2020--2021物理人教版选修3-4课件：第14章 1 电磁波的发现 2 电磁振荡34张含答案
文档属性
| 名称 | 2020--2021物理人教版选修3-4课件：第14章 1 电磁波的发现 2 电磁振荡34张含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-06-03 20:37:50 | ||
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文档简介
(共34张PPT)
第14章
1 电磁波的发现 2 电磁振荡
学习目标
1.了解发现电磁波的历史背景,了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点,知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性
2.体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会物理实验对物理学发展的意义
3.通过对电磁振荡的实验观察,体会LC电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及其相关物理量的变化情况,了解电磁波的产生过程
4.了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式,了解实际生产、生活中调节振荡电路频率的基本方法
思维导图
读一读·思一思
辨一辨·议一议
一、电磁波的发现
阅读教材第75~77页,对电磁场的理论有初步的定性了解。
1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点是什么?
答案:变化的磁场产生电场和变化的电场产生磁场。
2.电磁波的概念是什么?
答案:根据麦克斯韦电磁场理论,周期性变化的电场和磁场相互联系,形成电场和磁场的统一体,它由近及远地向周围传播,这就是电磁波。
3.电磁波的波速是多少?
答案:麦克斯韦指出了光的电磁本性,他预言电磁波的速度等于光速。
4.第一个通过实验证明电磁波存在的是哪位科学家?
答案:德国科学家赫兹。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
二、电磁振荡的产生
阅读教材第78、79页,通过对电磁振荡的实验观察,学习LC振荡电路。
1.实验的探究方法是什么?
答案:控制变量法。
2.什么是振荡电流?
答案:大小和方向都做周期性迅速变化的电流叫振荡电流。
3.振荡电路的概念是什么?
答案:能产生振荡电流的电路叫振荡电路。由电感线圈和电容组成的电路是最简单的振荡电路,称为LC振荡电路。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
三、电磁振荡的周期和频率
阅读教材第80页,通过学习,了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式。
1.电磁振荡的周期是指哪一段时间?
答案:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
2.什么是电磁振荡的频率?
答案:1
s内完成的周期性变化的次数就是频率。
3.什么是电磁振荡的固有周期和固有频率?
答案:如果振荡电路没有能量损失,也不受其他外界影响,这时的周期和频率分别叫作固有周期和固有频率。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
1.思考辨析。
(1)电磁波也能产生干涉、衍射现象。
( )
答案:√
(2)只有均匀变化的电场(磁场)才能产生均匀变化的磁场(电场)。
( )
解析:均匀变化的电场(磁场)产生恒定的磁场(电场)。周期性变化的电场(磁场)产生同频率的周期性变化的磁场(电场)。
答案:×
(3)在LC振荡电路中,电流增大的过程中电容器放电,磁场能和电场能都减小。
( )
解析:电流增大,电容器放电,磁场能增大,电场能减小。
答案:×
读一读·思一思
辨一辨·议一议
2.探究讨论。
(1)为什么说电磁波是横波?
答案:根据麦克斯韦电磁场理论,电磁波在真空中传播时,它的电场强度和磁感应强度是相互垂直的,且二者均与波的传播方向垂直。因此,电磁波是横波。
(2)电磁振荡的实质是什么?
答案:在电磁振荡过程中,电容器极板上的电荷量、电路中的电流、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度都随时间做周期性变化,电场能与磁场能发生周期性的相互转化。
(3)振荡电路的周期和频率由什么因素决定?为什么又叫电路的固有周期、固有频率?
答案:LC回路的周期、频率都由电路本身的特性(L、C值)决定。由于与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关,所以称为电路的固有周期和固有频率。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
对麦克斯韦电磁场理论的理解
问题导引
下图是赫兹实验的装置示意图,请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题?
要点提示:实验演示了电磁波的发射和接收,验证了麦克斯韦电磁场理论。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
1.电磁场的产生
如果在空间某处有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场,这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
变化的磁场周围产生电场,与是否有闭合电路存在无关。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题1根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在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.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
解析:根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,只有选项D正确。
答案:D
探究一
探究二
探究三
当堂检测
归纳总结理解麦克斯韦的电磁场理论的关键词
理解并掌握四个关键词:“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”,这些都是对时间来说的,是时间的函数。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练1如图所示的四种电场中,哪一种能产生电磁波( )
解析:由麦克斯韦电磁场理论,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、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出电场,故也不会产生电磁波;只有振荡的电场(即周期性变化的电场)(如D图),才会激发出振荡的磁场,振荡的磁场又激发出振荡的电场……如此周而复始,便会形成电磁波。
答案:D
探究一
探究二
探究三
当堂检测
电磁波与机械波的比较
问题导引
如图所示,某同学正在回答神舟十号航天员王亚平的问题,请问她们的通话是通过机械波进行的还是通过电磁波进行的?为什么?
要点提示:电磁波。因为机械波的传播离不开介质,而电磁波可以在真空中传播。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
电磁波是电磁现象,机械波是力学现象,两种波因产生机理不同,所以除具有波的共性外,还有不同之处。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
因为电磁波是交变电磁场互相激发产生的,所以电磁波传播时不需要介质,可在真空中传播。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题2关于电磁波与声波,下列说法正确的是
( )
A.电磁波是由电磁场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,声波的传播速度变大
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
【思考问题】
电磁波和机械波在从一种介质向另一种介质传播时频率发生变化吗?
提示:无论电磁波还是机械波,从一种介质进入另一种介质时频率都不变。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
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错误;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=
及它们在不同介质中的传播速度可知,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错误。
答案:AC
探究一
探究二
探究三
当堂检测
归纳总结理解电磁波与机械波的三点不同
(1)电磁波是电磁现象,由电磁振荡产生;机械波是力学现象,由机械振动产生。
(2)机械波的传播依赖于介质的存在,但电磁波的传播不需要介质。
(3)不同频率的机械波在同一介质中传播速度相同,在不同介质中传播速度不同;不同频率的电磁波在同一介质中传播速度不同。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练2关于电磁波与机械波,下列说法正确的是( )
A.机械波和电磁波,本质上是一样的
B.电磁波在任何介质中传播速率都相同,机械波在同一种介质中传播速率都相同
C.电磁波和机械波都不能发生干涉
D.电磁波与机械波都能发生衍射
解析:机械波由机械振动产生,电磁波由振荡的电磁场产生,选项A错;电磁波的波速与介质和频率都有关,而机械波的传播速度只与介质有关,选项B错;电磁波和机械波都具有波的特性,选项C错,选项D对。
答案:D
探究一
探究二
探究三
当堂检测
振荡过程中各物理量的变化情况
问题导引
如图所示装置,先把开关扳到电池组一边,给电容器充电,稍后再把开关扳到线圈一边,让电容器通过线圈放电,会观察到电流表指针有何变化?说明什么问题?
要点提示:指针左右摆动,表明电路中产生了大小和方向变化的电流。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
1.用图象对应分析:振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能和磁场能之间的对应关系
探究一
探究二
探究三
当堂检测
2.相关量与电路状态的对应情况
探究一
探究二
探究三
当堂检测
3.几个关系
(1)同步同变关系
在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中,电容器上的物理量: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↑)。
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增大时,线圈中的三个物理量i、B、EB减小,且它们的变化是同步的,也即q、
探究一
探究二
探究三
当堂检测
电容器充放电与能量转化:电容器充电时,磁场能转化为电场能;电容器放电时,电场能转化为磁场能。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题3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)随时间变化的图象是(图中q为正值,表示a极板带正电)( )
探究一
探究二
探究三
当堂检测
【思考问题】
振荡电流与极板电荷量的关系是什么?
解析:S断开前,线圈L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)最大;给电容器充电过程,电容器充电量最大时(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。
答案:BC
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练3如图所示,LC振荡电路中,已知某时刻电流i的方向指向A板,且正在增大,则( )
A.A板带正电
B.A、B两板间的电压在增大
C.电容器C正在充电
D.电场能正在转化为磁场能
解析:电流i正在增大,磁场能增大,电容器在放电,电场能减小,电场能转化为磁场能,选项C错误,D正确;由题图中i方向可知B板带正电,选项A错误;由于电容器放电,电荷量减少,两板间的电压在减小,选项B错误。
答案:D
探究一
探究二
探究三
当堂检测
归纳总结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。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
1.(考查麦克斯韦电磁场理论)关于麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.在电场周围一定存在着磁场
B.任何变化的电场周围一定存在着变化的磁场
C.均匀变化的磁场周围一定存在着变化的电场
D.振荡电场在它周围的空间一定产生同频率的振荡磁场
解析:在变化的电场周围才存在磁场,振荡的电场(非均匀变化的)会产生同频率周期性振荡的磁场。均匀变化的磁场周围存在着稳定的电场。
答案:D
探究一
探究二
探究三
当堂检测
2.(考查电磁波和声波的区别)关于电磁波与声波相比较,下列说法正确的是( )
A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质
B.由空气进入玻璃时,电磁波速度变小,声波速度变大
C.由空气进入玻璃时,电磁波波长变小,声波波长变大
D.电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的,与频率无关
解析:选项A、B说法均与事实相符,故选项A、B正确;由空气进入玻璃时,根据λ=
,电磁波波速变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,故选项C正确;电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有关,在同一介质中,频率越大,波速越小,故选项D错误。
答案:ABC
探究一
探究二
探究三
当堂检测
3.(考查电磁振荡过程)右图是LC振荡电路中振荡电流与时间的关系图线,若电容器开始放电的时刻为t=0,则下列说法正确的是( )
A.在t=0时,线圈中的磁场能最小
B.在t=1
s时,电容器中电场能最大
C.在t=2
s时,电容器放电结束
D.在t=3
s时,电容器充电结束
解析:电流增大的过程中磁场能增加,电场能减少,所以电容器放电,也就是磁场能的大小由电流的大小决定。
答案:A
探究一
探究二
探究三
当堂检测
4.(考查电磁振荡的周期)右图是某电器元件厂生产的可调电容器,把它接在L不变的LC振荡电路中,为了使振荡的频率从700
Hz变为1
400
Hz,可采取的办法有( )
A.电容增大到原来的4倍
B.电容增大到原来的2倍
答案:D
第14章
1 电磁波的发现 2 电磁振荡
学习目标
1.了解发现电磁波的历史背景,了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点,知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性
2.体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会物理实验对物理学发展的意义
3.通过对电磁振荡的实验观察,体会LC电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及其相关物理量的变化情况,了解电磁波的产生过程
4.了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式,了解实际生产、生活中调节振荡电路频率的基本方法
思维导图
读一读·思一思
辨一辨·议一议
一、电磁波的发现
阅读教材第75~77页,对电磁场的理论有初步的定性了解。
1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点是什么?
答案:变化的磁场产生电场和变化的电场产生磁场。
2.电磁波的概念是什么?
答案:根据麦克斯韦电磁场理论,周期性变化的电场和磁场相互联系,形成电场和磁场的统一体,它由近及远地向周围传播,这就是电磁波。
3.电磁波的波速是多少?
答案:麦克斯韦指出了光的电磁本性,他预言电磁波的速度等于光速。
4.第一个通过实验证明电磁波存在的是哪位科学家?
答案:德国科学家赫兹。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
二、电磁振荡的产生
阅读教材第78、79页,通过对电磁振荡的实验观察,学习LC振荡电路。
1.实验的探究方法是什么?
答案:控制变量法。
2.什么是振荡电流?
答案:大小和方向都做周期性迅速变化的电流叫振荡电流。
3.振荡电路的概念是什么?
答案:能产生振荡电流的电路叫振荡电路。由电感线圈和电容组成的电路是最简单的振荡电路,称为LC振荡电路。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
三、电磁振荡的周期和频率
阅读教材第80页,通过学习,了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式。
1.电磁振荡的周期是指哪一段时间?
答案:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
2.什么是电磁振荡的频率?
答案:1
s内完成的周期性变化的次数就是频率。
3.什么是电磁振荡的固有周期和固有频率?
答案:如果振荡电路没有能量损失,也不受其他外界影响,这时的周期和频率分别叫作固有周期和固有频率。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
1.思考辨析。
(1)电磁波也能产生干涉、衍射现象。
( )
答案:√
(2)只有均匀变化的电场(磁场)才能产生均匀变化的磁场(电场)。
( )
解析:均匀变化的电场(磁场)产生恒定的磁场(电场)。周期性变化的电场(磁场)产生同频率的周期性变化的磁场(电场)。
答案:×
(3)在LC振荡电路中,电流增大的过程中电容器放电,磁场能和电场能都减小。
( )
解析:电流增大,电容器放电,磁场能增大,电场能减小。
答案:×
读一读·思一思
辨一辨·议一议
2.探究讨论。
(1)为什么说电磁波是横波?
答案:根据麦克斯韦电磁场理论,电磁波在真空中传播时,它的电场强度和磁感应强度是相互垂直的,且二者均与波的传播方向垂直。因此,电磁波是横波。
(2)电磁振荡的实质是什么?
答案:在电磁振荡过程中,电容器极板上的电荷量、电路中的电流、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度都随时间做周期性变化,电场能与磁场能发生周期性的相互转化。
(3)振荡电路的周期和频率由什么因素决定?为什么又叫电路的固有周期、固有频率?
答案:LC回路的周期、频率都由电路本身的特性(L、C值)决定。由于与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关,所以称为电路的固有周期和固有频率。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
对麦克斯韦电磁场理论的理解
问题导引
下图是赫兹实验的装置示意图,请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题?
要点提示:实验演示了电磁波的发射和接收,验证了麦克斯韦电磁场理论。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
1.电磁场的产生
如果在空间某处有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场,这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
变化的磁场周围产生电场,与是否有闭合电路存在无关。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题1根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在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.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
解析:根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,只有选项D正确。
答案:D
探究一
探究二
探究三
当堂检测
归纳总结理解麦克斯韦的电磁场理论的关键词
理解并掌握四个关键词:“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”,这些都是对时间来说的,是时间的函数。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练1如图所示的四种电场中,哪一种能产生电磁波( )
解析:由麦克斯韦电磁场理论,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、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出电场,故也不会产生电磁波;只有振荡的电场(即周期性变化的电场)(如D图),才会激发出振荡的磁场,振荡的磁场又激发出振荡的电场……如此周而复始,便会形成电磁波。
答案:D
探究一
探究二
探究三
当堂检测
电磁波与机械波的比较
问题导引
如图所示,某同学正在回答神舟十号航天员王亚平的问题,请问她们的通话是通过机械波进行的还是通过电磁波进行的?为什么?
要点提示:电磁波。因为机械波的传播离不开介质,而电磁波可以在真空中传播。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
电磁波是电磁现象,机械波是力学现象,两种波因产生机理不同,所以除具有波的共性外,还有不同之处。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
因为电磁波是交变电磁场互相激发产生的,所以电磁波传播时不需要介质,可在真空中传播。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
典例剖析
例题2关于电磁波与声波,下列说法正确的是
( )
A.电磁波是由电磁场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,声波的传播速度变大
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
【思考问题】
电磁波和机械波在从一种介质向另一种介质传播时频率发生变化吗?
提示:无论电磁波还是机械波,从一种介质进入另一种介质时频率都不变。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
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错误;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=
及它们在不同介质中的传播速度可知,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错误。
答案:AC
探究一
探究二
探究三
当堂检测
归纳总结理解电磁波与机械波的三点不同
(1)电磁波是电磁现象,由电磁振荡产生;机械波是力学现象,由机械振动产生。
(2)机械波的传播依赖于介质的存在,但电磁波的传播不需要介质。
(3)不同频率的机械波在同一介质中传播速度相同,在不同介质中传播速度不同;不同频率的电磁波在同一介质中传播速度不同。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
变式训练2关于电磁波与机械波,下列说法正确的是( )
A.机械波和电磁波,本质上是一样的
B.电磁波在任何介质中传播速率都相同,机械波在同一种介质中传播速率都相同
C.电磁波和机械波都不能发生干涉
D.电磁波与机械波都能发生衍射
解析:机械波由机械振动产生,电磁波由振荡的电磁场产生,选项A错;电磁波的波速与介质和频率都有关,而机械波的传播速度只与介质有关,选项B错;电磁波和机械波都具有波的特性,选项C错,选项D对。
答案:D
探究一
探究二
探究三
当堂检测
振荡过程中各物理量的变化情况
问题导引
如图所示装置,先把开关扳到电池组一边,给电容器充电,稍后再把开关扳到线圈一边,让电容器通过线圈放电,会观察到电流表指针有何变化?说明什么问题?
要点提示:指针左右摆动,表明电路中产生了大小和方向变化的电流。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
名师精讲
1.用图象对应分析:振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能和磁场能之间的对应关系
探究一
探究二
探究三
当堂检测
2.相关量与电路状态的对应情况
探究一
探究二
探究三
当堂检测
3.几个关系
(1)同步同变关系
在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中,电容器上的物理量: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↑)。
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增大时,线圈中的三个物理量i、B、EB减小,且它们的变化是同步的,也即q、
探究一
探究二
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电容器充放电与能量转化:电容器充电时,磁场能转化为电场能;电容器放电时,电场能转化为磁场能。
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典例剖析
例题3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)随时间变化的图象是(图中q为正值,表示a极板带正电)( )
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【思考问题】
振荡电流与极板电荷量的关系是什么?
解析:S断开前,线圈L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)最大;给电容器充电过程,电容器充电量最大时(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。
答案:BC
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变式训练3如图所示,LC振荡电路中,已知某时刻电流i的方向指向A板,且正在增大,则( )
A.A板带正电
B.A、B两板间的电压在增大
C.电容器C正在充电
D.电场能正在转化为磁场能
解析:电流i正在增大,磁场能增大,电容器在放电,电场能减小,电场能转化为磁场能,选项C错误,D正确;由题图中i方向可知B板带正电,选项A错误;由于电容器放电,电荷量减少,两板间的电压在减小,选项B错误。
答案:D
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归纳总结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。
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1.(考查麦克斯韦电磁场理论)关于麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.在电场周围一定存在着磁场
B.任何变化的电场周围一定存在着变化的磁场
C.均匀变化的磁场周围一定存在着变化的电场
D.振荡电场在它周围的空间一定产生同频率的振荡磁场
解析:在变化的电场周围才存在磁场,振荡的电场(非均匀变化的)会产生同频率周期性振荡的磁场。均匀变化的磁场周围存在着稳定的电场。
答案:D
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2.(考查电磁波和声波的区别)关于电磁波与声波相比较,下列说法正确的是( )
A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质
B.由空气进入玻璃时,电磁波速度变小,声波速度变大
C.由空气进入玻璃时,电磁波波长变小,声波波长变大
D.电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的,与频率无关
解析:选项A、B说法均与事实相符,故选项A、B正确;由空气进入玻璃时,根据λ=
,电磁波波速变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,故选项C正确;电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有关,在同一介质中,频率越大,波速越小,故选项D错误。
答案:ABC
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3.(考查电磁振荡过程)右图是LC振荡电路中振荡电流与时间的关系图线,若电容器开始放电的时刻为t=0,则下列说法正确的是( )
A.在t=0时,线圈中的磁场能最小
B.在t=1
s时,电容器中电场能最大
C.在t=2
s时,电容器放电结束
D.在t=3
s时,电容器充电结束
解析:电流增大的过程中磁场能增加,电场能减少,所以电容器放电,也就是磁场能的大小由电流的大小决定。
答案:A
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4.(考查电磁振荡的周期)右图是某电器元件厂生产的可调电容器,把它接在L不变的LC振荡电路中,为了使振荡的频率从700
Hz变为1
400
Hz,可采取的办法有( )
A.电容增大到原来的4倍
B.电容增大到原来的2倍
答案:D