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鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第1节 电磁波的产生课堂教学ppt课件
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这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第1节 电磁波的产生课堂教学ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了课前自主学习，电动势，涡旋磁场，不均匀，电磁场，电磁波，①②③，麦克斯韦，周期性，振荡电流等内容，欢迎下载使用。
一、麦克斯韦的预言 任务驱动 麦克斯韦的预言是什么？提示：如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会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地向周围传播，形成了电磁波。
1.变化的磁场产生电场：(1)根据法拉第电磁感应定律可知：在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里将会产生感应_______。(2)麦克斯韦对电磁感应现象的分析：回路中有感应电动势存在，一定是变化的磁场产生了_____——涡旋电场，只要磁场发生变化，就有涡旋电场产生。(3)麦克斯韦第一条假设：如果磁场随时间_____变化，激发的涡旋电场也是_____的，即涡旋电场不随时间变化；如果磁场随时间___均匀变化，则激发的涡旋电场随时间_____。
2.变化的电场周围会产生磁场：(1)即使没有电流存在，只要空间有电场发生变化，变化的电场也会在空间产生_________。(2)如果电场随时间_____变化，激发的磁场也是_____的；如果电场随时间_______变化，则激发的磁场随时间_____。
3.麦克斯韦对电磁波的预言：交变的电场周围产生_____相同的交变的磁场，交变的磁场周围产生_____相同的交变的电场。交变的磁场和交变的电场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的_______。这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成_______。
4.电磁波的特点：下列有关电磁波的描述中正确的是_______。①自然界中存在许多不同频率的电磁波，它们在真空中的速度都等于光速②可见光是电磁波③电磁波在真空和介质中传播速度不同④只要有电场和磁场，就能产生电磁波⑤电磁波在同种介质中只能沿直线传播
二、赫兹实验 任务驱动 麦克斯韦提出电磁波的预言后，当时的物理学家认可吗？为什么？提示：多数科学家持怀疑的态度，因为人们还无法用实验来验证。
1.如图是赫兹实验装置，该实验证实了_______的存在，并证明了_________的预言。
2.赫兹的其他实验成果：电磁波在真空中具有与___相同的速度，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，由此揭示了光、电、磁现象的内在联系及统一性，完成了物理学的又一次大综合。
三、电磁振荡 任务驱动 单摆运动的周期与摆长和当地的重力加速度有关，那么LC电路的周期与哪些物理量有关系呢？提示：电磁振荡的周期T与电感L、电容C有关。
1.振荡电流：大小和方向都做_______变化的电流。2.振荡电路：能产生_________的电路。3.LC振荡电路：由__________和________所组成的电路就是一种基本的振荡电路。
4.LC振荡电路的放电、充电过程：
(1)电容器放电：如图当开关从__接到__时，电容器开始_____，由于线圈有_____作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，极板上的电荷逐渐_____，放电完毕时，极板上的电荷量为零，放电电流达到_______。电容器放电过程中从能量的观点来看，电容器刚要放电时，电路里的能量全部储存在电容器的_______，电容器放电的过程中，就是_______逐渐转化为_______的过程。
(2)电容器充电：电容器放电完毕时，线圈有_____作用，电流并不会立刻减小为零，而会保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始__________，极板上的电荷逐渐_____，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到_______。电容器充电过程中从能量的观点来看：在充电的过程中，_______逐渐转化为_______。5.电磁振荡：在整个过程中，电路中的_________、电容器极板上的_______、电容器里的_________、线圈里的___________、_______和_______都随时间周期性地变化。
6.电磁振荡的周期和频率：(1)周期：电磁振荡完成一次_____性变化需要的时间。(2)频率：1 s内完成的周期性变化的_____。(3)如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分别叫作振荡电路的_____周期和_____频率。(4)周期和频率公式：T=_______ 。f=______ 。
主题一 电磁波的产生探究点1 麦克斯韦的预言【实验情境】甲图：磁场垂直于闭合线圈平面，乙图：当磁场发生变化时周围电场的分布。
【问题探究】(1)如图甲在磁场周围一定产生电场吗？提示：不一定。变化的磁场周围一定产生电场，恒定的磁场周围不产生电场。(2)如图乙中的磁场是变化的磁场，在它周围一定产生变化的电场吗？提示：不一定。均匀变化的磁场产生恒定的电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场。
(3)麦克斯韦提出“变化的磁场产生电场”“变化的电场产生磁场”的依据是什么？提示：麦克斯韦是在法拉第电磁感应现象的基础上提出“变化的磁场产生电场”的假设。“变化的电场产生磁场”是他相信自然规律和谐统一而假设的，他相信磁场和电场有对称之美。他认为：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场。(4)麦克斯韦关于电磁场理论的主要论点是什么？提示：麦克斯韦关于电磁场理论的两大论点：①变化的磁场产生电场；②变化的电场产生磁场。
探究点2 电磁波【问题探究】(1)电磁波是如何产生的？提示：根据两个基本点，麦克斯韦进一步推断：如果在空间某处有交变的电场，那么这个交变的电场就在空间产生交变的磁场；这个交变的磁场又会引起新的交变的电场，如此下去，交变的电场和磁场交替产生，从而形成由近至远传播的电磁波。
(2)电场和磁场同时存在的空间就存在电磁场吗？提示：不是。周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，而周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场，二者形成不可分割的统一体。(3)电磁波与机械波有什么区别？提示：①电磁波是横波，机械波有横波和纵波两类。②电磁波的速度(在真空中等于光速)远大于机械波的波速(例如，空气中的声速在常温下只有340 m/s)。③电磁波的传播不需要介质(在真空中也能传播)，机械波的传播必须有介质。④电磁波向外传播的是电磁能，机械波传播的是机械能。
【结论生成】1.麦克斯韦电磁场理论：(物理观念)(1)恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。 (3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场，同样， 振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场。
2.电磁波的特点：(物理观念)(1)电磁波是横波，即E与B彼此垂直且与传播方向垂直。(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即c=3.0×108 m/s。(3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。电磁波与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象。(4)电磁波的波速、波长与频率的关系为v=λf。
3.机械波与电磁波的比较：(科学思维)
【典例示范】 根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )A.有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
【解析】选D。根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，只有D正确。
【误区警示】对“变化的磁场产生电场”的理解(1)恒定的磁场不产生电场。(2)均匀变化的磁场产生恒定的电场。(3)非均匀变化的磁场产生变化的电场。(4)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。
【探究训练】1.下列关于电场与磁场的产生的理解正确的是( )
【解析】选C。题中A、B选项所描述的磁场是稳定的，由麦克斯韦电磁场理论可知其周围空间不会产生电场，A、B错误；题中C选项描述的是周期性变化的磁场，它能产生同频率周期性变化的电场，且磁通量的变化率最大时电场强度最强，其相位差为 ，C正确；题中D所描述的是周期性变化的电场，在其周围空间产生周期性变化的磁场，其相位差应为 ，D错误。
2.某空间中出现了如图中虚线所示的一组闭合的电场线，这可能是( )A.在中心点O有一静止的点电荷B.沿AB方向有一段通有恒定电流的直导线C.沿BA方向的磁场在减弱D.沿AB方向的磁场在减弱
【解析】选C。首先应知道闭合的电场线是由变化的磁场产生的，闭合的电场线类似于环形电流，根据楞次定律环形电流产生的磁场由B→A，阻碍原磁场的变化，所以BA方向的磁场在减弱，或AB方向的磁场在增强，C项正确。
3.(多选)如图所示是水下机器人“小海鳐”，它在水下开启寻鱼模式可以通过声纳技术(通过发射声波和接收回波判断目标物的距离、方位和移动速度等信息)准确探测鱼群。它也能将水下鱼群信息通过无线电波传输上岸，由于无线电波在水中衰减快，其最大传输距离为80 m。下列分析合理的是( )A.声波和无线电波在水中的传播速度相等B.无线电波在水中衰减指的是其频率不断减小C.发射声波后能形成回波是波的反射现象D.若接收回波频率大于发射声波的频率，说明鱼正在靠近
【解析】选C、D。 声音进入水中传播速度会增大，无线电波进入水中速度会减小，但两者的速度不相等，故A错误；无线电波进入水中时频率不变，波长变短，故B错误；发射声波后能形成回波是波的反射现象，故C正确；根据声音的多普勒效应可知，若接收回波频率大于发射声波的频率，说明声源接近观察者，即鱼正在靠近，故D正确。
【补偿训练】(多选)关于电磁场、电磁波的认识，下列说法正确的是( )A.电磁波的传播需要介质B.电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变C.电磁波传播的过程中也传递了能量D.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场【解析】选B、C。周期性变化的电场与磁场相互感应产生，并向外传播，从而形成电磁波，电磁波的传播不需要介质，A错误；只有变化的电场(磁场)才能产生磁场(电场)，D错误。
主题二 电磁振荡探究点1 电磁振荡的产生【实验情境】 如图实验装置中开关S为单刀双掷开关，开关刚开始与2连接。
【实验探究】(1)如图中开关S与2连接对电容器充电后，再把开关S与1连接，观察产生电磁振荡的实验，会看到什么现象？说明了什么？提示：观察到灵敏电流计指针在零点左右摆动，说明电路中产生了交变电流，即电路中电流的大小、方向做周期性的变化。(2)在LC振荡电路中，线圈中的磁场在增强时，电容器是在充电还是放电？提示：磁场增强，说明电场能在减弱，说明电荷在减少，是放电过程。
(3)在LC回路中为什么放电完毕时，电流反而最大？提示：开始放电时，由于线圈的自感作用，放电电流不是突然变大，而是逐渐增大，随着线圈的阻碍作用减弱，放电电流逐渐增大。当放电完毕时，线圈的自感作用最弱，电流达到最大。(4)在LC振荡电路中，电压u与电流i之间的关系及变化是否遵循欧姆定律？为什么？提示：不遵循欧姆定律。因为LC振荡电路是非纯电阻电路，分析振荡过程可知，当电容器两极板间电压最大时，回路中的电流反而是零。
探究点2 电磁振荡的周期和频率【问题探究】(1)LC振荡电路的振荡周期由哪些因素决定？提示：LC振荡电路的周期由线圈的自感系数和电容器的电容决定。(2)请分析这些因素影响周期长短的原因。提示：若电容器的电容越大，电容器每次容纳的电荷越多，则其每次充、放电的时间就越长，LC回路电磁振荡的周期就越长，反之周期越短。若线圈的自感系数越大，对电流变化的阻碍就越强，则电流发生变化所用的时间就越长，LC回路电磁振荡的周期就越长，反之周期就越短。
【结论生成】1.电磁振荡过程各物理量的变化规律：(科学思维)
2.分类分析：(科学思维)(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：电荷量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↑)
(2)同步异变关系：在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的，即：q、E、EE↑同步异向变化，i、B、EB↓。
【典例示范】(多选)如图表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是( )A.电容器正在放电B.电感线圈中的磁场能正在减少C.电感线圈中的电流正在减少D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
【解析】选A、D。由图中电容器的正负极、磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流向着电容器带负电的极板流动，电容器处于放电过程中，这时两极板电荷量、电压和电场能处于减少过程，而电流和线圈中磁场能处于增加过程，A正确，B、C错误；由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增加，D正确。
【规律方法】判断LC回路处于放电过程还是充电过程的方法(1)电流流向带正电的极板，电荷量增加，磁场能向电场能转化，电场能增加，电流减小，磁场能减少，处于充电过程。(2)电流流出带正电的极板，电荷量减少，电场能向磁场能转化，电场能减少，电流增大，磁场能增加，处于放电过程。
【探究训练】1.(多选)要增大如图所示振荡电路的周期，下列说法中正确的是( )A.增加电容器的带电荷量B.将开关S从“1”位置拨到“2”位置C.在线圈中插入铁芯D.缩小电容器的两极板间的距离
【解析】选C、D。根据公式T=2π 知要增大周期，必须增加L和C二者之积，C跟电容器的带电荷量无关，增加两极板的正对面积、减少两极板间的距离，增加两极板间电介质都可增加电容C，因此，A不正确，D正确；线圈匝数增加，插入铁芯，L越大，可见C正确，B不正确。
2.如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定回路中振荡电流的方向为逆时针时为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是( )
【解析】选D。电容器极板间电压U= ，随电容器极板上电荷量的增大而增大，随电荷量的减小而减小。从图乙可以看出，在0～ 这段时间内是充电过程，且UAB>0，即φA>φB，A板应带正电，只有顺时针方向的电流才能使A板被充电后带正电，同时考虑到t=0时刻电压为零，电容器极板上的电荷量为零，电流最大，即t=0时刻，电流为负向最大，D正确。
【补偿训练】1.硅胶方形LED夜光闹钟是利用LC振荡电路来制成的，使用一段时间后，发现每昼夜总是快30 s，造成这种现象的原因可能是( )A.L变大、C变大B.L不变、C变大C.L变小、C变大了D.L变小、C不变
【解析】选D。钟走得偏快了是因为钟的LC振荡电路频率变快，周期变短，根据T=2π 可以知道，周期变短可能是LC的值变小，故选D正确。
2.关于LC振荡电路中的振荡电流，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】选D。振荡电流最大时，处于电容器放电结束瞬间，场强为零，A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，电流的变化率最大，线圈中自感电动势最大，B错；振荡电流增大时，线圈中电场能转化为磁场能，C错；振荡电流减小时，线圈中磁场能转化为电场能，D对。
1.真空中所有电磁波都具有相同的( )A.频率 B.波长C.波速D.能量【解析】选C。电磁波在真空中的传播速度相同，而电磁波的频率、波长、能量不一定相同，故C正确。
2.(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )A.电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C.光也是电磁波D.电磁波的传播不需要介质(在真空中也能传播)，机械波的传播必须有介质
【解析】选B、C、D。电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波仍然可以继续传播，故A错误；周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，故B正确；光也是电磁波，电磁波为横波，故C正确；电磁波的传播不需要介质(在真空中也能传播)，机械波的传播必须有介质，故D正确。
3.如图所示是一个振荡电路中的电流的变化图线，根据图线可判断( )A.t1时刻电容器两端电压最大B.t2时刻电容器两极板间电压为零C.t1时刻电路中只有电场能D.t1时刻电容器带电荷量为零
【解题指南】解答本题应注意两点：(1)看清纵坐标所代表的物理量，本题纵坐标是电流；(2)根据电磁振荡过程中振荡线圈上的物理量：振荡电流i与磁感应强度B、磁场能EB是同步变化的；振荡电流i与电荷量q、电场强度E、电场能EE是“同步异向变化”。
【解析】选D。由图线可知，计时开始时，电容器两极板带电荷量最大，电流为零，电容器开始放电，根据电流随时间变化规律可知：t1时刻，电容器上电荷量为零，电势差为零，电场能为零，故D对，A、C错；t2时刻电容器电荷量最大，两板间电势差最大，B错。
4.如图所示，LC振荡电路的导线及自感线圈的电阻忽略不计，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器的极板A带正电荷，则该瞬间( )A.电流i正在增大，线圈L中的磁场能也正在增大B.电容器两极板间电压正在增大C.电容器带电荷量正在减小D.线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在增强
【解析】选B。根据图示电路知，该LC振荡电路正在充电，电流在减小，磁场能转化为电场能，故A错误；电容器的带电量在增大，根据U= 知电容器两极板间的电压正在增大，故B正确，C错误；充电的过程，磁场能转化为电场能，电流在减小，所以线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减小，故D错误。
【总结提升】LC振荡电路的分析思路(1)明确LC振荡电路的周期公式及周期的大小，将周期进行分解：把整个振荡周期分成四个 T，分别研究每一个 T内各物理量的变化情况。(2)分析电容器充、放电过程中电流的变化特征：①电容器充电过程中，电容器带电量越来越多，电流越来越小，充电完毕时，电流为零；②电容器放电过程中，电容器带电量越来越少，电流越来越大，放电完毕时，电流最大，一个周期内振荡电流的方向改变两次。
【补偿训练】如图所示电容器的电容都是C=4×10-6 F，电感都是L=9×10-4 H，图甲中开关S先接a，充电结束后将S扳到b；图乙中开关S先闭合，稳定后断开。两图中LC回路在电磁振荡t=3.14×10-4 s时刻，C1的上极板正在_________电(选填“充”或“放”)，带_________电(选填“正”或“负”)；L2中的电流方向向_________(选填“左”或“右”)，磁场能正在_________(选填“增大”或“减小”)。
【解析】先由周期公式求出T=2π =1.2π×10-4 s，t=3.14×10-4 s时刻是开始振荡后的 T，再看图甲电路对应的q -t图像(以上极板带正电为正)和图乙电路对应的i -t 图像(以LC电路中电流逆时针方向为正)，图像都为余弦函数图像，如图所示。在 T时刻，从图甲电路对应的q -t 图像看出，上极板正在充电；从图乙电路对应的i -t图像看出，L2中的电流向左，正在增大，所以磁场能正在增大。
答案：充 正 左 增大
5.如图所示是通过电容器电容的变化来检测容器内液面高低的仪器原理图，容器中装有导电液体，是电容器的一个电极，中间的导电芯柱是电容器的另一个电极；芯柱外面套有绝缘管作为电介质，电容器的这两个电极分别用导线与一个线圈的两端相连，组成LC振荡电路，根据其振荡频率的高低(用与该电路相连的频率计显示)就可知道容器内液面位置的高低。如果频率计显示该振荡电路的振荡频率变大了，则液面_________(选填“升高”或“降低”)；容器内的导电液体与大地相连，若某一时刻线圈内磁场方向向右，且正在增强，则此时导电芯柱的电势正在_________(选填“升高”或“降低”)。
一、麦克斯韦的预言 任务驱动 麦克斯韦的预言是什么？提示：如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会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地向周围传播，形成了电磁波。
1.变化的磁场产生电场：(1)根据法拉第电磁感应定律可知：在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里将会产生感应_______。(2)麦克斯韦对电磁感应现象的分析：回路中有感应电动势存在，一定是变化的磁场产生了_____——涡旋电场，只要磁场发生变化，就有涡旋电场产生。(3)麦克斯韦第一条假设：如果磁场随时间_____变化，激发的涡旋电场也是_____的，即涡旋电场不随时间变化；如果磁场随时间___均匀变化，则激发的涡旋电场随时间_____。
2.变化的电场周围会产生磁场：(1)即使没有电流存在，只要空间有电场发生变化，变化的电场也会在空间产生_________。(2)如果电场随时间_____变化，激发的磁场也是_____的；如果电场随时间_______变化，则激发的磁场随时间_____。
3.麦克斯韦对电磁波的预言：交变的电场周围产生_____相同的交变的磁场，交变的磁场周围产生_____相同的交变的电场。交变的磁场和交变的电场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的_______。这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成_______。
4.电磁波的特点：下列有关电磁波的描述中正确的是_______。①自然界中存在许多不同频率的电磁波，它们在真空中的速度都等于光速②可见光是电磁波③电磁波在真空和介质中传播速度不同④只要有电场和磁场，就能产生电磁波⑤电磁波在同种介质中只能沿直线传播
二、赫兹实验 任务驱动 麦克斯韦提出电磁波的预言后，当时的物理学家认可吗？为什么？提示：多数科学家持怀疑的态度，因为人们还无法用实验来验证。
1.如图是赫兹实验装置，该实验证实了_______的存在，并证明了_________的预言。
2.赫兹的其他实验成果：电磁波在真空中具有与___相同的速度，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，由此揭示了光、电、磁现象的内在联系及统一性，完成了物理学的又一次大综合。
三、电磁振荡 任务驱动 单摆运动的周期与摆长和当地的重力加速度有关，那么LC电路的周期与哪些物理量有关系呢？提示：电磁振荡的周期T与电感L、电容C有关。
1.振荡电流：大小和方向都做_______变化的电流。2.振荡电路：能产生_________的电路。3.LC振荡电路：由__________和________所组成的电路就是一种基本的振荡电路。
4.LC振荡电路的放电、充电过程：
(1)电容器放电：如图当开关从__接到__时，电容器开始_____，由于线圈有_____作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，极板上的电荷逐渐_____，放电完毕时，极板上的电荷量为零，放电电流达到_______。电容器放电过程中从能量的观点来看，电容器刚要放电时，电路里的能量全部储存在电容器的_______，电容器放电的过程中，就是_______逐渐转化为_______的过程。
(2)电容器充电：电容器放电完毕时，线圈有_____作用，电流并不会立刻减小为零，而会保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始__________，极板上的电荷逐渐_____，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到_______。电容器充电过程中从能量的观点来看：在充电的过程中，_______逐渐转化为_______。5.电磁振荡：在整个过程中，电路中的_________、电容器极板上的_______、电容器里的_________、线圈里的___________、_______和_______都随时间周期性地变化。
6.电磁振荡的周期和频率：(1)周期：电磁振荡完成一次_____性变化需要的时间。(2)频率：1 s内完成的周期性变化的_____。(3)如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分别叫作振荡电路的_____周期和_____频率。(4)周期和频率公式：T=_______ 。f=______ 。
主题一 电磁波的产生探究点1 麦克斯韦的预言【实验情境】甲图：磁场垂直于闭合线圈平面，乙图：当磁场发生变化时周围电场的分布。
【问题探究】(1)如图甲在磁场周围一定产生电场吗？提示：不一定。变化的磁场周围一定产生电场，恒定的磁场周围不产生电场。(2)如图乙中的磁场是变化的磁场，在它周围一定产生变化的电场吗？提示：不一定。均匀变化的磁场产生恒定的电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场。
(3)麦克斯韦提出“变化的磁场产生电场”“变化的电场产生磁场”的依据是什么？提示：麦克斯韦是在法拉第电磁感应现象的基础上提出“变化的磁场产生电场”的假设。“变化的电场产生磁场”是他相信自然规律和谐统一而假设的，他相信磁场和电场有对称之美。他认为：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场。(4)麦克斯韦关于电磁场理论的主要论点是什么？提示：麦克斯韦关于电磁场理论的两大论点：①变化的磁场产生电场；②变化的电场产生磁场。
探究点2 电磁波【问题探究】(1)电磁波是如何产生的？提示：根据两个基本点，麦克斯韦进一步推断：如果在空间某处有交变的电场，那么这个交变的电场就在空间产生交变的磁场；这个交变的磁场又会引起新的交变的电场，如此下去，交变的电场和磁场交替产生，从而形成由近至远传播的电磁波。
(2)电场和磁场同时存在的空间就存在电磁场吗？提示：不是。周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，而周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场，二者形成不可分割的统一体。(3)电磁波与机械波有什么区别？提示：①电磁波是横波，机械波有横波和纵波两类。②电磁波的速度(在真空中等于光速)远大于机械波的波速(例如，空气中的声速在常温下只有340 m/s)。③电磁波的传播不需要介质(在真空中也能传播)，机械波的传播必须有介质。④电磁波向外传播的是电磁能，机械波传播的是机械能。
【结论生成】1.麦克斯韦电磁场理论：(物理观念)(1)恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。 (3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场，同样， 振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场。
2.电磁波的特点：(物理观念)(1)电磁波是横波，即E与B彼此垂直且与传播方向垂直。(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即c=3.0×108 m/s。(3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。电磁波与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象。(4)电磁波的波速、波长与频率的关系为v=λf。
3.机械波与电磁波的比较：(科学思维)
【典例示范】 根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )A.有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
【解析】选D。根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，只有D正确。
【误区警示】对“变化的磁场产生电场”的理解(1)恒定的磁场不产生电场。(2)均匀变化的磁场产生恒定的电场。(3)非均匀变化的磁场产生变化的电场。(4)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。
【探究训练】1.下列关于电场与磁场的产生的理解正确的是( )
【解析】选C。题中A、B选项所描述的磁场是稳定的，由麦克斯韦电磁场理论可知其周围空间不会产生电场，A、B错误；题中C选项描述的是周期性变化的磁场，它能产生同频率周期性变化的电场，且磁通量的变化率最大时电场强度最强，其相位差为 ，C正确；题中D所描述的是周期性变化的电场，在其周围空间产生周期性变化的磁场，其相位差应为 ，D错误。
2.某空间中出现了如图中虚线所示的一组闭合的电场线，这可能是( )A.在中心点O有一静止的点电荷B.沿AB方向有一段通有恒定电流的直导线C.沿BA方向的磁场在减弱D.沿AB方向的磁场在减弱
【解析】选C。首先应知道闭合的电场线是由变化的磁场产生的，闭合的电场线类似于环形电流，根据楞次定律环形电流产生的磁场由B→A，阻碍原磁场的变化，所以BA方向的磁场在减弱，或AB方向的磁场在增强，C项正确。
3.(多选)如图所示是水下机器人“小海鳐”，它在水下开启寻鱼模式可以通过声纳技术(通过发射声波和接收回波判断目标物的距离、方位和移动速度等信息)准确探测鱼群。它也能将水下鱼群信息通过无线电波传输上岸，由于无线电波在水中衰减快，其最大传输距离为80 m。下列分析合理的是( )A.声波和无线电波在水中的传播速度相等B.无线电波在水中衰减指的是其频率不断减小C.发射声波后能形成回波是波的反射现象D.若接收回波频率大于发射声波的频率，说明鱼正在靠近
【解析】选C、D。 声音进入水中传播速度会增大，无线电波进入水中速度会减小，但两者的速度不相等，故A错误；无线电波进入水中时频率不变，波长变短，故B错误；发射声波后能形成回波是波的反射现象，故C正确；根据声音的多普勒效应可知，若接收回波频率大于发射声波的频率，说明声源接近观察者，即鱼正在靠近，故D正确。
【补偿训练】(多选)关于电磁场、电磁波的认识，下列说法正确的是( )A.电磁波的传播需要介质B.电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变C.电磁波传播的过程中也传递了能量D.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场【解析】选B、C。周期性变化的电场与磁场相互感应产生，并向外传播，从而形成电磁波，电磁波的传播不需要介质，A错误；只有变化的电场(磁场)才能产生磁场(电场)，D错误。
主题二 电磁振荡探究点1 电磁振荡的产生【实验情境】 如图实验装置中开关S为单刀双掷开关，开关刚开始与2连接。
【实验探究】(1)如图中开关S与2连接对电容器充电后，再把开关S与1连接，观察产生电磁振荡的实验，会看到什么现象？说明了什么？提示：观察到灵敏电流计指针在零点左右摆动，说明电路中产生了交变电流，即电路中电流的大小、方向做周期性的变化。(2)在LC振荡电路中，线圈中的磁场在增强时，电容器是在充电还是放电？提示：磁场增强，说明电场能在减弱，说明电荷在减少，是放电过程。
(3)在LC回路中为什么放电完毕时，电流反而最大？提示：开始放电时，由于线圈的自感作用，放电电流不是突然变大，而是逐渐增大，随着线圈的阻碍作用减弱，放电电流逐渐增大。当放电完毕时，线圈的自感作用最弱，电流达到最大。(4)在LC振荡电路中，电压u与电流i之间的关系及变化是否遵循欧姆定律？为什么？提示：不遵循欧姆定律。因为LC振荡电路是非纯电阻电路，分析振荡过程可知，当电容器两极板间电压最大时，回路中的电流反而是零。
探究点2 电磁振荡的周期和频率【问题探究】(1)LC振荡电路的振荡周期由哪些因素决定？提示：LC振荡电路的周期由线圈的自感系数和电容器的电容决定。(2)请分析这些因素影响周期长短的原因。提示：若电容器的电容越大，电容器每次容纳的电荷越多，则其每次充、放电的时间就越长，LC回路电磁振荡的周期就越长，反之周期越短。若线圈的自感系数越大，对电流变化的阻碍就越强，则电流发生变化所用的时间就越长，LC回路电磁振荡的周期就越长，反之周期就越短。
【结论生成】1.电磁振荡过程各物理量的变化规律：(科学思维)
2.分类分析：(科学思维)(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：电荷量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↑)
(2)同步异变关系：在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的，即：q、E、EE↑同步异向变化，i、B、EB↓。
【典例示范】(多选)如图表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是( )A.电容器正在放电B.电感线圈中的磁场能正在减少C.电感线圈中的电流正在减少D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
【解析】选A、D。由图中电容器的正负极、磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流向着电容器带负电的极板流动，电容器处于放电过程中，这时两极板电荷量、电压和电场能处于减少过程，而电流和线圈中磁场能处于增加过程，A正确，B、C错误；由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增加，D正确。
【规律方法】判断LC回路处于放电过程还是充电过程的方法(1)电流流向带正电的极板，电荷量增加，磁场能向电场能转化，电场能增加，电流减小，磁场能减少，处于充电过程。(2)电流流出带正电的极板，电荷量减少，电场能向磁场能转化，电场能减少，电流增大，磁场能增加，处于放电过程。
【探究训练】1.(多选)要增大如图所示振荡电路的周期，下列说法中正确的是( )A.增加电容器的带电荷量B.将开关S从“1”位置拨到“2”位置C.在线圈中插入铁芯D.缩小电容器的两极板间的距离
【解析】选C、D。根据公式T=2π 知要增大周期，必须增加L和C二者之积，C跟电容器的带电荷量无关，增加两极板的正对面积、减少两极板间的距离，增加两极板间电介质都可增加电容C，因此，A不正确，D正确；线圈匝数增加，插入铁芯，L越大，可见C正确，B不正确。
2.如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定回路中振荡电流的方向为逆时针时为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是( )
【解析】选D。电容器极板间电压U= ，随电容器极板上电荷量的增大而增大，随电荷量的减小而减小。从图乙可以看出，在0～ 这段时间内是充电过程，且UAB>0，即φA>φB，A板应带正电，只有顺时针方向的电流才能使A板被充电后带正电，同时考虑到t=0时刻电压为零，电容器极板上的电荷量为零，电流最大，即t=0时刻，电流为负向最大，D正确。
【补偿训练】1.硅胶方形LED夜光闹钟是利用LC振荡电路来制成的，使用一段时间后，发现每昼夜总是快30 s，造成这种现象的原因可能是( )A.L变大、C变大B.L不变、C变大C.L变小、C变大了D.L变小、C不变
【解析】选D。钟走得偏快了是因为钟的LC振荡电路频率变快，周期变短，根据T=2π 可以知道，周期变短可能是LC的值变小，故选D正确。
2.关于LC振荡电路中的振荡电流，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】选D。振荡电流最大时，处于电容器放电结束瞬间，场强为零，A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，电流的变化率最大，线圈中自感电动势最大，B错；振荡电流增大时，线圈中电场能转化为磁场能，C错；振荡电流减小时，线圈中磁场能转化为电场能，D对。
1.真空中所有电磁波都具有相同的( )A.频率 B.波长C.波速D.能量【解析】选C。电磁波在真空中的传播速度相同，而电磁波的频率、波长、能量不一定相同，故C正确。
2.(多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )A.电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C.光也是电磁波D.电磁波的传播不需要介质(在真空中也能传播)，机械波的传播必须有介质
【解析】选B、C、D。电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波仍然可以继续传播，故A错误；周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，故B正确；光也是电磁波，电磁波为横波，故C正确；电磁波的传播不需要介质(在真空中也能传播)，机械波的传播必须有介质，故D正确。
3.如图所示是一个振荡电路中的电流的变化图线，根据图线可判断( )A.t1时刻电容器两端电压最大B.t2时刻电容器两极板间电压为零C.t1时刻电路中只有电场能D.t1时刻电容器带电荷量为零
【解题指南】解答本题应注意两点：(1)看清纵坐标所代表的物理量，本题纵坐标是电流；(2)根据电磁振荡过程中振荡线圈上的物理量：振荡电流i与磁感应强度B、磁场能EB是同步变化的；振荡电流i与电荷量q、电场强度E、电场能EE是“同步异向变化”。
【解析】选D。由图线可知，计时开始时，电容器两极板带电荷量最大，电流为零，电容器开始放电，根据电流随时间变化规律可知：t1时刻，电容器上电荷量为零，电势差为零，电场能为零，故D对，A、C错；t2时刻电容器电荷量最大，两板间电势差最大，B错。
4.如图所示，LC振荡电路的导线及自感线圈的电阻忽略不计，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器的极板A带正电荷，则该瞬间( )A.电流i正在增大，线圈L中的磁场能也正在增大B.电容器两极板间电压正在增大C.电容器带电荷量正在减小D.线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在增强
【解析】选B。根据图示电路知，该LC振荡电路正在充电，电流在减小，磁场能转化为电场能，故A错误；电容器的带电量在增大，根据U= 知电容器两极板间的电压正在增大，故B正确，C错误；充电的过程，磁场能转化为电场能，电流在减小，所以线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减小，故D错误。
【总结提升】LC振荡电路的分析思路(1)明确LC振荡电路的周期公式及周期的大小，将周期进行分解：把整个振荡周期分成四个 T，分别研究每一个 T内各物理量的变化情况。(2)分析电容器充、放电过程中电流的变化特征：①电容器充电过程中，电容器带电量越来越多，电流越来越小，充电完毕时，电流为零；②电容器放电过程中，电容器带电量越来越少，电流越来越大，放电完毕时，电流最大，一个周期内振荡电流的方向改变两次。
【补偿训练】如图所示电容器的电容都是C=4×10-6 F，电感都是L=9×10-4 H，图甲中开关S先接a，充电结束后将S扳到b；图乙中开关S先闭合，稳定后断开。两图中LC回路在电磁振荡t=3.14×10-4 s时刻，C1的上极板正在_________电(选填“充”或“放”)，带_________电(选填“正”或“负”)；L2中的电流方向向_________(选填“左”或“右”)，磁场能正在_________(选填“增大”或“减小”)。
【解析】先由周期公式求出T=2π =1.2π×10-4 s，t=3.14×10-4 s时刻是开始振荡后的 T，再看图甲电路对应的q -t图像(以上极板带正电为正)和图乙电路对应的i -t 图像(以LC电路中电流逆时针方向为正)，图像都为余弦函数图像，如图所示。在 T时刻，从图甲电路对应的q -t 图像看出，上极板正在充电；从图乙电路对应的i -t图像看出，L2中的电流向左，正在增大，所以磁场能正在增大。
答案：充 正 左 增大
5.如图所示是通过电容器电容的变化来检测容器内液面高低的仪器原理图，容器中装有导电液体，是电容器的一个电极，中间的导电芯柱是电容器的另一个电极；芯柱外面套有绝缘管作为电介质，电容器的这两个电极分别用导线与一个线圈的两端相连，组成LC振荡电路，根据其振荡频率的高低(用与该电路相连的频率计显示)就可知道容器内液面位置的高低。如果频率计显示该振荡电路的振荡频率变大了，则液面_________(选填“升高”或“降低”)；容器内的导电液体与大地相连，若某一时刻线圈内磁场方向向右，且正在增强，则此时导电芯柱的电势正在_________(选填“升高”或“降低”)。
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