射出去，使得振荡的能量减小3）实际的LC振荡是阻尼振荡：电路中有电阻，振荡电流通过时会有热量产生，另外还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中，实际电路中通常由电源通过电子器件为LC电路补充能量二、电磁振荡的周期与频率1.周期和频率：（1）周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间2）频率：1 s内完成的周期性变化的次数3）振荡电路里在不受其他外界条件影响下发生无阻尼振荡时的周期和频率叫振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率2.LC振荡电路周期和频率的表达式：（1）周期：T＝2π，单位：秒（s）2）频率：f＝，单位：赫兹（Hz）三、电磁场与电磁波1.变化的磁场产生电场：（1）实验现象：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流2）麦克斯韦的观点：电路里有感应电流产生，一定是变化的磁场产生了电场，闭合电路中的自由电荷在电场的作用下发生了定向移动3）结论：变化的磁场产生了电场2.变化的电场产生磁场：麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场。
3.电磁波的特点：（1）电磁波是横波，电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，电磁波在空间传播不需要介质；（2）电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108 m/s4.赫兹的实验：（1）赫兹实验原理图（如图所示）：（2）实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过了火花3）现象分析：火花在A、B间来回跳动时，在周围空间建立了一个迅速变化的电磁场，这种电磁场以电磁波的形式在空间传播当电磁波经过接收线圈时，导致接收线圈产生感应电动势，使接收线圈两球间隙处产生电压，当电压足够高时，两球之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5）实验意义：证明了麦克斯韦的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础6）赫兹的其他实验成果：赫兹通过一系列实验，观察到了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，并通过测量证明，电磁波在真空中具有与光相同的速度，证实了麦克斯韦的电磁场理论 （1）LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小×）（2）LC振荡电路线圈的自感系数增大为原来的4倍，振荡周期增大为原来的2倍。
√）（3）提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大×）（4）变化的电场一定产生变化的磁场 （×）（5）只要有电场和磁场，就能产生电磁波×）（6）电磁波在同种介质中只能沿直线传播×）关键能力·合作学习知识点一 电磁振荡1.电磁振荡过程各物理量变化情况规律：时刻（时间）工作过程qEiB能量0→放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁→充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电→放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁→T充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电2.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像（如图所示）：3.板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图像（如图所示）：u、EE规律与qt图像相对应；EB规律与it图像相对应4.变化规律及对应关系：（1）同步同变关系：在LC回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量q、电场强度E、电场能EE是同步同向变化的，即：q↓—E↓—EE↓（或q↑—E↑—EE↑）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：i↑—B↑—EB↑（或i↓—B↓—EB↓）。
2）同步异变关系：在LC回路产生电磁振荡的过程中，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↑i、B、EB↓典例】如图所示，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，LC振荡电路工作时的周期为T，在t＝0时断开开关K，则在0到这段时间内，下列叙述正确的是（ ）A．电容器C放电，A板上正电荷逐渐减小，LC回路中电流逐渐增大，当t＝时电流达到最大B．电容器C放电，A板上正电荷逐渐减少，LC回路中电流逐渐减小，t＝0时放电电流最大C．电容器C被充电，B板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零D．电容器C被充电，A板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零【解析】选C开关闭合时，通过L的电流从上往下，电容器带电荷量为零；在t＝0时断开开关K，则在0到这段时间内，则电容器C被充电，B板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零，故选项C正确，A、B、D错误 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：当电容器的带电荷量q（U、E）增大时，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1.【母题追问】 在【典例】中，电容器C放电和电容器C被充电时能量如何变化？提示：电容器C放电时，电容器储存的电场能转化为线圈的磁场能；电容器C被充电时，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能2.（多选）（2021·烟台高二检测）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aB．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上板带负电C．若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上板带正电D．若磁场正在增强，则电容器正在放电，电流方向由a向b【解析】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，电场能增大，上极板带负电，故A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减少，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故C正确，D错误故选A、B、C加固训练】 如图所示，L是电阻不计的电感线圈，C是电容器，E为电源，在开关S闭合和断开时，关于电容器的带电情况，下列说法正确的是（ ）A.S闭合瞬间，A板带正电，B板带负电B．S保持闭合，A板带正电，B板带负电C．S断开瞬间，A板带正电，B板带负电D．由于线圈L的电阻不计，电容器被短路，上述三种情况下电容器均不带电 【解析】选A。
S闭合瞬间，给电容器充电，且A板与电源的正极相连，故A板带正电，B板带负电，选项A正确；S保持闭合，电容器所在支路断路，电容器两端的电压与并联的支路电压相同，均为零，故电容器不带电，选项B错误；S断开瞬间，由于线圈产生感应电流，电流的方向与原电流方向相同，故A板带负电，B板带正电，选项C、D错误知识点二 电磁振荡的周期和频率1.影响电磁振荡周期（频率）的因素：（1）由电磁振荡的周期公式T＝2π知，要改变电磁振荡的周期和频率，必须改变线圈的自感系数L或者电容器电容C2）影响线圈自感系数L的是：线圈的匝数、有无铁芯及线圈截面积和长度匝数越多，自感系数L越大，有铁芯的自感系数比无铁芯的大3）影响电容器电容的是：两极正对面积S，两板间介电常数ε，以及两板间距d，由C＝（平行板电容器电容），不难判断ε、S、d变化时，电容C的变化2.LC回路中各物理量的变化周期：LC回路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期就是LC回路的振荡周期T＝2π，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期T＝2π，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们是标量没有方向，所以变化周期T′是振荡周期T的一半，即T′＝＝π。
典例】在LC振荡电路中，线圈的自感系数L＝2.5 mH，电容C＝4 μF1）该电路的？（2）设t＝0时，，通过线圈的电流是增大还是减小，这时电容器是处于充电过程还是放电过程？【审题关键】序号解题依据信息提取①电磁振荡的周期的影响因素T＝2π②电磁振荡的规律极板上电荷量最多，电路中电流值为零，LC回路中的电磁振荡正在第二个的变化过程中【解析】（1）由电磁振荡的周期公式可得T＝2π＝2×3.14× s＝6.28×10－4 s2）因为t＝9.0×10－3 s相当于14.33个周期，而<0.33 T<，由电磁振荡的周期性，当t＝9.0×10－3 s时，LC回路中的电磁振荡正在第二个的变化过程中t＝0时，电容器上电压最大，极板上电荷量最多，电路中电流值为零，回路中电流随时间的变化规律如图所示：第一个内，电容器放电，电流由零增至最大；第二个内，电容器被反向充电，电流由最大减小到零显然，在t＝9.0×10－3 s时，即在第二个内，线圈中的电流在减小，电容器正处在反向充电过程中答案：（1）6.28×10－4 s （2）减小 充电过程1.（多选）要增大LC振荡电路的频率，下列方法正确的是（ ）A．将正对着的电容器的两个极板错开些B．增大电容器的充电电荷量C．减少自感线圈的匝数D．抽出自感线圈中的铁芯【解析】选A、C、D。
要使LC振荡电路的频率增大，根据公式T＝2π，可减小线圈的自感系数L或减小电容器的电容C；将正对着的电容器的两个极板错开些，正对面积减小，电容C减小，故选项A正确；增大电容器的充电电荷量，电容不变，故选项B错误；减少自感线圈的匝数，自感系数L减小，故选项C正确；抽出自感线圈中的铁芯，自感系数L减小，故选项D正确2.（多选）（2021·沈阳高二检测）已知LC振荡电路中的电容器的电容为C，线圈的电感为L，则正在振荡的电路中（ ）A．电容器放电的时间取决于充电电压的大小B．电容器放电的时间取决于L和C的数值。