第4章 电磁波
第1节 电磁波的产生
[教材链接] (1)涡旋电场 感生电场 涡旋电场
(2)发生变化 涡旋磁场
例1 D [解析] 变化的电场在周围空间产生磁场,变化的磁场在周围空间产生电场,均匀变化的电场(磁场)在周围空间产生恒定的磁场(电场),周期性变化的电场(磁场)在周围空间产生同频率的周期性变化的磁场(电场),选项D正确.
[教材链接] 交变的磁场 交变的电场
[科学探究] (1)间隙处
(2)电磁波 感应电动势 火花放电
(3)电磁波
(4)麦克斯韦
例2 D [解析] 波长、波速、频率的关系对任何波都是成立的,对电磁波当然成立,A正确;干涉和衍射是波的特性,机械波、电磁波都是波,都具有这些特性,B正确;机械波是机械振动在介质中传播形成的,所以机械波的传播需要介质,而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远的传播形成的,所以电磁波传播不需要介质,C正确;机械波既有横波又有纵波,但是电磁波只能是横波,其证据就是电磁波能够发生偏振现象,而偏振现象是横波才有的,D错误.
[科学论证] (1)会产生.线圈中电流变化时,产生的自感电动势阻碍电流的变化.
(2)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.
(3)在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.
[教材链接] (1)周期性 (2)振荡电流 振荡电路
例3 CD [解析] 由磁场方向和安培定则可判断振荡电流的方向,由于题中未标明电容器两极板带电情况,故可分两种情况讨论:若该时刻电容器上极板带正电,则可知电容器处于放电阶段,电流在增大,磁场在增强,由楞次定律可判断,自感电动势正在阻碍电流增大,选项C、D正确,选项A错误;若该时刻电容器下极板带正电,则可知电容器处于充电阶段,选项B错误.
变式1 BC [解析] S断开前,电容器C被短路,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)且最大;给电容器充电过程中,电容器所带电荷量最大时(a板带负电),LC回路中电流减为零,选项B、C正确.
[教材链接] (1)周期性 2π (2)次数
[科学探究] (1)自感电动势更大,“阻碍”作用更大,振荡周期变长.
(2)带电荷量增大,放电时间变长,振荡周期变长.
例4 A [解析] LC振荡电路中产生的振荡电流的频率f=,要想增大频率,应该减小电容C或减小线圈的自感系数L,根据C=可知,若增大电容器两极板的间距,则电容减小,A正确;若升高电容器的充电电压,则电容不变,B错误;若增加线圈的匝数或在线圈中插入铁芯,则自感系数增大,C、D错误.
随堂巩固
1.C [解析] 恒定的电场不产生磁场,选项A正确;均匀变化的电场产生不变的磁场,选项B正确;周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场,产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比,对于正弦曲线,t=0时,磁感应强度的变化率最大,产生的电场的电场强度最大,选项C错误,选项D正确.
2.D [解析] 电磁波在真空中传播的速度与频率、波长、电磁波的能量均无关,在真空中传播的速度等于光速,故A、B、C错误,D正确.
3.AD [解析] 从图像可以看出,在t1时刻,电容器极板上的电荷量变化率为零,则电路中的电流为零,磁场能为零,选项A正确;从t1到t2时间内,电容器极板上的电荷量变化率的绝对值增大,则电路中的电流增大,选项B错误;从t2到t3时间内,电容器极板上的电荷量增大,则电容器在充电,选项C错误;在t4时刻,电容器极板上的电荷量为零,则电容器的电场能为零,选项D正确.
4.减小 10-6
[解析] 根据磁感线的方向,由安培定则可判断出电流方向,可知电容器在充电,线圈中的电流会越来越小.
根据振荡电流的周期公式T=2π,解得L== H≈10-6 H.第4章 电磁波
第1节 电磁波的产生
1.C [解析] 由题图可知,磁感应强度均匀增大,根据麦克斯韦电磁场理论可知,均匀变化的磁场产生恒定的电场,故场强E不变,选项C正确.
2.C [解析] 根据麦克斯韦电磁场理论可知,若电场(磁场)的变化是均匀的,则产生的磁场(电场)是恒定的;若电场(磁场)的变化是不均匀的,则产生的磁场(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C正确,A、B、D错误.
3.C [解析] 根据麦克斯韦电磁场理论,稳定的磁场不产生电场,变化的磁场产生电场,均匀变化的磁场产生稳定的电场,非均匀变化的磁场产生变化的电场,周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场,反之也对,所以选项A、B错误,选项C正确;电磁场的电场和磁场是不可分割的整体,选项D错误.
4.B [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,赫兹通过实验证实了电磁波的存在,故B正确.
5.BC [解析] 电容器放电完毕时,q=0,i最大,磁场能最大,选项A错误,B正确;电流最小时,q最多,极板间电场最强,电场能最大,选项C正确,D错误.
6.D [解析] LC振荡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,故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,磁场能增大,电场能正在转化为磁场能,选项D正确.
7.D [解析] 电容器放电一次经历四分之一个振荡周期,而振荡周期T=2π,T是由振荡电路的电容C和电感L决定的,与充电电压、电容器带电荷量、放电电流等无关,故D正确.
8.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=2π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周期变大,故B、C正确.
9.B [解析] 由振荡频率公式f=可知,要使频率提高到原来的2倍,可以减小电容使之变为原来的,或减小电感使之变为原来的,故B正确,A、C、D错误.
10.A [解析] 钟走得偏快了是因为钟的LC振荡电路频率变大,周期变短,周期T=2π,L不变,C变大了,周期变大,不可能,故A符合题意;L不变,C变小了,周期变小,可能,故B不符合题意;L变小了,C不变,周期变小,可能,故C不符合题意;L、C均变小了,周期变小,可能,故D不符合题意.
11.D [解析] 由图像可知,在t=T时电流最大且为正,则回路中磁场能最大,电场能最小,电容器所带电荷量为0,回路中电流方向为顺时针方向,故A、B、C错误,D正确.
12.B [解析] 当读卡机发出特定频率的电磁波时,IC卡中的线圈中产生感应电流,给电容器充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输,IC卡正常工作,选项B正确,选项D错误.IC卡内没有电池,它的能量来源于读卡机,选项A错误.当读卡机发射的电磁波偏离该特定频率时,线圈中也能产生感应电流,选项C错误.
13.C [解析] 当电容器充满电后,电容器上极板带正电,极板间电场强度最大,电场能最大,t=0时刻开始放电,当电荷释放完瞬间,LC振荡电路的电流最大,电场能转化为磁场能;接着自感线圈对电容器反向充电,电流逐渐减弱,磁场能转化为电场能,此时电容器下极板带正电;随后电容器开始反向放电,然后自感线圈再对电容器充电,最后电容器上极板带正电,一个完整的放电周期结束.根据以上分析可知,周期T=0.04 s,选项A错误.电流最大时磁场能最大,电场能最小,选项B错误.t=1.01 s即25.25T,相当于从t=0时刻开始,经过0.25T,电荷释放完,电流最大,自感线圈中磁场能最大,选项C正确.根据以上分析,在0.25T时,回路中的电流沿逆时针方向,选项D错误.
14.A [解析] 电容器两平行极板间电场强度方向向上,下极板带正电,根据电流的方向可知,正电荷正在流向下极板,因此电容器处于充电过程,A正确;电容器带的电荷量越来越多,内部电场强度越来越大,B错误;该变化的电场产生的磁场方向即为向上的电流产生的磁场方向,根据右手螺旋定则可知,该变化电场产生的磁场沿逆时针方向(俯视),C错误;当两极板间电场最强时,电容器充电完毕,回路的电流最小,因此产生的磁场最弱,D错误.
15.BC [解析] 当罐中液面上升时,相当于插入的电介质增多,电容器两极板间的相对介电常数变大,则电容器的电容增大,根据T=2π可知,LC电路的振荡周期T增大,又f=,所以振荡频率减小,故选项B、C正确,A、D错误.
16.C [解析] 振荡电路电容器两端的电压如图,振荡电路的振荡周期为T=2π,从电压到最大值Um开始,在 0~时间内,电荷量为Q=CUm,平均电流为i===,故选C.
17.充电 带正电
[解析] 以逆时针方向为电流的正方向,根据题意画出LC回路振荡电流的变化图像如图所示,结合图像可知t=3.4×10-2 s时刻对应图像中的P点,则该时刻电路正处于反向电流减小的过程中,所以电容器正处于充电状态,上极板带正电.第4章 电磁波
第1节 电磁波的产生
学习任务一 麦克斯韦的预言
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空:
(1)变化的磁场周围会产生电场
麦克斯韦提出,在变化的磁场周围会激发出一种电场—— (也叫 ,如图所示),不管有无闭合电路,变化的磁场激发的 总是存在的.
(2)变化的电场周围会产生磁场
麦克斯韦从场的观点得出,即使没有电流存在,只要空间某处的电场 ,就会在其周围产生 ,如图所示.
例1 关于电磁场理论,下列说法正确的是 ( )
A.电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场
B.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
[反思感悟]
【要点总结】
对麦克斯韦电磁场理论的理解:
(1)恒定的电场不产生磁场,恒定的磁场不产生电场.
(2)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场,均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场.
(3)振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场,振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场.
学习任务二 电磁波
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空:
电磁波:交变的电场周围产生频率相同的 ,交变的磁场周围产生频率相同的 ,交变的电磁和交变的磁场相互联系在一起,就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场,电磁场在空间交替变化并传播出去,就形成了电磁波.
[科学探究] 如图所示是赫兹证明电磁波存在的实验装置.
(1)实验现象:当与感应线圈两极相连的金属球间有火花跳过时,环的 也有火花跳过.
(2)现象分析:火花在A、B间来回跳动时,在周围空间激发出一个迅速变化的电磁场,这种变化的电磁场以 的形式在空间传播.当电磁波经过接收器时,导致接收器产生 ,使接收器两球间隙处产生电压,当电压足够高时,两球之间产生 现象.
(3)实验结论:赫兹证实了 的存在.
(4)实验意义:证明了 的预言,为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础.
例2 [2024·福建师大附中月考] 类比是一种有效的学习方法,通过归类和比较,有助于掌握新知识,提高学习效率.在类比过程中,既要找出共同之处,又要抓住不同之处.某同学对机械波和电磁波进行类比,总结出下列内容,其中不正确的是 ( )
A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系,对电磁波也适用
B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
C.机械波的传播依赖于介质,而电磁波可以在真空中传播
D.机械波既有横波又有纵波,而电磁波只有纵波
[反思感悟]
【要点总结】
电磁波与机械波的比较
机械波 电磁波
产生 由质点的振动产生 由周期性变化的电流激发
波的种类 横波或纵波 横波
传播 需要介质 不需要介质
波速 波速与介质有关,与频率无关 在真空中等于光速c=3×108 m/s 在介质中传播时,波速与介质和频率都有关
周期性 变化的 物理量 位移、速度、加速度随时间和空间做周期性变化 电场强度和磁感应强度随时间和空间做周期性变化
能量传播 机械能 电磁能
速度公式 v=λf
性质 均能发生反射、折射、干涉、衍射等现象
学习任务三 电磁振荡的产生及其变化规律
[科学论证] 如图所示,将开关S掷向1,先给电容器充电,再将开关掷向2.从此时刻起,电容器通过线圈放电.
(1)线圈中是否会产生自感电动势 线圈中自感电动势的作用是什么
(2)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
(3)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
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空:
振荡电流和振荡电路
(1)振荡电流:大小和方向都 变化的电流,叫作振荡电流.
(2)振荡电路:产生 的电路叫作振荡电路.由电感线圈L和电容器C组成的电路就是一种基本的 ,称为LC振荡电路.
例3 (多选)在某LC振荡电路的线圈中,某一时刻的磁场方向如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.若磁场正在减弱,则电容器上极板带正电
B.若电容器正在充电,则电容器下极板带负电
C.若电容器上极板带正电,则线圈中电流正在增大
D.若电容器正在放电,则自感电动势正在阻碍电流增大
[反思感悟]
变式1 (多选)如图所示,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的(图中q为正值表示a极板带正电) ( )
【要点总结】
1.LC振荡电路振荡过程中各物理量的变化规律
电路 状态
时刻t 0 T
电荷量q 最多 0 最多 0 最多
电场能 最大 0 最大 0 最大
电流i 0 最大 0 最大 0
磁场能 0 最大 0 最大 0
(续表)
振荡 规律 电流i(顺时针方向为正)与电容器电荷量q(上极板电荷量)的周期性变化
(1)放电过程:电流逐渐增大,磁场逐渐增强,电容器极板上的电荷量逐渐减小,电场逐渐减弱,电场能逐渐转化为磁场能.
(2)充电过程:电流逐渐减小,磁场逐渐减弱,电容器极板上的电荷量逐渐增加,电场逐渐增强,磁场能逐渐转化为电场能.
2.各量间的变化规律及对应关系
(1)同步关系
在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中,电容器上的各物理量——电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的,即
q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)
线圈上的各物理量——振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的,即
i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)
(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.
注意:自感电动势E自的变化规律与q-t图像相对应.
学习任务四 电磁振荡的周期和频率
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空:
电磁振荡的周期和频率
(1)周期:电磁振荡完成一次 变化需要的时间叫作周期.
LC电路的周期T与电感L、电容C的关系是:T= .
(2)频率:一段时间内完成周期性变化的 与这段时间之比叫作频率.
LC电路的频率f与电感L、电容C的关系是:f= .
[科学探究] 有如图所示的电路.
(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,那么线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大 “阻碍”作用是否也更大 振荡周期T会怎样变化
(2)如果仅更换电容C更大的电容器,将开关S掷向1,先给电容器充电,那么电容器的带电荷量是否增大 再将开关掷向2,电容器通过线圈放电,放电时间是否会相应地变长 振荡周期T是否变长
例4 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
[反思感悟]
【要点总结】
1.根据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或电容器的电容C.
2.自感系数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.由公式C=可知,电容C与介电常数εr、极板正对面积S及板间距离d有关.
1.(电磁场)[2024·上杭一中月考] 用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场产生的磁场(或磁场产生的电场)随时间t的变化规律,其中错误的是 ( )
A B
C D
2.(电磁波)[2024·广东佛山一中月考] 关于电磁波在真空中的传播速度,下列说法中正确的是 ( )
A.频率越高,则传播速度越大
B.电磁波的能量越强,则传播速度越大
C.波长越长,则传播速度越大
D.频率、波长、能量强弱都不影响电磁波的传播速度
3.(电磁振荡的产生及其变化规律)(多选)如图所示为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的图像,由图可知 ( )
A.在t1时刻,电路中的磁场能最小
B.从t1到t2时间内,电路中的电流不断减小
C.从t2到t3时间内,电容器在放电
D.在t4时刻,电容器的电场能最小
4.(电磁振荡的周期和频率)如图所示为振荡电路在某一时刻的电容器带电情况和电感线圈中的磁感线方向情况.由图可知,电感线圈中的电流正在 (选填“增大”“减小”或“不变”).如果电流的振荡周期为T=10-4 s,电容C=250 μF,那么线圈的自感系数L= H. 第4章 电磁波
第1节 电磁波的产生建议用时:40分钟
◆ 知识点一 麦克斯韦的预言
1.如图所示是空间磁感应强度B随时间t的变化图像,在它周围空间产生的电场中的某一点的场强E应( )
A.逐渐增强
B.逐渐减弱
C.不变
D.无法确定
2.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
◆ 知识点二 电磁波
3.[2024·上杭一中月考] 下列有关电磁场理论的说法中正确的是 ( )
A.任何磁场都能在空间产生电场
B.变化的磁场一定能产生变化的电场
C.非均匀变化的电场能产生变化的磁场
D.在电磁场中,变化的电场和变化的磁场是分立的
4.关于电磁波,下列说法正确的是 ( )
A.麦克斯韦不但预言了电磁波的存在,而且通过实验证实了电磁波的存在
B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,赫兹通过实验证实了电磁波的存在
C.赫兹不但预言了电磁波的存在,而且通过实验证实了电磁波的存在
D.赫兹首先预言了电磁波的存在,麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在
◆ 知识点三 电场振荡的产生及其变化规律
5.(多选)[2024·山东牟平一中月考] 在LC回路产生电磁振荡的过程中,下列说法正确的是 ( )
A.电容器放电完毕时,回路中磁场能最小
B.回路中电流值最大时,回路中磁场能最大
C.电容器极板上电荷最多时,电场能最大
D.回路中电流值最小时,电场能最小
6.如图所示的LC振荡电路中,已知某时刻电流i的方向指向A极板,且正在增大,则此时 ( )
A.A极板带正电
B.线圈L两端的电压在增大
C.电容器C正在充电
D.电场能正在转化为磁场能
◆ 知识点四 电磁振荡的周期和频率
7.在LC振荡电路中,电容器放电时间的长短取决于 ( )
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
8.(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30 s,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
9.某LC电路的振荡频率为520 kHz,为能提高到1040 kHz,以下说法正确的是 ( )
A.调节可变电容器,使电容增大为原来的4倍
B.调节可变电容器,使电容减小为原来的
C.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
10.[2024·江西南昌二中月考] 如图所示是一台电子钟,其原理类似于摆钟,摆钟是利用单摆的周期性运动计时的,电子钟是利用LC振荡电路来计时的,有一台电子钟在家使用一段时间后, 发现每昼夜总是快1 min.造成这种现象的原因不可能是 ( )
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均变小了
11.[2024·四川成都七中月考] 如图所示为LC回路中电流随时间变化的图像, 规定回路中顺时针电流方向为正.在t=T时,对应的电路是图中的 ( )
12.利用所学物理知识,可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理及相关问题.IC卡内部有一个由电感线圈L和电容器C构成的LC振荡电路,公交卡上的读卡机(刷卡时“滴”地响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波.刷卡时,IC卡内的线圈L中产生感应电流,给电容器C充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输.下列说法正确的是 ( )
A.IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池
B.仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时,IC卡才能有效工作
C.若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率,则线圈L中不会产生感应电流
D.IC卡只能接受读卡机发射的电磁波,而不能向读卡机传输自身的数据信息
13.如图所示,单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电.t=0时开关S打到b端,t=0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值.则 ( )
A.LC回路的周期为0.02 s
B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大
C.t=1.01 s时线圈中磁场能最大
D.t=1.01 s时回路中电流沿顺时针方向
14.[2024·厦门一中月考] 麦克斯韦在前人研究的基础上,创造性地建立了经典电磁场理论,进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系.他大胆地假设:变化的电场就像导线中的电流一样,会在空间产生磁场,即变化的电场产生磁场.以平行板电容器为例:圆形平行板电容器在充、放电的过程中,板间电场发生变化,产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场.如图所示,若某时刻连接电容器的导线具有向上的电流,则下列说法中正确的是( )
A.电容器正在充电
B.两平行板间的电场强度E在减小
C.该变化电场产生顺时针方向(俯视)的磁场
D.两极板间电场最强时,板间电场产生的磁场最强
15.(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=2π的振荡电流.若罐中的液面上升,则 ( )
A.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
16.[2024·河北衡水中学月考] 一个LC振荡电路中,线圈的自感系数为L,电容器的电容为C,电路的振荡周期为 T.从电容器上电压达到最大值Um开始计时,在 0~时间内,电路中的平均电流为( )
A. B.
C. D.
17.[2024·莆田一中月考] 如图所示,LC振荡电路中振荡电流的周期为2×10-2 s,自振荡电流沿逆时针方向达到最大值时开始计时,当t=3.4×10-2 s时,电容器正处于 (选填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)状态,这时电容器的上极板 (选填“带正电”“带负电”或“不带电”). (共35张PPT)
第1节 电磁波的产生
学习任务一 麦克斯韦的预言
学习任务二 电磁波
学习任务三 电磁振荡的产生及其变化规律
学习任务四 电磁振荡的周期和频率
随堂巩固
备用习题
学习任务一 麦克斯韦的预言
［教材链接］ 阅读教材,完成以下填空:
(1) 变化的磁场周围会产生电场
麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场——__________(也叫__________，如图所示)，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的__________总是存在的.
涡旋电场
感生电场
涡旋电场
(2) 变化的电场周围会产生磁场
麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场__________，就会在其周围产生__________，如图所示.
发生变化
涡旋磁场
例1 关于电磁场理论，下列说法正确的是( )
D
A.电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
B.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] 变化的电场在周围空间产生磁场，变化的磁场在周围空间产生电场，均匀变化的电场(磁场)在周围空间产生恒定的磁场(电场)，周期性变化的电场(磁场)在周围空间产生同频率的周期性变化的磁场(电场)，选项D正确.
【要点总结】
对麦克斯韦电磁场理论的理解：
(1)恒定的电场不产生磁场，恒定的磁场不产生电场.
(2)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场.
(3)振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场.
学习任务二 电磁波
［教材链接］ 阅读教材，完成以下填空：
电磁波：交变的电场周围产生频率相同的____________，交变的磁场周围产生频率相同的____________，交变的电磁和交变的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场，电磁场在空间交替变化并传播出去，就形成了电磁波.
交变的磁场
交变的电场
［科学探究］ 如图所示是赫兹证明电磁波存在的实验装置.
(1) 实验现象：当与感应线圈两极相连的金属球间有火花跳过时，环的________也有火花跳过.
间隙处
(2) 现象分析：火花在、间来回跳动时，在周围空间激发出一个迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以________的形式在空间传播.当电磁波经过接收器时，导致接收器产生____________，使接收器两球间隙处产生电压，当电压足够高时，两球之间产生__________现象.
电磁波
感应电动势
火花放电
(3) 实验结论：赫兹证实了________的存在.
(4) 实验意义：证明了__________的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础.
电磁波
麦克斯韦
例2 [2024·福建师大附中月考] 类比是一种有效的学习方法，通过归类和比较，有助于掌握新知识，提高学习效率.在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处.某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不正确的是( )
D
A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用
B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
C.机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播
D.机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波
[解析] 波长、波速、频率的关系对任何波都是成立的，对电磁波当然成立，A正确；干涉和衍射是波的特性，机械波、电磁波都是波，都具有这些特性，B正确；机械波是机械振动在介质中传播形成的，所以机械波的传播需要介质,而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远的传播形成的，所以电磁波传播不需要介质，C正确；机械波既有横波又有纵波，但是电磁波只能是横波，其证据就是电磁波能够发生偏振现象，而偏振现象是横波才有的，D错误.
【要点总结】
电磁波与机械波的比较
机械波 电磁波
产生 由质点的振动产生 由周期性变化的电流激发
波的种类 横波或纵波 横波
传播 需要介质 不需要介质
波速 波速与介质有关，与频率无关 在真空中等于光速
在介质中传播时，波速与介质和频率都有关
机械波 电磁波
周期性变化的物理量 位移、速度、加速度随时间和空间做周期性变化 电场强度和磁感应强度随时间和空间做周期性变化
能量传播 机械能 电磁能
速度公式
性质 均能发生反射、折射、干涉、衍射等现象
续表
学习任务三 电磁振荡的产生及其变化规律
［科学论证］ 如图所示，将开关掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2.从此时刻起，电容器通过线圈放电.
(1) 线圈中是否会产生自感电动势？线圈中自感电动势的作用是什么
[答案] 会产生.线圈中电流变化时，产生的自感电动势阻碍电流的变化.
(2) 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？
[答案] 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.
(3) 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？
[答案] 在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.
［教材链接］ 阅读教材，完成以下填空：
振荡电流和振荡电路
(1) 振荡电流：大小和方向都________变化的电流,叫作振荡电流.
(2) 振荡电路：产生__________的电路叫作振荡电路.由电感线圈和电容器组成的电路就是一种基本的__________,称为振荡电路.
周期性
振荡电流
振荡电路
例3 (多选)在某振荡电路的线圈中，某一时刻的磁场方向如图所示，下列说法正确的是( )
CD
A.若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
B.若电容器正在充电，则电容器下极板带负电
C.若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大
D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大
[解析] 由磁场方向和安培定则可判断振荡电流的方向，由于题中未标明电容器两极板带电情况，故可分两种情况讨论：若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流在增大，磁场在增强，由楞次定律可判断，自感电动势正在阻碍电流增大，选项C、D正确，选项A
错误；若该时刻电容器下极板带正电，则可知电容器处于充电阶段，选项B错误.
变式 (多选)如图所示，为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，为电容器，开关处于闭合状态，灯泡D正常发光.现突然断开，并开始计时，能正确反映电容器极板上电荷量及回路中电流(规定顺时针方向为正)随时间变化的图像是图中的(图中为正值表示极板带正电)( )
BC
A.&1& B.&2& C.&3& D.&4&
[解析] 断开前，电容器C被短路，线圈中电流从上到下，电容器不带电；断开时，线圈中产生自感电动势，阻碍电流减小，给电容器C充电，此时回路中电流沿顺时针方向(正向)且最大；给电容器充电过程中，电容器所带电荷量最大时(板带负电)，回路中电流减为零，选项B、C正确.
【要点总结】
1.振荡电路振荡过程中各物理量的变化规律
电路状态 _____________________________________________ ______________________________________________ _____________________________________________ ______________________________________________ _____________________________________________
时刻 0
电荷量 最多 0 最多 0 最多
电场能 最大 0 最大 0 最大
电流 0 最大 0 最大 0
磁场能 0 最大 0 最大 0
振荡规律 _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 电流(顺时针方向为正)与电容器电荷量(上极板电荷量)的周期性变化
(1)放电过程：电流逐渐增大，磁场逐渐增强，电容器极板上的电荷量逐渐减小，电场逐渐减弱，电场能逐渐转化为磁场能.
(2)充电过程：电流逐渐减小，磁场逐渐减弱，电容器极板上的电荷量逐渐增加，电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能.
续表
2.各量间的变化规律及对应关系
(1)同步关系
在振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的各物理量——电荷量、电场强度、电场能是同步变化的，即
(或)
线圈上的各物理量——振荡电流、磁感应强度、磁场能也是同步变化的，即
(或)
(2)同步异变关系
在振荡过程中，电容器上的三个物理量、、与线圈中的三个物理量、、是同步异向变化的，即、、同时减小时，、、同时增大，且它们的变化是同步的.
注意：自感电动势的变化规律与图像相对应.
学习任务四 电磁振荡的周期和频率
［教材链接］ 阅读教材，完成以下填空：
电磁振荡的周期和频率
(1) 周期：电磁振荡完成一次________变化需要的时间叫作周期.
电路的周期与电感、电容的关系是：_______.
(2) 频率：一段时间内完成周期性变化的______与这段时间之比叫作频率.
电路的频率与电感、电容的关系是：______.
周期性
次数
［科学探究］ 有如图所示的电路.
(1) 如果仅更换自感系数更大的线圈，将开关掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，那么线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？振荡周期会怎样变化？
[答案] 自感电动势更大，“阻碍”作用更大，振荡周期变长.
(2) 如果仅更换电容更大的电容器，将开关掷向1，先给电容器充电，那么电容器的带电荷量是否增大？再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，放电时间是否会相应地变长？振荡周期是否变长？
[答案] 带电荷量增大，放电时间变长，振荡周期变长.
例4 要想增大振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是( )
A
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
[解析] 振荡电路中产生的振荡电流的频率，要想增大频率，应该减小电容C或减小线圈的自感系数，根据可知，若增大电容器两极板的间距，则电容减小，A正确；若升高电容器的充电电压，则电容不变，B错误；若增加线圈的匝数或在线圈中插入铁芯，则自感系数增大，C、D错误.
【要点总结】
1.根据电磁振荡的周期公式知，要改变电磁振荡的周期和频率，必须改变线圈的自感系数或电容器的电容.
2.自感系数一般由线圈的长度、横截面积、单位长度上的匝数及有无铁芯决定.由公式可知,电容与介电常数、极板正对面积及板间距离有关.
1.如图所示，线圈的自感系数为 ，电阻忽略不计，电容器的电容为 ，
电阻 的阻值为 ，电源电动势为 ，内阻不计.闭合开关 ，待电路达
到稳定状态后断开开关 .下列判断正确的是( )
A
A.开关断开后，线圈中有正弦交流电，其最大值为
B.开关断开时，线圈两端的电压最大
C.开关断开 时，电容器左极板带正电
D.开关断开 时，线圈中的电流沿 方向
[解析] 电路稳定后，通过线圈的电流为
，此时电容器带电荷量为零，开关
断开后，在 回路形成振荡电流，即线圈中有正弦交流
电，其最大值为 ，此时线圈两端电压为零，选项A正确，B错误； 振荡
电路的周期为 ，则
开关断开 时，电容器左极板带负电，右极板正电，选项C错误；开
关断开 时，线圈中的电流沿 方向，选项D错误.
2. 振荡电路在 和 时刻自感线圈中磁感线方向和电容器中极板带电情况如
图所示，若 ，则( )
B
A.在 时刻电容器正充电
B.在 时刻电容器两极板间电场正在增强
C.在 时刻电路中电流正在减小
D.在 时刻自感线圈中磁场正在增强
[解析] 由 ，可知 ，从图可看出， 、 两个时刻
线圈处的电流都是从左向右穿过线圈，由于电流方向是正电荷运动方向， 时
刻正电荷是从左极板流出，然后穿过线圈，正处于放电状态，只要是放电，振
荡电流就是增大的，故A、C错误； 时刻，电流从左向右通过线圈，而右极
板带正电，说明正电荷正往右极板上聚集，所以 时刻电容器在充电，随着极
板上电荷增多，两极板间电场增强，故B正确；由于充电过程中振荡电流总是
减小的，故线圈中磁场在减弱，故D错误.
3.如图所示， 图像表示 振荡电路的电流随时间变化的图像，在 时
刻，回路中电容器的 板带正电，在某段时间里，回路的磁场能在减小，而
板仍带正电，则这段时间对应图像中( )
D
A. 段 B. 段 C. 段 D. 段
[解析] 某段时间里，回路的磁场能在减小，说明回路中的电流在减小，电容器充电，而此时 板带正电，则电流方向为顺时针方向.在 时，电容器开始放电，且 极板带正电，结合i-t图像可知，电流以逆时针方向为正方向，因此这段时间内电流为负且正在减小，符合条件的只有图像中的 段，故D正确.
4.手机 拨叫手机 时，手机 发出铃声且屏上显示 的号码.若将手机 置于
一真空玻璃罩中，用手机 拨叫手机 ，则( )
B
A.能听到 发出的铃声，并看到 显示 的号码
B.不能听到 发出的铃声，但能看到 显示 的号码
C.能听到 发出的铃声，但不能看到 显示 的号码
D.既不能听到 发出的铃声，也不能显示 的号码
[解析] 声波是机械波，不能在真空中传播，而电磁波能在真空中传播，故电磁
信号可以被手机 接收到， 会显示 的号码，但 发出的铃声我们听不到.
1.(电磁场)[2024·上杭一中月考] 用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场产生的磁场(或磁场产生的电场)随时间的变化规律，其中错误的是( )
C
A.&5& B.&6&
C.&7& D.&8&
[解析] 恒定的电场不产生磁场，选项A正确；均匀变化的电场产生不变的磁场，选项B正确；周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比，对于正弦曲线，时，磁感应强度的变化率最大，产生的电场的电场强度最大，选项C错误，选项D正确.
2.(电磁波)[2024·广东佛山一中月考] 关于电磁波在真空中的传播速度，下列说法中正确的是( )
D
A.频率越高，则传播速度越大
B.电磁波的能量越强，则传播速度越大
C.波长越长，则传播速度越大
D.频率、波长、能量强弱都不影响电磁波的传播速度
[解析] 电磁波在真空中传播的速度与频率、波长、电磁波的能量均无关，在真空中传播的速度等于光速，故A、B、C错误，D正确.
3.(电磁振荡的产生及其变化规律)(多选)如图所示为振荡电路中电容器极板上的电荷量随时间变化的图像，由图可知( )
AD
A.在时刻，电路中的磁场能最小 B.从到时间内，电路中的电流不断减小
C.从到时间内，电容器在放电 D.在时刻，电容器的电场能最小
[解析] 从图像可以看出，在时刻，电容器极板上的电荷量变化率为零，则电路中的电流为零，磁场能为零，选项A正确；从到时间内，电容器极板上的电荷量变化率的绝对值增大，则电路中的电流增大，选项B错误；从到时间内，电容器极板上的电荷量增大，则电容器在充电，选项C错误；在时刻，电容器极板上的电荷量为零，则电容器的电场能为零，选项D正确.
4.(电磁振荡的周期和频率)如图所示为振荡电路在某一时刻的电容器带电情况和电感线圈中的磁感线方向情况.由图可知，电感线圈中的电流正在______(选填“增大”“减小”或“不变”).如果电流的振荡周期为，电容，那么线圈的自感系数______.
减小
[解析] 根据磁感线的方向，由安培定则可判断出电流方向，可知电容器在充电，线圈中的电流会越来越小.
根据振荡电流的周期公式，解得.
