2017-2018学年高二物理选修3-4学案：第三章 电磁振荡 电磁波 章末整合提升

14.2 电磁振荡【教学目标】1、知识与技能：理解LC回路中产生振荡电流的过程掌握分析电磁振荡过程及变化的规律。

知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别2、过程与方法：了解物理过程的一般推理方法3、情感态度与价值观：体会动态和暂态的辨证关系【重点难点】1、重点：对振荡电路，振荡电流基本概念的理解和电磁振荡现象的认识电场能和磁场能的转化过程2、难点：LC回路产生电磁振荡是本章本单元的重点，也是难点。

【授课内容】引入新课引导学生见课本图示，参照此图认真阅读课本关于电磁振荡的叙述，以便在头脑中建立起形象的电磁振荡的物理图象。

进行新课一、电磁振荡现象概念总结1、像这样产生的大小和方向的电流，叫做振荡电流，能产生振荡电流的电路，叫振荡电路，上面的LC回路叫。

2、再将振荡电流信号取出接在示波器上观察波形，就会发现，LC回路里产生的振荡电流跟正弦式电流一样，也是按正弦规律变化的。

指出振荡电流实质上就是前边学过的交流电，它也是按变化的。

二、电磁振荡的产生过程①给电容充电，如图所示，电容器中储存一定的电场能(E电)②电容C放电，如图所示，电场能转化为磁场能③反向充电过程，是磁场能转化为电场能的过程④电容C再次反向放电过程像上述情况，电路中的电场能和磁场能(与之对应的电荷Q和电流i)做周期性交替变化的现象叫做电磁振荡现象。

三、无阻尼振荡和阻尼振荡(1)振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅(Im)将不变，如图9所示，叫做无阻尼振荡(或等幅振荡)(2)阻尼振荡，任何振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流i的振幅逐渐减小，如图10所示，这叫做阻尼振荡(或叫减幅振荡)，请同学们想一下，电路损耗的能量哪里去了？如果用振荡器周期性地给振荡电路补充能量，就可以保持等幅振荡，这类似于受迫振动。

四、电磁振荡的周期和频率T=f=【课堂训练】例1、当LC振荡电路中电流达到最大值时，下列叙述中正确的是（）。

A.磁感应强度和电场强度都达到最大值B.磁感应强度和电场强度都为零C.磁感应强度最大而电场强度为零D.磁感应强度是零而电场强度最大例2、下图为LC振荡电路中电容器板上的电量q随时间t变化的图线，由图可知（）。

第2节电磁场和电磁波1。

变化的电场产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，周期性振荡变化的电场产生同频率周期性振荡变化的磁场。

2．变化的磁场产生电场,均匀变化的磁场产生恒定的电场，周期性振荡变化的磁场产生同频率周期性振荡变化的电场。

3．变化的电场和磁场交替产生形成的电磁场在空间传播形成电磁波，电磁波为横波,可以在真空中传播,波速为c＝3。

0×108 m/s.4．麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹用实验证实了电磁波的存在。

错误!麦克斯韦电磁理论的两个基本假设[自读教材·抓基础]1．变化的磁场能够在周围空间产生电场(1）麦克斯韦认为，磁场随时间变化快,产生的电场强；磁场随时间的变化不均匀时,产生变化的电场；稳定的磁场周围不产生电场。

(2)电场可由两种方式产生：①由电荷产生；②由变化的磁场产生。

2．变化的电场能够在周围空间产生磁场麦克斯韦认为，若电场随时间变化快，则产生的磁场强;若电场随时间的变化不均匀，则会产生变化的磁场.稳定的电场周围不产生磁场。

［跟随名师·解疑难］1．对麦克斯韦电磁场理论的认识变化的磁场产生电场：如图3－2－1所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路(导体环)是否存在无关。

导体环的作用只是用来显示电场的存在.图3－2－1(2）变化的电场产生磁场：如图3－2－2所示，根据麦克斯韦理论，在LC振荡电路中，当电容器充、放电的时候，不仅导线中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。

图3－2－22．对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场［学后自检］┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手）应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图3－2－3所示的表示电场产生磁场(或磁场产生电场）的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场,下图是表示变化的场产生的另外的场），正确的是（)图3－2－3解析：选BC A图中的上图磁场是稳定的，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图中的下图是错误的；B 图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B图正确；C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差错误!，C图是正确的；D图的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差π,故错误。

第三章电磁振荡电磁波第1节电磁振荡1．在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容器极板上的________、通过线圈的________以及跟电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性的变化．电场和磁场周期性的相互转变的过程也就是____________和____________周期性相互转化的过程．我们把这种现象称为电磁振荡．2．在电磁振荡中，如果没有________损失，振荡将永远持续下去，振荡电流的________将永远保持不变，这种振荡叫做无阻尼振荡，由于振荡电路中有电阻，电路中的能量有一部分要转化成________，还有一部分能量以____________的形式辐射到周期空间去了，这样，振荡电路中的能量逐渐损耗，振荡电流的______逐渐减小，直到停止振荡，这种振荡叫做阻尼振荡．3．电磁振荡完成________________________需要的时间叫做周期，1 s内完成的______________________的次数叫做频率．振荡电路里发生________________________时的周期和频率叫做振荡电路的固有周期和固有频率．LC振荡电路的周期T和频率f跟电感线圈的自感系数L和电容C的关系是：T＝________，f＝____________.4．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些的电磁波，可采用的措施为()A．增加线圈匝数B．在线圈中插入铁芯C．减小电容器极板正对面积D．减小电容器极板间距离6．电磁振荡与机械振动相比()A．变化规律不同，本质不同B．变化规律相同，本质相同C．变化规律不同，本质相同D．变化规律相同，本质不同概念规律练知识点一振荡电路的各物理量的变化1．关于LC振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是()A．振荡电流最大时，电容器两极板间的电场强度最大B．振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零C．振荡电流增大的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能D．振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能2．如图1所示为LC振荡电路中电容器的极板带电荷量随时间变化曲线，下列判断中正确的是()。

1 电磁振荡2 电磁场和电磁波[学习目标] 1.了解振荡电流、LC回路中振荡电流的产生过程，会求LC回路的周期与频率.2.了解阻尼振荡和无阻尼振荡.3.了解麦克斯韦电磁理论的基础内容以及在物理学发展史上的意义.4.了解电磁波的基本特点及其发展过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质.一、电磁振荡1.振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流.2.振荡电路：能够产生振荡电流的电路.3.LC振荡电路及充、放电过程(1)LC振荡电路：由线圈L和电容器C组成的电路，是最简单的振荡电路.(2)电容器放电：由于电感线圈对交变电流的阻碍作用，放电电流不能立即达到最大值，而是由零逐渐增大，线圈产生的磁场逐渐增强，电容器里的电场逐渐减弱，电场能逐渐转化为磁场能.放电完毕后，电场能全部转化为磁场能.(3)电容器充电：电容器放电完毕，由于线圈的自感作用，电流并不立即消失，仍保持原来的方向继续流动，电容器被反向充电.在这个过程中，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，充电完毕时，磁场能全部转化为电场能.4.无阻尼振荡和阻尼振荡(1)无阻尼振荡：如图1所示，如果没有能量损失，振荡电流的振幅永远保持不变的电磁振荡.图1(2)阻尼振荡：如图2所示，能量逐渐损耗，振荡电流的振幅逐渐减小，直到停止振荡的电磁振荡.图2二、电磁振荡的周期和频率1.周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间. 频率：1s 内完成的周期性变化的次数.2.固有周期和频率振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率叫做振荡电路的固有周期、固有频率，简称振荡电路的周期和频率.3.LC 振荡电路的周期T 和频率f 跟电感线圈的电感L 和电容器的电容C 的关系是T ＝2πLC 、f ＝12πLC.三、麦克斯韦电磁理论的两个基本假设 1.变化的磁场能够在周围空间产生电场 (1)磁场随时间变化快，产生的电场强；(2)磁场随时间的变化不均匀时，产生变化的电场； (3)稳定的磁场周围不产生电场. 2.变化的电场能够在周围空间产生磁场. (1)电场随时间变化快，则产生的磁场强； (2)电场随时间的变化不均匀，产生变化的磁场； (3)稳定的电场周围不产生磁场. 四、电磁场和电磁波 1.电磁场变化的电场和变化的磁场交替产生，形成的不可分割的统一体.2.电磁波的产生：由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波.3.麦克斯韦在1865年从理论上预见了电磁波的存在，1888年物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在.赫兹还运用自己精湛的实验技术测定了电磁波的波长和频率，得到了电磁波的传播速度，证实了这个速度等于光速.4.电磁波的波长λ、波速v 和周期T 、频率f 的关系： λ＝vT ＝vf.5.电磁波在真空中的传播速度v ＝c ≈3×108m/s.[即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小，电场能最大.( ×)(2)要提高LC振荡电路的振荡频率，可以减小电容器极板的正对面积.( √)(3)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场.( ×)(4)电磁波是横波.( √)2.在LC振荡电路中，电容器C带的电荷量q随时间t变化的图像如图3所示.1×10－6s到2×10－6s内，电容器处于(填“充电”或“放电”)过程，由此产生的电磁波的波长为m.图3答案充电1200一、电磁振荡的产生[导学探究] 如图4所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2.图4(1)在电容器通过线圈放电过程中，线圈中的电流怎样变化？电容器的电场能转化为什么形式的能？(2)在电容器反向充电过程中，线圈中电流如何变化？电容器和线圈中的能量是如何转化的？(3)线圈中自感电动势的作用是什么？答案(1)电容器放电过程中，线圈中的电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能.(2)电容器反向充电过程中，线圈中电流逐渐减小，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能.(3)线圈中电流变化时，产生的自感电动势阻碍电流的变化.[知识深化] 振荡过程各物理量的变化规律例1 (多选)如图5所示，L 为一电阻可忽略的线圈，D 为一灯泡，C 为电容器，开关S 处于闭合状态，灯泡D 正常发光，现突然断开S ，并开始计时，能正确反映电容器a 极板上电荷量q 及LC 回路中电流i (规定顺时针方向为正)随时间变化的图像是(图中q 为正值表示a 极板带正电)( )图5答案BC解析S断开前，电容器C断路，线圈中电流从上到下，电容器不带电；S断开时，线圈L 中产生自感电动势，阻碍电流减小，给电容器C充电，此时LC回路中电流i沿顺时针方向(正向)最大；给电容器充电过程，电容器带电荷量最大时(a板带负电)，线圈L中电流减为零.此后，LC回路发生电磁振荡形成交变电流.综上所述，选项B、C正确.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，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程.2.根据物理量的变化趋势判断：当电容器的电荷量q(电压U、场强E、电场能E E)增大或电流i(磁感应强度B、磁场能E B)减小时，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.例2(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图6所示，则( )图6A.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，则电场能正在增加，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答案ABC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，电场能增加，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.二、电磁振荡的周期和频率1.由公式T＝2πLC、f＝12πLC可知T、f取决于L、C，与极板所带电荷量、两板间电压无关.2.L、C的决定因素L一般由线圈的长度、横截面积、单位长度上的匝数及有无铁芯决定，电容C由公式C＝εr S4πkd 可知，与电介质的介电常数εr、极板正对面积S及板间距离d有关.例3要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是( )A.增大电容器两极板的间距B.升高电容器的充电电压C.增加线圈的匝数D.在线圈中插入铁芯答案 A解析LC振荡电路中产生的振荡电流的频率f＝12πLC，要想增大频率，应该减小电容C，减小线圈的电感L，再根据C＝εr S4πkd，增大电容器两极板的间距，电容减小，所以A正确；升高电容器的充电电压，电容不变，B错误；增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，电感L 增大，故C、D错误.三、麦克斯韦电磁场理论[导学探究] (1)电子感应加速器就是用来获得高速电子的装置，其基本原理如图7所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电磁铁线圈中通入变化的电流，真空室中的带电粒子就会被加速，其速率会越来越大.请思考：带电粒子受到什么力的作用而被加速？如果线圈中通以恒定电流会使粒子加速吗？这个现象告诉我们什么道理？图7(2)用导线将手摇发电机与水平放置的平行板电容器两极相连，平行板电容器两极板间的距离为4cm左右，在下极板边缘放上几个带绝缘底座的可转动小磁针，当摇动发电机给电容器充电或放电时，小磁针发生转动，充电结束或放电结束后，小磁针静止不动.请思考：小磁针受到什么力的作用而转动？这个现象告诉我们什么道理？答案(1)带电粒子受到电场力作用做加速运动.线圈中通入恒定电流时，带电粒子不会被加速.变化的磁场能产生电场.(2)小磁针受到磁场力的作用而转动.变化的电场可以产生磁场.[知识深化] 对麦克斯韦电磁场理论的理解(1)变化的磁场产生电场①均匀变化的磁场产生恒定的电场.②非均匀变化的磁场产生变化的电场.③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场.(2)变化的电场产生磁场①均匀变化的电场产生恒定的磁场.②非均匀变化的电场产生变化的磁场.③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场.例4某电路中电场随时间变化的图像如下列各图所示，能产生电磁场的是( )答案 D解析图A中电场不随时间变化，不会产生磁场；图B和图C中电场都随时间做均匀的变化，只能在周围产生恒定的磁场，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，而这个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.四、电磁波[导学探究] 如图8所示是赫兹证明电磁波存在的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，检波器上两铜球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么问题？图8答案当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到检波器时，它在检波器中激发出感应电动势，使检波器上两铜球间也会产生电火花.这个实验证实了电磁波的存在.[知识深化] 电磁波与机械波的比较例5(多选)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、干涉和衍射现象答案BCD解析机械波由波源的振动产生；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.1.(电磁振荡)如图9所示的LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向如图所示，且正在增大，则此时( )图9A.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答案 D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，电场能减小，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.2.(电磁振荡的周期和频率)在LC振荡电路中，电容器放电时间的长短决定于( )A.充电电压的大小B.电容器带电荷量的多少C.放电电流的大小D.电容C和电感L的数值答案 D解析电容器放电一次经历四分之一个周期，而周期T＝2πLC，T是由振荡电路的电容C 和电感L决定的，与充电电压、带电荷量、放电电流等无关.故选D.3.(麦克斯韦电磁场理论)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，即电磁场答案 C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)是恒定的；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.4.(电磁波的特点)(多选)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/sC.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短D.只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波答案AC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、波长会变化.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.只有交变的电场和磁场才能产生电磁波.一、选择题考点一电磁振荡1.(多选)在LC振荡电路中，若某个时刻电容器极板上的电荷量正在增加，则( )A.电路中的电流正在增大B.电路中的电场能正在增加C.电路中的电流正在减小D.电路中的电场能正在向磁场能转化答案BC解析电荷量增加，电容器充电，电场能增加，磁场能减小，电流减小.故选B、C.2.(多选)LC振荡电路中电容器两端的电压U随时间t变化的关系图像如图1所示，则( )图1A.在t1时刻，电路中的电流最大B.在t2时刻，电路中的磁场能最多C.在t2至t3的过程中，电路中的电场能不断增加D.在t3至t4的过程中，电容器带的电荷量不断增加答案BC解析t1时刻电容器两端电压最高，电路中振荡电流为零，t2时刻电容器两端电压为零，电路中振荡电流最大，磁场能最多，故选项A错误，选项B正确；在t2至t3的过程中，由题图可知，电容器两极板间电压增大，必有电场能增加，选项C正确；而在t3至t4的过程中，电容器两极板间电压减小，电容器带的电荷量不断减少，选项D错误.3.(多选)在如图2甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图乙所示，若把通过P点向右的电流规定为i的正方向，则( )图2A.0至0.5ms内，电容器C正在充电B.0.5ms至1ms内，电容器上极板带正电C.在1ms至1.5ms内，Q点比P点电势高D.在1.5ms至2ms内，磁场能在减少答案CD解析由题图乙知0至0.5 ms内i在增大，电容器正在放电，A错误；0.5 ms至1 ms内，电流在减小，应为充电过程，电流方向不变，电容器上极板带负电，B 错误；在1 ms 至1.5 ms 内，为放电过程，电流方向改变，Q 点比P 点电势高，C 正确；在1.5 ms 至2 ms 内为充电过程，磁场能在减少，D 正确.考点二 电磁振荡的周期和频率4.某LC 电路的振荡频率为520kHz ，为能提高到1040kHz ，以下说法正确的是( )A.调节可变电容，使电容增大为原来的4倍B.调节可变电容，使电容减小为原来的14C.调节电感线圈，使线圈匝数增加到原来的4倍D.调节电感线圈，使线圈电感变为原来的12答案 B解析 由振荡频率公式f ＝12πLC 可知，要使频率提高到原来的2倍，则可以减小电容使之变为原来的14，或减小电感使之变为原来的14，故B 正确，A 、C 、D 错误. 5.(多选)电子钟是利用LC 振荡电路来工作计时的，现发现电子钟每天要慢30s ，造成这一现象的原因可能是( )A.电池用久了B.振荡电路中电容器的电容大了C.振荡电路中线圈的电感大了D.振荡电路中电容器的电容小了答案 BC解析 电子钟变慢，说明LC 回路的振荡周期变大，根据公式T ＝2πLC 可知，振荡电路中电容器的电容变大或线圈的电感变大都会导致振荡电路的振荡周期变大.故选B 、C.6.(多选)为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C 置于储罐中，电容器可通过开关S 与线圈L 或电源相连，如图3所示.当开关从a 拨到b 时，由L 与C 构成的电路中产生周期T ＝2πLC 的振荡电流.当罐中的液面上升时( )图3A.电容器的电容减小B.电容器的电容增大C.LC 电路的振荡频率减小D.LC 电路的振荡频率增大答案 BC解析 当罐中液面上升时，电容器两极板间的介电常数变大，则电容器的电容C 增大，根据T ＝2πLC ，可知LC 电路的振荡周期T 增大，又f ＝1T ，所以振荡频率减小，故选项B 、C 正确，A 、D 错误.考点三 麦克斯韦电磁场理论7.(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，以下叙述中正确的是( )A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场B.打点计时器工作时周围必有磁场和电场C.恒定的电场产生恒定的磁场，恒定的磁场激发恒定的电场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答案 ABD8.在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感应电场的是( )答案 C解析 A 中磁场不变，则不会产生电场，故A 错误；B 中磁场方向变化，但大小不变，不会产生恒定的电场，故B 错误；C 中磁场随时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C 正确；D 中磁场随时间做非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D 错误.9.(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场可以产生电场.当产生的电场的电场线如图4所示时，可能是( )图4A.向上方向的磁场在增强B.向上方向的磁场在减弱C.向上方向的磁场先增强，然后反向减弱D.向上方向的磁场先减弱，然后反向增强答案BD解析在电磁感应现象的规律中，当一个闭合电路中通过它的磁通量发生变化时，电路中就有感应电流产生，电路中并没有电源，电流的产生是由于磁场的变化造成的.麦克斯韦把以上的观点推广到不存在闭合电路的情况，即变化的磁场产生电场.判断电场与磁场变化的关系仍可利用楞次定律，只不过是用电场线方向代替了电流方向.向上方向的磁场减弱时，感应电流的磁场阻碍原磁场的减弱而方向向上，根据安培定则知感应电流方向如题图中E的方向所示，选项A错误，B正确.同理，当磁场反向即向下的磁场增强时，也会得到如题图中E 的方向，选项C错误，D正确.考点四电磁波10.(多选)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.赫兹用实验证实了电磁波的存在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答案CD解析如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，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；赫兹用实验证实了电磁波的存在；电磁波具有能量，它的传播是伴随有能量传递的.故选C、D.11.关于电磁波，下列叙述中正确的是( )A.电磁波在真空中的传播速度远小于真空中的光速B.电磁波可以发生衍射现象C.电磁波和机械波一样依赖于介质传播D.随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息答案 B解析电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光速，故A错误；电磁波属于波的一种，能够发生衍射现象等波特有的现象，故B正确；电磁波能在真空中传播，而机械波依赖于介质传播，不能在真空中传播，故C、D错误.12.声呐(水声测位仪)向水中发出的超声波遇到障碍物(如鱼群、潜水艇、礁石等)后被反射，测出从发出超声波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位；雷达则向空中发射电磁波，遇到障碍物后被反射，同样根据发射电磁波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位.超声波与电磁波相比较，下列说法正确的有( )A.超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量B.这两种波都既可以在介质中传播，也可以在真空中传播C.在空气中传播的速度与在其他介质中传播的速度相比较，这两种波在空气中传播时均具有较大的传播速度D.这两种波传播时，在一个周期内均向前传播了两个波长答案 A二、非选择题13.(电磁振荡的周期和频率)如图5所示，LC 振荡电路中振荡电流的周期为2×10－2s ，自振荡电流沿逆时针方向达到最大值时开始计时，当t ＝3.4×10－2s 时，电容器正处于(填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)状态.这时电容器的上极板(填“带正电”“带负电”或“不带电”).图5答案 充电 带正电解析 根据题意画出此LC 电路的振荡电流随时间的变化图像如图所示.结合图像，t ＝3.4×10－2 s 时刻设为图像中的P 点，则该时刻正处于反向电流减小的过程，所以电容器正处于反向充电状态，上极板带正电.14.(电磁振荡的周期和频率)LC 振荡电路的电容C ＝556pF ，电感L ＝1mH ，若能向外发射电磁波，则其周期是多少？电容器极板所带电荷量从最大变为零，经过的最短时间是多少？ 答案 4.68×10－6s 1.17×10－6s解析 T ＝2πLC＝2×3.14×1×10－3×556×10－12 s ≈4.68×10－6s LC 振荡电路周期即其发射的电磁波周期，电容器极板上所带电荷量由最大变为零，经过的最短时间为T 4， 则t ＝T 4＝1.17×10－6 s.。

高二物理选修3-4 电磁振荡[教学目标]1、知识与技能1）．知道LC回路的构成和振荡电流的概念．了解电容器的充电、放电作用及电感阻碍电流变化的作用．2）．会分析振荡电流变化过程中，电场能和磁场能的相互转化的规律，并会分析振荡电流在一个周期变化过程中，电容器上电荷的变化情况及电感线圈中电流的大小和方向的变化情况．3）．知道LC回路的地周期和频率公式．2、过程与方法1）通过对LC回路演示实验的观察，明确LC回路产生振荡电流的大小和方向都在作周期性变化。

2）通过对振荡电流演示实验的观察，明白LC回路里产生的振荡电流是按正弦或余弦规律变化的3）通过观察演示实验，概括出电磁振荡等概念，培养学生的观察能力、类比推理能力，以及理解和概括能力．3情感、态度与价值观1）经历“讨论与交流”培养学生乐于表达的习惯和虚心好学、团结协作的学习态度。

2）通过观察两个演示实验，培养学生善于观察、尊重事实、勤于思考的学习习惯。

[重点、难点分析]LC回路产生电磁振荡, 分析重点应放在电场能和磁场能的转化上；其次要明确转化条件是电感线圈自感作用和电容器的充放电作用，可借助单摆振动类比，形容电磁振荡中能量的转化情况。

[教具]LC振荡电路演示仪、课件教学过程课题的引入在我们乘飞机旅行时，空中小姐请我们系上安全带的同时，会特别强调：为了您和飞机的安全，请把手机、手提电脑关闭，这是为什么呢？（提出问题，引起学生思考）这是因为手机发射的电磁波会对飞机的雷达系统、导航系统形成干扰，使这些设备不能正常工作。

实际上，无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波．现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词．那么，电磁波是什么？它是怎样产生的？就要从电磁振荡开始学习．演示实验（观察演示实验：LC回路和电磁振荡现象）介绍仪器装置，提醒学生注意观察：电容C、电感L、电流表G、电池组。

1电磁振荡2电磁场和电磁波[学习目标] 1.了解振荡电流、LC回路中振荡电流的产生过程，会求LC回路的周期与频率.2.了解阻尼振荡和无阻尼振荡.3.了解麦克斯韦电磁理论的基础内容以及在物理发展史上的物理意义.4.了解电磁波的基本特点及其发展过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质．一、电磁振荡[导学探究]如图1所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，从此时起，电容器通过线圈放电，放电过程中，电容器的电场能转化为什么形式的能？线圈中的电流发生变化时，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？当线圈中的电流减小时，是否会对电容器充电？此时线圈中的磁场能转化为什么形式的能？图1答案电容器的放电过程中电场能转化为磁场能．线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化；线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能．[知识梳理]1．振荡电流和振荡电路(1)振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流．(2)振荡电路：能够产生振荡电流的电路．(3)LC振荡电路：由线圈L和电容器C组成的电路，是最简单的振荡电路．2．电磁振荡过程分析振荡电流图像电路状态时刻t0T4T23T4T电量q最多0最多0最多电场能最大0最大0最大电流i0正向最大0反向最大0磁场能0最大0最大03.无阻尼振荡和阻尼振荡(1)无阻尼振荡：如图2所示，如果没有能量损失，振荡电流的振幅永远保持不变的电磁振荡．图2(2)阻尼振荡：如图3所示，能量逐渐损耗，振荡电流的振幅逐渐减小，直到停止振荡的电磁振荡．图3[即学即用]判断下列说法的正误．(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振荡电路的电容器极板上电荷量最多时，电场能最大．(√)(3)LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷一定减少．(√)(4)LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大．(√)二、电磁振荡的周期和频率[导学探究]如图4所示的电路，(1)如果仅更换自感系数L更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，线圈因自感现象产生的自感电动。

第1讲电磁振荡第2讲电磁场和电磁波[目标定位] 1.了解振荡电流、振荡电路及LC振荡电路的振荡过程，会求LC振荡电路的周期与频率.2.了解阻尼振荡和无阻尼振荡.3.了解麦克斯韦电磁场理论的基本观点以及在物理学发展史上的意义.4.了解电磁波的特点及其发展过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质．一、电磁振荡1．振荡电流的产生电磁振荡(1)振荡电流和振荡电路①振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流．②振荡电路：能够产生振荡电流的电路．由线圈L和电容器C组成的电路是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路．(2)电磁振荡的过程放电过程：由于电感线圈对交变电流的阻碍作用，放电电流由零逐渐增大，线圈产生的磁场逐渐增强，电容器里的电场逐渐减弱，电场能逐渐转化为磁场能．放电完毕后，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继续流动，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．充电完毕，电流减小为零，磁场能全部转化为电场能. 此后电容器再放电，再充电．(3)电磁振荡电容器不断地充电和放电，电路中就出现了周期性变化的振荡电流，这种现象叫做电磁振荡．2．无阻尼振荡和阻尼振荡(1)在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡将永远持续下去，振荡电流的振幅应该永远保持不变，这种振荡叫做无阻尼振荡，如图1甲．(2)由于电路中有电阻，电路中的能量有一部分要转化成内能，还有一部分能量以电磁波的形式辐射到周围空间去了．这样，振荡电路中的能量逐渐损耗，振荡电流的振幅逐渐减小，直到停止振荡．这种振荡叫做阻尼振荡．如图乙．图13．电磁振荡的周期和频率(1)电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫做周期.1 s 内完成周期性变化的次数叫频率．(2)振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率叫做振荡电路的固有周期、固有频率，简称振荡电路的周期和频率．(3)LC 振荡电路的周期T 和频率f 跟电感线圈的电感L 和电容器的电容C 的关系是T ＝2πLC 、f ＝12πLC. 二、电磁场和电磁波1．麦克斯韦电磁理论的两个基本假设(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场．(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场．2．电磁场如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间引起变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间引起变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场． 3．电磁波(1)产生：由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波．(2)麦克斯韦在1865年从理论上预见了电磁波的存在，1888年物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在．赫兹还运用自己精湛的实验技术测定了电磁波的波长和频率，得到了电磁波的传播速度，证实了这个速度等于光速．(3)电磁波的波长λ、波速v 和周期T 、频率f 的关系：λ＝v T ＝v f. (4)电磁波在真空中的传播速度v ＝c ≈3×108 m/s.一、电磁振荡中各物理量的变化情况如图2所示图2【例1】(多选)某时刻LC振荡电路的状态如图3所示，则此时刻()图3A．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，根据振荡电流方向可知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二、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2】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像如图所示，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和图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，进而能产生变化的电场，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．答案 D三、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＝λT＝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3】(多选)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.电磁振荡1．(多选)在LC回路中，电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图4所示，则()图4A．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，电容器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电容器带电荷量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.答案AD2．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＝12πLC，当L、C都减小一半时，f增大一倍，故选项D是正确的．答案 D麦克斯韦电磁场理论3．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)的正确图像是()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π2，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，但是右图中的图像与左图相比较，相位相差π，故D图错误．答案 C电磁波的特点4．(多选)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3×108 m/sC．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＝3×108 m/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3×108 m/s，在其他介质中的传播速度小于3×108 m/s.答案AC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．答案 D2．(多选)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ABD3．下列关于电磁波的说法正确的是()A．电磁波只能在真空中传播B．电场随时间变化时一定产生电磁波C．做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在解析电磁波既可以在真空中传播，也可在其他介质中传播，选项A错误；只有变化的电场才能产生磁场，也只有变化的磁场才能产生电场，选项B错误；做变速运动的电荷对应变化的电场，激发磁场，相当于变化的电流，产生变化的磁场，产生电磁波，选项C 正确；电磁波的存在首先由赫兹实验证实，选项D错误．答案 C4．(多选)某空间出现了如图1所示的一组闭合电场线，这可能是()图1A．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，是因为闭合回路中的自由电荷受到了电场力作用，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．答案AC题组二电磁波的特点5．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．答案 D6．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：λ＝cf，频率减小，波长增大，选项B正确．答案 B7．(多选)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C、D.答案CD8．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．答案 C题组三电磁振荡9．(多选)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．电荷量减小的过程中，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BC10．LC振荡电路中，平行板电容器两极板间电场强度随时间变化关系如图2所示，则与该图中A点相对应的是()图2A．电路中的振荡电流最大B．电路中的磁场能最大C．电路中的振荡电流为零D．电容器两极板所带电荷量最少解析图像中的A点表示电场强度负向最大，此时电路中的振荡电流为零、磁场能最小、电容器所带电荷量最大，选项C正确．答案 C11．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．答案 D12．(多选)一台电子钟，是利用LC振荡电路来制成的，在家使用一段时间后，发现每昼夜总是快1 min，造成这种现象的可能原因是()A．L不变C变大了B．L不变C变小了C．L变小了C不变D．L、C均减小了解析由题意可知，LC振荡电路的周期T变小了，根据周期公式T＝2πLC，选项B、C、D正确．答案BCD13．(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图3所示，则()23图3A ．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。

第三章电磁振荡电磁波一、电磁振荡教学目标1．理解LC回路中产生振荡电流的过程．了解电容器的充电、放电作用及电感阻碍电流变化的作用．2．会分析振荡电流变化过程中，电场能和磁场能的相互转化的规律，并会分析振荡电流在一个周期变化过程中，电容器上电荷的变化情况及电感线圈中电流的大小和方向的变化情况．3．知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别，以及振幅减小的原因．4．通过观察演示实验，概括出电磁振荡等概念，培养学生的观察能力、类比推理能力，以及理解和概括能力．重点难点重点：电磁振荡过程中电场能与磁场能的相互转化规律难点：LC回路振荡过程中电场强度和磁感应强度的相互转化规律设计思想本章在电场、磁场、电磁感应等章的基础上，论述电磁振荡和电磁波的理论和实践知识，而本节既是本章的基础内容，又是本章的一个重要组成部分，具有比较特殊的地位。

分析LC电路中震荡电流的产生过程是本节的重点和难点，电磁振荡产生的物理过程比较抽象，所以重点放在电路中电场能和磁场能的相互转化规律。

此外，本节内容的掌握程度直接影响本章的学习，因此本节的重点在于培养学生的观察能力和分析能力，为以后的学习铺平道路，真正体现“以学生发展为本”的教学理念，致力于改变以传授为主的传统教学模式。

在教学过程中，由于涉及到很多抽象的概念及规律，所以在教学手段上考虑采用：举例、提问、演示、实验、讨论、类比等教学方法，并使用多媒体手段，使实验中难以体现的内容和实质得以充分的展示，让学生有足够的时间去思考，去发现。

教学资源LC振荡电路演示仪、课件教学设计【课堂引入】问题：在我们乘飞机旅行时，空中小姐请我们系上安全带的同时，会特别强调：为了您和飞机的安全，请把手机、手提电脑关闭，这是为什么呢？这是因为手机发射的电磁波会对飞机的雷达系统、导航系统形成干扰，使这些设备不能正常工作。

实际上，无线电广播、电视、人造卫星、导弹、宇宙飞船等，传递信息和跟地面的联系都要利用电磁波．现代社会的各个部门，几乎都离不开“电磁波”，可以说“电”作为现代文明的标志，“电磁波”就是现代文明的神经中枢，或者叫现代化的代名词．那么，电磁波是什么？它是怎样产生的？就要从电磁振荡开始学习．【课堂学习】学习活动一：振荡电流的产生电磁振荡问题1：什么是振荡电流？请同学们观察实验后思考回答。

3.1 麦克斯韦的电磁场理论3.2 电磁波的发现[学习目标] 1.了解麦克斯韦电磁场理论的两大基本论点，能从这两个基本论点出发分析简单问题.2.知道麦克斯韦预言了电磁波的存在及其在物理学发展史上的意义.3.知道赫兹用实验证实了电磁波的存在.4.了解什么叫电磁振荡，了解LC 回路中电磁振荡的产生过程及其固有周期(频率).5.了解有效发射电磁波的两个条件，知道电磁波的特点及其与机械波的异同．1．法拉第创造性地用“力线”和“场”的概念来描述电荷之间、磁体之间以及电与磁之间的相互作用．2．电磁场理论的两大支柱：(1)变化的磁场产生电场；(2)变化的电场产生磁场． 3．赫兹用实验证明了麦克斯韦电磁场理论的正确性． 4．电磁振荡图1(1)振荡电流：大小和方向都做周期性变化的电流．(2)振荡电路：能够产生振荡电流的电路．图1就是一种基本的振荡电路，称为LC 振荡电路． (3)电磁振荡：在振荡电路中，电路中的电流、电容器极板上的电荷、电容器中的电场强度和线圈中的磁感应强度都要发生周期性的变化，这种现象叫做电磁振荡． 5．电磁波的特点 (1)电磁波是横波；(2)电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度c ，约为3.0×108m/s ； (3)电磁波具有波的一般特征，波长λ、频率f 、周期T 和波速v 之间的关系为v ＝λT＝λf ； (4)电磁波也具有能量．一、电磁场理论的两大支柱 [导学探究]1．如图2所示，当磁棒相对一闭合线圈运动时，线圈中的电荷做定向移动，是因为受到什么力的作用？若把闭合线圈换成一个内壁光滑的绝缘环形管，管内有直径略小于环内径的带正电的小球，则磁棒运动过程中会有什么现象？小球受到的是什么力？图2答案电荷受到电场力作用做定向移动．当磁棒运动时，带电小球会做定向滚动，小球受到的仍然是电场力．2．以上现象说明什么问题？答案空间磁场变化，就会产生电场，与有没有闭合线圈无关．3．在如图3所示的含有电容器的交流电路中，电路闭合时，电路中有交变电流，导线周围存在磁场．那么在这个闭合电路的电容器中有电流吗？电容器两极板间存在磁场吗？图3答案电容器中无电流，两极板间存在磁场．[知识深化]1．电磁场理论的两大支柱(1)变化的磁场产生电场；(2)变化的电场产生磁场．2．对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场例1(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )A．在电场的周围空间，一定存在着和它联系着的磁场B．在变化的电场周围空间，一定存在着和它联系着的磁场C．恒定电流在其周围不存在磁场D．恒定电流周围存在着稳定的磁场答案BD解析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的磁场，故B对，A错；恒定电流周围存在稳定磁场，磁场的方向可由安培定则判断，D对，C错．二、电磁振荡[导学探究] 把自感线圈、可变电容器、示波器、电源和单刀双掷开关按图4连成电路．先把开关置于电源一边，为电容器充电，稍后再把开关置于线圈一边，使电容器通过线圈放电．图41．在示波器显示屏上看到的是电流的图像还是线圈两端电压的图像？是什么形状的图像？答案示波器呈现的是线圈两端电压的图像．图像呈周期性变化，类似家庭电路所用的交流电．2．调节电容器电容的大小，图像如何变化？答案电容变小时，图像周期变小；电容变大时，图像周期变大．[知识深化]1．电磁振荡的过程如图5所示，图6是电路中的振荡电流、电容器极板带电荷量随时间的变化图像．图5图62．各物理量的变化情况 时刻(时间) 工作过程q E i B 能量放电瞬间 q m E m 0 0E 电最大 E 磁最小 0→T4放电过程 q m →0E m →00→i m 0→B mE 电→E 磁 T4放电结束 0i m B m E 电最小 E 磁最大 T 4→T2充电过程 0→q m 0→E mi m →0B m →0E 磁→E 电 T2 充电结束 q m E m 0E 电最大 E 磁最小 T 2→3T4放电过程 q m →0E m →00→i m 0→B mE 电→E 磁 3T 4放电结束 0i m B m E 电最小 E 磁最大 3T 4→T 充电过程 0→q m 0→E mi m →0B m →0E 磁→E 电 T充电结束 q m E mE 电最大 E 磁最小3.电磁振荡的周期和频率周期T ＝2πLC ，频率f ＝12πLC .其中周期T 、频率f 、自感系数L 、电容C 的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨(H)、法(F)． [延伸思考]为什么放电完毕时，电流反而最大？答案 开始放电时，由于线圈的自感作用，放电电流不能瞬间达到最大值，而是逐渐增大，随着线圈的阻碍作用减弱，放电电流增加变快，当放电完毕时，电流达到最大值．例2如图7所示为LC振荡电路中电容器的极板带电荷量随时间变化曲线，下列判断中正确的是( )图7①在b和d时刻，电路中电流最大②在a→b时间内，电场能转变为磁场能③a和c时刻，磁场能为零④在O→a和c→d时间内，电容器被充电A．只有①和③ B．只有②和④C．只有④ D．只有①②和③答案 D解析a和c时刻是充电结束时刻，此时刻电场能最大，磁场能最小为零，③正确；b和d 时刻是放电结束时刻，此时刻电路中电流最大，①正确；a→b是放电过程，电场能转化为磁场能，②正确；O→a是充电过程，而c→d是放电过程，④错误．三、电磁波的发射[导学探究] 如今在我们周围空间充满了各种频率不同、传递信息各异的电磁波，你知道这些电磁波是如何发射出去的吗？答案由巨大的开放电路发射出去的．[知识深化]1．有效地向外发射电磁波时，振荡电路必须具有的两个特点：(1)利用开放电路发射电磁波．(2)提高振荡频率．2．实际应用的开放电路(如图8)，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连．图8例3要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应该采取的措施是( )A．增加辐射波的波长B．使振荡电容的正对面积足够小C．尽可能使电场和磁场分散开D．增加回路中的电容和电感答案 B解析 理论证明，电磁波发射本领(功率)与f 成正比，电磁场应尽可能扩散到周围空间，形成开放电路．而f ＝12πLC ，C ＝εS4πkd ，要使f 增大，应减小L 或C ，只有B 符合题意．四、电磁波及其与机械波的比较[导学探究] 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，但它们具有本质的不同，你能举例说明吗？答案 例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． [知识深化] 电磁波与机械波的比较电磁波 机械波 研究对象 电磁现象力学现象周期性电场强度E 和磁感应强度B 随时间和空间做周期性变化位移随时间和空间做周期性变化传播情况 传播无需介质，在真空中波速总等于光速c ，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关产生机理 由电磁振荡(周期性变化的电流)激发由(波源)质点的振动产生是否横波 是 可以是 是否纵波 否可以是干涉现象 满足干涉条件时均能发生干涉现象 衍射现象 满足衍射条件时均能发生明显衍射例4 (多选)关于电磁波与声波，下列说法正确的是( )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 答案 AC解析 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时频率都不变，所以由波长λ＝vf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．1．(多选)下列说法正确的是( )A．电荷的周围一定有电场，也一定有磁场B．均匀变化的电场在其周围空间一定产生磁场C．任何变化的电场在其周围空间一定产生变化的磁场D．正弦交变的电场在其周围空间一定产生同频率交变的磁场答案BD解析静止的电荷周围有恒定的电场，不产生磁场，运动的电荷周围的电场是变化的，所以产生磁场，A错误；由麦克斯韦电磁场理论判断B、D正确，C错误．2．(多选)关于电磁波的特点，下列说法正确的是( )A．电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波沿与二者垂直的方向传播B．电磁波是横波C．电磁波的传播不需要介质，是电场和磁场之间的相互感应D．电磁波不具有干涉和衍射现象答案ABC解析电磁波是横波，其E、B、v三者互相垂直．电磁波也是一种波，它具有波的特性，因此A、B、C正确，D错．3.如图9所示的电路中，L是电阻不计的电感线圈，C是电容器，开关S接1，待电路稳定后，将开关S改接2，则( )图9A．电容器开始放电，放电过程中电感线圈的磁场能减小B．电容器开始放电，放电过程中电感线圈阻碍电流增大C．若增大电容器极板间距，电容器充放电时间变长D．若去掉线圈中的铁芯，电容器充放电频率会减小答案 B解析开关S接1时，电容器充电，稳定后，则充电完毕，所以当开关改接2时，电容器即开始放电，电场能转化为磁场能，所以A错误；电感线圈由于自感作用，要阻碍电流的增大，B正确；增大电容器极板间距，则电容减小，由T＝2πLC可知周期变短，C错误；去掉铁芯，线圈自感系数减小，周期减小，频率增大，D错误．课时作业选择题1．(多选)下列关于电磁场理论的叙述正确的是( )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．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C．电场和磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场答案AB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；若无闭合回路时，电场仍然存在，A对．若要形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错．2．某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示，能发射电磁波的是( )答案 D解析由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定的电场时(如A图)，由于它不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场时(如B图、C图)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会在较远处激发出电场，故也不会产生电磁波；只有周期性变化的电场(如D图)，才会激发出周期性变化的磁场，它又激发出周期性变化的电场……如此交替的产生磁场和电场，便会形成电磁波，故D正确．3．关于电磁波，下列叙述中正确的是( )A．电磁波在真空中的传播速度远小于真空中的光速B．电磁波可以发生衍射现象C．只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波D．电磁波和机械波一样依赖于介质传播答案 B解析电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光速，故A错误；电磁波属于波的一种，能够发生衍射现象等波特有的现象，故B正确；只有交变的电场和磁场才能产生电磁波，故C 错误；电磁波能在真空中传播，而机械波依赖于介质传播，故D错误．4．电磁波在传播时，不变的物理量是( )A．振幅B．频率C．波速D．波长答案 B解析离波源越远，振幅越小．电磁波在不同介质中的波速不一样，波长也不一样．5．关于电磁波的传播速度，以下说法正确的是( )A．电磁波的频率越高，传播速度越大B．电磁波的波长越长，传播速度越大C．电磁波的能量越大，传播速度越大D．所有的电磁波在真空中的传播速度都相等答案 D解析以光为例，无论是哪种频率的光在真空中的传播速度都相等，D正确．当光进入介质时，传播速度发生变化，不同频率的光其传播速度不同，故电磁波在介质中的传播速度与介质和频率有关．A 、B 、C 错误．6．下列关于电磁波的说法正确的是( ) A ．电磁波必须依赖介质传播 B ．电磁波可以发生衍射现象 C ．电磁波不会发生偏振现象 D ．电磁波无法携带信息传播 答案 B解析 电磁波具有波的共性，可以发生衍射现象，故B 正确；电磁波是横波，能发生偏振现象，故C 错；电磁波能携带信息传播，且传播不依赖介质，在真空中也可以传播，故A 、D 错．7．关于LC 振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是( ) A ．振荡电流最大时，电容器两极板间的电场强度最大 B ．振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零C ．振荡电流增大的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能D ．振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能 答案 D解析 振荡电流最大时为电容器放电结束瞬间，电场强度为零，A 选项错误；振荡电流为零时，其要改变方向，这时电流变化最快，电流变化率最大，线圈中的自感电动势最大，B 选项错误；振荡电流增大时，线圈中的电场能转化为磁场能，C 选项错误；振荡电流减小时，线圈中的磁场能转化为电场能，D 选项正确． 8．在LC 振荡电路中，电容器放电时间取决于( ) A ．充电电压的大小 B ．电容器储电量的多少 C ．自感L 和电容C 的数值 D ．回路中电流的大小 答案 C解析 放电时间等于四分之一个振荡周期，即t ＝T 4＝π2LC ，所以放电时间取决于自感L 和电容C .故选项C 正确．9．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( )①磁场方向改变一次；②电容器充、放电各一次；③电场方向改变两次；④电场能向磁场能转化完成两次A ．①② B．②③④ C．③④ D．①③④答案 C解析在一个振荡周期内，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．10．(多选)如图1甲中通过P点电流的(向右为正)变化规律如图乙所示，则( )图1A．0.5～1 s内，电容器C正在充电B．0.5～1 s内，电容器C上极板带正电C．1～1.5 s内，Q点电势比P点电势高D．1～1.5 s内磁场能转化为电场能答案AC解析0.5～1 s内，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；1～1.5 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点的电势高，故选项C正确．11．为了增大无线电台向空间辐射无线电波的能力，对LC振荡电路结构可采取下列的哪些措施( )A．增大电容器极板的正对面积B．增大电容器极板的间距C．增大自感线圈的匝数D．提高供电电压答案 B解析要增大无线电台向空间辐射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由f＝12πLC知，可减小L和C以提高f，要减小L可采取减少线圈匝数，向外抽出铁芯的办法，要减小C可采取增大极板间距，减小正对面积，减小介电常数的办法，故B正确，A、C、D错误．12．(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项的上图表示的是变化的场，下图表示的是由变化的场产生的另外的场)正确的是( )答案 BC解析 A 项中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A 项中的下图是错误的．B 项中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B 项正确．C 项中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差π2，C 项是正确的．D 项的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差π，故D 项不正确，所以只有B 、C 正确．13．(多选)LC 振荡电路中，某时刻的磁场方向如图2所示，则( )图2A ．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，电容器上极板带负电C ．若磁场正在增强，则电场能正在减小，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答案 ABC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 流向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 流向a ，上极板带正电，故选项C 正确，D 错误．14．为了体现高考的公平、公正，高考时很多地方在考场使用手机信号屏蔽器，该屏蔽器在工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描．该扫描速度可以在手机接收报文信号时形成乱码干扰，手机不能检测从基站发出的正常数据，使手机不能与基站建立连接，达到屏蔽手机信号的目的，手机表现为搜索网络、无信号、无服务系统等现象．由以上信息可知( )A ．由于手机信号屏蔽器的作用，考场内没有电磁波了B ．电磁波必须在介质中才能传播C ．手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内D ．手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的的答案 D解析电磁波在空间的存在，不会因手机信号屏蔽器而消失，故A错．电磁波可以在真空中传播，B错．由题意知手机信号屏蔽器工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描，干扰由基站发出的电磁波信号，使手机不能正常工作，故C错误，D正确．。