高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第四章 电磁振荡与电磁波2 电磁场与电磁波学案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第四章 电磁振荡与电磁波2 电磁场与电磁波学案设计，共4页。学案主要包含了情景导入，学习目标，例题精讲等内容，欢迎下载使用。

第一节 电磁振荡 第二节 电磁场与电磁波
【情景导入】
水波是由机械振动形成的。一颗小石子投入水面会激起一阵涟漪，但是要形成持续的水波，则需要不断地击打水面。电视、广播接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？
电磁震荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形成辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的呢？
【学习目标】
1、了解电磁振荡概念，知道什么是振荡电流和LC振荡电路，理解振荡电流产生的过程和能量转化情况．
2、知道什么是电磁振荡的周期和频率，知道LC电路的周期和频率公式．
3、理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点，了解电磁场与电磁波的联系和区别以及电磁波的特点
4、了解赫兹实验的原理及意义..
【教材阅读知识提纲与填空】
一、电磁振荡的产生
1．振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流．
2．振荡电路：能产生振荡电流的电路．由电感线圈L和电容器C所组成的电路就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路(如图所示)．
3．振荡过程
(1)放电过程：开关抛向线圈一侧的瞬间，电路中没有电流，电容器两极板上的电荷最多．电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由0逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少.放电完毕时，放电电流达到最大值，电容器极板上没有电荷．
(2)充电过程：电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为0，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小．由于电流继续流动，电容器充电，电容器两极板带上与原来相反的电荷，并且电荷逐渐增多，充电完毕瞬间，电流减小为0，电容器极板上的电荷最多.
4．电磁振荡
在LC振荡电路中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性变化的现象．
二、电磁振荡中的能量变化
1．电容器放电过程：电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能，放电完毕瞬间，电场能全部转化为磁场能.
2．电容器充电过程：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，充电完毕瞬间，磁场能全部转化为电场能.
3．实际的LC振荡电路能量：电路中有电阻，电路中总有一部分能量转化为内能，另外还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去．
三、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．
2．频率：电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比．
3．周期和频率公式：T＝2πeq \r(LC)，f＝eq \f(1,2π\r(LC)) .
4．固有周期和固有频率：如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响时的周期和频率．
四、电磁场与电磁波
1．电磁场
(1)麦克斯韦两个观点
①变化的磁场产生电场(如图所示)．
②变化的电场产生磁场(如图所示)．
(2)电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系着，形成不可分割的统一的电磁场.
2．电磁波
(1)电磁波的产生：变化的电场和磁场在较远的空间引起新的变化的电场和磁场，这样变化的电场和磁场由近及远向周围传播，形成了电磁波．
(2)电磁波的特点：
①电磁波在空间传播不需要介质，电磁波的速度等于光速c.
②电磁波的电场强度E与磁感应强度B相互垂直.
(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象．
3．赫兹的实验
(1)赫兹实验装置(如图所示)．
(2)实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花．
(3)现象分析：当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现了迅速变化的电磁场.这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播．当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙中也产生了火花．
(4)实验结论：赫兹证实了电磁波的存在．
【例题精讲】
例1、(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则( ABC )
A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a
B．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
例2、(多选)以下关于机械波与电磁波的说法正确的是( BCD )
A．机械波与电磁波，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
例3、如图所示的振荡电路中，自感系数L＝300 μH，电容C的范围为25～270 pF，求：
(1)振荡电流的频率范围；
(2)若自感系数L＝10 mH，要产生周期T＝0.02 s的振荡电流，应配置多大的电容？
解析 (1)由f＝eq \f(1,2π\r(LC)) 得：
fmax＝eq \f(1,2π×\r(300×10－6×25×10－12)) Hz≈1.8×106 Hz
fmin＝eq \f(1,2π×\r(300×10－6×270×10－12)) Hz≈0.56×106 Hz 所以频率范围为0.56×106～1.8×106 Hz.
(2)由T＝2πeq \r(LC) 得：
C＝eq \f(T2,4π2L)＝eq \f(0.022,4π2×10×10－3) F＝10－3 F. 答案 (1)0.56×106～1.8×106 Hz (2)10－3 F
【练习】
1、某时刻LC振荡电路的状态如图所示，则此时刻( AD )
A．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变化
D．磁场能正在向电场能变化
2、(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q为正值表示a极板带正电)( BC )
3、(多选)要增大如图所示振荡电路的频率，下列说法中正确的是( BD )
A．减少电容器的带电荷量
B．将开关S从“1”位置拨到“2”位置
C．在线圈中插入磁铁棒芯
D．将电容器的动片旋出些
4、(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是( ABD )
A．教室中开亮的日光灯周围空间必有磁场和电场
B．工作时打点计时器必有磁场和电场
C．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场激发稳定的电场
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
5、(多选)电磁波与声波比较，下列说法正确的是( ABC )
A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质
B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大
C．由空气进入水中时，电磁波波长变短，声波波长变长
D．由空气进入水中时，电磁波波长变长，声波波长变短