电磁振荡和电磁波

电磁振荡和电磁波

一、教法建议

抛砖引玉

本章教材的核心内容是麦克斯韦的电磁理论，但由于考查重心以电磁振荡的过程和电磁波特性为主，所以教学时这方面内容应详讲重练，而其它则简单地阐述。

指点迷津

教材对电磁振荡产生过程的分析是从能量转换着眼，重点放在电路中电场能和磁场能的相互转化上。教学时可引导学生逐步分析教科书中图6-2甲、乙、丙、丁、戊所示的电磁振荡过程要使学生明确何时电场能转化为磁场能，何时磁场能转化为电场能；何时电场能最大，何时磁场能最大。电场能与磁场能间的转化条件是电感线圈的自感作用和电容器的充放电作用。要启发学生从电磁感应的角度搞清楚：为什么充好电的电容器开始放电时电路里的电流不能立刻达到最大值，电场能为什么不能转化为磁场能，为什么电容器放电完毕时电路里的电流还要继续流动。

电磁振荡产生的物理过程比较抽象，为了帮助学生理解可用单摆的摆动作类比，电容器充完电时相当于把摆球从平衡位置拉到最高点，电场能相当于摆球势能，磁场能相当于摆球动能。电容器在放电过程中电场能转化为磁场能，相当于摆球由最高点向平衡位置运动。摆球势能转化为动能。电容器放电完毕电场能全部转化为磁场能，相当于摆球到达平衡位置时摆球势能全部转化为动能。

如果想使学生建立起较完整的电磁振荡概念，就要使学生明确“电”不仅指电容器两极板上的电荷，也指该电荷产生的电场，“磁”不仅指电感线圈中的电流，也指该电流产生的磁场。电磁振荡是指这些电荷、电场、电流、磁场都随时间做周期性的正弦变化的现象，为了使学生分清振荡电流与前章所讲的交变电流的区别，要指出振荡电流是一种频率很高的交变电流，很难用交流发电机产生，一般用LC回路产生。可说明在演示实验中我们有意加大电感线圈的电感L和电容器的电容C使振荡电流周期变大（频率减小）以便观察，无线电技术中所应用的振荡电流频率约1兆赫左右或几十兆赫。

阻尼振荡和无阻尼振荡除了按教材内容介绍外，可与单摆的摆动进行对比说明，还可用示波器演示LC回路产生阻尼振荡时的情形，让同学观察振幅衰减的情况，并用示波器观察补充能量后产生的无阻尼振荡波形，看到振幅一定的情况，通过观察示波器的波形能对教科书中图6-3的图象留下深刻的印象。

教科书在解释什么叫振荡电路的固有周期和固有频率后，通过演示实验改变LC回路中的电感L或电容C，使同学看到电路的振荡周期、频率随之变化，由实验中得出电感L大（小）、电容C大（小）、周期长（短的结论，要启发学生体会到：LC回路的周期频率由电路本身的特性（L，C值）决定，所以把电路的周期、频率叫做固有周期、固有频率，教材没有做进一步的分析和证明，直接给出了周期公式和频率公式，这两个公式的证明在中学不易讲清楚。我们的目的是让学生通过实验现象的观察了解公式内容，能应用公式对有关总是进行简单的分析、计算。教材强调了公式中各个物理量的单位，这是有的学生容易出错的地方，课堂上可以让学生做一些简单的基本练习。

（1）电磁场和电磁波：从理论上说，是磁学的核心内容就是电磁场的概念和麦克斯韦的电磁场方程，但这些内容非常抽象，在中学阶段还没有很好的方法让学生接受，只能要求学生对电磁场的理论有一个初步的定性的了解，教材突出了电磁场理论中最核心的内容：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电场和磁场交替产生传播出去形成电磁波。

电磁场理论建立的历史过程是对我们有极大启发的激动人心的过程，适当介绍这一历史过程对学生有教育作用，在思想方法上也会受益。我们可简单介绍法拉第关于场的要领和法拉第的一些设想，介绍麦克斯韦的追求和电磁理论的提出、电磁波设想的提出，介绍赫兹对电磁波存在的实验验证。

电磁场理论的核心之一是：变化的磁场产生电场，教材从电磁感应用现象中随时间变化的磁场在线圈中产生感应电动势谈起，为了使学生容易接受，可做一个演示实验，实验装置如图6-1所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光，我们可提出问题，线圈中产生感应电动势说明了什么？指出麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场在线圈中引起了感应电流，我们又提出问题：如果用不导电的塑料线绕制线圈、线圈中还会有电流、电场吗？（有电场，无电流）。再问：想像线圈不存在时线圈所在处的空间还有电

场吗？（有）。这种逐步抽象化的方法可以帮助学生理解麦克斯韦的想法，要说明，麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场。要强调指出麦克斯韦揭示了电磁感应现象的本质——变化的磁场产生电场。对于电磁场理论的另一个核心——变化的电场产生磁场，在中学期段还没有一个简单的实验能给予清楚的说明，可简单介绍麦克斯韦继承法拉第关于场是客观存在、电场与磁场统一的思想，根据电现象与磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的概念，经过反复思考提出一个假设：变化的电场产生磁场。有了这一步，麦克斯韦就建立了完整的电磁场理论。

图6-1

电磁波的存在是麦克斯韦理论导出的必然结论，在说明周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场在周围空间产生周期性变化的电场，形成向外传播的电磁波时，要强调“周围空间”的含义，即变化的电场（磁场）产生的磁场（电场）不局限于变化电场（磁场）所在处，而是向周围空间扩展出去，教科书中图6-7形象地表达了这个意思。由此，电磁波的产生就比较容易被学生接受。

电磁波是否存在的实验是检验麦克斯韦电磁场理论是否正确的试金石。因此，证明了电磁波存在的赫兹实验是在物理学史上起奠基作用的经典实验，这个实验对学生认识物理世界来说，同样会起到奠基作用。教材中虽然没有编入赫兹实验，有条件的学校可以做一做，课堂上不好做也可在课外做。不少学校有无线电组合教具，可用其中的电磁波的发射装置和接收装置做实验。

（2）电磁波的公式λ=f c

像机械波的公式λ=

f v 一样，要求学生很好理解和灵活应用，并且要求学生记住真空中电磁波和光的传播速度c=3.00×108m/s,练习和习题中有关的问题有好几个，教科书中的电磁波波段表作为普通常识学生应

该了解，学生也应该对常用的无线电波波长的数量级有一个概念，如：收音机接收的中波波长约几百米，短波波长约几十米，电视机接收的电磁波波长约几米。电磁波的发射、接收和传播及简单收音机、传真、电视、雷达内容较为复杂，主要是向学生介绍一些基本常识，不要求讲太深的道理。因此教学中要注意条理清楚，简明扼要，考虑到内容比较抽象，在条件允许下可做一些演示实验帮助学生理解所学内容。

一、学 海 导 航

学法指要

（一）电磁振荡

1.电磁振荡的产生

（1）振荡电流、振荡电路的定义 大小和方向随时间作周期性变化的电流叫振荡电流，能产生振荡电流的电路叫振荡电路。常见的是LC 振荡电路。

（2）LC 电路中电磁振荡的产生过程如下。

①电容器充电未开始放电时（教科书中图6-2甲），电容器电压U 最大，电场E 最强，电场能最大，电路电流i=0。 ②电容器开始放电后，由于自感L 的作用，电流逐渐增大，磁场能增强，电容器中的

电荷减少，电场能减少。在放电完毕瞬间（教科书中图6-2乙），U=0，E=0，i 最大，电场能为零，磁场能最大。

③电容器放完电后，由于自感作用，电流i 保持原方向继续流动并逐渐减小，对电容器反向充电，随电流减小，电容两端电压升高，磁场能减少而电场能增大，到电流为零瞬间（课本图6-2丙），U 最大，E 最大，i=0，电场能最大，磁场能为零。

④电容器开始放电，产生反向放电电流，磁场能增大电场能减小，到放电完了时（课本图6-2丁）U=0，E=0，i 最大，

电场能为零，磁场能最大。

上述过程反复循环，电路产生振荡电流。

（3）电磁振荡 在振荡电路中，电容器极板上的电量，通过线圈的电流及跟电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性变化的现象叫做电磁振荡。

2.阻尼振荡和无阻尼振荡

（1）阻尼振荡 振幅逐渐减小的振荡叫阻尼振荡，电路中电场能和磁场能总和减少。

（2）无阻尼振荡 振幅保持不变的振荡叫无阻尼振荡，电路中电场能与磁场能总和不变。

例 在LC 振荡电路中，当电容器放电完毕瞬间，以下说法正确的是（ ）。

A.电容器极板间的电压为零，磁场能开始向电场能转化

B.电流达到最大值，线圈产生的磁场达到最大值

C.如果没有能量辐射损耗，这时线圈的磁场能等于电容器开始放电时电容器的电场能

D.线圈中产生的自感电动势最大

分析与解答 正确答案：A ，B ，C

电容器放电完毕的瞬间，还有以下几种说法：电场能向磁场能转化完毕；磁场能开始电场能转化；电容器开始反向充电；电容器放电完毕的瞬间有如下特点：电容器电量Q=0，板间电压U=0，板间场强E=0，线圈电流I 最大，磁感应强度B 最大，电路磁场能最大，电场能为零。

*线圈自感电动势ε自=t I L ??，电容器放电完毕瞬间，虽然I 最大，但t

L ??φ为零，所以ε自等于零。 由于没有考虑到能量的辐射，故能量守恒，在这一瞬间电场能E 电=0，磁场能E 磁最大，而电容器开始放电时，电场能E 电最大，磁场能E 磁=0,则E 磁=E 电。

故A ，B ，C 正确。处理这类问题时，必须明确电路在某一时刻或某一过程的各种说法及其特点。

（二）电磁振荡的周期和频率

1.电磁振荡的周期和频率的概念

（1）周期T 电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫周期。

（2）频率f 一秒钟内完成的周期性变化的次数叫频率。

2.LC 电路的周期和频率)2/(1,2LC f LC T ππ==

注意：（1）LC 电路的周期和频率只取决于电容C 和线圈的自感系数L ，称为电路的固有周期、频率，与电容器带电量Q ，板间电压U 和线路中的电流I 无关；（2）T 、L 、C 、

f 的单位分别是秒、亨、法、赫。

例 要想提高电磁振荡的频率，下列办法可行的是（ ）。

A.线圈中插入铁芯

B.提高充电电压

C.增加电容器两板间距离

D.减小两板间的正对面积 分析和解答 正确答案：C ，D 由公式)2/(1LC f π=得知：f 和Q 、U 、I 无关；与LC 成反比；因此要增大f ，就要减小L 、C 的乘积，即减小L 或C ，其中C=εs/4πkd 。

减小L 的方法有：在线圈中拉出铁芯，减小线圈长度；减少单位长度匝数。

减小C 的方法有：增加电容器两板间的距离；减小电容器两板间的正对面积；在电容器两板间换上介电常数较小的电介质，故C ，D 答案正确。

可见在处理这类问题时，要熟记增大或减小L ，C 的方法。

（三）电磁场和电磁波

1.麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。

2.电磁场和电磁波的概念 变化的电场和变化的磁场相联系的统一体叫电磁场；电磁场的传播就是电磁波。

3.电磁波在真空中的传播速度 v=c 光=3×108m/s

4.电磁波的周期T ，频率f ，波长λ以及它们与波速的关系

T f T v ,λλ

==、f 由波源决定，不因介质而变化；而v 、λ在不同的介质中其值不同；

同一介质中的电磁波频率越高波长越短。

例 关于电磁理论，下面几种说法正确的是（ ）。

A.在电场的周围空间一定产生磁场

B.任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场

C.均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场

D.振荡电场的周围空间产生变化的振荡磁场

分析与解答 正确答案：D

解题前应明确：不变化的电场周围不产生磁场，变化的电场周围一定产生磁场；如果

电场是均匀变化的，产生的磁场是恒定的；如果电场是周期性（振荡）变化的，产生的磁场将是同频率的周期性（振荡）变化的磁场，反之也成立，故只有D 答案正确。

练习

（1）如图6-2所示的电路中，将转换开关向a 给电容器充足电后，再把开关扳向b ，

经过时间t 电容器放电完毕，且放电电流最大值为I m ,如果把电池组的电动势增大到原来的2倍，重复上述过程放电完毕的时间及放电电流的最大值分别应为（ ）。

A. 2t 、2I m

B.t 、I m

C.2t 、I m

D.t 、2I m

图6-2

（2）图6-3所示为LC 振荡电路和通过P 点的电流变化规律，若把流过P 点向右的电流规定方向为正方向，那么（ ）。

A.0.5s 至1s ，C 在充电

B.0.5s 至1s ，C 的上板带正电

C.1s 至1.5s ，磁场能正在转化为电场能

D.1s 至1.5s ，Q 点比P 点电势高

图6-3 图6-4

（3）图6-4为LC 振荡电路中电容器板上的电量q 随时间t 变化的图线，由图可知（ ）。

A.在t 1时刻，电路中的磁场最小

B.从t 1到t 2，电路中的电流值不断变小

C.从t 2到t 3，电容器不断充电

D.在t 4时刻，电容器的电场能最小

（4）由电容为C ，电感为L 组成的LC 振荡电路在电磁振荡过程中所激发的电磁波以

速度v 向空间传播，则这里电磁波的波长是（ ） A.LC π2 B.LC π2/1 C.LC v π2/ D.LC v π2?

（5）在LC 振荡电路中，当振荡电流逐渐减小时，以下正确说法是（ ）。

A.电场能正在向磁场能转化

B.磁场能正在向电场能转化

C.电场能全部转化为磁场能

D.磁场能全部转化为电场能

（6）某LC 电路的振荡频率为520kHz ，为能提高到1040kHz ，可以调节LC 电路中的什

么元件？（ ）。

A.调节可变电容，使电容增大原来的4倍

B.调节可变电容，使电容减小为原来的41

C.调节电感线圈，使线圈匝数增加原来的4倍

D.调节电感线圈，使线圈电感变为原来的1/2

（7）当LC 振荡电路中电流达到最大值时，下列叙述中正确的是（ ）。

A.磁感应强度和电场强度都达到最大值

B.磁感应强度和电场强度都为零

C.磁感应强度最大而电场强度为零

D.磁感应强度是零而电场强度最大

提示与答案D 振荡电路的周期LC T π2=，因此只与螺线自感系数和电容器的电容有关，所以放

电时间不变。但充电时电容器的充电量和电压成正比，所以任一时刻的电流放电。充电都是原电流的2倍。

1.A 参考电磁振荡产生及过程。3.A ，C ，D 4.D 因LC T T

v πλ2,==所以有λ=v ·LC π2 5.B 6.B 7.C.

二、智 能 显 示

心中有数

“电磁振荡与电磁波”是高考年年必考内容，高考考查分三类：

一是对电磁振荡变化过程的物理量的状态及变化规律的理解；

二是对电磁振荡周期和频率的理解；

三是考查电磁波

动手动脑

1.已知LC 振荡电路中电容器极板1上的电量随时间变化的曲线如图6-5所示，则（ ）

A.a 、c 两时刻电路中电流最大，方向相同

B.a 、c 两时刻电路中电流最大，方向相反

C.b 、d 两时刻电路中电流最大，方向相同

D.b 、d 两时刻电路中电流最大，方向相反

图6-5

2.为了增大LC 振荡电路的固有频率，下列办法可采取的是（ ）

A.增大电容器两极板的正对面积的距离并增加线圈的匝数

B.减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数

C.减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯

D.减小电容器两极板的正对面积并减小线圈的匝数

2.在LC 振荡电路中，用以下的哪种办法可以使振荡频率增大一倍（ ）

A.自感L 和电容C 都增大一倍

B.自感L 增大一倍，电容C 减小一半

C.自感L 减小一半，电容C 增大一倍

D.自感L 和电容C 都减小一半

4.图6-62LC 振荡电路中电容器极板上的电量q 随时间t 变化的曲线，由图可知（ ）。

A.在t 1时刻，电路中的磁场能最小

B.从t 1到t 2，电路中的电流值不断变小

C.从t 2到t 3，电容器不断充电

D.在t 4时刻，电容器的电场最小

图6-6 图6-7

5.LC 回路中电容两端的电压U 随时刻t 变化的关系，如图6-7所示，（ ）。

A.在时刻t 1电路中的电流最大

B.在时刻t 2电路中的磁场能最大

C.从时刻t 2至t 3，电路的电场能不断增大

D.从时刻t 3至t 4，电容器的带电量不断增大

答案与分析

1.D[电磁振荡中的物理量可分为两组①电容器带电量q 、板间电压U 、电场强度E 及电

势能E C 为一组；②自感线圈里的电流i 、磁感应强度B 及磁场能E 1为一组，同组量大小变化趋势一致，同增同减，同为最大值或零值；异组量大小变化趋势相反，此增彼减、彼长此消，若q 、E 、U 等量按正弦规律变化则i 、B 等量必按余弦规律变化]。

2.D

3.D

4.A ，C ，D

5.B ，C.

课外阅读

麦克斯韦（James Clerk Maxwell.1831～1879）

麦克斯韦是英国的理论物理学家、数学家，1831年6月13日生于英国爱丁堡。他从小就受到科学的熏陶，15岁那年，就曾向英国皇家学会递交数学论文，发表在《爱丁堡皇家学会学报》上。1847年，他16岁时，考入爱丁堡大学学习数学和物理学，1850年，转入剑桥大学，1854年毕业，因成绩优秀留校工作。不久，他读到法拉第的著作《电学实验研究》，立即被它吸引住了，1855年发表了第一篇有关电磁学的论文——《法拉第的力线》。

1856～1865年，他先后在阿丁贝大学和伦敦皇家学院任教。在伦敦皇家学院任教期间，使他有机会拜访法拉第，年轻的麦克斯韦以他卓越的数学才能把法拉第用直观、形象方式表述的电磁理论加以概括提高，总结了当时对电磁现象研究的成果，建立了电磁场的基本方程，即麦克斯韦方程组，确立了电磁场理论。从这一理论得出，电磁过程在空间是以一定速度传播的，并推得这一速度001

με=c 恰好等于光速（)/104,/109412

702290A N m N C -?=???=πμπε。从而得出推断：光是一种以波的形式出现的电磁扰动，即电磁波。

麦克斯韦的电磁场理论从超距作用过渡到以场作为基本变量，实现了科学认识的一个革命性变革。这个理论也是第一个经典场论，是现代规范场理论的先导，在其简洁的数学形式中蕴藏着完美的对称结构：电场和磁场的对称性，时间和空间的对称性。爱因斯坦和英费尔德在评论它时曾说：“这些方程的提出是牛顿时代以来物理学上一个最重要的事件，这不仅是因为它的内容丰富，并且还因为它构成了一种新型定律的典范。

麦克斯韦虽然从理论上预言了电磁波的存在，但在他生前没有见到实验上发现电磁波，直到在他逝世9年以后，赫兹才从实验上证实了它的存在。

麦克斯韦还做出了光压现象的预言，后为俄国物理学家列别捷夫所证实。

麦克斯韦利用数学统计的方法，导出了分子运动的麦克斯韦分布律，即当气体处于热平衡时，气体分子的数目按速度大小而分布的规律。他]还研究和发展了哈密顿关于矢量分析和微分算子运用的合理性的理论，使矢量计算成为数学中的一门独立学科。

1871年麦克斯韦任剑桥物理实验室主任，后致力于筹建卡文迪许实验室，整理卡文迪许遗著，1874年卡文迪许实验室竣工，他被任命为实验室第一任主任。

1879年11月5日麦克斯韦在剑桥逝世，年仅49岁。后人为了纪念他，把电磁系单位制中磁通量的单位命名为麦克斯韦。 思维体操

例 如图6-8所示的LC 振荡回路中振荡电流的周期为2×10-2s 。自振荡电流沿逆时针方向达最大值开始计时，当t=3.4

×10-2s 时，电容器处于 状态（填充电、放电、充电完毕或放电完毕），这时电容器的上极板 （填带正电、带负电或不带电）。

解 设t=3.4×10-2s=2×10-2s+1.4×10-2s=T+t'， 则432T

t T

<'<，t 时刻与t'时刻电路振荡状态相同。

图6-8 图6-9

做出振荡电流i 随时间变化图像如图6-9所示，t 轴上方图线表示振荡电流沿逆时针方向。 在43~2T

T

时间内，振荡电流不断减小，磁场能不断减小，电场能不断增加，因此电容器处于充电状态，从图线处

于t 轴下方可知，电路中振荡电流沿顺时针方向，故上极板应带正电。

创新园地

如图所示6-10电源电动势为ε，内电阻为r ，电阻为R ，电感L 及电容C 都是理想元件。今将K 接通一段时间待电路稳定后突然将K 断开，下列各种说法中错误的是（ ）。

图6-10 图6-11

A.K 断开瞬间，LC 电路中的磁场能最大

B.LC 振荡电路的最大电流为r

R +ε

C.该电路辐射的电磁波以光速c 在真空中传播，而它的波长与电容量C 的开方成正比

D.在该振荡电路中，电场能和磁场能振荡的周期都是LC π

分析与解答 选A ，B ，D

磁场能与I 有关，断开时电流周期性变化，电流大小可能与稳定时K 断开前电流 I=r

R +ε的关系不定，所以A 、B 错误。电场能和磁场能随时间变化如图6-11所以D 错误。 又因为LC T π

2= λ=v 光T 所以λ=v 光×LC π2，所以电磁波波长与电容量C 开方成正比，所以C 正确。

三、同 步 题 库

1.如图6-12所示，是表示LC 振荡电路某时刻的电场和磁场情况，以下说法正确的是

（线圈的自感系数是L ，电容器电容为C ）（ ）。

A.电容器正在充电，电场能在增加

B.电容器正在放电，线圈中电流方向从上往下看是顺时针方向

C.电容器正在放电，线圈中的磁场能正在减弱

D.当线圈中的电流为零时，再经时间t=LC 2

π，电容器极板上的电荷也变为零

图6-12 图6-13

2.如图6-13所示，LC 振荡电路导线及电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，且电流正在增大，则（ ）。

A.这时电容器M 板带负电荷，N 板带正电荷

B.因电流正在增大，ab 间的电势差也随之增大

C.当ab 间电势差随电流的变化达到最大值时，磁场能刚好向电场能转化完毕

D.当电流增加到最大时，电容器电量为最大

3.在电磁波谱中，下列说法中正确的是（ ）

A.γ射线的频率一定比X 射线的频率高

B.紫外线的频率可能比X 射线的频率高

C.紫外线的频率一定比红外线的频率高

D.可见光的频率可能比X 射线的频率高

4.一个脉动电流，它的电流强度随时间变化的图象如图6-14所示，它是正弦交变电流 i=8sin )(2A t T

π的正向部分，则该电流的有效值为（ ）。

图6-14 图6-15

A.4A 2

B.4A

C.2A 2

D.2A

5.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图6-15所示，如果其它条件不变，

仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（ ）。

A.400V,0.02s

B.200V,0.02s

C.400V,0.08s

D.200V,0.08s

6.一个理想小型变压器，规定接在电压为220V 的线路上使用，若在变压器输出端接一

个标有“24Ω250mA ”字样的用电器，变压器和用电器均能正常工作，若在变压器输出端换接一个阻值为30Ω的用电器，该变压器的（ ）。

A.输出电流将大于5mA

B.输出电流将大于250mA

C.输出电压将在于6V

D.输出功率将小于1.5W

7.如图6-16所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接两个相同的灯泡L 1和L 2，输

电线的等效电阻为R ，原线圈接有一块理想电流表，开始时，电键S 接通，当S 断开时，以下说法中正确的是（ ）。

图6-16 图6-17

A.副线圈两端MN 输出电压减小

B.等效电阻R 上的电压降增大

C.通过灯泡L 1的电流增大

D.原线圈中电流表示数减小

8.如图6-17所示，线圈自感系数为L ，电阻不计，电容器的电容为C ，电键S 是闭合

的，现将S 突然断开，并开始计时，经过 时间，电场能第一次达到最大，这时 板电势较高。

9.如图6-18所示，理想变压器有两个次级线圈，已知n 1:n 2=10:1,R 1=R 2,当闭合S 1，断

开S 2时，初级线圈中串联的交流电流表示数为0.4A ，则R 1中通过的电流最大值是 A ；若断开S 1，闭合S 2，电流表示数变为0.1A ，则n 1:n 2= 。

图6-18 图6-19

10.图6-19表示一个变压器，原线圈接在i=I m sin ωt 的正弦 交流电上，当t=T/8时，I=10mA ，副线圈中交流电流表的读数为0.3A ，使额定电压为6V 的电灯L 正常发光，则灯L 的功率是 W ，变压器原、副线圈匝数比

n1:n2= 。

【同步题库】参考答案

1.A，D评析：本题要应用以下知识点①安培定则判定磁场的关系；②电容充电，电流流向C正极板，电容放电，电流流向C负极板；③LC振荡周期T=LC

π

2。

2.A，C评析：LC振荡过程是电场能和磁场能发生周期性转化的过程，对应物理量的变化对应关系为i↑→q↓即电流增大则电容放电。

3.B，C评析①电磁波谱中，频率从低到高的排列的顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线，X射线和γ射线②紫外线与X射线及X射线与γ射线的频率区间略有重叠。

4.C评析：计算交流电的有效值必须紧扣交流电与等效直流电相等时间的热效应相等。

5.B评析：从交流电的产生可得交流电动势的表达式e=NBSωsinωt，故知线圈转速既影响交流电的最大值或有效值，又影响交流电的周期或频率。

6.A，D评析：对理想变压器来说，输入电压一定，则输出电压也一定，但其输入输出电流及总功率随负载的改变而改变。

7.C，D评析：某一固定的理想变压器，原、副线圈的电流成正比。

8. b

π评析：题设情形中，S断开后，LC回路从L中具有最大的电流开始起振。

LC,2

/

9. 20

4:1评析：对于多副线圈变压器有：U1:U2:U3=:n1:n2:n3；P入=P出即I1U1=I2U2+I3U3。10.1.8，30:1 ,2

评析：交流电表任何时刻的读数均为所测对应量的有效值。

2017-2018学年高中物理第三章电磁振荡电磁波第1节电磁振荡教学案教科版选修3-4

第1节 电_磁_振_荡 对应学生用书 P37 电 磁 振 荡 [自读教材·抓基础] 1．振荡电流和振荡电路 (1)振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流。 (2)振荡电路：产生振荡电流的电路。 (3)LC 振荡电路：由线圈L 和电容器C 组成的电路，是最简单的振荡电路。 2．电磁振荡的过程 (1)放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大，电容器极板上的电荷逐渐减小，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，振荡电流逐渐增大，放电完毕，电流达到最大，电场能全部转化为磁场能。 (2)充电过程：电容器放电完毕后，由于线圈的自感作用，电流保持原来的方向逐渐减小，电容器将进行反向充电，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，振荡电流逐渐减小，充电完毕，电流减小为零，磁场能全部转化为电场能。 此后，这样充电和放电的过程反复进行下去。 3．电磁振荡的分类 (1)无阻尼振荡： 1.振荡电流是大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流。能够产生振荡电流的电路叫振荡电路，最简单的振荡电路是LC 振荡电路。 2．电容器放电过程中，极板上电量减少，电流增大，电场能逐渐转化为磁场能；电容器充电过程中，极板上电量增多，电流减小，磁场能逐渐转化为电场能。这种电场能和磁场能周期性相互转化的现象叫电磁振荡。 3．LC 振荡电路的振荡周期T ＝2πLC ，振荡频率f ＝1 2πLC 。

在LC 振荡电路中，如果能够及时地把能量补充到振荡电路中，以补偿能量损耗，就可以得到振幅不变的等幅振荡。 (2)阻尼振荡： 在LC 振荡电路中，由于电路有电阻，电路中有一部分能量会转化为内能，另外还有一部分能量以电磁波的形式辐射出去，使得振荡的能量减小。 [跟随名师·解疑难] 1．各物理量变化情况一览表： 工作过程 q E i B 能量转化 0→T 4 放电 q m →0 E m →0 0→i m 0→B m E 电→E 磁 T 4→T 2 充电 0→q m 0→E m i m →0 B m →0 E 磁→E 电 T 2 →3T 4 放电 q m →0 E m →0 0→i m 0→B m E 电→E 磁 3T 4→T 充电 0→q m 0→E m i m →0 B m →0 E 磁→E 电 2．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像： (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 3．变化规律及对应关系： (1)同步同变关系：

第十三章 电磁感应与电磁波精选试卷试卷(word版含答案)

第十三章 电磁感应与电磁波精选试卷试卷（word 版含答案） 一、第十三章 电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．如图为两形状完全相同的金属环A 、B 平行竖直的固定在绝缘水平面上，且两圆环的圆心O l 、O 2的连线为一条水平线，其中M 、N 、P 为该连线上的三点，相邻两点间的距离满足MO l =O 1N=NO 2 =O 2P ．当两金属环中通有从左向右看逆时针方向的大小相等的电流时，经测量可得M 点的磁感应强度大小为B 1、N 点的磁感应强度大小为B 2，如果将右侧的金属环B 取走，P 点的磁感应强度大小应为 A ．21 B B - B ．212B B - C ．122B B - D ．13 B 【答案】B 【解析】 对于图中单个环形电流，根据安培定则，其在轴线上的磁场方向均是向左，故P 点的磁场方向也是向左的.设1122MO O N NO O P l ====，设单个环形电流在距离中点l 位置的磁感应强度为1l B ，在距离中点3l 位置的磁感应强度为3l B ，故M 点磁感应强度 113l l B B B =+，N 点磁感应强度211l l B B B =+，当拿走金属环B 后，P 点磁感应强度2312 P l B B B B ==-，B 正确；故选B. 【点睛】本题研究矢量的叠加合成(力的合成，加速度，速度，位移，电场强度，磁感应强度等)，满足平行四边形定则；掌握特殊的方法（对称法、微元法、补偿法等）． 2．取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图（a ）所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为I 的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B ，若将另一根长导线对折后绕成如图（b ）所示的螺线管，并通以电流强度也为I 的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为（ ） A ．0 B ．0.5B C ．B D ．2 B 【答案】A 【解析】 试题分析：乙为双绕线圈，两股导线产生的磁场相互抵消，管内磁感应强度为零，故A 正确． 考点：磁场的叠加 名师点睛：本题比较简单，考查了通电螺线管周围的磁场，弄清两图中电流以及导线的绕法的异同即可正确解答本题．

高中物理必修第3册第十三章 电磁感应与电磁波试卷综合测试卷(word含答案)

高中物理必修第3册第十三章 电磁感应与电磁波试卷综合测试卷（word 含答 案） 一、第十三章 电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．如图所示，三根相互平行的固定长直导线1L 、2L 和3L 垂直纸面如图放置，与坐标原点 分别位于边长为a 的正方形的四个点上， 1L 与2L 中的电流均为I ，方向均垂直于纸面向外， 3L 中的电流为2I ，方向垂直纸面向里（已知电流为I 的长直导线产生的磁场中，距导 线r 处的磁感应强度kI B r （其中k 为常数）．某时刻有一质子（电量为e ）正好沿与x 轴正方向成45°斜向上经过原点O ，速度大小为v ，则质子此时所受磁场力为( ) A ．方向垂直纸面向里，大小为23kIve B ．方向垂直纸面向外，大小为32kIve C ．方向垂直纸面向里，大小为32kIve a D ．方向垂直纸面向外，大小为232kIve a 【答案】B 【解析】 【详解】 根据安培定则，作出三根导线分别在O 点的磁场方向，如图： 由题意知，L 1在O 点产生的磁感应强度大小为B 1＝ kI a ，L 2在O 点产生的磁感应强度大小

为B2＝ 2 kI a ，L3在O点产生的磁感应强度大小为B3＝2kI a ，先将B2正交分解，则沿x轴 负方向的分量为B2x＝ 2 kI a sin45°＝ 2 kI a ，同理沿y轴负方向的分量为 B2y＝ 2 kI a sin45°＝ 2 kI a ，故x轴方向的合磁感应强度为B x＝B1+B2x＝ 3 2 kI a ，y轴方向的合磁感应强度为B y＝B3?B2y＝ 3 2 kI a ，故最终的合磁感应强度的大小为22 32 2 x y kI B B B a ＝＝， 方向为tanα＝y x B B ＝1，则α=45°，如图： 故某时刻有一质子（电量为e）正好沿与x轴正方向成45°斜向上经过原点O，由左手定则 可知，洛伦兹力的方向为垂直纸面向外，大小为f＝eBv＝ 32 2 kIve a ，故B正确; 故选B． 【点睛】 磁感应强度为矢量，合成时要用平行四边形定则，因此要正确根据安培定则判断导线周围磁场方向是解题的前提. 2．三根相互平行的通电长直导线放在等边三角形的三个顶点上，右图为其截面图，电流方向如图所示．若每根导线的电流均为I，每根直导线单独存在时，在三角形中心O点产生的磁感应强度大小都是B，则三根导线同时存在时O点的磁感应强度大小为（） A．0 B．B C．2B D．B 【答案】C 【解析】 分析：三角形中心O点到三根导线的距离相等．根据安培定则判断三根导线在O点产生的磁感应强度的方向，根据平行四边形定则进行合成，求出三根导线同时存在时的磁感应强

电磁感应 电磁场和电磁波(附答案)

一 填空题 1. 把一个面积为S ，总电阻为R 的圆形金属环平放在水平面上，磁感应强度为B 的匀强磁场竖直向下，当把环翻转?180的过程中，流过环某一横截面的电量为 。 答：R BS 2。 2. 一半径为m 10.0=r 的闭合圆形线圈，其电阻Ω=10R ，均匀磁场B ρ 垂直于线圈平面。欲使线圈中有一稳定的感应电流A 01.0=i ，B 的变化率应为多少 1s T -?。 答：1s T 18.3-?。 3. 如图所示，把一根条形磁铁从同样高度插到线圈中同样的位置处，第一次动作快，线圈中产生的感应电动势为1ε；第二次慢，线圈中产生的感应电动势为2ε，则两电动势的大小关系是1ε 2ε 答：>。（也可填“大于”） 4. 如图所示，有一磁感强度T 1.0=B 的水平匀强磁场，垂直匀强磁场放置一很长的金属框架，框架上有一导体ab 保持与框架边垂直、由静止开始下滑。已知ab 长 m 1.0，质量为kg 001.0，电阻为Ω1.0，框架电阻不计，取2s m 10?=g ，导体ab 下落的最大速度 1s m -?。

答：1s m 10-?。 5. 金属杆ABC 处于磁感强度T 1.0=B 的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里（如图所示）。已知BC AB =m 2.0=，当金属杆在图中标明的速度方向运动时，测得C A ,两点间的电势差是V 0.3，则可知B A ,两点间的电势差ab V Ｖ。 答：V 0.2。 6. 半径为r 的无限长密绕螺线管，单位长度上的匝数为n ，通以交变电流 t I I ωcos 0=，则围在管外的同轴圆形回路(半径为R )上的感生电动势为 。 答：t nI r ωωμsin π002。 7. 铁路的两条铁轨相距L ，火车以v 的速度前进，火车所在地处地磁场强度在竖直方向上的分量为B 。两条铁轨除与车轮接通外，彼此是绝缘的。两条铁轨的间的电势差U 为 。 答：BLv 。 8. 图中，半圆形线圈感应电动势的方向为 （填：顺时针方向或逆时针方向）。 答：逆时针方向。 9. 在一横截面积为0.2m 2的100匝圆形闭合线圈，电阻为0.2Ω。线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直线圈截面，其磁感应强度B 随时间t 的变化规律如图所示。线圈中感应电流的大小是 A 。

高中物理第十三章 电磁感应与电磁波精选测试卷综合测试卷(word含答案)

高中物理第十三章电磁感应与电磁波精选测试卷综合测试卷（word含答案） 一、第十三章电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．如图甲，一电流强度为I的通电直导线在其中垂线上A点处的磁感应强度B∝，式中r 是A点到直导线的距离．在图乙中是一电流强度为I的通电圆环，O是圆环的圆心，圆环的半径为R，B是圆环轴线上的一点，OB间的距离是r0，请你猜测B点处的磁感应强度是( ) A． 2 2 R I B r ∝ B．()3 222 I B R r ∝ + C．() 2 3 222 R I B R r ∝ + D．() 2 3 222 r I B R r ∝ + 【答案】C 【解析】 因一电流强度为I的通电直导线在其中垂线上A点处的磁感应强度B∝ I r ，设比例系数为k，得：B=K I r ，其中 I r 的单位A/m； 2 2 R I r 的单位为A，当r0为零时，O点的磁场强度变 为无穷大了，不符合实际，选项A错误．()3 222 I R r + 的单位为A/m3，单位不相符，选项B错误，() 2 3 222 R I R r + 的单位为A/m，单位相符；当r0为零时，也符合实际，选项C正 确． () 2 3 222 r I R r + 的单位为A/m，单位相符；但当r0为零时，O点的磁场强度变为零了，不符合实际，选项D错误；故选C． 点睛：本题关键是结合量纲和特殊值进行判断，是解决物理问题的常见方法，同时要注意排除法的应用，有时能事半功倍．

2．如下左图所示，足够长的直线ab靠近通电螺线管，与螺线管平行．用磁传感器测量ab 上各点的磁感应强度B，在计算机屏幕上显示的大致图象是( ) A．B． C．D． 【答案】C 【解析】 试题分析：通电螺线管的磁场分布相当于条形磁铁，根据磁感线的疏密程度来确定磁感应强度的大小． 解：通电螺线管的磁场分布相当于条形磁铁，因此根据磁感线的分布，再由磁感线的疏密程度来确定磁感应强度的大小可知， 因为ab线段的长度大于通电螺线管的长度，由条形磁铁磁感线的分布，可知应该选C，如果ab线段的长度小于通电螺线管的长度，则应该选B． 由于足够长的直线ab，故C选项正确，ABD错误； 故选C 点评：考查通电螺线管周围磁场的分布，及磁感线的疏密程度来确定磁感应强度的大小，本题较简单但会出错． 3．降噪耳机越来越受到年轻人的喜爱．某型号降噪耳机工作原理如图所示，降噪过程包括如下几个环节：首先，由安置于耳机内的微型麦克风采集耳朵能听到的环境中的中、低频噪声（比如 100Hz～1000Hz）；接下来，将噪声信号传至降噪电路，降噪电路对环境噪声进行实时分析、运算等处理工作；在降噪电路处理完成后，通过扬声器向外发出与噪声相位相反、振幅相同的声波来抵消噪声；最后，我们的耳朵就会感觉到噪声减弱甚至消失

第十三章电磁感应与电磁波初步

第十三章电磁感应与电磁波初步 1.磁场磁感线 练习与应用 1. 音箱中的扬声器、电话、磁盘、磁卡等生活中的许多器具都利用了磁体的磁性。请选择一个你最熟悉的器具，简述它是怎样利用磁体的磁性来工作的。 2. 日常生活中，磁的应用给我们带来方便。例如：在柜门上安装“门吸”能方便地把柜门关紧；把螺丝刀做成磁性刀头，可以像手一样抓住需要安装的铁螺钉，还能把掉在狭缝中的铁螺钉取出来。请你关注自己的生活，看看还有哪些地方如果应用磁性可以带来方便。写出你的创意，并画出你设计的示意图。 3. 磁的应用非常广泛，不同的人对磁应用的分类也许有不同的方法。请你对磁的应用分类，并每类举一个例子。 4. 通电直导线附近的小磁针如图13.1-13所示，标出导线中的电流方向。 5. 如图13.1-14，当导线环中沿逆时针方向通过电流时，说出小磁针最后静止时N 极的指向。 6. 通电螺线管内部与管口外相比，哪里的磁场比较强？你是根据什么判断的？ 7. 为解释地球的磁性，19 世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I 引起的。在图13.1-15 中，正确表示安培假设中环形电流方向的是哪一个？请简述理由。

2.磁感应强度磁通量 练习与应用 1. 有人根据B ＝IlF 提出：磁场中某点的磁感应强度B 与通电导线在磁场中所受的磁场力F 成正比，与电流I 和导线长度l 的乘积成反比。这种说法有什么问题？ 2. 在匀强磁场中，一根长0.4 m 的通电导线中的电流为20 A，这条导线与磁场方向垂直时，所受的磁场力为0.015 N，求磁感应强度的大小。 3. 如图13.2-8，匀强磁场的磁感应强度B为0.2 T，方向沿x轴的正方向，且线段MN、DC相等，长度为0.4 m，线段NC、EF、MD、NE、CF相等，长度为0.3 m，通过面积SMNCD、SNEFC、SMEFD的磁通量Φ1、Φ2、Φ3 各是多少？ 4. 在磁场中放置一条直导线，导线的方向与磁场方向垂直。先后在导线中通入不同的电流，导线所受的力也不一样。图13.2-9中的图像表现的是导线受力的大小F与通过导线的电流I 的关系。A、B各代表一组F、I 的数据。在甲、乙、丙、丁四幅图中，正确的是哪一幅或哪几幅？说明道理 3.电磁感应现象及应用 练习与应用 1. 图13.3-7 所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框。在下列几种情况下，线框中是否产生感应电流？（1）保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中上下运动（图13.3-7 甲）。 （2）保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中左右运动（图13.3-7 乙）。 （3）线框绕轴线转动（图13.3-7 丙）。

内蒙古赤峰二中物理第十三章 电磁感应与电磁波精选测试卷

内蒙古赤峰二中物理第十三章电磁感应与电磁波精选测试卷 一、第十三章电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图（a）所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为I的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B，若将另一根长导线对折后绕成如图（b）所示的螺线管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为（） A．0 B．0.5B C．B D ．2 B 【答案】A 【解析】 试题分析：乙为双绕线圈，两股导线产生的磁场相互抵消，管内磁感应强度为零，故A正确． 考点：磁场的叠加 名师点睛：本题比较简单，考查了通电螺线管周围的磁场，弄清两图中电流以及导线的绕法的异同即可正确解答本题． 2．如图甲，一电流强度为I 的通电直导线在其中垂线上A点处的磁感应强度B∝，式中r 是A点到直导线的距离．在图乙中是一电流强度为I的通电圆环，O是圆环的圆心，圆环的半径为R，B是圆环轴线上的一点，OB间的距离是r0，请你猜测B点处的磁感应强度是( ) A． 2 2 R I B r ∝ B．()3 222 I B R r ∝ + C．() 2 3 222 R I B R r ∝ + D．() 2 3 222 r I B R r ∝ + 【答案】C

【解析】 因一电流强度为I 的通电直导线在其中垂线上A 点处的磁感应强度B ∝ I r ，设比例系数为 k ，得：B=K I r ，其中 I r 的单位A/m ；220R I r 的单位为A ，当r 0为零时，O 点的磁场强度变 为无穷大了，不符合实际，选项A 错误． () 3 2 220 I R r + 的单位为A/m 3，单位不相符，选项 B 错误， () 232 220 R I R r +的单位为A/m ，单位相符；当r 0为零时，也符合实际，选项C 正 确． () 2032 220 r I R r + 的单位为A/m ，单位相符；但当r 0为零时，O 点的磁场强度变为零了， 不符合实际，选项D 错误；故选C ． 点睛：本题关键是结合量纲和特殊值进行判断，是解决物理问题的常见方法，同时要注意排除法的应用，有时能事半功倍． 3．三根通电长直导线垂直纸面平行固定，其截面构成一正三角形，O 为三角形的重心，通过三根直导线的电流分别用I 1、I 2、I 3表示，方向如图。现在O 点垂直纸面固定一根通有电流为I 0的直导线，当1230I I I I ===时，O 点处导线受到的安培力大小为F 。已知通电长直导线在某点产生的磁感应强度大小和电流成正比，则（ ） A ．当102303I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为4F B ．当102303I I I I I ===、时，O 3F C ．当201303I I I I I ===、时，O 3F D ．当301203I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为2F 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】 根据安培定则画出123I I I 、、在O 点的磁感应强度123B B B 、、的示意图如图所示

第十三章 电磁感应与电磁波精选试卷复习练习(Word版 含答案)

第十三章 电磁感应与电磁波精选试卷复习练习(Word 版 含答案) 一、第十三章 电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．已知无限长通电直导线周围某一点的磁感应强度B 的表达式：00 2I B r μπ=，其中r 0是该点到通电直导线的距离，I 为电流强度，μ0为比例系数（单位为N/A 2）．试推断，一个半径为R 的圆环，当通过的电流为I 时，其轴线上距圆心O 点为r 0处的磁感应强度应为（ ） A ．() 20322 202r I R r + B ．()0322202IR R r μ+ C ．()2 0322 202IR R r μ+ D ．()200322 202r I R r μ+ 【答案】C 【解析】 根据，00 2I B r μπ=,μ0单位为：T?m/A ； A 、等式右边单位：23m A =A/m m ，左边单位为T ，不同，故A 错误；B 、等式右边单位：3(T m/A)m A =T/m m ??，左边单位为T ，不同，故B 错误；C 、等式右边单位：23(T m/A)m A =T m ??，左边单位为T ，相同，故C 正确；D 、等式右边单位23(T m/A)m A =T m ??，左边单位为T ，相同，但当r 0=0时B =0，显然不合实际，故D 错误；故选C. 【点睛】本题要采用量纲和特殊值的方法进行判断，即先根据单位判断，再结合r 0取最小值进行分析.结合量纲和特殊值进行判断是解决物理问题的常见方法. 2．如下左图所示，足够长的直线ab 靠近通电螺线管，与螺线管平行．用磁传感器测量ab 上各点的磁感应强度B ，在计算机屏幕上显示的大致图象是( )

电磁感应电磁波

电磁感应电磁波集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-

第十讲 电磁感应 电磁波 一、磁通量：面积S 垂直放入磁场B ，则B 与S 的乘积表示穿过这个面的磁通量 1、大小：BS =Φ （适用于垂直的情况） 单位：韦伯 Wb 垂直时磁通量最大，平行是磁通量等于零。 二、电磁感应现象:由磁场产生电流的现象。 1、产生感应电流的条件：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电流。 2、感应电动势：在电磁感应现象中，若电路不闭合，虽然没有感应电流， 但感应电动势仍存在。 3、电磁感应现象中，能量是守恒的。 二、法拉第电磁感应定律 1、内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率 成正比。（实验定律） 2、表达式： t n E ??Φ= N 表示线圈匝数，t ??Φ磁通量变化率 三、导线切割磁感线时，感应电动势 表达式：E ＝ＢＬv 适用于B 、L 、V 垂直情 况 感应电流方向：右手定则判定。 右手定则：伸开右手，让拇指与其余四指垂直，并且跟手掌在同一个平面内。 让磁感线垂直穿过掌心。拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的 是感应电流的方向。 电磁波 一、 麦克斯韦的电磁场理论： 1、 变化的磁场在周围空间产生电场 2、 变化的电场在周围空间产生磁场 二、 电磁场：变化的磁场和变化的电场是相互联系着的，形成一个不可分离的统一体， 这就是电磁场。 三、 电磁波：电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波。 麦克斯韦：预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在 1、任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是c=3×108m/s 2、电磁波的波速、波长、频率和周期的关系为：c=λf=λ/T 3、电磁波传递能量和信息。 四、电视和雷达（见课本）

第十三章 电磁感应与电磁波精选试卷测试卷(解析版)

第十三章 电磁感应与电磁波精选试卷测试卷（解析版） 一、第十三章 电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．如图所示，匀强磁场中有一圆形闭合线圈，线圈平面与磁感线平行，能使线圈中产生感应电流的应是下述运动中的哪一种（ ） A ．线圈平面沿着与磁感线垂直的方向运动 B ．线圈平面沿着与磁感线平行的方向运动 C ．线圈绕着与磁场平行的直径ab 旋转 D ．线圈绕着与磁场垂直的直径cd 旋转 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 A ．线圈平面沿着与磁感线垂直的方向运动时，磁通量始终为零，保持不变，线圈中没有感应电流产生；故A 错误． B ．线圈平面沿着与磁感线平行的方向运动时，磁通量始终为零，保持不变，线圈中没有感应电流产生；故B 错误． C ．线圈绕着与磁场平行的直径ab 旋转时，磁通量始终为零，保持不变，线圈中没有感应电流产生；故C 错误． D ．线圈绕着与磁场垂直的直径cd 旋转时，磁通量从无到有发生变化，线圈中有感应电流产生；故D 正确． 故选D ． 【点睛】 感应电流产生的条件有两个：一是线圈要闭合；二是磁通量发生变化. 2．三根通电长直导线垂直纸面平行固定，其截面构成一正三角形，O 为三角形的重心，通过三根直导线的电流分别用I 1、I 2、I 3表示，方向如图。现在O 点垂直纸面固定一根通有电流为I 0的直导线，当1230I I I I ===时，O 点处导线受到的安培力大小为F 。已知通电长直导线在某点产生的磁感应强度大小和电流成正比，则（ ）

A ．当102303I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为4F B ．当102303I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为3F C ．当201303I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为3F D ．当301203I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为2F 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】 根据安培定则画出123I I I 、、在O 点的磁感应强度123B B B 、、的示意图如图所示 当1230I I I I ===时，三根导线在O 点产生的磁感应强度大小相等，设为0B ，根据磁场叠加原理可知，此时O 点的磁感应强度为 02B B = 此时O 点处对应的导线的安培力 002F B I L = AB ．由于通电长直导线在某点产生的磁感应强度大小和电流成正比，当 102303I I I I I ===、时，则有 103B B =，230B B B == 根据磁场叠加原理可知，此时O 点的磁感应强度为 04B B = 此时O 点处对应的导线的安培力 0042F B I L F '== 故AB 错误； C ．当201303I I I I I ===、时，有 203B B =，130B B B ==

第十五章 电磁感应与电磁波

第十五章电磁感应与电磁波 [教学时数] 12 [教学内容] 第一节电磁感应的基本定律 第二节动生电动势 第三节感生电动势 第四节自感和互感 第五节磁场的能量 第六节电磁波 [教学要求] （1）熟悉电磁感应现象，掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律； （2）深刻理解动生电动势、感生电动势、自感电动势、互感电动势等概念； （3 （4）了解磁场能量、能量密度等概念，会求磁场能量、能量密度； （5）理解位移电流的概念，知道电磁波的产生机制。 [重点] 求解动生电动势和感生电动势 [难点] 互感电动势 [教学方法] 讲授法、谈话法、启发法、范例教学法 [教学方案] 1. 内容安排 每小节用两个课时完成 2. 活动安排 理论讲授、例题讲解、课堂练习、课后练习

第一节 电磁感应的基本定律 1． 电磁感应现象 2． 1831年实验物理学家法拉第从实验中发现，当通过 任一闭合导体回路所包围面积的磁通量发生变化时，回 路中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象，产生的 电流叫感应电流。回路中有电流的原因是电路中有电动 势，直接由电磁感应得到的电动势叫感应电动势。 2．楞次定律 楞次定律指出：闭合回路中的感应电流总是企图使 它自己所产生的磁场反抗原磁通量的变化。因此对感应 (1)原磁场的方向及磁通量Φm 如何变? (2)由“反抗”Φm 的变化确定感应电流的磁场方向； (3)由感应电流的磁场方向确定感应电流(电动势) 这里要注意“反抗”的含义，反抗并不是相反，“反抗”是指Φm 若变大，感应电流的磁场方向应与之相反；而Φm 变小，感应电流的磁场方向应与之相同。例如在图8(a)中，导体CD 向右滑动，(1)回路中B 垂直低面向内，Φm 在增加；(2)由“反抗”知感应电流的磁场方向应相反，即垂直纸面向外；(3)要得到这样的磁场，电流(电动势)必为C →D 。 3．法拉第电磁感应定律 法拉第全面总结了磁通量的变化与感应电动势之间的关系而得出：不论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律 ε = - dt d φ 式中负号表明感应电动势的方向和磁通量变化率之间的关系，是楞次定律的数学表示，判断时先任取一个回路方向(绕行方向)，并按右螺旋法则定出回路法线n 的方向；再定磁通量的正负，与n 同向为正，异向为负；最后由d Φ/dt 的正负确定εi 的正负，如图8.1.2所示。显然用这种方法确定感应电动势的方向很复杂，因此在实际解算中，常常是利用楞次定律来 第二节 动生电动势 1．动生电动势 由于闭合回路或一段导体在稳恒磁场中运动而回路或导体内产生的感应电动势叫动生电动势。 ε = dt d φ = Bl dt dx = Blv 动生电动势的本质是自由电子在磁场中受到洛仑兹力的结果。导体CD 向右运动时，自

5.3电磁振荡与电磁波

§5、3电磁振荡与电磁波 5．3．1、电磁振荡 电路中电容器极板上的电荷和电路中的电流及它们相联系的电场和磁场作周期性变化的现象，叫做电磁振荡。在电磁振荡过程中所产生的强度和方向周期性变化的电流称为振荡电流。能产生振荡电流的电路叫振荡电路。最简单的振荡电路，是由一个电感线圈和一个电容器组成的LC 电路，如图5-3-1所示。 在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡应该永远持续下去，电路中振荡电流的振幅应该永远保持不变，这种振荡 叫做自由振荡或等幅振荡。但是，由于任何电路都有电阻，有一部分能量要转变成热，还有一部分能量要辐射到周围空间中去，这样振荡电路中的能量要逐渐减小，直到最后停止下来。这种振荡叫做阻尼振荡或减幅振荡。 电磁振荡完成一次周期性变化时需要的时间叫做周期。一秒钟内完成的周期性变化的次数叫做频率。 振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失，也不受其它外界的影响，即电路中发生自由振荡时的周期和频率，叫做振荡电路的固有周期和固有频率。 LC 回路的周期T 和频率f 跟自感系数L 和电容C 的关系是:. LC f LC T ππ21 ,2==。 5．3．2、电磁场 任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，任何变化的磁场都要在周围空间产生电场。变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的场，这就是电磁场。麦克斯韦理论是描述电磁场运动规律的理论。 L 图5-3-1

变化的磁场在周围空间激发的电场，其电场呈涡旋状，这种电场叫做涡旋电场。涡旋电场与静电场一样对电荷有力的作用；但涡旋电场又与静电场不同，它不是静电荷产生的，它的电场线是闭合的，在涡旋电场中移动电荷时电场力做的功与路径有关，因此不能引用“电势”、“电势能”等概念。 当导体作切割磁感线运动时，导体中的自由电子将受到洛仑兹力而在导体中定向移动，使这段导体两端分别积累正、负电荷，产生感应电动势，这种感应电动势又叫做动生电动势。它的计算公式为 θεsin Blv = 当穿过导体回路的磁通量发生变化时（保持回路面积不变），变化的磁场周围空间产生涡旋电场，导体中的自由电子在该电场的电场力作用下定向移动形成电流，这样产生的感应电动势又叫感生电动势。它的计算公式为 t B S ??=ε 5．3．3、电磁波 如果空间某处产生了振荡电场，在周围的空间就要产生振荡的磁场，这个振荡磁场又要在较远的空间产生新的振荡电场，接着又要在更远的空间产生新的振荡磁场，……，这样交替产生的电磁场由近及远地传播就是电磁波。 电磁波的电场和磁场的方向彼此垂直，并且跟传播方向垂直，所以电磁波是横波。 电磁波不同于机械波，机械波要靠介质传播，而电磁波它可以在真空中传播。电磁波在真空中的传播速度等于光在真空个的传播速度8 1000.3?=C 米/秒。 电磁波在一个周期的时间内传播的距离叫电磁波的波长。电磁波在真空中的波长为:.

电磁振荡和电磁波

电磁振荡和电磁波 一、教法建议 抛砖引玉 本章教材的核心内容是麦克斯韦的电磁理论，但由于考查重心以电磁振荡的过程和电磁波特性为主，所以教学时这方面内容应详讲重练，而其它则简单地阐述。 指点迷津 教材对电磁振荡产生过程的分析是从能量转换着眼，重点放在电路中电场能和磁场能的相互转化上。教学时可引导学生逐步分析教科书中图6-2甲、乙、丙、丁、戊所示的电磁振荡过程要使学生明确何时电场能转化为磁场能，何时磁场能转化为电场能；何时电场能最大，何时磁场能最大。电场能与磁场能间的转化条件是电感线圈的自感作用和电容器的充放电作用。要启发学生从电磁感应的角度搞清楚：为什么充好电的电容器开始放电时电路里的电流不能立刻达到最大值，电场能为什么不能转化为磁场能，为什么电容器放电完毕时电路里的电流还要继续流动。 电磁振荡产生的物理过程比较抽象，为了帮助学生理解可用单摆的摆动作类比，电容器充完电时相当于把摆球从平衡位置拉到最高点，电场能相当于摆球势能，磁场能相当于摆球动能。电容器在放电过程中电场能转化为磁场能，相当于摆球由最高点向平衡位置运动。摆球势能转化为动能。电容器放电完毕电场能全部转化为磁场能，相当于摆球到达平衡位置时摆球势能全部转化为动能。 如果想使学生建立起较完整的电磁振荡概念，就要使学生明确“电”不仅指电容器两极板上的电荷，也指该电荷产生的电场，“磁”不仅指电感线圈中的电流，也指该电流产生的磁场。电磁振荡是指这些电荷、电场、电流、磁场都随时间做周期性的正弦变化的现象，为了使学生分清振荡电流与前章所讲的交变电流的区别，要指出振荡电流是一种频率很高的交变电流，很难用交流发电机产生，一般用LC回路产生。可说明在演示实验中我们有意加大电感线圈的电感L和电容器的电容C使振荡电流周期变大（频率减小）以便观察，无线电技术中所应用的振荡电流频率约1兆赫左右或几十兆赫。 阻尼振荡和无阻尼振荡除了按教材内容介绍外，可与单摆的摆动进行对比说明，还可用示波器演示LC回路产生阻尼振荡时的情形，让同学观察振幅衰减的情况，并用示波器观察补充能量后产生的无阻尼振荡波形，看到振幅一定的情况，通过观察示波器的波形能对教科书中图6-3的图象留下深刻的印象。 教科书在解释什么叫振荡电路的固有周期和固有频率后，通过演示实验改变LC回路中的电感L或电容C，使同学看到电路的振荡周期、频率随之变化，由实验中得出电感L大（小）、电容C大（小）、周期长（短的结论，要启发学生体会到：LC回路的周期频率由电路本身的特性（L，C值）决定，所以把电路的周期、频率叫做固有周期、固有频率，教材没有做进一步的分析和证明，直接给出了周期公式和频率公式，这两个公式的证明在中学不易讲清楚。我们的目的是让学生通过实验现象的观察了解公式内容，能应用公式对有关总是进行简单的分析、计算。教材强调了公式中各个物理量的单位，这是有的学生容易出错的地方，课堂上可以让学生做一些简单的基本练习。 （1）电磁场和电磁波：从理论上说，是磁学的核心内容就是电磁场的概念和麦克斯韦的电磁场方程，但这些内容非常抽象，在中学阶段还没有很好的方法让学生接受，只能要求学生对电磁场的理论有一个初步的定性的了解，教材突出了电磁场理论中最核心的内容：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电场和磁场交替产生传播出去形成电磁波。 电磁场理论建立的历史过程是对我们有极大启发的激动人心的过程，适当介绍这一历史过程对学生有教育作用，在思想方法上也会受益。我们可简单介绍法拉第关于场的要领和法拉第的一些设想，介绍麦克斯韦的追求和电磁理论的提出、电磁波设想的提出，介绍赫兹对电磁波存在的实验验证。 电磁场理论的核心之一是：变化的磁场产生电场，教材从电磁感应用现象中随时间变化的磁场在线圈中产生感应电动势谈起，为了使学生容易接受，可做一个演示实验，实验装置如图6-1所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光，我们可提出问题，线圈中产生感应电动势说明了什么？指出麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场在线圈中引起了感应电流，我们又提出问题：如果用不导电的塑料线绕制线圈、线圈中还会有电流、电场吗？（有电场，无电流）。再问：想像线圈不存在时线圈所在处的空间还有电

第十三章 电磁感应与电磁波精选试卷测试卷(解析版)

第十三章电磁感应与电磁波精选试卷测试卷（解析版） 一、第十三章电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环a，下列各种情况中铜环a中没有感应电流的是（） A．将电键突然断开的瞬间 B．线圈中通以恒定的电流 C．通电时，使滑动变阻器的滑片P做加速移动 D．通电时，使滑动变阻器的滑片P做匀速移动 【答案】B 【解析】 【详解】 A.将电键突然断开的瞬间，线圈产生的磁场从有到无消失，穿过铜环a的磁通量减小，产生感应电流，故A不符合题意； B.线圈中通以恒定的电流时，线圈产生稳恒的磁场，穿过铜环a的磁通量不变，没有感应电流产生，故B符合题意； C.通电时，使变阻器的滑片P作加速滑动时，变阻器接入电路的电阻变化，回路中电流变化，线圈产生的磁场变化，穿过铜环a磁通量变化，产生感应电流，故C不符合题意； D.通电时，使变阻器的滑片P作匀速滑动时，变阻器接入电路的电阻减小，回路中电流增大，线圈产生的磁场增强，穿过铜环a磁通量增大，产生感应电流，故D不符合题意； 2．如图，在直角三角形ACD区域的C、D两点分别固定着两根垂直纸面的长直导线，导线中通有大小相等、方向相反的恒定电流，∠A=90?，∠C=30?，E是CD边的中点，此时E 点的磁感应强度大小为B，若仅将D处的导线平移至A处，则E点的磁感应强度（） A．大小仍为B,方向垂直于AC向上 B．大小为 3 2 B，方向垂直于AC向下

C ．大小为32 B ，方向垂直于A C 向上 D ．大小为3B ，方向垂直于AC 向下 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】 根据对称性C 、D 两点分别固定着两根垂直纸面的长直导线在E 点产生的磁感应强度 02 B B = 由几何关系可知 AE =CE =DE 所以若仅将D 处的导线平移至A 处在E 处产生的磁感应强度仍为B 0，如图所示 仅将D 处的导线平移至A 处，则E 点的磁感应强度为 032cos302 B B B '=?= 方向垂直于AC 向下。 A ．大小仍为B ,方向垂直于AC 向上 与上述结论不相符，故A 错误； B 3，方向垂直于A C 向下 与上述结论相符，故B 正确； C ．大小为32 B ，方向垂直于A C 向上 与上述结论不相符，故C 错误； D 3，方向垂直于AC 向下 与上述结论不相符，故D 错误； 故选B 。 3．降噪耳机越来越受到年轻人的喜爱．某型号降噪耳机工作原理如图所示，降噪过程包括如下几个环节：首先，由安置于耳机内的微型麦克风采集耳朵能听到的环境中的中、低频噪声（比如 100Hz ～1000Hz ）；接下来，将噪声信号传至降噪电路，降噪电路对环境噪声进行实时分析、运算等处理工作；在降噪电路处理完成后，通过扬声器向外发出与噪声相位相反、振幅相同的声波来抵消噪声；最后，我们的耳朵就会感觉到噪声减弱甚至消失

第六章电磁振荡电磁波

第六章电磁振荡电磁波 一、选择题： 1、如图所示，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，LC振荡电路工作时的周期为T，在t=0时断开电键K，则在0到T/4这段时间内，下列叙述正确的是（） (A)电容器C放电，A板上正电荷逐渐减小，LC回路中电流逐渐增大，当t=T/4时电流达到最大 (B)电容器C放电，A板上正电荷逐渐减少，LC回路中电流逐渐减小，t=0时放电电流最大 (C)电容器C被充电，B板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t=T/4时电流为零 (D)电容器C被充电，A板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t=T/4时电流为零 2、一个无线电发射机,要使它发射的电磁波的波长由λ1变为2λ1,保持振荡电路中的电感不变,则电路中的电容将变为原来的( ) (A)2倍(B)4倍(C)倍(D)倍 3、LC回路中电容两端的电压u随时间t变化的关系如图所示（） (A)在时刻t ，电路中的电流最大 1 ，电路的磁场能最大 (B)在时刻t 2

(C)从时刻t 2至t 3 ，电路的电场能不断增大 (D)从时刻t 3至t 4 ，电容的带电量不断增大 4、要使开放式振荡电路发射的电磁波的频率增大，可以采用的方法是( ) (A)提高电容器的充电电压 (B)将电容器的动片旋出一些 (C)增大电感线圈的匝数 (D)将软铁心插入线圈中 5、在LC振荡电路中，下列说法正确的是 (A)电容器充放电一次，所用的时间是一个周期 (B)电感线圈的电感量增大时，电容器的充、放电过程变慢 (C)回路中电流最大时，电感线圈两端的电压为零 (D)从电容器放电开始计时，当(k=1，2，…)时电流为零 6、关于电磁场的理论,下面的说法中,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)振荡电场周围产生的磁场也是振荡的 7、关于振荡电路的下述说法中,正确的是( ). (A)电容器带电量为零的时刻,振荡电流达到最大值 (B)振荡电流做周期性变化,每秒钟变化的次数为 (C)电容器充电时,磁场能逐渐转化为电场能 (D)振荡电流减小时,电场能逐渐转化为磁场能 8、在LC振荡电路中产生振荡电流的过程中，理想的情况是能量没有损耗，振荡电流的振幅保持不变。但实际的振荡电路如果没有外界能量的及时补充，振荡电流的振幅总是要逐渐减小。下面的几种情况中，哪些是造成振幅减小的原因（）

电磁振荡和电磁波

[科目] 物理 [关键词] 教案/电磁振荡和电磁波 [年级] 高二 [文件] jan30.doc [标题] 电磁振荡和电磁波 [内容] 电磁振荡和电磁波 【教学结构】 一、电磁磁场 ⒈LC振荡电路：如图1所示，由电感线圈和电容器组成的电路。 ⒉振荡电流：由LC振荡电路产生的大小和方向作周期性变化的交流电，振荡电流是一种频率很高的交流电，很难用交流发电机产生，一般用LC振荡电路产生，与前一章讲的交流电不同。 ⒊电磁振荡的产生，是本章的重要内容，电磁振荡产生的物理过程比较抽象，也是本章教材的难点，必须多下功夫。 ⑴振荡产生条件：如图1当电键K与b接通，电源给电容器充电，充电结束，电容器带电，电容器储存电场能，为LC振荡电路的全部能量。 ⑵振荡过程 放电：电键K接通a，电容器开始放电，由于自感放电电流逐渐增大，电流方向如图2所示，逆时针方向。电容器电量逐渐减少，电场能逐渐减少转化为电感线圈中的磁场能，而且逐渐增大，放电结束时，电流最大，电容器带电量为零，全部电场能转化为磁场能。 充电：如图3所示，给电容器反向充电，电流仍为逆时针方向，电流强度逐渐减小，

电容器带电量逐渐增大，磁场能逐渐减小，转化为电场能，且逐渐增大，充电结束时，充电电流为零，电容器带电量最大，全部磁场能转化为电场能。 放电：如图4所示，放电电流逐渐增大，其方向为顺时针，电容器电量逐渐减小，电场能逐渐减小，转化为磁场能，磁场能逐渐增大，当放电结束时，放电电流最大，电容器带电量为零，全部电场能转化为磁场能。 充电：如图5所示，给电容器充电，电流仍为顺时针方向，电流强度逐渐减小，电容器带电量逐渐增大，磁场能逐渐减小，转化为电场线，且逐渐增大。充电结束时，充电电流为零，电容器带电量最大，全部磁场能转化为电场能。又回复到初始状态，再重复上述振荡过程。上述振荡过程即为一个完整电磁振荡过程。 为了有助于电磁振荡过程的理解，可用单摆的摆动类比，电源给电容器充电相当把摆球从平衡位置拉至最高点，做为振动的开始条件。电场能相当于重力势能，磁场能相当动能，电容器从图2到图3的放电过程电场能转化为磁场能相当单摆摆球从最高点摆至平衡位置重力势能转化为摆球动能。电容器放电结束，电场能全部转化为磁场能相当摆球的重力势全部转化动能，放电结束，电流强度最大，相当于单摆达平衡位置时速度最大。依此类比可加深对电磁振荡过程的理解，注意关键是抓住放电，充电结束的时刻的特点。 从上述物理过程的分析，应认识到电荷与电场，电场能，电流与磁场，磁场能是密切联系在一起的，电磁振荡过程实际是电荷，电场，电流强度，磁场随时做周期性正弦变化的。 ⒋无阻尼振荡和阻尼振荡 ⑴无阻尼振荡：在自由振荡中，没有能量损失。振荡过程中振荡电流强度的振幅不随时间发生变化，又称等幅振荡。如图6所示。 ⑵阻尼振荡：在振荡过程中，有能量损失，振荡电流的振幅逐渐减小，最后停止。又称为减幅振荡。如图7所示。 振荡过程中，在电路电阻上产生热量而损失，线路还要向外幅射能量，使LC 振荡电路中能量很快损失掉而停止振荡。要维护振荡必须不断给振荡电路补充能量。振荡器就是不断补充损失的能量保证等幅振荡。 二、电磁振荡的周期和频率 ⒈周期：电磁振荡完成一次周期性变化的时间，用T表示，单位为秒（S） LC电路中振荡周期由电容和电感大小决定，实验证明，LC Tπ2 =，当C用法拉（F）、L用享利（H）为单位时，T的单位为秒（S），使用此公式计算周期时注意因为比较麻烦，一定要仔细。