(讲义)第4章 电磁振荡与电磁波 章末综合提升-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(粤教版2019)

主题1　理解电磁振荡的三个“两” 1．两类物理量 一类是与电场有关的物理量，一类是与磁场有关的物理量。 (1)电流i，它决定了磁场能的大小。振荡电流i在电感线圈中形成磁场，因此，线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ和磁场能E磁具有与之相同的变化规律。 (2)电量q，它决定了电场能的大小。电容器两极板间的电压U、场强E、电场能E电、线圈的自感电动势E的变化规律与q的相同。 注意：电流i和电量q的变化不同步，规律如图所示。 2．两个过程 (1)充电：当电容器的电量增加时为充电过程，这个过程中电路的电流减小。 (2)放电：当电容器的电量减小时为放电过程，这个过程中电路的电流增加。 注意：在任意两个过程的分界点对应的时刻，各物理量取特殊值(零或最大值)。 3．两类初始条件 图甲和图乙所示电路，表示了电磁振荡的两类不同初始条件。 (1)图甲中开关S从1合向2时，振荡的初条件为电容器开始放电。 (2)图乙中开关S从1合向2时，振荡的初始条件为电容器开始充电。 学习中应注意区分这两类初始条件，否则会得出相反的结论。 【典例1】　(多选)如图所示，甲为LC振荡电路，通过P点的电流如图乙所示，规定逆时针方向为正方向，下列说法正确的是(　　) A．0至t1，电容器正在充电，上极板带正电 B．t1到t2，电容器正在放电，上极板带负电 C．在t3时刻，线圈中的自感电动势最大，且P为正极 D．在t4时刻，线圈中的自感电动势最大，且P为正极 BC　[0到t1，电流为正，且在减小，即电流为逆时针方向减小，说明电容器正在充电，电流方向为正电荷的运动方向，所以上极板带负电荷；t1到t2，电流为负且在增大，即电流为顺时针方向增大，说明电容器在放电，上极板带负电荷；在t3时刻，电流的变化率最大，所以自感电动势最大，t2～t3的电流为负且减小，即顺时针减小，线圈中的感应电动势阻碍电流的减小，电容器充电，因此上极板带正电，即P点为正极；在t4时刻，电流最大，电流的变化率为零，自感电动势为零。故B、C正确，A、D错误。] 紧抓住能量转化这条线，理解电磁振荡过程。 在电容器充电过程中，q↑→电场↑→电场能↑→线圈中的电流i↓→磁场能↓→磁场↓。 在电容器放电过程中，q↓→电场↓→电场能↓→线圈中的电流i↑→磁场能↑→磁场↑。 主题2　电磁波与机械波的区别和联系 电磁波与机械波都是波，但又各有自己的特点，如能正确比较电磁波和机械波的异同，就能全面、透彻地理解这两个知识点。 1．不同点 比较项 机械波 电磁波 对象 研究力学现象 研究电磁现象 周期性 变化的 物理量 位移随时间和空间做周期性变化 电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化 传播 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关 传播无需介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系 产生 由质点(波源)的振动产生 由周期性变化的电流(电磁振荡)激发 横波 可以是 是 纵波 可以是 否 2．相同点 (1)都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现象。 (2)都满足v＝＝λf。 (3)波从一种介质传播到另一种介质，频率都不变。 【典例2】　(多选)关于机械波和电磁波，下列说法正确的是(　　) A．机械波和电磁波都能在真空中传播 B．机械波和电磁波都可以传递能量 C．机械波和电磁波都能发生衍射和干涉现象 D．电磁波的波速与介质无关 BC　[机械波的传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质，选项A错误；干涉、衍射是波特有的现象，选项C正确；波能传递能量，选项B正确；电磁波在不同介质中，传播速度一般不同，选项D错误。] (1)频率由波源决定，与介质无关。 (2)电磁波可以在真空中传播也可以在介质中传播，机械波只能在介质中传播。 (3)电磁波的波速与频率和介质均有关，机械波的波速仅与介质有关，与频率无关。 主题3　雷达的原理和应用 1．利用雷达测定物体的距离：解决这类问题的关键是区分发射脉冲波形和反射脉冲波形，找出从发射电磁波和接收到回来的电磁波的时间差，再利用s＝vt，求出物体的距离。 2．利用雷达测定物体的速度：这类问题往往要有两个(或两个以上)的发射脉冲与反射脉冲，可以确定一段时间前后物体的两个位置或一段时间的位移，从而测出物体的速度。 3．利用雷达确定物体的位置：雷达有一个可以转动的天线，它能向一定方向发射无线电(微波)脉冲，雷达可根据发射无线电波的方向和仰角，再参考所测得物体的距离，从而确定某一时刻物体的位置。实际上，这一切数据都由电子电路自动计算并在荧光屏上显示出来。 【典例3】　某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10-4 s，某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示，t＝1