（2021新人教版）高中物理选择性必修第二册第4章 章末综合提升讲义.doc

1、巩固层巩固层知识整合知识整合 提升层提升层能力强化能力强化 电磁振荡过程分析电磁振荡过程分析 1.分析两类物理量分析两类物理量：电荷量：电荷量 q 决定了电场能的大小决定了电场能的大小，电容器极板间电压电容器极板间电压 U、 电场强度电场强度 E、电场能电场能 EE的变化规律与的变化规律与 q 的变化规律相同；振荡电流的变化规律相同；振荡电流 i 决定了磁决定了磁 场能的大小场能的大小，线圈中的磁感应强度线圈中的磁感应强度 B、磁通量磁通量、磁场能磁场能 EB的变化规律与的变化规律与 i 的的 变化规律相同变化规律相同。 2两个过程：两个过程：放电过程电荷量放电过程电荷量 q 减小减小， ，振

2、荡电流振荡电流 i 增加；充电过程电荷增加；充电过程电荷量量 q 增加增加，振荡电流振荡电流 i 减小减小。 3两个瞬间：两个瞬间：放电完毕瞬间放电完毕瞬间 q0，i 最大；充电完毕瞬间最大；充电完毕瞬间 i0，q 最大最大。 【例【例 1】如图所示如图所示，it 图像表示图像表示 LC 振荡电流随时间变化的图像振荡电流随时间变化的图像，在在 t0 时刻时刻，电路中电容器的电路中电容器的 M 板带正电板带正电，在某段时间里在某段时间里，电路的磁场能在减少电路的磁场能在减少，而而 M 板仍带正电板仍带正电，则这段时间对应图像中则这段时间对应图像中段段。 解析解析由电流图像可得由电流图像可得， 在

3、在 t0 时刻是电容器开始放电时刻是电容器开始放电， 电路中电容器电路中电容器的的 M 板带正电板带正电，故电流方向逆时针为正方向故电流方向逆时针为正方向；某段时间里某段时间里，电路的磁场能在减少电路的磁场能在减少， 说明电路中的电流在减小，是电容器的充电过程，此时说明电路中的电流在减小，是电容器的充电过程，此时 M 板带正电，说明此时板带正电，说明此时 电流方向顺时针方向为负，符合电流减小且为负值的只有电流方向顺时针方向为负，符合电流减小且为负值的只有 cd 段。段。 答案答案cd 一语通关一语通关 LC 振荡电路充、放电过程的判断方法振荡电路充、放电过程的判断方法 1根据电流流向判断根据电

4、流流向判断：当电流流向带正电的极板时当电流流向带正电的极板时， ，电容器的电荷量增加电容器的电荷量增加， 磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电 荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程。荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程。 2根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量 q(电压电压 U、场强、场强 E) 增大或电流增大或电流 i(磁场磁场 B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。 3根据能量判

5、断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电。根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电。 跟进训练跟进训练 1已知已知 LC 振荡电路中电容器极板振荡电路中电容器极板 1 上的电荷量随时间变化的曲线如图所上的电荷量随时间变化的曲线如图所 示则示则() Aa、c 两时刻电路中电流最大两时刻电路中电流最大，方向相同方向相同 Ba、c 两时刻电容器里的电场能最大两时刻电容器里的电场能最大 Cb、d 两时刻电路中电流最大两时刻电路中电流最大，方向相同方向相同 Db、d 两时刻电路中电流最大两时刻电路中电流最大，方向相反方向相反 Eb、d 两时刻磁场能最大两时刻磁场能最大 BDEa、c 两时刻电容器极

6、板上电荷量最大两时刻电容器极板上电荷量最大，电场能最大电场能最大，所以电路中电所以电路中电 流最小；流最小；b、d 两时刻电容器极板上电荷量最小，电路中电流最大，磁场能量最两时刻电容器极板上电荷量最小，电路中电流最大，磁场能量最 大，大，b、d 两点时间间隔为半个周期，故电流方向相反。两点时间间隔为半个周期，故电流方向相反。 电磁波的特点和应用电磁波的特点和应用 1.按波长由长到短按波长由长到短(频率由低到高频率由低到高)的顺序的顺序 无线电波无线电波、红外线红外线、可见光可见光、紫外线紫外线、X 射线射线(伦琴射线伦琴射线)、射线等合起来射线等合起来， 构成了范围非常广阔的电磁波谱构成了范围

7、非常广阔的电磁波谱。 2各种不同的电磁波既有共性各种不同的电磁波既有共性，又有不同又有不同 (1)共性：它们在本质上都是电磁波共性：它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律它们的行为服从相同的规律，都遵守都遵守 公式公式 vf，它们在真空中的传播速度都是它们在真空中的传播速度都是 c3.0108m/s，它们的传播都不需它们的传播都不需 要介质要介质，各波段之间并没有绝对的区别各波段之间并没有绝对的区别。 (2)不同：不同电磁波的频率或波长不同不同：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性表现出不同的特性。波长越长越波长越长越 容易产生干涉容易产生干涉、衍射现象衍射现象，波长越短观察

8、干涉波长越短观察干涉、衍射现象越困难衍射现象越困难。正是这些不正是这些不 同的特性决定了它们不同的用途同的特性决定了它们不同的用途。 3电磁波和机械波在波动性上有相同点电磁波和机械波在波动性上有相同点， ，都遵守都遵守 vf，但本质不同但本质不同，机机 械波不能在真空中传播械波不能在真空中传播，而电磁波的传播不需要介质而电磁波的传播不需要介质。 【例【例 2】(多选多选)声呐能发射超声波声呐能发射超声波，雷达能发射电磁波雷达能发射电磁波，超声波和电磁波超声波和电磁波 相比较相比较，下列说法正确的是下列说法正确的是() A超声波与电磁波传播时超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量都向外传递了能量

9、 B电磁波既可以在真空中传播电磁波既可以在真空中传播，又可以在介质中传播又可以在介质中传播，超声波只能在介质超声波只能在介质 中传播中传播 C在空气中传播的速度与在其他介质中传播速度相比在空气中传播的速度与在其他介质中传播速度相比， ，均是在空气中传播均是在空气中传播 时具有较大的传播速度时具有较大的传播速度 D超声波是纵波超声波是纵波，电磁波是横波电磁波是横波 E超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉 ABD超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量、信息，超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量、信息，A 正确；声呐正确；声呐 发出的超声波是机械波发出的超声波是机械

10、波，不可以在真空中传播不可以在真空中传播，B 对对；机械波在空气中传播时速机械波在空气中传播时速 度较小，在其他介质中传播时速度大，而电磁波恰好相反，度较小，在其他介质中传播时速度大，而电磁波恰好相反，C 错；声波是纵波错；声波是纵波， 电磁波是横波电磁波是横波， D 正确正确； 超声波和电磁波不是同一类波超声波和电磁波不是同一类波， 不可能发生干涉不可能发生干涉， E 错错。 培养层培养层素养升华素养升华 电磁波的发现电磁波的发现 (一一)麦克斯韦电磁场理论的建立麦克斯韦电磁场理论的建立 法拉第发现电磁感应现象那年，麦克斯韦在苏格兰爱丁堡附近诞生了。他法拉第发现电磁感应现象那年，麦克斯韦在苏

11、格兰爱丁堡附近诞生了。他 从小热爱科学，喜欢思考。从小热爱科学，喜欢思考。1854 年从剑桥大学毕业以后，他精心研读了法拉第年从剑桥大学毕业以后，他精心研读了法拉第 的著作。麦克斯韦被法拉第关于的著作。麦克斯韦被法拉第关于“场场”和和“力线力线”的思想深深吸引，但他也看的思想深深吸引，但他也看 到了法拉第定性表述的弱点。因此，这位初出茅庐的科学家下定决心，要把法到了法拉第定性表述的弱点。因此，这位初出茅庐的科学家下定决心，要把法 拉第的物理思想用数学公式定量化地表达出来。拉第的物理思想用数学公式定量化地表达出来。 1860 年初秋，麦克斯韦特意去拜访法拉第。两人虽然在年龄上相差年初秋，麦克斯韦

12、特意去拜访法拉第。两人虽然在年龄上相差 40 岁岁， 在性情、爱好、特长方面也迥然各异，可是对物质世界的看法却产生了共鸣。在性情、爱好、特长方面也迥然各异，可是对物质世界的看法却产生了共鸣。 法拉第鼓励麦克斯韦法拉第鼓励麦克斯韦：“你不应停留在用数学解释我的观点你不应停留在用数学解释我的观点，而应该突破它而应该突破它！” 在麦克斯韦研究电磁现象的时候，科学家的研究已经从静止的、恒定的特在麦克斯韦研究电磁现象的时候，科学家的研究已经从静止的、恒定的特 殊情形扩展到运动变化的普遍情形；从孤立的电作用、磁作用扩展到彼此的联殊情形扩展到运动变化的普遍情形；从孤立的电作用、磁作用扩展到彼此的联 系。在这

13、些研究的基础上，麦克斯韦历时系。在这些研究的基础上，麦克斯韦历时 10 年终于建立了普遍的电磁场理论年终于建立了普遍的电磁场理论。 麦克斯韦首先从类比研究入手，借用适当的数学工具表述法拉第的麦克斯韦首先从类比研究入手，借用适当的数学工具表述法拉第的“力力 线线”；后来，为了进一步说明；后来，为了进一步说明“力线力线”的分布和性质，他转而建立新的模型并的分布和性质，他转而建立新的模型并 提出位移电流与电磁波的概念；最后，他把电磁场作为客体放在核心位置，总提出位移电流与电磁波的概念；最后，他把电磁场作为客体放在核心位置，总 结出麦克斯韦方程组，建立了完整的电磁场理论。结出麦克斯韦方程组，建立了完整

14、的电磁场理论。 (二二)电磁波的发现电磁波的发现 赫兹以前，由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论，因为未经一系列的赫兹以前，由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论，因为未经一系列的 科学实验证明，始终处于科学实验证明，始终处于“预想预想”阶段。把天才的预想变成世人公认的真理，阶段。把天才的预想变成世人公认的真理， 是赫兹的功劳。赫兹在人类历史上首先捕捉到电磁波，使假说变成现实。是赫兹的功劳。赫兹在人类历史上首先捕捉到电磁波，使假说变成现实。 1879 年德国柏林科学院悬奖征解，向当时科学界征求对麦克斯韦电磁理论年德国柏林科学院悬奖征解，向当时科学界征求对麦克斯韦电磁理论 进行实验验证，促使年轻的

15、赫兹萌发了进行电磁波实验的雄心壮志。进行实验验证，促使年轻的赫兹萌发了进行电磁波实验的雄心壮志。 1886 年，赫兹制成电磁波检验器并宣布年，赫兹制成电磁波检验器并宣布“电磁感应是以波动形式在空气中电磁感应是以波动形式在空气中 传播的传播的”。 赫兹在赫兹在 1888 年证明了电磁波的存在。年证明了电磁波的存在。 1888 年年 12 月月 13 日日，赫兹向柏林科学院作了题为赫兹向柏林科学院作了题为论电力的辐射论电力的辐射的报告的报告， 他以充分的实验证据全面证实了电磁波和光波的同一性。他以充分的实验证据全面证实了电磁波和光波的同一性。 这样由法拉第开创，麦克斯韦建立，赫兹验证的电磁场理论向

16、全世界宣告这样由法拉第开创，麦克斯韦建立，赫兹验证的电磁场理论向全世界宣告 了它的胜利。了它的胜利。 插曲：比赫兹实验早七年，戴维也接收到了电磁波信号，他随即向英国皇插曲：比赫兹实验早七年，戴维也接收到了电磁波信号，他随即向英国皇 家协会会长家协会会长 G斯托克斯汇报，但斯托克斯认为这只是普通的电磁感应现象，戴斯托克斯汇报，但斯托克斯认为这只是普通的电磁感应现象，戴 维过于迷信权威，对于这一天赐良机未与重视，使发现被埋没了。维过于迷信权威，对于这一天赐良机未与重视，使发现被埋没了。 (三三)成果成果 发现电磁波产生的巨大影响，连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第发现电磁波产生的巨大影响，连赫

17、兹本人也没料到。在他发现电磁波的第 二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通信，赫兹不敢肯定。赫兹研究二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通信，赫兹不敢肯定。赫兹研究 电磁波无意中丢下的种子，却很快在异地开发结果了。电磁波无意中丢下的种子，却很快在异地开发结果了。 在发现电磁波不到在发现电磁波不到 6 年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线 电传播，并很快投入实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继电传播，并很快投入实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继 问世。问世。 设问探究设问探究 1法拉第在电学方面有哪些成

18、就？法拉第在电学方面有哪些成就？ 2麦克斯韦是怎样建立电磁理论的？麦克斯韦是怎样建立电磁理论的？ 3电磁波是什么电磁波是什么? 提示：提示：1.单极电动机单极电动机，法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律，早期的发电机早期的发电机。 2麦克斯韦从类比研究入手麦克斯韦从类比研究入手，借用适当的数学工具并建立新的模型借用适当的数学工具并建立新的模型，提出提出 了位移电流与电磁波的概念了位移电流与电磁波的概念，最后又总结出了麦克斯韦方程组最后又总结出了麦克斯韦方程组，建立了完整的建立了完整的 电磁场理论电磁场理论。 3电磁波是电磁场的一种运动形态电磁波是电磁场的一种运动形态，电与磁可以说是一体两面电与

19、磁可以说是一体两面， ，变化的电变化的电 场会产生磁场场会产生磁场，变化的磁场则会产生电场变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一变化的电场和变化的磁场构成了一 个不可分离的统一的场个不可分离的统一的场，形成电磁场形成电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电而变化的电磁场在空间的传播形成了电 磁波磁波。 深度思考深度思考 1麦克斯韦电磁理论的提出麦克斯韦电磁理论的提出，揭开了电磁学发展史中新的一页揭开了电磁学发展史中新的一页。 。但这一理但这一理 论还有不完善之处论还有不完善之处，其最大的问题是什么？其最大的问题是什么？ 2电磁波与光电磁波与光、无线电波的区别？无线电波的区别？

20、 3无线电波如何传递信息？无线电波如何传递信息？ 答案：答案： 1最大问题是只限于讨论空间的电磁作用最大问题是只限于讨论空间的电磁作用，回避了电磁作用的源头回避了电磁作用的源头，而这而这 正是超距电动力学的核心正是超距电动力学的核心，因此因此，在它提出之初在它提出之初，就遭到质疑就遭到质疑。 2电磁波与光电磁波与光 从电磁波的分类可以看出从电磁波的分类可以看出：电磁波的范围要广泛得多电磁波的范围要广泛得多，电磁波中包含着光电磁波中包含着光， 而光仅仅是电磁波中的一部分而光仅仅是电磁波中的一部分，包括红外线包括红外线、可见光可见光、紫外线紫外线，是一种波长相是一种波长相 对较短对较短， 频率相对

21、较高的电磁波频率相对较高的电磁波， 其波长在其波长在 10 3 m 到到 10 8 m 之间之间、 频率在频率在 3105 MHz 到到 31010MHz 之间之间。 电磁波与无线电波电磁波与无线电波 频率在数百千赫兹到数百兆赫兹之间的电磁波叫作无线电波频率在数百千赫兹到数百兆赫兹之间的电磁波叫作无线电波，它包括短波它包括短波、 中波中波、长波长波、微波微波，无线电波也仅仅是电磁波的一部分无线电波也仅仅是电磁波的一部分，但电磁波不仅仅只有但电磁波不仅仅只有 无线电波无线电波，只有频率相对较低的一部分电磁波才叫无线电波只有频率相对较低的一部分电磁波才叫无线电波。 3无线电技术是通过无线电波传播信号的技术无线电技术是通过无线电波传播信号的技术。 无线电技术的原理在于无线电技术的原理在于， 导体中电流强弱的改变会产生无线电波导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象利用这一现象，通过调制可将信息加通过调制可将信息加 载于无线电波之上载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化电波引起的电磁场变化 又会在导体中产生电流又会在导体中产生电流。 通过解调将信息从电流变化中提取出来通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信就达到了信 息传递的目的息传递的目的。