第四章 章末素养提升（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第二册教师用书（人教版 浙江）

DISIZHANG 第四章 章末素养提升 1 再现 素养知识 物理观念 LC振荡电路 1.电容器的电荷量、电压、电场强度、电场能的变化规律 2.电路中的电流，线圈中的磁感应强度、磁场能的变化规律 3.周期：T= ，频率f=________ 2π 物理观念 电磁场与电磁波 1.麦克斯韦电磁场理论 2.电磁波的形成：电磁场由近及远地向外传播 3.电磁波的特点 物理观念 无线电波的 发射和接收 1.发射端 2.接收端 电磁波谱 波长由长到短(频率由低到高)： 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线 科学思维 1.会定性解释振荡电流周期性变化的原因 2.类比机械振动，推理得到振荡电流是一种交变电流 科学探究 能根据实验现象及结果提出问题；能通过实验收集关于电磁波如何发射与接收的信息；能解释赫兹的实验及电磁波的发射与接收；有主动与同学交流的积极性。 科学态度 与责任 了解麦克斯韦和赫兹对电磁学发展的贡献，认识电磁理论对现代生活及科技的影响 　 雪深雷达是2020珠峰高程测量主力设备之一，该系统主要利用天线发射和接收高频电磁波来探测珠峰峰顶冰雪层厚度。下列说法正确的是 A.雷达利用电磁波的干涉特性工作 B.电磁波发射时需要进行调谐和解调 C.电磁波从空气进入雪地，频率减小，波长增大 D.在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化 例1 提能 综合训练 √ 电磁波同声波一样，遇到障碍物反射，雷达利用电磁波的反射特性工作，故A错误； 电磁波发射时需要调制，接收时需要调谐和解调，故B错误； 电磁波的频率由波源决定，与介质无关，故C错误； 在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化，故D正确。 (2023·浙江模拟)如图所示，万米深潜器“奋斗者号”再次深潜至地球的最深处——马里亚纳海沟。借助无线电波、激光等传输信号，实现深潜器舱内和海底作业的电视直播。要有效地发射电磁波，振荡电路首先要有足够高的振荡频率，下列选项正确的是 A.若要提高振荡频率，可增大自感线圈的自感系数 B.无线电波比红外线更容易发生衍射 C.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系， 　对电磁波不适用 D.在真空中电磁波的传播速度小于光速 例2 √ 根据LC振荡电路的频率公式f=，若要提高振荡频率，可减小自感线圈的自感系数或电容器的电容，故A错误； 无线电波比红外线的波长更长，根据发生明显 衍射现象的条件，可知无线电波比红外线更容易发生衍射，故B正确； 机械波的频率、波长和波速三者满足的关系λ=对电磁波同样适用，故C错误； 在真空中电磁波的传播速度等于光速为3.0×108 m/s，故D错误。 (2020·浙江1月选考)如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t=0时开关S打到b端，t=0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则 A.LC回路的周期为0.02 s B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大 C.t=1.01 s时线圈中磁场能最大 D.t=1.01 s时回路中电流沿顺时针方向 例3 √ 以顺时针方向为电流正方向，LC电路中电流和电荷量随时间变化的图像如图： t=0.02 s时电容器下极板带正电荷且电荷量最大，根据图像可知周期为T=0.04 s，故A错误； 根据图像可知电流最大时，电容器中电荷量为0，电场能最小为0，故B错误； 1.01 s时，经过Δt=1.01 s=25T，根据图像可知此时电流最大，电流沿逆时针方向，说明电容器放电完毕，电场能全部转化为磁场能，此时磁场能最大，故C正确，D错误。 　 实验室里有一水平放置的平行板电容器，其电容C=10-6 F。在两极板带有一定电荷量时，发现一带负电的粉尘恰好静止在两极板间。还有一个自感系数L=10-4 H的电感器，现连成如图所示的电路，求：(重力加速度为g) 例4 (1)振荡电路周期和S闭合瞬间电流的方向(只答“顺时针”或“逆时针”)； 答案　2π×10-5 s　逆时针 振荡电路周期T=2π =2π s=2π×10-5 s 因开始时带负电的粉尘恰好静止在两极板间，可知电容器上极板带正电，则S闭合瞬间电流的方向为逆时针； (2)从S闭合时开始计时，经过2π×10-5 s时，电容器内粉尘的加速度大小(假设此时粉尘未到达极板)； 答案　0 t=2π×10-5 s时，LC振荡电路恰好经历一个周期，此时电容器两极板间电场强度的大小、方向均与初始时刻相同，所以此时粉尘所受合外力为0，加速度大小为0。 (3)当粉尘的加速度为多大时，线圈中电流最大。(假设此时粉尘未到达极板) 答案　g 电容器放电过程中，两极板的电荷量减小，电路中的电流增大，当电流最大时，两极板的电荷量为零，极板间电场强度为零，此时粉尘只受重力，其加速度大小为g。 　某同学利用微波发射器和接收器研究电磁波。发射器可发射频率为10 GHz的一定强度电磁波，接收器可显示接收到电磁波的强度。 例5 (1)如图(a)所示，接收器和发射器置于同一直线上，在发射器和接收器前均加装一偏振片，此时接收器显示接收到的信号最强。若接收器按图示方向沿轴线转动，接收到信号的强度发生变化，由此说明电磁波属于 　　　(选填“横波”或“纵波”)，若从接收的信号最强开始旋转180°的过程中，接收的信号强度变化情况是　　　　　　　。 横波 先减弱后增强 根据题意可知在旋转偏振片后接收到信号的强度发生变化，由此说明电磁波属于横波； 若从接收的信号最强开始旋转180°的过程中，接收的信号强度变化情况是先减弱后增强； “中间大两侧小”或“中间小两侧大”)，若双缝的两条缝之间距离减小，接收器接收到的信号相邻两次最强位置之间的距离　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)如图(b)所示，在发射器和接收器之间放置一块带双缝的金属平板，接收器沿虚线移动时，接收器接收到信号的强弱会发生变化。这种现象是电磁波的　　　(选填“偏振”“干涉”或“衍射”)现象，接收器接收到的信号相邻两次最强位置之间的距离　　 　　(选填“几乎相等” 干涉 几乎相等 变大 在发射器和接收器之间放置一块带双缝的金属平板，接收器沿虚线移动时，接收器接收到信号的强弱会发生变化，这种现象是电磁波的干涉现象。 根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知接收器接收 到的信号相邻两次最强位置之间的距离几乎相等； 根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ 若双缝的两条缝之间距离减小，可知接收器接收到的信号相邻两次最强位置之间的距离变大。 $ 章末素养提升 物理观念 LC振荡电路 1.电容器的电荷量、电压、电场强度、电场能的变化规律 2.电路中的电流，线圈中的磁感应强度、磁场能的变化规律 3.周期：T=2π，频率f= 电磁场与电磁波 1.麦克斯韦电磁场理论 2.电磁波的形成：电磁场由近及远地向外传播 3.电磁波的特点 无线电波的 发射和接收 1.发射端 2.接收端 电磁波谱 波长由长到短(频率由低到高)： 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线 科学思维 1.会定性解释振荡电流周期性变化的原因 2.类比机械振动，推理得到振荡电流是一种交变电流 科学探究 能根据实验现象及结果提出问题；能通过实验收集关于电磁波如何发射与接收的信息；能解释赫兹的实验及电磁波的发射与接收；有主动与同学交流的积极性。 科学态度 与责任 了解麦克斯韦和赫兹对电磁学发展的贡献，认识电磁理论对现代生活及科技的影响 例1　雪深雷达是2020珠峰高程测量主力设备之一，该系统主要利用天线发射和接收高频电磁波来探测珠峰峰顶冰雪层厚度。下列说法正确的是(　　) A.雷达利用电磁波的干涉特性工作 B.电磁波发射时需要进行调谐和解调 C.电磁波从空气进入雪地，频率减小，波长增大 D.在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化 答案　D 解析　电磁波同声波一样，遇到障碍物反射，雷达利用电磁波的反射特性工作，故A错误；电磁波发射时需要调制，接收时需要调谐和解调，故B错误；电磁波的频率由波源决定，与介质无关，故C错误；在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化，故D正确。 例2　(2023·浙江模拟)如图所示，万米深潜器“奋斗者号”再次深潜至地球的最深处——马里亚纳海沟。借助无线电波、激光等传输信号，实现深潜器舱内和海底作业的电视直播。要有效地发射电磁波，振荡电路首先要有足够高的振荡频率，下列选项正确的是(　　) A.若要提高振荡频率，可增大自感线圈的自感系数 B.无线电波比红外线更容易发生衍射 C.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波不适用 D.在真空中电磁波的传播速度小于光速 答案　B 解析　根据LC振荡电路的频率公式f=，若要提高振荡频率，可减小自感线圈的自感系数或电容器的电容，故A错误；无线电波比红外线的波长更长，根据发生明显衍射现象的条件，可知无线电波比红外线更容易发生衍射，故B正确；机械波的频率、波长和波速三者满足的关系λ=对电磁波同样适用，故C错误；在真空中电磁波的传播速度等于光速为3.0×108 m/s，故D错误。 例3　(2020·浙江1月选考)如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t=0时开关S打到b端，t=0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则(　　) A.LC回路的周期为0.02 s B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大 C.t=1.01 s时线圈中磁场能最大 D.t=1.01 s时回路中电流沿顺时针方向 答案　C 解析　以顺时针方向为电流正方向，LC电路中电流和电荷量随时间变化的图像如图： t=0.02 s时电容器下极板带正电荷且电荷量最大，根据图像可知周期为T=0.04 s，故A错误； 根据图像可知电流最大时，电容器中电荷量为0，电场能最小为0，故B错误；1.01 s时，经过Δt=1.01 s=25T，根据图像可知此时电流最大，电流沿逆时针方向，说明电容器放电完毕，电场能全部转化为磁场能，此时磁场能最大，故C正确，D错误。 例4　实验室里有一水平放置的平行板电容器，其电容C=10-6 F。在两极板带有一定电荷量时，发现一带负电的粉尘恰好静止在两极板间。还有一个自感系数L=10-4 H的电感器，现连成如图所示的电路，求：(重力加速度为g) (1)振荡电路周期和S闭合瞬间电流的方向(只答“顺时针”或“逆时针”)； (2)从S闭合时开始计时，经过2π×10-5 s时，电容器内粉尘的加速度大小(假设此时粉尘未到达极板)； (3)当粉尘的加速度为多大时，线圈中电流最大。(假设此时粉尘未到达极板) 答案　(1)2π×10-5 s　逆时针　(2)0　(3)g 解析　(1)振荡电路周期T=2π =2π s=2π×10-5 s 因开始时带负电的粉尘恰好静止在两极板间，可知电容器上极板带正电，则S闭合瞬间电流的方向为逆时针； (2)t=2π×10-5 s时，LC振荡电路恰好经历一个周期，此时电容器两极板间电场强度的大小、方向均与初始时刻相同，所以此时粉尘所受合外力为0，加速度大小为0。 (3)电容器放电过程中，两极板的电荷量减小，电路中的电流增大，当电流最大时，两极板的电荷量为零，极板间电场强度为零，此时粉尘只受重力，其加速度大小为g。 例5　某同学利用微波发射器和接收器研究电磁波。发射器可发射频率为10 GHz的一定强度电磁波，接收器可显示接收到电磁波的强度。 (1)如图(a)所示，接收器和发射器置于同一直线上，在发射器和接收器前均加装一偏振片，此时接收器显示接收到的信号最强。若接收器按图示方向沿轴线转动，接收到信号的强度发生变化，由此说明电磁波属于　　　　(选填“横波”或“纵波”)，若从接收的信号最强开始旋转180°的过程中，接收的信号强度变化情况是　　　　　　　　　　　。 (2)如图(b)所示，在发射器和接收器之间放置一块带双缝的金属平板，接收器沿虚线移动时，接收器接收到信号的强弱会发生变化。这种现象是电磁波的　　　　(选填“偏振”“干涉”或“衍射”)现象，接收器接收到的信号相邻两次最强位置之间的距离　　　　　　　　(选填“几乎相等”“中间大两侧小”或“中间小两侧大”)，若双缝的两条缝之间距离减小，接收器接收到的信号相邻两次最强位置之间的距离　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。 答案　(1)横波　先减弱后增强　(2)干涉　几乎相等　变大 解析　(1)根据题意可知在旋转偏振片后接收到信号的强度发生变化，由此说明电磁波属于横波； 若从接收的信号最强开始旋转180°的过程中，接收的信号强度变化情况是先减弱后增强； (2)在发射器和接收器之间放置一块带双缝的金属平板，接收器沿虚线移动时，接收器接收到信号的强弱会发生变化，这种现象是电磁波的干涉现象。 根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知接收器接收到的信号相邻两次最强位置之间的距离几乎相等； 根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ 若双缝的两条缝之间距离减小，可知接收器接收到的信号相邻两次最强位置之间的距离变大。 学科网（北京）股份有限公司 $