【课堂新坐标】2016-2017学年高中物理 第3章 电磁波 第1节 电磁波的产生教师用书 鲁科版选修3-4

【课堂新坐标】2016-2017学年高中物理 第3章 电磁波 第1节 电磁波的产生教师用书 鲁科版选修3-4 第1节 电磁波的产生 电 磁 振 荡 [先填空] 1(振荡电流 方向都周期性变化的电流( 大小和 2(振荡电路 产生振荡电流的电路(基本的振荡电路为LC振荡电路( 3(电磁振荡的周期和频率 (1)一次全振荡:发生电磁振荡时，通过电路中某一点的电流，由某方向的最大值再恢 复到同方向的最大值，就完成了一次全振荡( (2)电磁振荡的周期T:完成一次全振荡的时间( (3)电磁振荡的频率f:在1 s内完成全振荡的次数( (4)LC电路的周期(频率): 1T,2π LC，f,，其中:周期T、频率f、自感系数L、电容C的单位分别是 2πLC 秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)( [再判断] 1(放电时，由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大((?) 2(振荡电流的大小变化，方向不变((×) 3(改变LC电路中的自感系数或电容就能改变振荡电路的周期((?) [后思考] LC振荡电路在充电过程中极板上的电荷量逐渐增加，充电电流如何变化, 1 【提示】 随电容器上充电电荷的增多，充电电流逐渐减小( [核心点击] 1(各物理量变化情况一览表 时刻 工作 q E i B 能量 (时间) 过程 放电 Tq0―? ―?0 E―?0 0―?i 0―?B E―?E mmmm电磁4过程 充电 TT0―?q 0―?E i―?0 B―?0 E―?E mmmm磁电―?42过程 放电 TT3q―?0 E―?0 0―?i 0―?B E―?E mmmm电磁―?24过程 充电 3T―?T 0―?q 0―?E i―?0 B―?0 E―?E mmmm磁电4过程 2.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图象 (a)以逆时针方向电流为正 (b)图中q为上极板的电荷量 图3?1?1 1.LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图3?1?2所示，则( ) 2 图3?1?2 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，则电场能正在减小，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 E(若电容器放电，则磁场能转化为电场能 【解析】 若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a，电场能增大，上极板带负电，故选项A、B正确;若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误;若电容器放电，则电场能转化为磁场能，E错误( 【答案】 ABC 2(在如图3?1?3所示振荡电流的图象中，表示电容器充电过程的有______;线圈中有最大电流的点是_______;电场能转化为磁场能的过程有_______. 【导学号:78510031】 图3?1?3 【解析】 根据i?t图象，充电过程有a―?b、c―?d、e―?f，线圈中有最大电流的点是a、c、e，电场能转化为磁场能的过程有b―?c、d―?e. 【答案】 a―?b、c―?d、e―?f a、c、e b―?c、d―?e 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:当电容器的带电量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( 麦 克 斯 韦 的 预 言 与 赫 兹 的 实 验 [先填空] 3 1(麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场周围会产生电场 麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场——涡旋电场，不管有无闭合电路， 变化的磁场激发的涡旋电场总是存在的，如图3?1?4所示( 变化的磁场周围产生涡旋电场 图3?1?4 (2)变化的电场周围会产生磁场 麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在 其周围产生涡旋磁场( 2(麦克斯韦的预言 频率的电磁波，并且它们都以光速在空间传播，光只不过是人眼可自然界存在许多不同 以看得见的，频率范围很小的电磁波( 3(赫兹的实验 (1)赫兹实验原理图(如图3?1?5)所示: 图3?1?5 (2)赫兹证实了电磁波的存在( [再判断] 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((?) [后思考] 变化的磁场一定产生变化的电场吗, 【提示】 不一定(均匀变化的磁场一定产生恒定的电场( 4 [核心点击] 1(对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 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 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3?1?6所示( 图3?1?6 (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 矢量和磁场矢量，在空间相互激发时，相互垂直，以光速在空间磁场示意图中，电场EBc传播( 3(根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是( ) 【导学号:78510032】 A(教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场 B(工作时的电磁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相互垂直 E(均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 【解析】 教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器用的振荡电流，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，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确(均匀变化的电场周围会产生恒定不变的磁场，E错误( 【答案】 ABD 4(如图3?1?7所示，在变化的磁场中放置一个闭合线圈( 5 图3?1?7 (1)你能观察到什么现象, (2)这种现象说明了什么, 【解析】 (1)灵敏电流计的指针发生偏转，有电流产生( (2)变化的磁场产生了电场，使闭合线圈的自由电荷发生了定向运动而形成了电流( 【答案】 见解析 理解麦克斯韦电磁场理论 1(恒定电场(磁场)?不产生磁场(电场)( 2(均匀变化电场(磁场)?恒定磁场(电场)( 3(非均匀变化电场(磁场)?变化磁场(电场)( 4(周期性变化电场(磁场)?同频率磁场(电场)( 学业分层测评(八) (建议用时:45分钟) [学业达标] 1(在电磁学发展过程中，许多科学家做出了贡献(下列说法正确的是 ( ) A(奥斯特发现了电流磁效应;法拉第发现了电磁感应现象 B(麦克斯韦预言了电磁波;楞次用实验证实了电磁波的存在 C(库仑发现了点电荷的相互作用规律;密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值 D(安培发现了磁场对运动电荷的作用规律;洛仑兹发现了磁场对电流的作用规律 E(赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性 【解析】 由物理学史知识可知，电流的磁效应是奥斯特发现的，电磁感应现象是法拉 第发现的，赫兹证实了电磁波的存在，安培发现了磁场对电流的作用，洛伦兹发现了磁场对 运动电荷的作用，赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，A、C、E正确( 【答案】 ACE 2. 图3?1?8 6 如图3?1?8所示为LC振荡电路中电容器极板上的电量q随时间t变化的图象，由图可知( ) A(t时刻，电路中的磁场能最小 1 B(从t到t电路中的电流值不断减小 12 C到电容器不断充电 (从tt23 D(在t时刻，电容器的电场能最小 4 E(从t到t电路中的磁场能转化为电场能 34 【解析】 由图可知，t时刻电容器极板上的电量q最大，此时刚刚充电完毕，故电路1 中的磁场能最小，选项A正确;从t到t，电容器放电，电路中的电流从0增加到最大值，12 故选项B错误;从t到t，电容器的电荷量不断增加，故电容器在不断充电，选项C正确;23 t时刻放电刚刚结束，电容器的电场能最小，故选项D正确(从t到t电路中电场能转化434 为磁场能，E错误( 【答案】 ACD 3(按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是( ) A(恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场 B(变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场 C(均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场 D(均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场 E(周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场 【解析】 麦克斯韦电磁场理论的核心内容是:变化的电场产生磁场;变化的磁场产生电场(对此理论全面正确理解为:不变化的电场周围不产生磁场;变化的电场可以产生变化的磁场，也可产生不变化的磁场;均匀变化的电场产生稳定的磁场;周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场(由变化的磁场产生电场的规律与上相似(由此可知，选项B、D、E正确( 【答案】 BDE 4(某时刻LC振荡电路的状态如图3?1?9所示，则此时刻( ) 【导学号:78510033】 图3?1?9 7 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转化 D(磁场能正在向电场能转化 E(电容器极板上的电荷在增加 【解析】 解决问题的关键是根据电容器的两极板的带电情况和电流方向，判定出电容器正处于充电过程(由电磁振荡的规律可知:电容器充电过程中，电流逐渐减小，电场能逐渐增大，磁场能逐渐减小，即磁场能正向电场能转化，故应选择A、D、E. 【答案】 ADE 5(在LC回路产生电磁振荡的过程中，下列说法正确的是( ) A(电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小 B(电容器充电完毕时刻回路中磁场能最小 C(回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大 D(电容器极板上电荷量最多时，电场能最大 E(回路中电流值最小时刻，电场能最小 【解析】 电荷量、电场强度、电场能、电压是同步量;而电流、磁场、磁场能是同步量( 【答案】 BCD 6(如图3?1?10甲所示，在LC振荡电路中，通过P点的电流变化规律如图3?1?10乙所示，且把通过P点向右的方向规定为电流i的正方向，则( ) 甲 乙 图3?1?10 A(0.5 s到1 s时间内，电容器C在放电 B(0.5 s至1 s时间内，电容器C的上极板带正电 C(1 s至1.5 s时间内，Q点的电势比P的电势高 D(1 s至1.5 s时间内，电场能正在转变成磁场能 E(t,1 s时电路中电场能最大而磁场能最小 【解析】 0.5 s至1 s时间内，振荡电流是充电电流，充电电流是由负极板流向正极板;1 s至1.5 s时间内，振荡电流是放电电流，放电电流是由正极板流向负极板，由于电流为负值，所以由Q流向P，t,1 s时电流为零，电路中电场能最大，磁场能最小，C、D、 8 E正确( 【答案】 CDE 7(在LC振荡电路中，电容器上的带电量从最大值变化到零所需的最短时间是________( 【解析】 LC振荡电路的周期T,2πLC，其电容器上的带电量从最大值变化到零的 Tπ最短时间t,t,LC. ，所以42 π【答案】 LC 2 8(如图3?1?11所示为LC振荡电路中振荡电流随时间变化的图象，由图可知，在OA时间内________能转化为________能，在AB时间内电容器处于________(选填“充电”或“放电”)过程，在时刻C，电容器带电荷量________(选填“为零”或“最大”)( 图3?1?11 【解析】 由题图可知，振荡电流随时间按正弦规律变化(在OA时间内电流增大，电 时间内电流减小，电容器正在充电(在时容器正在放电，电场能逐渐转化为磁场能(在AB 刻C电流最大，为电容器放电完毕的瞬间，带电荷量为零( 【答案】 电场 磁场 充电 为零 [能力提升] 9(如图3?1?12所示为理想LC振荡回路，此时刻电容器极板间的场强方向和线圈中的磁场方向如图(下列说法正确的是( ) 图3?1?12 【导学号:78510034】 A(如图所示的时刻电容器正在放电 B(如图所示的时刻电流正在减小 C(电路中的磁场能在减少 D(电容器两端的电压在增加 E(电容器两端的电压在减少 【解析】 由电场方向可知电容器上极板带正电，由线圈中的电流方向可知电路中电流方向为逆时针(结合以上两点可知电容器在充电，电路中的电流正在减小磁场能在减少，电容器两端的电压在增加，故B、C、D正确，A、E错误( 9 【答案】 BCD 10(某空间出现了如图3?1?13所示的一组闭合的电场线，这可能是沿AB方向磁场在迅速________，或沿BA方向磁场在迅速________( 图3?1?13 【解析】 根据电磁感应理论，闭合电路中磁通量变化时，使闭合电路中产生感应电流，该电流可用楞次定律判断，其中感应电流的方向和电场线方向一致(根据麦克斯韦电磁场理论(闭合电路中产生感应电流，是因为闭合电路中电荷受到了电场力作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合电路无关，故空间内磁场变化产生的电场方向，仍可用楞次定律判断( 【答案】 减弱 增强 11.如图3?1?14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: 图3?1?14 (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, 1【解析】 (1)由f,得: 2πLC 16f, Hz,1.8×10 Hz max,6,122π×300×10×25×10 16f, Hz,0.56×10 Hz min,6,122π×300×10×270×10 所以频率范围为 660(56×10,1.8×10 Hz. (2)由T,2πLC得: 22T0.02,3C,, F,10 F. 22,34πL4π×10×10 66【答案】 (1)0.56×10,1.8×10 Hz ,3(2)10 F 12. 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 里有一水平放置的平行板电容器，知道其电容C,1 μF，在两板带有一定电 10 荷时，发现一粉尘恰好静止在两板间，手上还有一个自感系数L,0.1 mH的电感器，现连成如图3?1?15所示电路，试 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 以下两个问题: 图3?1?15 ,5(1)从S闭合时开始计时，经过π×10 s时，电容器内粉尘的加速度大小是多少, (2)当粉尘的加速度为多大时，线圈中电流最大, 【解析】 (1)电容器内带电粉尘恰好静止，说明电场力方向向上，且F,mg，闭合S电 T,5,5后，L、C构成LC振荡电路，T,2πLC,2π×10 s，经,π×10 s时，电容器间的2 F，mg电场强反向，电场力的大小不变，方向竖直向下，由牛顿第二定律得:a,,2g.(2)线m mg圈中电流最大时，电容器两极间的场强为零，由牛顿第二定律可得:a,,g，方向竖直向m下( 【答案】 (1)2 (2) gg 11