高中物理选修34第3章 课程纲要 教案学案概要Word下载.docx

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（2）阻尼振荡：

有能量损耗的振荡，若能量得不到补充，振幅会____________，如图乙所示．

3．电磁振荡的周期与频率

（1）振荡电路的周期是电磁振荡完成______________需要的时间，频率是________内完成周期性变化的次数．振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率叫振荡电路的固有周期和固有频率．

（2）理论和实验表明，LC振荡电路的周期和频率跟电感线圈的自感系数L和电容C的关系分别是T＝________和f＝________．

参考答案：

1．

（1）周期性　振荡电路　LC回路　

（2）电场　磁场

2．

（1）不变　

（2）逐渐减小

3．

（1）一次周期性变化　1s　

（2）2π

主题1：

电磁振荡的产生

情景：

图示是电磁振荡的原理示意图，根据所给的示意图回答以下问题．

问题：

（1）当开关处于右侧时，电流表有没有示数？

电容器上的电荷量的分布情况如何？

（2）当开关打到左侧的瞬间，电流表的示数和电容器上的电荷量的分布情况又如何？

（3）当振荡电路开始工作时，电流的示数是怎样变化的？

为什么？

（4）当电流表的示数最大时，电容器上的电荷量分布情况如何？

此时能量的分布情况如何？

解答：

（1）当开关处于右侧时，电容器处于充电状态，电荷量最大，电流表示数为零．

（2）当开关打在左侧的瞬间，电荷量还没有来得及变化，所以电流表示数仍然为零．

（3）当振荡电路开始工作时，电流表示数缓慢变化，因为线圈能够起到阻碍电流变化的目的．

（4）当电流表示数最大时，电荷量为零，电场能为零，磁场能最大．

主题2：

电磁振荡的周期和频率

如图所示，该电路是一个振荡频率可改变的电路，根据该电路，回答以下问题．

（1）根据题设条件，改变振荡电路频率的方法有几种？

分别是如何改变频率的？

（2）固有周期和固有频率之间是什么关系？

（3）当开关置于2或3位置后，电路如果不能被认为是理想电路，即存在电磁场能量损失，固有周期或固有频率会不会改变？

（1）根据LC振荡电路周期公式T＝2π

，可知要想改变振荡电路的周期，可以通过改变电路中电容器的电容或者电感线圈的自感系数来进行．该题目中可以通过把开关S1或S2分别置于2、3和1、2、3等选择开关上来改变电容值和自感系数值．

（2）固有周期和固有频率之间互为倒数．

（3）固有周期或固有频率不会改变．

主题3：

电磁振荡与机械振动

LC振荡电路中的固有周期与电感线圈的自感系数L和电容C有关，与电容器中最大电荷量、电感线圈中的最大电流有关吗？

这方面的特性与机械振动（如单摆）中的什么特性类似？

根据周期公式可知，LC振荡电路中的固有周期与电容器中最大电荷量、电感线圈中的最大电流无关，这类似于单摆的周期与偏角或振幅无关．

一、电磁振荡过程

例1　关于振荡电流，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成电场能

D．振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能

【解析】振荡电流最大时，处于电容器放电结束瞬间，场强为零，A选项错；

振荡电流为零时，LC回路振荡电流改变方向，这时的电流变化最快，电流强度变化率最大，线圈中自感电动势最大，B选项错；

振荡电流增大时，线圈中电场能转化为磁场能，C选项错；

振荡电流减小时，线圈中磁场能转化为电场能，D选项对．

【答案】D

【点拨】磁场能与电流i对应，电场能与电荷量q对应，在等幅振荡中，磁场能与电场能的总量保持不变．

变式训练1　LC振荡电路中，某时刻线圈内的磁场方向如图所示，则下列说法正确的是（　　）

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，则电容器下极板带正电

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】由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板带电情况，可分两种情况讨论．

（1）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，电流增大，则C选项对，A选项错．

（2）若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B选项对，由楞次定律可判定D选项也对．

【答案】BCD

二、电磁振荡的周期和频率

例2　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，通过电容器调节使振荡的频率从700Hz变为1400Hz，则可采取的办法有（　　）

A．电容增大到原来的4倍

B．电容增大到原来的2倍

C．电容减小到原来的

D．电容减小到原来的

【解析】由题意知，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时才符合要求．

【点拨】根据振荡电路的频率公式进行分析，当周期变化时，电容值在根号下，不是成倍的增大和减小的．

变式训练2　要使LC振荡电路的周期变大，可采用的方法有（　　）

A．增大电容器初始带电荷量

B．线圈中插铁芯

C．增大电容器两极板正对面积

D．增大平行板电容器两极板间距离

【解析】由周期公式T＝2π

可知，T与q无关；

插入铁芯，L变大，T变大．由C＝

知，S增大，C增大，T增大；

而d增大，C减小，T减小．

【答案】BC

一、电磁振荡

在LC回路中，电磁振荡中的“电”可认为是电容器中的电荷量和电场能，“磁”可认为是线圈中的电流和磁场能，“电”和“磁”交替变化（周期性的变化）就是电磁振荡．电磁振荡是线圈的自感与电容器的充放电造成的．

二、阻尼振荡和无阻尼振荡

类似与机械振动中的阻尼振动和无阻尼振动．

三、影响电磁振荡的周期和频率的因素

1．根据公式T＝2π

可知，电磁振荡的周期由LC回路本身决定．具体说就是线圈自感系数L（包括：

线圈的匝数、有无铁芯及线圈截面积和长度）和电容器的电容C（包括：

两极正对面积S、两板间介电常数ε以及两板间距d）．

2．频率和周期互为倒数．

1．在LC振荡电路中，若某个时刻电容器的极板上的电荷量正在增加，则（　　）

A．电路中的电流正在增加

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

【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．

2．LC回路中电容器两极板间的电压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，电容器带电荷量不断增大

【解析】电压随时间变化的图象，完全与电荷量随时间变化的图象一致，电压最高时，电容器极板上的电荷量最大．

3．在LC振荡电路中，电容器一次放电时间长短决定于（　　）

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

【解析】电容器放电一次经历四分之一个周期，而周期T＝2π

，T是由振荡电路的电容C和电感L决定的，与电荷量等无关．

4．一个电容为C的电容器，充电至电压等于U以后，与电源断开并通过一个自感系数为L的线圈放电，从开始放电到第一次放电完毕的过程中（　　）

A．振荡电流一直在不断增大

B．振荡电流先增大后减小

C．通过电路的平均电流等于

D．磁场能一直在不断增大

【解析】题目中描述的过程为电容器的放电过程，电流和磁场能一直增大至放电结束，选项A、D正确，B选项错；

电容器最大贮存电荷量Q＝CU，放电时间t＝

＝

，故平均电流i＝

，故C选项对．

【答案】ACD

3.2　电磁场和电磁波

1．了解麦克斯韦电磁理论的主要观点．

2．知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性．

3．了解麦克斯韦电磁理论在物理学发展史上的意义．

重点内容：

麦克斯韦电磁场理论．

难点内容：

通过电磁波体会电磁场的物质性．

高考中考查麦克斯韦电磁场理论的理解，题型多为选择题．

学习本节内容，首先要对电磁场和电磁波的概念有一个了解，知道麦克斯韦电磁理论，麦克斯韦电磁理论是本节也是本章的知识核心．要认识到电磁波与其他波一样有波的共性，但与机械波又有区别，要分清它们的共性和特性．电磁波的内容比较抽象，要注意理论和实践相结合，这是学好本章内容的基础和前提．

1．麦克斯韦电磁理论

（1）变化的磁场能够在周围空间产生________，变化的电场能够在周围空间产生________．

（2）均匀变化的磁场产生________的电场，均匀变化的电场产生________的磁场．

2．电磁场

根据麦克斯韦电磁理论，如果周期性变化的电场在周围引起了周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又在周围引起了周期性变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场________产生，形成不可分割的________，称为电磁场．

3．电磁波

（1）变化的电磁场在空间的传播称为电磁波，电磁波在真空中的传播速度v＝________．

（2）根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场和磁场是相互________（填“垂直”或“平行”）的，而且二者均与电磁波的传播方向________（填“垂直”或“平行”）．因此电磁波是________（填“横波”或“纵波”）．

4．麦克斯韦理论在物理发展史上的意义

第一个预言电磁波的是________（填一国家名）物理学家麦克斯韦．麦克斯韦在法拉第等前人的基础上建立了完整的电磁场理论．

1．

（1）电场　磁场　

（2）稳定　稳定

2．交替　统一体

3．

（1）3×

108m/s　

（2）垂直　垂直　横波

4．英国

电磁感应现象的本质

在变化的磁场中闭合线框内会产生电流，这是什么现象？

又是什么力推动电荷做定向移动？

如果说在变化的磁场中没有闭合的线框又怎样？

变化的磁场中闭合线框内会产生电流是电磁感应现象．感应电流中电荷的定向移动是电场力作用造成的．如果变化的磁场中没有闭合的线框，电场（变化的磁场产生的电场）还是存在的，只是电场中没有电荷而已．

电磁场和电磁波

电磁场是否可以看成电场和磁场的叠加？

电磁波是不是电场和磁场在共同移动？

电磁场是周期性变化的电场和磁场相互交替形成的，是电场和磁场的统一体，电磁场中的电场和磁场是不可分割的．电磁波是变化的电场和磁场交替产生的电磁场由近及远地传播，并非电场和磁场的移动．

麦克斯韦的电磁场理论

现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感应电场使电子加速的设备，它的基本原理如图所示．上下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室内做圆周运动．电磁铁线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感应电场使电子加速，上图为侧视图，下图为真空室的俯视图．

（1）如果电磁铁中通过的电流大小、方向都不变，电子怎样运动？

（2）如果从上向下看，电子沿逆时针方向加速运动，电磁铁所产生的磁场方向是否一定是一个方向？

（3）当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电子移动方向如图所示，电磁铁中电流的大小应该怎样变化才能使电子加速？

（1）电子做匀速圆周运动．如果电磁铁中电流方向、大小都不变，则磁场为稳定的磁场，不会产生电场来驱动电子运动．

（2）电子沿逆时针方向加速，则磁场方向有两种可能，即向上增大或向下减小．

（3）电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反．本题中电子沿逆时针方向运动，所以电场方向沿顺时针方向．原磁场方向向上，根据楞次定律，磁场应该由弱变强．也就是说，为使电子加速，电磁铁中的电流应该由小变大．

主题4：

物理学家麦克斯韦

法拉第被称为19世纪最伟大的实验物理学家，而麦克斯韦则称为19世纪最伟大的理论物理学家，他把数学很好

地运用于物理学上，成就了他在电磁场理论和统计物理学方面的杰出贡献．

提到麦克斯韦就会联系到著名科学家牛顿，请你查阅相关资料，说说麦克斯韦与牛顿相同或能够相提并论的方面．

麦克斯韦与牛顿同是英国人，都在数学和物理学上取得了杰出贡献．科学史上，牛顿把天上和地上的运动规律统一起来是实现第一次大综合；

而麦克斯韦把电、磁统一起来是实现第二次大综合．因此麦克斯韦应与牛顿齐名.1873年麦克斯韦发表的《论电和磁》也被尊称为继牛顿《自然科学的数学原理》之后的又一部最重要的物理学经典著作．

一、电磁场理论

例1　当穿过闭合线管中的磁场随时间变化时，线圈上会产生感应电动势，我们称这个现象为电磁感应，如图所示．

①电流是电荷的定向运动形成的，电路（线圈）中的电荷为什么能够定向移动呢？

②若线圈被拿走，磁场仍然随时间变化时，它原来所处的空间有电场吗？

麦克斯韦关于电磁场的结论：

______________________________．

麦克斯韦根据电现象与磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的现象，提出了另一个大胆的假设：

__________________________________________________．

根据这两个基本论点，麦克斯韦推断：

__________________________．

【解析】电荷要想定向移动，需要将电荷放入电场中，当拿走电荷后，电场仍然存在．麦克斯韦的电磁学理论之一就是变化的磁场产生电场，根据这个推论，猜想出变化的电场可以产生磁场．

【答案】见解析

【点拨】根据实验事实进行总结，得出变化的磁场产生电场，根据事物的普遍联系规则，作出变化的电场产生磁场的假设．

变式训练1　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产生磁场

D．恒定电流周围存在着稳定的磁场

【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．

【答案】BD

二、电磁波的特点

例2　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

【解析】电磁波是电磁场传播形成的．在传播过程中电场的电场强度E和磁场的磁感应强度B的方向都与波的传播方向垂直，所以电磁波应为横波．故选项D错误．

【点拨】电磁波和机械波既有相同点，比如说它们都具有波的一些特征，能够产生干涉和衍射现象；

但是也有不同之处，譬如电磁波的传播不需要介质．

变式训练2　下列关于电磁波的叙述正确的是（　　）

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/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

【解析】A项考查电磁波的产生机理，A正确；

电磁波在真空中波速为3.0×

108m/s，在其他介质中波速都小于光速，其原因是频率不变，波长变短，故C对，B错；

电磁波具备波的一切特性，故D错．

【答案】AC

三、电磁场与电磁波

例3　如图所示的四种电场中，能产生电磁波的是（　　）

【解析】图A表示的电场，其函数为E＝E0，是一个稳定的电场，它不能产生磁场，也就不能产生电磁波；

图B和图C表示的电场，其函数分别为E＝kt＋E0，E＝kt，都是随时间均匀变化的，它们能在周围空间产生一个稳定的磁场，而这个稳定的磁场就不能再产生电场了，因此B、C不能产生电磁波；

图D表示的电场，其函数为E＝Emsinωt，是一个按正弦规律变化的电场，是一种周期性的振荡电场，所以它要在周围空间产生同频率的振荡磁场，这个振荡磁场又会在其周围空间产生同频率的振荡电场，这样就形成了一个不可分割的变化的电场和变化的磁场组成的统一体，它向空间传播时就形成了电磁波，所以D正确．

【点拨】能否产生电磁波，要看变化的电场和磁场是否能一直持续地再产生变化的磁场和电场，也就是说，所产生的磁场或电场必须是变化的，而不能是稳定的．

一、麦克斯韦的电磁场理论

对于麦克斯韦电磁场理论的内容不仅要知道“变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场”，而且要进一步知道：

均匀变化的磁场产生稳定的电场（稳定的电场不再产生磁场），均匀变化的电场产生稳定的磁场（稳定的磁场不再产生电场）；

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．

二、电磁场和电磁波

1．电磁场

变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场．

2．电磁波

（1）产生：

变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成了电磁波．

（2）电磁波的特点：

①电磁波的传播不需要介质；

②电磁波在真空中传播的速度为3×

108m/s，v＝

对电磁波适用；

③电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象．

（3）德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在．

1．某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是（　　）

A．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，根据麦克斯韦电磁理论，闭合回路中产生感应电流，是因为闭合回路中受到了电场力的作用，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，仍可用楞次定律判断，四指环绕方向即感应电场的方向，由此可知A、C正确．

2．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．所有电磁波在真空中传播速度都相等

【解析】电磁波的传播速率由频率和介质共同决定，A、B描述比较片面，A、B错误；

电磁波的速度与能量无关，C错；

所有电磁波在真空中传播速度都等于光速．

3．下列关于电磁场的说法正确的是（　　）

A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波

B．任何变化的电场周围一定有磁场

C．振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场

D．电磁波的理论在先，实践证明在后

【解析】麦克斯韦电磁场理论的含义是变化的电场可产生磁场，而变化的磁场能产生电场；

产生的场的形式由原来的场的变化率决定，可由原来场随时间变化的图线的切线斜率判断、确定．可见，均匀变化的电场的变化率恒定，产生不变的磁场，不能产生电磁波．

4．手机A的号码是12345670002，手机B的号码是12345670008.手机A拨手机B时，手机B发出响声且屏上显示A的号码“12345670002”，若将手机A置于一透明真空玻璃罩中，用手机B拨叫手机A，则玻璃罩外面的人发现手机A（　　）

A．发出响声，并显示B的号码“12345670008”

B．不发出响声，但显示B的号码“12345670008”

C．不发出响声，但显示A的号码“12345670002”

D．既不发出响声，也不显示号码

【解析】声波为机械波，传播需要介质，在真空中不能传播；

光波、手机发射的信号均为电磁波，传播不需要介质，介质、真空中均可传播，故用手机B拨叫手机A时，玻璃罩外的人能看到A手机显示的B手机号码，但听不到声音，故B正确．

【答案】B

3.3　电磁波谱　电磁波的应用

1．通过实例认识电磁波谱．

2．了解电磁波谱中各波段的主要特征在科技、经济和社会发展中的主要应用．

各种不同频率（波长）的电磁波的特点及应用．

各种不同电磁波的产生机理．

高考中对电磁波谱考查较少，且本部分以识记内容为主，一般不涉及较难的原理分析．不同频率的电磁波有不同的应用，要熟练记忆这些应用．

学习本节内容，首先是以麦克斯韦的电磁理论为基础，在此基础上掌握电磁波谱的排列顺序及不同电磁波的产生机理．由于红外线、紫外线、X射线、γ射线是本节考查的重点，所以对它们的性质、作用和应用要求重点掌握，由于不同性质决定它们在不同领域的重要应用，故可以用比较的方法记忆和掌握．

1．电磁波谱

将各种电磁波按波长由大到小的顺序排列起来，就构成了电磁波谱：

________、________、可见光、________、X射线、γ射线．

2．无线电波波长从________到________，无线电波主要用于________、________和电视等方面．

3．红外线是波长位于_____