第1节 电磁波的产生（导学案）物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理导学案聚焦电磁波的产生，通过“千里眼”神话与旅行者1号、5G通信等实例导入，结合知识回顾机械振动、机械波，搭建从机械波到电磁波的学习支架，构建“振荡电路→电磁场→电磁波”的转化认知脉络。 这份资料融合核心素养，物理观念突出电磁场与电磁波的转化规律，科学思维训练LC振荡电路能量转化分析及公式推导，科学探究含“模拟电磁波产生与接收”实验，习题结合高考真题与实际应用，助力学生提升综合能力，便于教师开展教学。

1. 电磁波的产生 导学案 物理观念 能理解变化的电场和磁场相互激发产生电磁波的原理，建立“振荡电路→电磁场→电磁波”的转化认知，知道电磁波是横波。 科学思维 能分析LC振荡电路中电场能与磁场能的转化规律，推导电磁波的传播速度与波长、频率的关系，提升动态分析与逻辑推导能力。 科学探究 能参与“模拟电磁波的产生与接收”实验，观察振荡电流的波形，验证电磁波的存在，培养实验观察、操作与现象分析能力。 科学态度 与责任 认识电磁波在通信、医疗、遥感等领域的广泛应用，体会麦克斯韦电磁场理论的科学价值，增强探索电磁规律的兴趣与技术创新意识。 重点：理解变化的电磁场相互激发产生电磁波的原理，认识LC振荡电路作用。 难点：分析LC振荡电路中能量转化过程，理解电磁波横波特性。 【知识回顾】 1.机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的 运动称为机械振动，简称振动。 2.简谐运动：如果物体的 与 的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x ­t图像)是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。 3.机械波：机械振动在 中传播，形成机械波。 【自主预习】 一、电磁场 1．麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设 (1)变化的磁场产生 。 (2)变化的电场产生 。 2．电磁场 变化的电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一的电磁场。 二、电磁波 1．电磁波的产生：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了 。 2．电磁波的特点 (1)电磁波的传播靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠介质的机械传递。 (2)电磁波在真空中的传播速度等于光速c，光是电磁波。 (3)电磁波的电场强度E与磁感应强度B互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。 (4)电磁波能发生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。 (5)电磁场的转换就是电场能量和磁场能量的转换，电磁波传播过程就是能量传播过程。 三、电磁振荡的产生　电磁振荡中的能量变化 1．振荡电流：大小和方向都做 迅速变化的电流。 2．振荡电路：能够产生 的电路。 3．LC振荡电路：由电感线圈L和电容器C组成的电路，是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。如图所示。 4．电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量q，电路中的电流i，电容器里面的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。 5．电磁振荡中的能量变化 (1)能量转化：电容器放电过程中，电场能向磁场能转化。电容器充电过程中，磁场能向电场能转化。 (2)无能量损失时，振荡电路做等幅振荡。 (3)实际振荡电路中有能量损失，通过适时补充能量给振荡电路，可使振荡电路做等幅振荡。 四、电磁振荡的周期和频率 1．周期：电磁振荡完成一次 需要的时间。 2．频率：周期的倒数，数值等于单位时间内完成的 的次数。 如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率。 3．LC电路的周期和频率公式：T＝2π，f＝。其中周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。 4．实际电路中的晶体振荡器：其工作原理与LC振荡电路的原理基本相同。 【思考交流1】 “千里眼”“顺风耳”常常出现在神话故事和动漫作品中，看得见“千里以外的事物，听得到“随风而来的声音”。当代这些都早已实现！旅行者1号探测器在200亿千米之外依旧在向地球发送消息，这是电磁波对通信技术发展的作用。电磁波是怎样产生的呢？ 【问题体验1】电磁场 1.变化的磁场一定产生变化的电场吗？ 2.阅读课文，总结变化的磁场产生电场的内容。 3.阅读课文，总结变化的电场产生磁场的内容。 4.电磁场与静电场、静磁场相同吗？ 【问题体验2】电磁波 1.阅读课文，总结电磁波的是如何产生的？ 2.阅读课文，总结电磁波的特点？ 3.写出你看到的赫兹的电火花现象？ 【问题体验3】电磁振荡 1.请同学们阅读课文，并回答振动电路的定义？ ①振荡电流： ②振荡电路： ③LC振荡电路： E C S L 2.在LC振荡电路一次全振动的过程中，电容器充电几次？它们的充电电流方向相同吗？ 3.在电磁振荡的过程中，电场能与磁场能相互转化，什么时候磁场能最大？ 4.电磁振荡变化快慢与哪些因素有关？ 1.目前，我国5G通信用户已突破10亿户，标志着5G技术的广泛应用。5G网络使用频率更高的电磁波，具有“高速率、低时延、大容量”等优点。若某区域磁场的磁感应强度B随时间t变化如图所示，则该区域内(　　) A．能产生电场，能产生电磁波 B．能产生电场，不能产生电磁波 C．不能产生电场，能产生电磁波 D．不能产生电场，不能产生电磁波 2.下列说法中正确的是(　　) A．任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场 B．任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场 3.2022年6月5日，中央电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱交会对接进行了直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站。下列关于电磁波和声波的说法正确的是（　　） A．电磁波是横波，声波是纵波 B．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在 D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度 4.（2025·江苏·高考真题）如图所示．将开关S由a拔到b，使电容器C与线圈L构成回路。以电容器C开始放电取作0时刻，能正确反映电路中电流i随时间t变化关系的图象是（　　） A．B．C．D． 5.在LC振荡电路中，如果已知电容C，并测得电路的固有振荡周期为T，即可求得电感L为了提高测量精度，需多次改变C值并测得相应的T值，现将测得的六组数据标示在以C为横坐标，为纵坐标的坐标纸上，如图中用“×”表示的点。 (1)T、L、C的关系为______； (2)根据图中给出的数据点作出与C的关系图线______； (3)求得L的值是______。 6.如图所示的电路中，电容器的电容C＝1 μF，线圈的自感系数L＝0.1 mH，先将开关S拨至a，这时电容器内有一带电油滴恰能保持静止，然后将开关S拨至b，求：（g取10 m/s2，π取3.14，研究过程中油滴不与极板接触） （1）至少经过多长时间，油滴的加速度最大？ （2）当油滴的加速度为何值时，LC回路中的磁场能最大？ 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 1. 电磁波的产生 导学案 物理观念 能理解变化的电场和磁场相互激发产生电磁波的原理，建立“振荡电路→电磁场→电磁波”的转化认知，知道电磁波是横波。 科学思维 能分析LC振荡电路中电场能与磁场能的转化规律，推导电磁波的传播速度与波长、频率的关系，提升动态分析与逻辑推导能力。 科学探究 能参与“模拟电磁波的产生与接收”实验，观察振荡电流的波形，验证电磁波的存在，培养实验观察、操作与现象分析能力。 科学态度 与责任 认识电磁波在通信、医疗、遥感等领域的广泛应用，体会麦克斯韦电磁场理论的科学价值，增强探索电磁规律的兴趣与技术创新意识。 重点：理解变化的电磁场相互激发产生电磁波的原理，认识LC振荡电路作用。 难点：分析LC振荡电路中能量转化过程，理解电磁波横波特性。 【知识回顾】 1.机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动称为机械振动，简称振动。 2.简谐运动：如果物体的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图像(x­t图像)是一条正弦曲线，这样的振动是一种简谐运动。 3.机械波：机械振动在介质中传播，形成机械波。 【自主预习】 一、电磁场 1．麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设 (1)变化的磁场产生电场。 (2)变化的电场产生磁场。 2．电磁场 变化的电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一的电磁场。 二、电磁波 1．电磁波的产生：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。 2．电磁波的特点 (1)电磁波的传播靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠介质的机械传递。 (2)电磁波在真空中的传播速度等于光速c，光是电磁波。 (3)电磁波的电场强度E与磁感应强度B互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。 (4)电磁波能发生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。 (5)电磁场的转换就是电场能量和磁场能量的转换，电磁波传播过程就是能量传播过程。 三、电磁振荡的产生　电磁振荡中的能量变化 1．振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。 2．振荡电路：能够产生振荡电流的电路。 3．LC振荡电路：由电感线圈L和电容器C组成的电路，是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。如图所示。 4．电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量q，电路中的电流i，电容器里面的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。 5．电磁振荡中的能量变化 (1)能量转化：电容器放电过程中，电场能向磁场能转化。电容器充电过程中，磁场能向电场能转化。 (2)无能量损失时，振荡电路做等幅振荡。 (3)实际振荡电路中有能量损失，通过适时补充能量给振荡电路，可使振荡电路做等幅振荡。 四、电磁振荡的周期和频率 1．周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2．频率：周期的倒数，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。 如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率。 3．LC电路的周期和频率公式：T＝2π，f＝。其中周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。 4．实际电路中的晶体振荡器：其工作原理与LC振荡电路的原理基本相同。 【思考交流1】 “千里眼”“顺风耳”常常出现在神话故事和动漫作品中，看得见“千里以外的事物，听得到“随风而来的声音”。当代这些都早已实现！旅行者1号探测器在200亿千米之外依旧在向地球发送消息，这是电磁波对通信技术发展的作用。电磁波是怎样产生的呢？ 【【问题体验1】电磁场 1.变化的磁场一定产生变化的电场吗？ 不一定。均匀变化的磁场产生恒定电场，只有非均匀变化的磁场才产生变化的电场。 2.阅读课文，总结变化的磁场产生电场的内容。 麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关，导体环只是用来显示电流的存在。 3.阅读课文，总结变化的电场产生磁场的内容。 麦克斯韦认为变化的电场就像运动的电荷，也在空间产生磁场。 4.电磁场与静电场、静磁场相同吗？ 不相同。静电场由静止电荷产生、静磁场由恒定电流产生，均为稳恒场；电磁场是变化的电场和磁场相互激发形成的统一体，具有波动性。 【【问题体验2】电磁波 1.阅读课文，总结电磁波的是如何产生的？ 变化的电场与变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。 2.阅读课文，总结电磁波的特点？ （1）电磁波是横波 电磁波在真空中传播时，它的电场强度E与磁感应强度B相互垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。即 E⊥B ⊥V。 （2）电磁波可以在真空中传播速度等于光速 （3）电磁波的频率由振源决定，同一电磁波在不同介质中传播，v和λ变化，v介<c （4）不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f越高，v越小；f越低，v越大 （5）电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应和偏振现象。 （6）电磁波有能量。 3.分析你看到的赫兹的电火花现象？ 当感应圈两个金属球间有火花跳过时，立刻产生一个交变电磁场，形成电磁波在空间传播，经过导线环时激发出感应电动势，使得导线环中也产生了火花。 【问题体验3】电磁振荡 1.请同学们阅读课文，并回答振动电路的定义？ ①振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。 ②振荡电路：能够产生振荡电流的电路。 ③LC振荡电路：当开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路。 E C S L 2.在LC振荡电路一次全振动的过程中，电容器充电几次？它们的充电电流方向相同吗？ ①电容器充电结束，两极板上的电荷最多。 ②回路中电流从0开始逐渐增到最大。两极板电荷量从最大减为0。 ③自感线圈给电容器正向充电结束，回路中电流从最大减为0，两极板电荷量从0变回最大。 ④电容开始反向放电。 ⑤自感线圈给电容器反向充电，于是整个电路回到最开始状态。 3.在电磁振荡的过程中，电场能与磁场能相互转化，什么时候磁场能最大？ 电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化。 4.电磁振荡变化快慢与哪些因素有关？ 理论分析表明，LC电路的周期T与电感L、电容C的关系是： ①式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz。 ②改变周期的方法： L：线圈的大小、形状、匝数、铁芯。 1.目前，我国5G通信用户已突破10亿户，标志着5G技术的广泛应用。5G网络使用频率更高的电磁波，具有“高速率、低时延、大容量”等优点。若某区域磁场的磁感应强度B随时间t变化如图所示，则该区域内(　　) A．能产生电场，能产生电磁波 B．能产生电场，不能产生电磁波 C．不能产生电场，能产生电磁波 D．不能产生电场，不能产生电磁波 【答案】B 【详解】根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场可以激发电场，变化的电场可以激发磁场，均匀变化的磁场产生恒定电场，均匀变化的电场产生恒定磁场，所以周期性连续变化的磁场，激发周期性连续变化的电场，进而产生连续电磁波；图中是均匀变化的磁场，能产生恒定的电场，不能产生电磁波，故B正确，ACD错误。 故选B。 2.下列说法中正确的是(　　) A．任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场 B．任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场 【答案】　C 【详解】　根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场，故选C。 3.2022年6月5日，中央电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱交会对接进行了直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站。下列关于电磁波和声波的说法正确的是（　　） A．电磁波是横波，声波是纵波 B．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在 D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度 【答案】A 【详解】A．电磁波的传播和振动垂直是横波，声波的振动和传播平行则是纵波，故A正确；B．电磁波的传播不依赖介质，声波是机械波只能在介质中传播，故B错误； C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故C错误； D．航天员讲话时画面能与声音同步，但电磁波的速度为光速，声波的传播速度为340m/s，两者差距很大，故D错误；故选A。 4.（2025·江苏·高考真题）如图所示．将开关S由a拔到b，使电容器C与线圈L构成回路。以电容器C开始放电取作0时刻，能正确反映电路中电流i随时间t变化关系的图象是（　　） A．B．C．D． 【答案】A 【详解】根据题意可知，将开关由调到时，电容器和自感线圈组成回路，此回路为振荡电路，产生周期性迅速变化的振荡电流。A图像正确：电容器开始放电，由于电容器上极板带正电，则电流为逆时针，电场能向磁场能转化，电流越来越大，当电容电量为0时，电流最大，其后磁场能向电场能转化，电容器充电，电流越来越小，电流为0时，充电完成，此时，电容器下极板带正电，之后开始反向放电，电流为顺时针，电场能向磁场能转化，电流越来越大，当电容电量为0时，电流最大，其后磁场能向电场能转化，电容器充电，电流越来越小，电流为0时，充电完成，电场能转化为磁场能以及磁场能又再次转化为电场能的过程中，电路向外辐射电磁波，电路中的能量在耗散，最大电流越来越小。 故选A。 5.在LC振荡电路中，如果已知电容C，并测得电路的固有振荡周期为T，即可求得电感L为了提高测量精度，需多次改变C值并测得相应的T值，现将测得的六组数据标示在以C为横坐标，为纵坐标的坐标纸上，如图中用“×”表示的点。 (1)T、L、C的关系为______； (2)根据图中给出的数据点作出与C的关系图线______； (3)求得L的值是______。 【答案】     如解析图所示     （都算对） 【详解】(1)[1]将LC电路的周期公式变换为 (2)[2]从而认识到图线为一条过坐标原点的直线，图像的斜率为，则 正确作出图线如图 (3)[3]由计算出L的平均值为范围内的某一数值。 6.如图所示的电路中，电容器的电容C＝1 μF，线圈的自感系数L＝0.1 mH，先将开关S拨至a，这时电容器内有一带电油滴恰能保持静止，然后将开关S拨至b，求：（g取10 m/s2，π取3.14，研究过程中油滴不与极板接触） （1）至少经过多长时间，油滴的加速度最大？ （2）当油滴的加速度为何值时，LC回路中的磁场能最大？ 【答案】（1）3.14×10－5 s；（2）10 m/s2 【详解】（1）当S拨至a时，油滴受力平衡，可知油滴带负电。 当S拨至b时，LC回路中有电流，其振荡周期为 T＝2π＝2×3.14×s＝6.28×10－5 s 当电容器恰好反向充电结束时，油滴所受静电力向下且最大，此时油滴受到的合力最大，加速度最大，至少经过的时间为 t＝＝3.14×10－5 s （2）LC回路中的磁场能最大时，电流最大，电容器所带电荷量为0，油滴只受重力作用，油滴的加速度为g＝10 m/s2 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $