《学霸笔记 同步精讲》第4章 电磁振荡与电磁波 1.电磁振荡 2.电磁波（课件）高中物理教科版选择性必修2

(共43张PPT)
1.电磁振荡　2.电磁波
第四章
2026
课 标 定 位
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。
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。
素 养 阐 释
1.理解阻尼振荡、无阻尼振荡和电磁波的概念,形成物理观念。
2.通过分析LC回路中各物理量的变化规律,培养科学思维。
3.了解麦克斯韦电磁理论的内容以及在物理发展史上的意义,形成科学态度。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、电磁振荡
1.LC振荡电路和振荡电流
(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。
(4)电磁振荡:电场和磁场周期性的相互转变的过程也就是电场能和磁场能周期性相互转化的过程,这与机械振动(如弹簧振子和单摆的振动)中势能和动能的相互转化相似,我们把这种现象叫作电磁振荡。
2.无阻尼振荡和阻尼振荡
(1)阻尼振荡:如图所示,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。
(2)无阻尼振荡:如图所示,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。
二、电磁振荡的周期和频率
1.周期和频率
周期:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
频率:在数值上等于1 s内完成的周期性变化的次数。
2.固有周期和固有频率
振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率叫作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。
三、麦克斯韦电磁理论
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。
如图(a)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。
(a)
(b)
(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场,如图(b)所示。
2.稳定的磁场周围不产生电场,稳定的电场周围不产生磁场。
3.变化的电场在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。
四、电磁波
1.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中的传播形成了电磁波。
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。赫兹运用自己精湛的实验技术测定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=vT= 。
4.电磁波在真空中的传播速度v=c≈3×108 m/s。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)LC振荡电路中的电流增大时,电容器上的电荷一定减少。 (　　)
(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)在磁场周围一定存在着和它联系着的电场。 ( 　　)
(4)电磁波不能在真空中传播。 ( 　　)
√
√
×
×
2.下图是赫兹实验的装置,其实验目的是什么
提示:验证电磁波的存在。
3.傍晚你在家中听收音机时,若用拉线开关打开家中的白炽灯,会听到收音机中有“吱啦”的声音,试分析原因。
提示:当开关闭合时,电路中有了电流,空间的磁场发生变化,产生电磁波。电磁波被收音机接收到从而发出短暂的响声。
合作探究·释疑解惑
知识点一
电磁振荡中各物理量的变化规律
【问题引领】
把线圈、电容器、电流表、电源和单刀双掷开关按图连成电路。
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。观察到电流表指针有何变化 这说明了什么问题呢
提示:指针左右摆动。说明了电路中产生了变化的电流。
【归纳提升】
1.各物理量变化情况一览表
时间 工作 过程 q E i B 能量
0→ 放电 过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁
充电 过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电
放电 过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁
→T 充电 过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电
2.振荡电流、极板上带的电荷量随时间的变化图像
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)以逆时针方向电流为正
(g)图中q为上面极板的电荷量
【典型例题】
【例题1】 (多选)在LC振荡电路中,电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图所示,则(　　)
A.在t1时刻,电路中的电流最大
B.在t2时刻,电路中的磁场能最大
C.从t2时刻至t3时刻,电路的电场能不断增大
D.从t3时刻至t4时刻,电容器的电荷量不断增大
AD
解析:电磁振荡中的物理量可分为两组:①电容器的电荷量q、极板间的电压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;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AD。
科学思维
在电磁振荡中各物理量变化是有规律的,我们要熟悉各物理量变化的特点,特别抓住关键的电荷量和电流。若电荷量变大,电场强度、电场能变大;若电流变大,磁感应强度、磁场能变大。判断出充、放电情况是解决问题的关键。
【变式训练1】 下图表示LC振荡电路某时刻的情况,以下说法正确的是
(　　)
A.电容器正在充电
B.电感线圈中的磁场能正在减小
C.电感线圈中的电流正在减小
D.此时自感电动势正在阻碍电流的增大
D
解析:根据磁感线的方向可以判断电流方向是逆时针,再根据电容器极板上带电的性质可以判断电容器正在放电,A项错误。电容器在放电,所以电流在增大,磁场能在增加,自感电动势正在阻碍电流的增大,B、C项错误,D项正确。
【问题引领】
知识点二
电磁振荡的周期和频率
如图所示的电路,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势是否更大 “阻碍”作用是否也更大 由于延缓了振荡电流的变化,振荡周期T会怎样变化
提示:自感电动势更大,阻碍作用更大,周期变长。
【归纳提升】
1.由公式T=2π、f=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=可知,与电介质的相对介电常数εr、极板正对面积S及板间距离d有关。
【典型例题】
【例题2】 为了增大LC振荡电路的固有频率,下列办法中可采取的是(　　)
A.增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯
B.减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数
C.减小电容器两极板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小线圈的匝数
D
解析:由f= 可知增大固有频率f的办法是减小L或减小C或同时减小L和C。增大电容器两极板的正对面积或减小电容器两极板的距离,则C增大,减小正对面积或增大电容器两极板的距离,则C减小。在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝数则L增大,减小线圈的匝数则L减小,故选项D正确。
误区警示
(1)LC振荡电路的固有周期T=2π,仅由电路本身特性即L和C决定而与其他因素无关。
(2)运用周期或频率公式分析计算时,要特别注意单位换算和数量级的计算。
【变式训练2】 如图所示,LC振荡电路的L不变,C可调,要使振荡的频率从700 Hz变为1 400 Hz,则可以采用的办法是(　　)
A.把电容增大到原来的4倍
B.把电容增大到原来的2倍
C.把电容减小到原来的
D.把电容减小到原来的
D
解析:由题意,频率变为原来的2倍,则周期就变为原来的,由T=2π,L不变,当C=C0时符合要求。
【问题引领】
知识点三
麦克斯韦电磁理论
如图所示,磁铁相对闭合线圈上下运动时,闭合线圈中的电荷做定向移动,是因为受到什么力的作用 这能否说明变化的磁场产生了电场 如果没有导体,会产生电场吗
提示:电荷受到电场力的作用做定向移动。电场力是由电场施加的,这说明变化的磁场产生了电场。如果没有导体,仍会产生电场,与有没有闭合线圈无关。
【归纳提升】
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变化的电场;同样,振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡变化的磁场。
【典型例题】
【例题3】 (多选)应用麦克斯韦的电磁理论判断下列表示电场产生磁场(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(　　)
BC
解析:A图中的上图磁场是稳定的,由麦克斯韦的电磁理论可知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,应该产生恒定的磁场,下图的磁场是恒定的,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,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,故不正确,所以只有B、C两图正确。
【变式训练3】 某电路中电场随时间变化的图像如下列各图所示,能发射电磁波的电场是(　　)
D
解析:A图中电场不随时间变化,不会产生磁场;B图和C图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,不会产生和发射电磁波;D图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,而该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,能发射电磁波,故此题正确选项为D。
【问题引领】
知识点四
电磁波与机械波的比较
下图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,导线环上两小球间也会产生电火花,这是为什么
提示: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导线环时,它在导线环中激发出感应电动势,使导线环上两小球间也会产生电火花。这个实验证实了电磁波的存在。
【归纳提升】
电磁波和机械波的比较
比较项目 机械波 电磁波
不同点 研究对象 力学现象 电磁现象
周期性 位移随时间和空间做周期性变化 电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化
传播情况 传播需要介质,波速与介质有关,与频率无关 传播无需介质,在真空中波速等于光速c;在介质中传播时,波速与介质和频率都有关
产生机理 由质点(波源)的振动产生 由电磁振荡等激发
横波与纵波 可能是横波,也可能是纵波 横波
相同点 (1)可以发生反射、折射、干涉和衍射 (2)传递能量的一种方式 (3)满足v=λf 【典型例题】
【例题4】 (多选)以下关于机械波与电磁波的说法正确的是( 　　)
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
BCD
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。
观念养成
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的。
【变式训练4】 下列关于电磁波的说法正确的是(　　)
A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B.电磁波在真空和介质中传播速度相同
C.只要有电场和磁场,就能产生电磁波
D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
A
解析:变化的磁场就能产生电场,A正确。若只有电场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波,C错误。光也是电磁波,在真空和介质中传播的速度不同,可判断B错误。D选项中没强调是“均匀”介质,若介质密度不均匀会发生折射,故D错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(对电磁波的理解)(多选)下列关于电磁波的说法正确的是(　　)
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/s
C.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
AC
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,从真空进入介质传播,频率不变,但速度变小,波长变短。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。
2.(电磁振荡的周期与频率)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
D
解析:据LC振荡电路频率公式f= ,当L、C都减小一半时,f增大一倍,故选项D是正确的。
3.(麦克斯韦电磁理论)(多选)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,与是否有闭合回路无关
B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C.周期性电场和周期性磁场相互关联,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
ABC
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。若要形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场,B、C正确,D错误。
4.(电磁振荡中各物理量的变化)(多选)在如图(a)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(b)所示,若把通过P点向右的电流规定为i的正方向,则 (　　)
(a)
(b)
A.0至0.5 ms内,电容器C正在充电
B.0.5 ms至1 ms内,电容器上极板带正电
C.1 ms至1.5 ms内,Q点比P点电势高
D.1.5 ms至2 ms内,磁场能在减少
CD
解析:由题图(b)知0至0.5 ms内i在增大,应为放电过程,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。1.5 ms至2 ms内为充电过程,磁场能在减少,D正确。