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高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一节 电磁振动教课ppt课件
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这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一节 电磁振动教课ppt课件，共44页。PPT课件主要包含了×108ms，××√√等内容，欢迎下载使用。
必备知识·自主预习储备
[知识梳理]知识点一 振荡电流的产生1．电磁振荡电路的演变如图甲所示，一个电流计与一个闭合线圈连接，当一条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，电流计的指针会不断地摆动，这说明电路中产生了____和____都不断变化的电流。如果将电流计拿走，如图乙所示，当条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，电路断开处的A、B两点间仍存在__________，即A、B两点间仍存在变化的______。
振荡电路的演变：如果在A、B两点间接一个平行板电容器，如图丙所示，当条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，在两板之间的空间内就会产生____和____不断变化的____，即电容器在不断地进行____、____。
2．振荡电流(1)振荡电流：上述实验中产生的____和____都做周期性变化的电流。(2)振荡电路：能够产生________的电路。(3)LC振荡电路：_________和________组成的电路，LC振荡电路是一种最简单的振荡电路。
3．振荡电流的变化规律LC振荡电路产生的振荡电流是按____或____规律变化的。知识点二 电磁振荡中能量的转化在振荡电路产生振荡电流过程中，电容器极板上____、两极板间____、电路中____以及跟电荷有关的____、与电流有关的____都发生周期性变化的现象。在电磁振荡过程______和______相互转化。
知识点四 麦克斯韦电磁场理论的基本思想1．变化的磁场周围产生____是一种普遍存在的现象。2．变化的电场周围产生____是一种普遍存在的现象。总之，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______。知识点五 伟大的预言1．产生变化的____和变化的____交替产生，由近及远地向周围空间传播出去，就形成电磁波。
2．传播特点(1)电磁波中电场和磁场相互____，电磁波在与两者均____的方向传播。因此电磁波是__波。(2)电磁波的频率即为________的频率，它由____决定，与____无关。电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即c＝___________。(3)电磁波传播不需要借助于任何____，在真空中也能传播。光波的本质是______。
知识点六 赫兹实验1．原理图2．实验现象当发射器两球间有火花产生时，接收器两球间也有火花产生。
3．现象分析：火花在A、B间来回跳动时，在周围空间建立了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。4．实验结论：赫兹证实了______的存在。5．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。
[基础自测]1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场。( )(2)均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场。( )(3)周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场。( )(4)放电时，由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大。( )(5)放电时，电容器两极板间的电场能逐渐转化为线圈的磁场能。( )(6)振荡电流最大时，放电完毕。( )
2．(2022·吉林辽源田家炳高级中学校高二期末)关于电磁波，下列说法正确的是( )A．在真空中，频率越高的电磁波速度越大B．在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大C．电磁波由真空进入介质，速度变小，波长也变小，而频率不变D．只要发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波立即消失C [在真空中，所有电磁波的传播速度都相同，与频率、能量无关，故A、B错误；电磁波的频率由波源决定，电磁波由真空进入介质，频率不变，而波速减小，波长减小，故C正确；当发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波不会立即消失，还会在空间继续传播，直到能量消耗殆尽，故D错误。]
3．关于LC振荡电路中的振荡电流，下列说法正确的是( )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为电场能D．振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能D [振荡电流最大时，处于电容器放电结束瞬间，电场强度为零，A错误；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，电流变化率最大，线圈中自感电动势最大，B错误；振荡电流增大时，电容器中的电场能转化为磁场能，C错误；振荡电流减小时，线圈中的磁场能转化为电场能，D正确。]
关键能力·情境探究达成
考点1 电磁振荡过程分析
考点2 电磁振荡的周期和频率
考点3 对麦克斯韦电磁场理论和电磁场的理解
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，从此时起，电容器通过线圈放电，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？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？当线圈中的电流减小时，是否会对电容器充电？此时线圈中的磁场能转化为什么形式的能？
提示：线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化，电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能；线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。
考点1 电磁振荡过程分析1．用图像对应分析i、q的变化关系
2．板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图像(充电时)u、EE规律与q-t图像相对应；EB规律与i-t图像相对应。
3．分类分析(1)同步关系。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↑)
【典例1】 (多选)LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，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BCD [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正确，A错误；(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正确，由楞次定律可判定D正确。]
电磁振荡状态分析的三点注意(1)判断电容器是充电还是放电，一般依据电流的方向，电流由正极板流出为放电，向正极板流入为充电。(2)判断电场能和磁场能的转化要依据电流的增减或极板上电量的增减。(3)自感电动势的作用是阻碍电流的增大还是阻碍电流的减小，可依据放电电流不断增大，充电电流不断减小来判断。
【典例2】 (多选)在LC回路中，电容器充电后向线圈放电发生电磁振荡时，若将电容器两板间距离增大，则振荡过程中( )A．电容器两板间最大电压变大B．振荡电流的最大值变大C．振荡电流的频率变大D．电容器所带电荷量最大值变大
考点3 对麦克斯韦电磁场理论和电磁场的理解1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．对电磁场的理解(1)电磁场的产生：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，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场一环套一环，如图所示。(2)电磁场并非简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可分割的统一整体。在电磁场示意图中，电场E矢量和磁场B矢量在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播。
【典例3】 (多选)关于电磁场的理论，下列说法正确的是( )A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B．变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的C．均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的D．振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场BD [变化的电场产生磁场有两层含义：①均匀变化的电场产生恒定的磁场；②非均匀变化的电场产生变化的磁场。振荡的电场产生同频率的振荡的磁场。均匀变化的磁场产生恒定的电场，故B、D正确，A、C错误。]
麦克斯韦电磁场理论的两大支柱变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。需要着重对以下两点加以理解：(1)均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场。(2)不均匀变化的磁场周围产生变化的电场，不均匀变化的电场周围产生变化的磁场。
[跟进训练]3．某电路中电场随时间变化的图像如图所示，能发射电磁波的电场是( )
D [由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定的电场时(如题图A)，由于其不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场时(如题图B、C)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会再在较远处激发起电场，故也不会产生电磁波；只有周期性变化的电场(如题图D)，才会激发出周期性变化的磁场，其又激发出周期性变化的电场……，如此不断激发，便会形成电磁波。]
学习效果·随堂评估自测
1．建立了完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是( )A．法拉第 B．奥斯特C．赫兹 D．麦克斯韦D [麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，选项D正确。]
2．(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述正确的是( )A．教室中正在发光的日光灯周围空间必有磁场和电场B．工作时打点计时器周围必有磁场和电场C．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场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相互垂直ABD [教室中正在发光的日光灯、工作的打点计时器，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C错误；电磁波是横波，传播过程中电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确。]
3．(多选)(2022·山东临沂高二期末)如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图乙所示，若把通过P点向右规定为电流的正方向，则( )A．0.5～1 ms内，Q点比P点电势低B．1～1.5 ms内，电容器C正在放电C．0.5～1 ms内，电场能正在增加D．增大电容器C的电容值该电路振荡频率将变大
BC [由题图乙知0.5～1 ms内电流在减小，电容器正在充电，经过P点电流方向右，线圈相当于电源，Q点比P点电势高，磁场能在减小，电场能正在增加，C正确，A错误；1～1.5 ms内电流增大，为放电过程，磁场能在增加，电场能正在减小，B正确；增大电容器C的电容值该电路振荡频率将变小，D错误。]
4．如图所示，L是不计电阻的电感线圈，C是电容器，闭合开关，待电路达到稳定状态后，再断开开关，LC电路中将产生电磁振荡。如果规定自感线圈L中的电流方向从a到b为正，断开开关的时刻为t＝0，图中能够正确表示自感线圈L中的电流随时间变化规律的是( )
B [开关闭合时，电流从a流向b稳定后，L中电流达到正向最大。当断开开关后，自感线圈与电容器构成振荡电路，随后形成振荡电流，根据振荡电流的规律，可知选项B正确。]
必备知识·自主预习储备
[知识梳理]知识点一 振荡电流的产生1．电磁振荡电路的演变如图甲所示，一个电流计与一个闭合线圈连接，当一条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，电流计的指针会不断地摆动，这说明电路中产生了____和____都不断变化的电流。如果将电流计拿走，如图乙所示，当条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，电路断开处的A、B两点间仍存在__________，即A、B两点间仍存在变化的______。
振荡电路的演变：如果在A、B两点间接一个平行板电容器，如图丙所示，当条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，在两板之间的空间内就会产生____和____不断变化的____，即电容器在不断地进行____、____。
2．振荡电流(1)振荡电流：上述实验中产生的____和____都做周期性变化的电流。(2)振荡电路：能够产生________的电路。(3)LC振荡电路：_________和________组成的电路，LC振荡电路是一种最简单的振荡电路。
3．振荡电流的变化规律LC振荡电路产生的振荡电流是按____或____规律变化的。知识点二 电磁振荡中能量的转化在振荡电路产生振荡电流过程中，电容器极板上____、两极板间____、电路中____以及跟电荷有关的____、与电流有关的____都发生周期性变化的现象。在电磁振荡过程______和______相互转化。
知识点四 麦克斯韦电磁场理论的基本思想1．变化的磁场周围产生____是一种普遍存在的现象。2．变化的电场周围产生____是一种普遍存在的现象。总之，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______。知识点五 伟大的预言1．产生变化的____和变化的____交替产生，由近及远地向周围空间传播出去，就形成电磁波。
2．传播特点(1)电磁波中电场和磁场相互____，电磁波在与两者均____的方向传播。因此电磁波是__波。(2)电磁波的频率即为________的频率，它由____决定，与____无关。电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即c＝___________。(3)电磁波传播不需要借助于任何____，在真空中也能传播。光波的本质是______。
知识点六 赫兹实验1．原理图2．实验现象当发射器两球间有火花产生时，接收器两球间也有火花产生。
3．现象分析：火花在A、B间来回跳动时，在周围空间建立了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。4．实验结论：赫兹证实了______的存在。5．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。
[基础自测]1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场。( )(2)均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场。( )(3)周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场。( )(4)放电时，由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大。( )(5)放电时，电容器两极板间的电场能逐渐转化为线圈的磁场能。( )(6)振荡电流最大时，放电完毕。( )
2．(2022·吉林辽源田家炳高级中学校高二期末)关于电磁波，下列说法正确的是( )A．在真空中，频率越高的电磁波速度越大B．在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大C．电磁波由真空进入介质，速度变小，波长也变小，而频率不变D．只要发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波立即消失C [在真空中，所有电磁波的传播速度都相同，与频率、能量无关，故A、B错误；电磁波的频率由波源决定，电磁波由真空进入介质，频率不变，而波速减小，波长减小，故C正确；当发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波不会立即消失，还会在空间继续传播，直到能量消耗殆尽，故D错误。]
3．关于LC振荡电路中的振荡电流，下列说法正确的是( )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为电场能D．振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能D [振荡电流最大时，处于电容器放电结束瞬间，电场强度为零，A错误；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，电流变化率最大，线圈中自感电动势最大，B错误；振荡电流增大时，电容器中的电场能转化为磁场能，C错误；振荡电流减小时，线圈中的磁场能转化为电场能，D正确。]
关键能力·情境探究达成
考点1 电磁振荡过程分析
考点2 电磁振荡的周期和频率
考点3 对麦克斯韦电磁场理论和电磁场的理解
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，从此时起，电容器通过线圈放电，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？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？当线圈中的电流减小时，是否会对电容器充电？此时线圈中的磁场能转化为什么形式的能？
提示：线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化，电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能；线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。
考点1 电磁振荡过程分析1．用图像对应分析i、q的变化关系
2．板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图像(充电时)u、EE规律与q-t图像相对应；EB规律与i-t图像相对应。
3．分类分析(1)同步关系。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↑)
【典例1】 (多选)LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，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BCD [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正确，A错误；(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正确，由楞次定律可判定D正确。]
电磁振荡状态分析的三点注意(1)判断电容器是充电还是放电，一般依据电流的方向，电流由正极板流出为放电，向正极板流入为充电。(2)判断电场能和磁场能的转化要依据电流的增减或极板上电量的增减。(3)自感电动势的作用是阻碍电流的增大还是阻碍电流的减小，可依据放电电流不断增大，充电电流不断减小来判断。
【典例2】 (多选)在LC回路中，电容器充电后向线圈放电发生电磁振荡时，若将电容器两板间距离增大，则振荡过程中( )A．电容器两板间最大电压变大B．振荡电流的最大值变大C．振荡电流的频率变大D．电容器所带电荷量最大值变大
考点3 对麦克斯韦电磁场理论和电磁场的理解1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．对电磁场的理解(1)电磁场的产生：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，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场一环套一环，如图所示。(2)电磁场并非简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可分割的统一整体。在电磁场示意图中，电场E矢量和磁场B矢量在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播。
【典例3】 (多选)关于电磁场的理论，下列说法正确的是( )A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B．变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的C．均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的D．振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场BD [变化的电场产生磁场有两层含义：①均匀变化的电场产生恒定的磁场；②非均匀变化的电场产生变化的磁场。振荡的电场产生同频率的振荡的磁场。均匀变化的磁场产生恒定的电场，故B、D正确，A、C错误。]
麦克斯韦电磁场理论的两大支柱变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。需要着重对以下两点加以理解：(1)均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场。(2)不均匀变化的磁场周围产生变化的电场，不均匀变化的电场周围产生变化的磁场。
[跟进训练]3．某电路中电场随时间变化的图像如图所示，能发射电磁波的电场是( )
D [由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定的电场时(如题图A)，由于其不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场时(如题图B、C)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会再在较远处激发起电场，故也不会产生电磁波；只有周期性变化的电场(如题图D)，才会激发出周期性变化的磁场，其又激发出周期性变化的电场……，如此不断激发，便会形成电磁波。]
学习效果·随堂评估自测
1．建立了完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是( )A．法拉第 B．奥斯特C．赫兹 D．麦克斯韦D [麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，选项D正确。]
2．(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述正确的是( )A．教室中正在发光的日光灯周围空间必有磁场和电场B．工作时打点计时器周围必有磁场和电场C．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场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相互垂直ABD [教室中正在发光的日光灯、工作的打点计时器，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C错误；电磁波是横波，传播过程中电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确。]
3．(多选)(2022·山东临沂高二期末)如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图乙所示，若把通过P点向右规定为电流的正方向，则( )A．0.5～1 ms内，Q点比P点电势低B．1～1.5 ms内，电容器C正在放电C．0.5～1 ms内，电场能正在增加D．增大电容器C的电容值该电路振荡频率将变大
BC [由题图乙知0.5～1 ms内电流在减小，电容器正在充电，经过P点电流方向右，线圈相当于电源，Q点比P点电势高，磁场能在减小，电场能正在增加，C正确，A错误；1～1.5 ms内电流增大，为放电过程，磁场能在增加，电场能正在减小，B正确；增大电容器C的电容值该电路振荡频率将变小，D错误。]
4．如图所示，L是不计电阻的电感线圈，C是电容器，闭合开关，待电路达到稳定状态后，再断开开关，LC电路中将产生电磁振荡。如果规定自感线圈L中的电流方向从a到b为正，断开开关的时刻为t＝0，图中能够正确表示自感线圈L中的电流随时间变化规律的是( )
B [开关闭合时，电流从a流向b稳定后，L中电流达到正向最大。当断开开关后，自感线圈与电容器构成振荡电路，随后形成振荡电流，根据振荡电流的规律，可知选项B正确。]
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