2017年高中物理 第3章 電磁場與電磁波學(xué)案 滬科版選修3-4

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1、 第3章 電磁場與電磁波 一、麥克斯韋的電磁場理論 1．兩個基本論點 (1)變化的磁場產(chǎn)生電場，可從以下三個方面理解： ①恒定的磁場不產(chǎn)生電場 ②均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場 ③周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場 (2)變化的電場產(chǎn)生磁場，也可從以下三個方面理解： ①恒定的電場不產(chǎn)生磁場 ②均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場 ③周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場 2．感應(yīng)電場方向的判定 變化的磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電場的方向，與存在閉合回路時產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向是相同的． 例1　關(guān)于麥克斯韋的電磁場理論，下列說法正確的是(　　) A．穩(wěn)定的電場產(chǎn)

2、生穩(wěn)定的磁場 B．均勻變化的電場產(chǎn)生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場 C．變化的電場產(chǎn)生的磁場一定是變化的 D．振蕩的電場周圍空間產(chǎn)生的磁場也是振蕩的 解析　麥克斯韋的電磁場理論要點是：變化的磁場(電場)要在周圍空間產(chǎn)生電場(磁場)，若磁場(電場)的變化是均勻的，產(chǎn)生的電場(磁場)是穩(wěn)定的，若磁場(電場)的變化是振蕩的，產(chǎn)生的電場(磁場)也是振蕩的，由此可判定正確答案為D項． 答案　D 二、LC回路的電磁振蕩規(guī)律 1．兩個過程 電磁振蕩過程按電容器的電荷量變化可分為充、放電過程，如圖1所示． 圖1 (1)充電 當(dāng)電容器的電荷量增加時為充電過程，這個過程

3、電路中的電流減?。? (2)放電 當(dāng)電容器的電荷量減小時為放電過程，這個過程電路中的電流增加． 注意：在任意兩個過程的分界點對應(yīng)的時刻，各物理量取特殊值(零或最大值)． 2．兩類物理量 一類是與電場有關(guān)的物理量，一類是與磁場有關(guān)的物理量． (1)電流i，它決定了磁場能的大?。袷庪娏鱥在電感線圈中形成磁場，因此，線圈中的磁感應(yīng)強度B、磁通量Φ和磁場能E磁具有與之相同的變化規(guī)律． (2)電荷量q，它決定了電場能的大小．電容器兩極板間的電壓U、電場強E、電場能E電、線圈的自感電動勢E具有與之相同的變化規(guī)律． 注意：電流i和電荷量q的變化不同步，規(guī)律如圖1所示． 例2　如圖2所示的電

4、路中，電容器的電容為C，電感線圈的自感為L，線圈的電阻忽略不計，原來開關(guān)S閉合，現(xiàn)從開關(guān)S斷開的瞬間開始計時，下列說法正確的是(　　) 圖2 A．t＝0時刻，電容器的左板帶負電，右板帶正電 B．t＝時刻，線圈L的感應(yīng)電動勢最大 C．t＝π時刻，通過線圈L的電流最大，方向向左 D．t＝π時刻，電容器C兩極板間電壓最大 解析　沒斷開開關(guān)前，線圈與R串聯(lián)，由于線圈的電阻不計，所以線圈兩端的電壓為零，電容器兩極板上電荷量為零．此時通過線圈的電流自右向左；當(dāng)斷開開關(guān)時，開始給電容器充電，電流逐漸減小，經(jīng)過個周期(t＝時刻)，充電電流減小到最小，此時電容器上電荷量最多(左板帶正電，右板帶負

5、電)，線圈L的感應(yīng)電動勢最大．故選項A錯，B正確．隨后電容器放電，再經(jīng)過T(即t＝π時刻)放電完畢，電流達到最大，從左向右通過線圈，故選項C錯誤．隨后再充電，經(jīng)過T(即t＝π時刻)，充電完畢，此時電容器上電荷量最多，兩極板間電壓最大，故選項D正確． 答案　BD 三、電磁波的傳播特點及應(yīng)用 1．電磁波譜 無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線(X射線)、γ射線等合起來，便構(gòu)成了范圍非常廣闊的電磁波譜． 2．各種不同的電磁波既有共性，又有個性 (1)共性：它們在本質(zhì)上都是電磁波，它們的行為服從相同的規(guī)律，都滿足公式v＝fλ，它們在真空中的傳播速度都是c＝3.0×108 m/s，它們

6、的傳播都不需要介質(zhì)，各波段之間的區(qū)別并沒有絕對的意義． (2)個性：不同電磁波的頻率或波長不同，表現(xiàn)出不同的特性．波長越長越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長越短觀察干涉、衍射現(xiàn)象越困難．正是這些不同的特性決定了它們不同的用途． 例3　下列有關(guān)電磁波的說法中正確的是(　　) A．電磁波譜中最難發(fā)生衍射的是無線電波 B．電磁波譜中最難發(fā)生衍射的是γ射線 C．頻率大于可見光的電磁波表現(xiàn)為沿直線傳播 D．雷達用的是微波，因為微波傳播的直線性好 解析　波長越長，越容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，在電磁波中，無線電波波長最長，γ射線的波長最短，故選項A錯誤，B正確；波長越短，頻率越大的電磁波，其衍射現(xiàn)象越不明

7、顯，傳播的直線性越好，遇到障礙物反射性越好，故C、D正確． 答案　BCD 四、電磁波和機械波的比較 電磁波和機械波都是波，但又各有自己的特點，如能正確比較電磁波和機械波的異同，就能全面、透徹理解這兩個知識點． 1．電磁波和機械波的共同點 (1)二者都能產(chǎn)生干涉和衍射； (2)介質(zhì)決定二者的傳播速度； (3)二者在不同介質(zhì)中傳播時頻率不變． 2．電磁波和機械波的區(qū)別 (1)二者本質(zhì)不同 電磁波是電磁場的傳播，機械波是質(zhì)點機械振動的傳播． (2)傳播機理不同 電磁波的傳播機理是電磁場交替感應(yīng)，機械波的傳播機理是質(zhì)點間的機械作用． (3)電磁波傳播不需要介質(zhì)，而機械波傳播需

8、要介質(zhì)． (4)電磁波是橫波，機械波既有橫波又有縱波，甚至有的機械波同時有橫波和縱波，例如地震波． 例4　聲吶向水中發(fā)射的超聲波遇到障礙物后被反射，測出從發(fā)出超聲波到接收到反射波的時間及方向，即可測算出障礙物的方位；雷達則向空中發(fā)射電磁波，遇到障礙物后被反射，同樣根據(jù)發(fā)射電磁波到接收到反射波的時間及方向，即可測算出障礙物的方位．超聲波和電磁波相比較，下列說法中正確的是(　　) A．超聲波與電磁波傳播時，都向外傳遞了能量 B．超聲波與電磁波都既可以在真空中傳播，又可以在介質(zhì)中傳播 C．在空氣中傳播的速度與在其他介質(zhì)中傳播的速度相比，均在空氣中傳播時具有較大的傳播速度 D．超聲波與電磁

9、波相遇時可能會發(fā)生干涉 解析　超聲波與電磁波傳播時，都向外傳遞了能量、信息，故選項A正確；聲吶發(fā)出的超聲波是機械波，需要傳播介質(zhì)，不可以在真空中傳播，故選項B錯誤；機械波在空氣中傳播時速度較小，在其他介質(zhì)中傳播時速度大，而電磁波恰相反，故選項C錯誤；超聲波和電磁波不是同一類波，不可能發(fā)生干涉，故選項D錯誤． 答案　A 1．下列關(guān)于電磁場的說法正確的是(　　) A．只要空間某處有變化的電場或磁場，就會在其周圍產(chǎn)生電磁場，從而形成電磁波 B．勻速運動的電子束周圍一定存在電磁場，即能產(chǎn)生電磁場 C．周期性變化的電場和周期性變化的磁場交替產(chǎn)生，相互依存，形成不可分離的統(tǒng)一體，即電磁場

10、 D．歷史上，電磁場的理論在先，實踐證明在后 答案　CD 2．關(guān)于電磁場和電磁波，下列說法中正確的是(　　) A．電磁波是縱波 B．靜止的電荷放在變化的磁場中不會受到力的作用 C．當(dāng)電磁波在空間中傳播時，電磁能也隨著一起傳播 D．電磁波的傳播速度與介質(zhì)無關(guān) 答案　C 解析　電磁波是變化的電場和磁場交替出現(xiàn)產(chǎn)生的．電場、磁場的傳播方向相互垂直，因此電磁波是橫波，故選項A錯；變化的磁場產(chǎn)生電場，電場對電荷有力的作用，故選項B錯；電磁波傳播過程中，遇到導(dǎo)體能產(chǎn)生感應(yīng)電流，說明電磁波在傳播過程中也傳播能量，故C正確；電磁波傳播的速度與介質(zhì)有關(guān)，在不同介質(zhì)中傳播的速度不同，故選項D錯．

11、 3．關(guān)于機械波與電磁波，說法正確的是(　　) A．二者都傳遞能量 B．二者傳播都需要介質(zhì) C．二者都既有橫波又有縱波 D．二者都是振動或電磁振蕩，振動停止，波立即消失 答案　A 解析　機械波與電磁波都具有波的一般性質(zhì)，如傳遞能量，但由于兩類波本質(zhì)不同，又有各自的特性．如電磁波的傳播不需要介質(zhì)，且電磁波只有橫波，可判定B、C選項錯誤；振動或電磁振蕩停止，兩類波繼續(xù)傳播，D選項錯． 4．關(guān)于電磁波譜中各波段的特性及應(yīng)用的特性，下列說法正確的是(　　) A．紅外遙感是利用了紅外線波長較長的特點 B．一切物體都在不停地輻射紅外線，溫度越高，輻射越強 C．驗鈔機檢驗鈔票真?zhèn)卫昧俗?/p>

12、外線的熒光作用 D．X射線可深入人的骨骼，殺死病變細胞 答案　ABC 解析　在人體內(nèi)殺死病變細胞是利用了γ射線的放射作用． 5．如圖3所示的LC振蕩回路，當(dāng)開關(guān)S轉(zhuǎn)向右邊發(fā)生振蕩后，下列說法中正確的是(　　) 圖3 A．振蕩電流達到最大值時，電容器上的帶電荷量為零 B．振蕩電流達到最大值時，磁場能最大 C．振蕩電流為零時，電場能為零 D．振蕩電流相鄰兩次為零的時間間隔等于振蕩周期的一半 答案　ABD 解析　由LC電路電磁振蕩的規(guī)律知，振蕩電流最大時，即是放電剛結(jié)束時，電容器上電荷量為零，A對．回路中電流最大時，線圈中磁場最強，磁場能最大，B對．振蕩電流為零時，充電結(jié)束

13、，極板上電荷量最大、電場能最大，C錯．電流相鄰兩次為零的時間間隔恰好等于半個周期，D對． 6．如圖4所示，i—t圖像表示LC振蕩回路的電流隨時間變化的圖像，在t＝0時刻，回路中電容器的M板帶正電，在某段時間里，回路的磁場能在減小，而M板仍帶正電，則這段時間是圖中(　　) 圖4 A．Oa段 B．a(chǎn)b段 C．bc段 D．cd段 答案　D 解析　某段時間里，回路的磁場能在減小，說明回路中的電流正在減小，正在給電容器充電，而此時M帶正電，那么一定是給M極板充電，電流方向為順時針．由題意知t＝0時，電容器開始放電，且M極板帶正電，結(jié)合i—t圖像可知，電流以逆時針方向為正方向，因此這段時間內(nèi)，電流為負，且正在減小，符合條件的只有圖像中的cd段，故只有D正確． 6