第1、2節(jié)　電磁振蕩 電磁場(chǎng)與電磁波

核心素養(yǎng)點(diǎn)擊

物理觀念(1)了解電磁振蕩，知道LC振蕩電路中電荷、電場(chǎng)、電流、磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化情況及電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能的轉(zhuǎn)化情況。(2)了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本思想，知道電磁波的概念。(3)了解電磁場(chǎng)是物質(zhì)的一種形式，會(huì)從電磁場(chǎng)的物質(zhì)性與能量傳播的觀點(diǎn)解釋電磁波的發(fā)射與接收。續(xù)表科學(xué)思維(1)知道電磁振蕩的周期與頻率，會(huì)用其分析、解釋有關(guān)問(wèn)題。(2)經(jīng)歷分析電磁振蕩周期與L、C關(guān)系的過(guò)程，體會(huì)定性分析推理的方法?？茖W(xué)探究實(shí)驗(yàn)觀察電磁振蕩中各物理量的變化過(guò)程。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任了解麥克斯韋對(duì)電磁學(xué)的貢獻(xiàn)，領(lǐng)會(huì)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)意義。一、電磁振蕩1．填一填(1)振蕩電流：大小和方向都做________迅速變化的電流。(2)振蕩電路：產(chǎn)生________的電路。由電感線圈L和電容C組成最簡(jiǎn)單的振蕩電路，稱為_(kāi)___振蕩電路。周期性振蕩電流LC減少最大值自感充電增多最大值振蕩電流電場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)電場(chǎng)周期性周期性次數(shù)時(shí)間次數(shù)2．判一判(1)在LC振蕩電路中，回路中電流值最大時(shí)刻，回路中磁場(chǎng)能最大。

()(2)在LC振蕩電路中，電容器放電完畢時(shí)刻，回路中磁場(chǎng)能最小。

()(3)振蕩電流的大小和方向均不斷變化。

()(4)電磁振蕩的固有周期與電流的變化快慢有關(guān)。

()√×√×二、電磁場(chǎng)與電磁波1．填一填(1)電磁場(chǎng)①變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)a．現(xiàn)象分析：麥克斯韋認(rèn)為放在變化的磁場(chǎng)中的閉合電路會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因?yàn)樽兓拇艌?chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)，該電場(chǎng)使導(dǎo)體中的自由電荷做__________，產(chǎn)生感應(yīng)電流。b．觀點(diǎn)推廣：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，這是一個(gè)普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在_____。定向移動(dòng)無(wú)關(guān)②變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)麥克斯韋大膽地假設(shè)，既然變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)，那么，變化的電場(chǎng)也會(huì)在空間產(chǎn)生_____。③電磁場(chǎng)：變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即為電磁場(chǎng)。(2)電磁波①定義：變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)形成的_______由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成電磁波。②特點(diǎn)：a．電磁波可以在真空中傳播。b．電磁波的傳播速度等于光速c。磁場(chǎng)電磁場(chǎng)c．麥克斯韋預(yù)言光是一種電磁波。d．電磁波是橫波，其電場(chǎng)方向與磁場(chǎng)方向相互垂直，且二者均與傳播方向垂直。③赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。并觀察到電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象。2．判一判(1)電磁波在真空中和介質(zhì)中傳播的速度相同。

()(2)只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波。

()(3)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合曲線。

()××√探究(一)電磁振蕩過(guò)程分析

[重難釋解]1．電磁振蕩過(guò)程各物理量的變化規(guī)律續(xù)表2．振蕩電流、極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖像(如圖所示)3．板間電壓u(圖1)、電場(chǎng)能EE(圖2)、磁場(chǎng)能EB(圖3)隨時(shí)間變化的圖像4．分類分析(1)同步關(guān)系：在LC振蕩電路發(fā)生電磁振蕩的過(guò)程中，電容器上的物理量：電荷量q、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)能EE是同步變化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)線圈上的物理量：電流i、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)能EB也是同步變化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)(2)同步異變關(guān)系：在LC振蕩電路變化過(guò)程中，電容器上的三個(gè)物理量q、E、EE與線圈中的三個(gè)物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、EE同時(shí)減小時(shí)，i、B、EB同時(shí)增大，且它們的變化是同步的，即：q、E、EE↑，i、B、EB↓。[解析]

0.5～1s時(shí)間內(nèi)，振蕩電流是充電電流，充電電流是由負(fù)極板流向正極板，故A、B錯(cuò)誤；1～1.5s時(shí)間內(nèi)，振蕩電流是放電電流，放電電流是由正極板流向負(fù)極板，由于電流為負(fù)值，所以由Q流向P，Q點(diǎn)的電勢(shì)比P點(diǎn)的電勢(shì)高，電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)變成磁場(chǎng)能，故C、D正確。[答案]

CDLC振蕩電路充、放電過(guò)程的判斷方法(1)根據(jù)電流流向判斷：當(dāng)電流流向帶正電的極板時(shí)，電容器的電荷量增加，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于充電過(guò)程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時(shí)，電荷量減少，電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于放電過(guò)程。(2)根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷：當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、電場(chǎng)強(qiáng)度E)增大或電流i(磁場(chǎng)B)減小時(shí)，處于充電過(guò)程；反之，處于放電過(guò)程。(3)根據(jù)能量判斷：電場(chǎng)能增加時(shí)充電，磁場(chǎng)能增加時(shí)放電。

[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)如圖表示LC振蕩電路某時(shí)刻的情況，以下說(shuō)法正確的是

(

)A．電容器正在放電B．電感線圈中的磁場(chǎng)能正在減少C．電感線圈中的電流正在減小D．此時(shí)刻自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流增大解析：由題圖中電容器的正負(fù)極、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和安培定則可知，此時(shí)電流向著電容器帶負(fù)電的極板流動(dòng)，也就是電容器處于放電過(guò)程中，這時(shí)兩極板電荷量和電壓、電場(chǎng)能處于減少過(guò)程，而電流正在增大，線圈中磁場(chǎng)能正在增加，A正確，B、C錯(cuò)誤；由楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增大，D正確。答案：AD探究(二)對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)](1)麥克斯韋根據(jù)什么認(rèn)為“變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)”？(2)關(guān)于“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)”的觀點(diǎn)，麥克斯韋是在什么情況下提出的？提示：(1)麥克斯韋是基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象提出“變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)”的假設(shè)。(2)“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)”，是麥克斯韋出于對(duì)自然規(guī)律的洞察力，很大膽的假設(shè)，也是更具創(chuàng)造性的假設(shè)。他認(rèn)為：既然變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)，那么變化的電場(chǎng)也能夠在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。

[重難釋解]1．對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解電場(chǎng)磁場(chǎng)恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)不均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)不均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)2.對(duì)電磁場(chǎng)的理解(1)電磁場(chǎng)的產(chǎn)生如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場(chǎng)，那么它就在空間引起周期性變化的磁場(chǎng)；這個(gè)變化的磁場(chǎng)又引起新的變化的電場(chǎng)……于是，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，形成了不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)。(2)電磁場(chǎng)與靜電場(chǎng)、磁場(chǎng)的比較三者可以在某空間混合存在，但由靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)混合的空間不屬于電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)是電場(chǎng)、磁場(chǎng)相互激發(fā)，相互耦連形成的統(tǒng)一體。電磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)傳播，形成電磁波，如圖所示。(1)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩大支柱：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)；變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。而產(chǎn)生的電場(chǎng)或磁場(chǎng)如何變化與原磁場(chǎng)或原電場(chǎng)的變化規(guī)律有關(guān)。(2)洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷永不做功，但變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)可以對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)應(yīng)用麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論判斷下列表示電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)(或磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng))的關(guān)系圖像中(每個(gè)選項(xiàng)中的上圖是表示變化的場(chǎng)，下圖是表示變化的場(chǎng)產(chǎn)生的另外的場(chǎng))，正確的是

(

)2.(多選)某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合的電場(chǎng)線，這可能是

(

)A．沿AB方向磁場(chǎng)在迅速減弱

B．沿AB方向磁場(chǎng)在迅速增強(qiáng)C．沿BA方向磁場(chǎng)在迅速增強(qiáng)

D．沿BA方向磁場(chǎng)在迅速減弱解析：根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，閉合回路中的磁通量變化時(shí)，使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流可用楞次定律判斷。根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因?yàn)殚]合回路中受到了電場(chǎng)力的作用，而變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，與是否存在閉合回路沒(méi)有關(guān)系，故空間內(nèi)磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的電場(chǎng)方向，仍然可用楞次定律判斷，四指環(huán)繞方向即為感應(yīng)電場(chǎng)的方向，由此可知A、C正確。答案：AC探究(三)電磁波與機(jī)械波的比較[重難釋解]電磁波與機(jī)械波的比較

項(xiàng)目機(jī)械波電磁波實(shí)質(zhì)力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間和空間做周期性變化傳播特點(diǎn)傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無(wú)關(guān)傳播不需要介質(zhì)，在真空中波速總等于光速c，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)續(xù)表(多選)以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說(shuō)法中，正確的是

(

)A．機(jī)械波與電磁波本質(zhì)上是一致的B．機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速，不僅與介質(zhì)有關(guān)，還與電磁波的頻率有關(guān)C．機(jī)械波可能是縱波，而電磁波必定是橫波D．它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象[解析]機(jī)械波由波源振動(dòng)產(chǎn)生，電磁波由周期性變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))產(chǎn)生；機(jī)械波傳播需要介質(zhì)，波速由介質(zhì)決定；電磁波的傳播不需要介質(zhì)，波速由介質(zhì)和本身頻率共同決定；機(jī)械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，故選項(xiàng)B、C、D正確。[答案]

BCD[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．下列說(shuō)法正確的是

(

)A．電磁波在真空中以光速c傳播B．在空氣中傳播的聲波是橫波C．聲波只能在空氣中傳播D．光需要介質(zhì)才能傳播解析：電磁波在真空中的傳播速度為光速c，選項(xiàng)A正確；在空氣中傳播的聲波是縱波，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；聲波可以在氣體中傳播，也可以在液體、固體中傳播，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；光可以在真空中傳播，因此，光不需要介質(zhì)也能傳播，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案：A2．(多選)關(guān)于電磁波和機(jī)械波，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．電磁波和機(jī)械波的傳播都需要借助于介質(zhì)B．電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相同，而機(jī)械波的波速大小與介質(zhì)密切相關(guān)C．電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D．根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)解析：機(jī)械波的傳播需要借助于介質(zhì)，但電磁波的傳播不需要借助介質(zhì)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電磁波和機(jī)械波的傳播速度都與介質(zhì)有關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確；變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，選項(xiàng)D正確。答案：CD一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維1．(多選)水下機(jī)器人PowerRay“小海鰩”，它在水下開(kāi)啟尋魚(yú)模式可以通過(guò)聲吶技術(shù)(通過(guò)發(fā)射聲波和接收回波判斷目標(biāo)物的距離、方位和移動(dòng)速度等信息)準(zhǔn)確探測(cè)魚(yú)群。它也能將水下魚(yú)群信息通過(guò)無(wú)線電波傳輸上岸，由于在水中衰減快，其最大傳輸距離為80m。下列分析合理的是

(

)A．聲波和無(wú)線電波在水中的傳播速度相等B．無(wú)線電波在水中衰減指的是其頻率不斷減小C．發(fā)射聲波后能形成回波是波的反射現(xiàn)象D．若接收回波頻率大于發(fā)射聲波的頻率，說(shuō)明魚(yú)正在靠近解析：聲音進(jìn)入水中傳播速度會(huì)增大，無(wú)線電波進(jìn)入水中傳播速度會(huì)減小，但兩者的速度不相等，故A錯(cuò)誤；無(wú)線電波進(jìn)入水中時(shí)頻率不變，波長(zhǎng)變短，故B錯(cuò)誤；發(fā)射聲波后能形成回波是波的反射現(xiàn)象，故C正確；根據(jù)波的多普勒效應(yīng)可知，若接收回波頻率大于發(fā)射聲波的頻率，說(shuō)明聲源接近觀察者，即魚(yú)正在靠近，故D正確。答案：CD二、注重學(xué)以致用和思維建模2．如圖所示是通過(guò)電容器電容的變化來(lái)檢測(cè)容器內(nèi)液面高低的儀器原理圖，容器中裝有導(dǎo)電液體，是電容器的一個(gè)電極，中間的導(dǎo)電芯柱是電容器的另