第4章 第1节 电磁波的产生（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版）

本讲义聚焦电磁波产生的核心知识点，先通过麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设构建理论基础，衔接赫兹实验验证电磁波存在，再深入分析LC振荡电路中电荷、电流、能量的周期性变化规律，形成“理论-实验-规律”的学习支架。 资料通过“质疑辨析”培养科学思维中的质疑创新能力，用对比表格明晰电磁波与机械波差异促进科学推理，结合典例与练习题强化知识应用。课中辅助教师高效授课，课后助力学生查漏补缺，提升科学探究与问题解决能力。

第4章　电磁波 第1节　电磁波的产生(赋能课——精细培优科学思维) 课标要求 学习目标 1.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求。 2.通过实验，了解电磁振荡。 1.理解电磁场理论、电磁振荡。 2.利用电感线圈与电容器的特点对振荡电路变化规律进行分析。 3.用赫兹实验证明电磁波的存在。 4.体会电磁波对人类社会进步的重大促进作用，培养探索自然的能力，利用知识为人类造福的责任感。 一、麦克斯韦的预言　赫兹实验 1.麦克斯韦在电磁场方面的成就 19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，并预言了电磁波的存在。 2.麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设 (1)变化的磁场周围会产生电场。 (2)变化的电场周围会产生磁场。 图甲：变化的磁场在其周围空间产生电场。 图乙：变化的电场在其周围空间产生磁场。 3.电磁场 交变的电场和交变的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场。 4.电磁波 这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了电磁波。 5.赫兹实验 赫兹利用如图所示的实验装置，证实了电磁波的存在。 [质疑辨析]　如图是一列电磁波，判断下列说法是否正确。 (1)电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关。 (×) (2)交变的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波。 (√) (3)电磁波在传播过程中可以发生干涉、衍射，但不能发生反射和折射。 (×) 二、电磁振荡 1.振荡电流 大小和方向都周期性变化的电流称为振荡电流。 2.振荡电路 产生振荡电流的电路称为振荡电路。由电感线圈L和电容器C所组成的电路就是一种基本的振荡电路，称为LC振荡电路，如图所示。 3.电磁振荡 在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量、电路中的电流、与振荡电流相联系的电场和磁场均周期性交替变化，电场能和磁场能相互转化，这种现象称为电磁振荡。 4.电磁振荡的周期和频率 (1)电磁振荡的周期T：完成一次周期性变化的时间。 (2)电磁振荡的频率f：一段时间内完成周期性变化的次数与这段时间之比。 5.LC振荡电路的周期和频率 (1)公式：T=2π，f=。 (2)单位：周期T、频率f、自感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。 [微点拨] 　　振荡电路的周期和频率只由振荡电路中电感线圈的自感和电容器的电容决定。 [质疑辨析]　 如图所示的振荡电路，要增大振荡电路的频率。判断下列方法是否正确。 (1)减少电容器的带电荷量。 (×) (2)在线圈中放入软铁棒作铁芯。 (×) (3)减少线圈匝数。 (√) 强化点(一)　对麦克斯韦电磁场理论的理解 任务驱动 　 (1)变化的磁场一定产生变化的电场吗?请解释下原因。 (2)电磁场与静电场、静磁场相同吗?为什么? 提示：(1)不一定。均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场。 (2)不同。电磁场是动态的，并且电场和磁场不可分割;静电场、静磁场单独存在。 [要点释解明] 1.对麦克斯韦电磁场理论的理解 电场 磁场 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场 2.电磁场与静电场、静磁场的比较 三者可以在某空间混合存在，但由静电场和静磁场混合的空间不属于电磁场。电磁场是电场、磁场相互激发、相互耦联形成的统一体。电磁场由近及远传播，形成电磁波，如图所示。 [典例]　根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是 (　　) A.恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场 B.变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场 C.均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场 D.均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场 [解析]　麦克斯韦的电磁场理论的核心内容是：变化的电场周围产生磁场;变化的磁场周围产生电场。对此理论全面正确的理解为：恒定的电场周围不产生磁场;变化的电场周围可以产生变化的磁场，也可以产生恒定的磁场;均匀变化的电场周围产生恒定的磁场。变化的磁场产生电场的规律与以上类似，故正确答案为D。 [答案]　D [题点全练清] 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选项所描述的是周期性变化的电场，在其周围空间产生同频率周期性变化的磁场，其相位差应为而不是π，D错误。 2.如图所示是某一固定平面的磁通量随时间的变化图像，在它周围空间产生的电场中的某一点电场强度E应是 (　　) A.逐渐增强　　　　　 B.逐渐减弱 C.不变 D.无法确定 解析：选C　由题图可知磁通量Φ随时间t均匀变化，由Φ=BS，可知磁场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知C正确。 强化点(二)　电磁波与机械波的对比 [要点释解明] 电磁波与机械波的比较 机械波 电磁波 实质 力学现象 电磁现象 周期性 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 传播特点 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关 传播无需介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关 产生机理 由质点(波源)的振动产生 由电磁振荡(周期性变化的电场)激发 是否横波 可以是 是 是否纵波 可以是 否 干涉现象 满足干涉条件时均能发生干涉现象 衍射现象 满足衍射条件时均能发生明显衍射 相关计算 公式v==λf均适用 　　[典例]　(双选)水下机器人在水下开启寻鱼模式，可以通过声呐技术(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]　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，A错误;无线电波在水中衰减指的是其强度(振幅)不断减小，频率和波长不会改变，B错误;发射声波后能形成回波是波的反射现象，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，D正确。 [答案]　CD [题点全练清] 1.(双选)关于电磁波和机械波，下列说法正确的是 (　　) A.电磁波和机械波的传播都需要借助于介质 B.电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切相关 C.电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象 D.根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场 解析：选CD　机械波的传播需要借助于介质，但电磁波的传播不需要借助介质，A错误;电磁波和机械波的传播速度都与介质有关，B错误;电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，C正确;变化的电场产生磁场，D正确。 2.(双选)关于电磁波与声波，下列说法正确的是 (　　) A.电磁波是电磁场由发生的区域向远处传播，声波是声源的振动向远处传播 B.电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需要介质 C.由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大 D.由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波的波长变小 解析：选AC　由电磁波和声波的概念可知，A正确;电磁波可以在真空中传播，它的传播不需要介质，而声波属于机械波，它的传播需要介质，B错误;电磁波在空气中的传播速度近似等于在真空中的传播速度，大于在水中的传播速度;声波在水中的传播速度大于在空气中的传播速度，C正确;无论是电磁波还是声波，从一种介质进入另一种介质时频率都不变，所以由波长λ=及它们在不同介质中的传播速度可知，由空气进入水中时，电磁波的波长变短，声波的波长变长，D错误。 强化点(三)　电磁振荡的过程分析 [要点释解明] 1.用图像对应分析LC振荡电路中i、q的变化关系 2.振荡过程中相关物理量的对应关系 时刻(时间) 工作过程 q E i B 能量 0 放电瞬间 qm Em 0 0 E电最大 E磁最小 0→ 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁 放电结束 0 0 im Bm E电最小 E磁最大 → 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电 充电结束 qm Em 0 0 E电最大 E磁最小 → 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁 放电结束 0 0 im Bm E电最小 E磁最大 →T 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电 T 充电结束 qm Em 0 0 E电最大 E磁最小 其中qm、Em、im、Bm分别表示电荷量、电场强度、电流和磁感应强度的最大值，E电、E磁分别表示电场能、磁场能。 3.变化对应关系 同步同变关系 在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电荷量q、板间电压U、电场强度E、电场能E电是同步同向变化的，即：q↓→U↓→E↓→E电↓(或q↑→U↑→E↑→E电↑) 电感线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能E磁也是同步同向变化的，即：i↓→B↓→E磁↓(或i↑→B↑→E磁↑) 同步异变关系 在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的三个物理量q、E、E电与线圈中的三个物理量i、B、E磁是同步异向变化的，即q、E、E电同时减小时，i、B、E磁同时增大，且它们的变化是同步的 4.电磁振荡中各物理量的变化周期 (1)LC振荡电路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期等于LC振荡电路的振荡周期，即T=2π。在一个周期内上述各量方向改变两次。 (2)电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也等于振荡周期T=2π，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次。 (3)电场能、磁场能也在做周期性变化，但它们是标量，没有方向，所以变化周期T'是振荡周期T的一半，即T'==π。 [典例]　(双选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则 (　　) A.若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a B.若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带正电 C.若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电 D.若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b [解析]　若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流方向由b向a，电场能增大，上极板带负电，故A正确，B错误;若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流方向由b向a，电容器上极板带正电，故C正确，D错误。 [答案]　AC [变式拓展]　(双选)在典例中，已知电容器上极板带正电，如图所示，以下说法正确的是 (　　) A.电容器正在充电 B.电容器两极板间的电压正在增大 C.电感线圈中的电流正在增大 D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大 解析：选CD　由磁场方向可判断线圈中电流从上往下看是逆时针方向，又电容器上极板带正电，可知电容器正在放电，两极板间电压正在减小，电路中的电流正在增大，此时刻自感电动势正在阻碍电流增大，故A、B错误，C、D正确。 [思维建模] LC振荡电路充、放电过程的判断方法 (1)根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，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，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q(电压U、电场强度E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程;反之，处于放电过程。 (3)根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电。 [题点全练清] 1.在LC振荡电路中，电容器上的带电荷量从最大值变化到0所需的最短时间是 (　　) A. 　B. 　C.π 　D.2π 解析：选B　LC振荡电路的周期T=2π ，其电容器上的带电荷量从最大值变化到0的最短时间t=，故t= ，故B正确。 2.(双选)如图所示为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的曲线，由图可知 (　　) A.在t1时刻，电路中的磁场能最小 B.在t1~t2时间内，电路中的电流不断变小 C.在t2~t3时间内，电容器正在放电 D.在t4时刻，电容器中的电场能最小 解析：选AD　在t1时刻，电容器极板上电荷量q为最大值，两板间电场能最大，线圈中磁场能最小，A正确;在t1~t2时间内，电容器极板上电荷量q从正的峰值降为零，电场能不断地转变为磁场能，电路中的电流不断增大，B错误;在t2~t3时间内，电容器极板上电荷量q又不断增大，表明电容器正在反向充电，C错误;在t4时刻，电容器放电结束，极板上电荷量为零，电场能也为零，已全部转化为磁场能，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $