高中物理 第14章 電磁波 12 電磁波的發(fā)現(xiàn) 電磁振蕩課件 新人教版選修34

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1、第十四章第十四章 電磁波電磁波1電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)2電磁振蕩電磁振蕩填一填練一練1.偉大的預(yù)言(見課本第75頁)(1)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng):實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ):如圖所示,在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路,電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。麥克斯韋的見解:電路里有感應(yīng)電流產(chǎn)生,一定是變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng),自由電荷在電場(chǎng)的作用下發(fā)生了定向移動(dòng)。實(shí)質(zhì):變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)。(2)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng):麥克斯韋假設(shè),既然變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng),那么變化的電場(chǎng)也會(huì)在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。填一填練一練2.電磁波(見課本第76頁)(1)電磁波的產(chǎn)生:變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)向周圍傳播,形成電磁波。(2)電磁波是橫波:根據(jù)麥

2、克斯韋的電磁場(chǎng)理論,電磁波在真空中傳播時(shí),它的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度互相垂直,而且二者均與波的傳播方向垂直,因此電磁波是橫波。(3)電磁波的速度:麥克斯韋指出了光的電磁本性,他預(yù)言電磁波的速度等于光速。填一填練一練3.赫茲的電火花(見課本第76頁)(1)赫茲的實(shí)驗(yàn):如圖所示。(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:當(dāng)感應(yīng)線圈的兩個(gè)金屬球間有火花跳過時(shí),導(dǎo)線環(huán)兩個(gè)金屬小球間也跳過電火花。(3)現(xiàn)象分析:當(dāng)感應(yīng)線圈使得與它相連的兩個(gè)金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí),空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場(chǎng),這種電磁場(chǎng)以電磁波的形式在空間傳播。在電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí),它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),使得導(dǎo)線環(huán)的空隙處也產(chǎn)生了火花。填一填練一練(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)

3、論:赫茲證實(shí)了電磁波的存在。(5)赫茲的其他實(shí)驗(yàn)成果,赫茲做了一系列的實(shí)驗(yàn),觀察了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射現(xiàn)象,并通過測(cè)量證明,電磁波在真空中具有與光相同的速度,證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論。填一填練一練4.電磁振蕩的產(chǎn)生(見課本第78頁)(1)振蕩電流:大小和方向都做周期性迅速變化的電流。(2)振蕩電路:能產(chǎn)生振蕩電流的電路。(3)振蕩過程:如圖所示,將開關(guān)S擲向1,先給電容器充電,再將開關(guān)S擲向2,從此時(shí)起,電容器和線圈組成振蕩電路。放電過程:由于線圈的自感作用,放電電流由零逐漸增大,電容器極板上的電荷逐漸減小,電容器里的電場(chǎng)逐漸減弱,線圈的磁場(chǎng)逐漸增強(qiáng),電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)

4、能,放電完畢的瞬間,電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。填一填練一練充電過程:電容器放電完畢時(shí),由于線圈的自感作用,電流保持原來的方向逐漸減小,電容器將進(jìn)行反向充電,線圈的磁場(chǎng)逐漸減弱,電容器里的電場(chǎng)逐漸增強(qiáng),磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,充電完畢的瞬間,磁場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。此后,這樣的放電和充電過程反復(fù)進(jìn)行下去。(4)電磁振蕩的實(shí)質(zhì)在電磁振蕩過程中,電容器極板上的電荷量、電路中的電流、電容器里的電場(chǎng)強(qiáng)度、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度都隨時(shí)間做周期性變化,電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能發(fā)生周期性的相互轉(zhuǎn)化。填一填練一練5.電磁振蕩的周期和頻率(見課本第80頁)(1)周期:電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時(shí)間。(2)頻率:1 s內(nèi)完成

5、的周期性變化的次數(shù)。如果振蕩電路沒有能量損失,也不受其他外界影響,這時(shí)的周期和頻率分別叫作固有周期和固有頻率。(3)周期和頻率公式:填一填練一練下列關(guān)于電磁波的敘述中,正確的是()A.電磁波是電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播B.電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3.0108 m/sC.電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí),波長(zhǎng)將變短D.電磁波也能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象解析:電場(chǎng)、磁場(chǎng)相互激發(fā)并向外傳播,形成電磁波,選項(xiàng)A正確。電磁波只有在真空中波速為3.0108 m/s,在其他介質(zhì)中均小于3.0108 m/s,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。根據(jù) 知,光從真空進(jìn)入介質(zhì),頻率不變,波速減小,所以波長(zhǎng)減小,故選項(xiàng)C正確。電磁波具有波的一

6、切性質(zhì),能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象,故選項(xiàng)D正確。答案:ACD探究一探究二探究三探究探究一對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解問題導(dǎo)引問題導(dǎo)引如圖是赫茲實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖,請(qǐng)問赫茲通過此實(shí)驗(yàn)裝置證實(shí)了什么問題?探究一探究二探究三名師精講名師精講1.電磁場(chǎng)的產(chǎn)生如果在空間某處有周期性變化的電場(chǎng),那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng),這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系著的,形成不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場(chǎng)。探究一探究二探究三2.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解 探究一探究二探究三探究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例題1】 根據(jù)麥克斯韋電

7、磁場(chǎng)理論,下列說法中正確的是()A.有電場(chǎng)的空間一定存在磁場(chǎng),有磁場(chǎng)的空間也一定能產(chǎn)生電場(chǎng)B.在變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),在變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C.均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)D.周期性變化的磁場(chǎng)周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)解析:根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,只有變化的電場(chǎng)才能產(chǎn)生磁場(chǎng),均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),只有選項(xiàng)D正確。答案:D探究一探究二探究三探究一探究二探究三變式訓(xùn)練1導(dǎo)學(xué)號(hào)38190117如圖所示的四種電場(chǎng)中,哪一種能產(chǎn)生電磁波()解析:由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場(chǎng)時(shí)(如A圖),由于它不激發(fā)磁場(chǎng),故無

8、電磁波產(chǎn)生;當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場(chǎng)時(shí)(如B、C圖),會(huì)激發(fā)出磁場(chǎng),但磁場(chǎng)恒定,不會(huì)激發(fā)出電場(chǎng),故也不會(huì)產(chǎn)生電磁波;只有振蕩的電場(chǎng)(即周期性變化的電場(chǎng))(如D圖),才會(huì)激發(fā)出振蕩的磁場(chǎng),振蕩的磁場(chǎng)又激發(fā)出振蕩的電場(chǎng)如此周而復(fù)始,便會(huì)形成電磁波。答案:D探究一探究二探究三探究探究二電磁波與機(jī)械波的比較電磁波與機(jī)械波的比較問題導(dǎo)引問題導(dǎo)引如圖所示,某同學(xué)正在回答神舟十號(hào)航天員王亞平的問題,請(qǐng)問她們的通話是通過機(jī)械波進(jìn)行的還是通過電磁波進(jìn)行的?為什么?探究一探究二探究三探究一探究二探究三名師精講名師精講電磁波是電磁現(xiàn)象,機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象,兩種波因產(chǎn)生機(jī)理不同,所以除具有波的共性外,還有不同之處。 探究一

9、探究二探究三探究一探究二探究三探究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例題2】 關(guān)于電磁波與聲波的說法,下列正確的是()A.電磁波是由電磁場(chǎng)發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播,聲波是聲源的振動(dòng)向遠(yuǎn)處傳播B.電磁波的傳播不需要介質(zhì),聲波的傳播有時(shí)也不需要介質(zhì)C.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí),電磁波的傳播速度變小,聲波的傳播速度變大D.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí),電磁波的波長(zhǎng)不變,聲波的波長(zhǎng)變小探究一探究二探究三解析:由電磁波和聲波的概念可知A正確;因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑?而聲波屬于機(jī)械波,它的傳播需要介質(zhì),在真空中不能傳播,故B錯(cuò)誤;電磁波在空氣中的傳播速度大于在水中的傳播速度,在真空中的傳播速度最大;聲波在氣體、液體、固

10、體中的傳播速度依次增大,故C正確;無論是電磁波還是聲波,從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率都不變,所以由波長(zhǎng) 及它們?cè)诓煌橘|(zhì)中的傳播速度可知,由空氣進(jìn)入水中時(shí),電磁波的波長(zhǎng)變短,聲波的波長(zhǎng)變長(zhǎng),故D錯(cuò)誤。答案:AC探究一探究二探究三變式訓(xùn)練2導(dǎo)學(xué)號(hào)38190118關(guān)于電磁波與機(jī)械波,下列說法正確的是()A.機(jī)械波和電磁波,本質(zhì)上是一樣的B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播速率都相同,機(jī)械波在同一種介質(zhì)中傳播速率都相同C.電磁波和機(jī)械波都不能發(fā)生干涉D.電磁波與機(jī)械波都能發(fā)生衍射解析:機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生,電磁波由振蕩的電磁場(chǎng)產(chǎn)生,選項(xiàng)A錯(cuò);電磁波的波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān),而機(jī)械波的傳播速度只與介質(zhì)有關(guān),選

11、項(xiàng)B錯(cuò);電磁波和機(jī)械波都具有波的特性,選項(xiàng)C錯(cuò),選項(xiàng)D對(duì)。答案:D探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究探究三振蕩過程中各物理量的變化情況振蕩過程中各物理量的變化情況問題導(dǎo)引問題導(dǎo)引如圖所示裝置,先把開關(guān)扳到電池組一邊,給電容器充電,稍后再把開關(guān)扳到線圈一邊,讓電容器通過線圈放電,會(huì)觀察到電流表指針有何變化?說明什么問題?探究一探究二探究三名師精講名師精講1.用圖象對(duì)應(yīng)分析:振蕩過程中電流i、極板上的電荷量q、電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系探究一探究二探究三甲以逆時(shí)針方向電流為正 乙圖中q為上面極板的電荷量 探究一探究二探究三2.相關(guān)量與電路狀態(tài)的對(duì)應(yīng)情況 探究一探究二探究三3.幾個(gè)關(guān)系(1)

12、同步同變關(guān)系在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中,電容器上的物理量:電荷量q、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)能EE是同步變化的,即qEEE(或qEEE)振蕩線圈上的物理量:振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)能EB也是同步變化的,即iBEB(或iBEB)。探究一探究二探究三(2)同步異變關(guān)系在LC振蕩過程中,電容器上的三個(gè)物理量q、E、EE增大時(shí),線圈中的三個(gè)物理量i、B、EB減小,且它們的變化是同步的,也即q、E、EE i、B、EB。探究一探究二探究三探究一探究二探究三變式訓(xùn)練3如圖所示,LC振蕩電路中,已知某時(shí)刻電流i的方向指向A板,且正在增大,則()A.A板帶正電B.A、B兩板間的電壓在增大C.電容器C正在充

13、電D.電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能解析:電流i正在增大,磁場(chǎng)能增大,電容器在放電,電場(chǎng)能減小,電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確;由題圖中i方向可知B板帶正電,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于電容器放電,電荷量減少,兩板間的電壓在減小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。答案:D探究一探究二探究三變式訓(xùn)練4導(dǎo)學(xué)號(hào)38190119如圖中畫出一個(gè)LC振蕩電路中的電流變化圖線,根據(jù)圖線可判斷()A.t1時(shí)刻線圈兩端電壓最大B.t2時(shí)刻電容器兩極間電壓為零C.t1時(shí)刻電路中只有電場(chǎng)能D.t1時(shí)刻電容器的電荷量為零探究一探究二探究三解析:由圖象知,計(jì)時(shí)開始時(shí),電容器兩極板的電荷量最大,電流為零,電容器放電開始,根據(jù)電流隨時(shí)間的變化規(guī)律,可以在圖

14、中畫出q-t圖象(在圖中用虛線表示)。由圖象分析可知,t1時(shí)刻,電容器上電荷量為零,電勢(shì)差為零,電場(chǎng)能為零,故D正確,A、C錯(cuò)誤;t2時(shí)刻電容器電荷量q最大,兩板間電勢(shì)差最大,B錯(cuò)誤。答案:D探究一探究二探究三1 2 3 4 51.下列關(guān)于電磁波的說法正確的是()A.均勻變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)B.電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同C.只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng),就能產(chǎn)生電磁波D.電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播解析:變化的磁場(chǎng)就能產(chǎn)生電場(chǎng),選項(xiàng)A正確;若只有電場(chǎng)和磁場(chǎng)而電場(chǎng)和磁場(chǎng)都穩(wěn)定或電場(chǎng)、磁場(chǎng)僅均勻變化都不能產(chǎn)生電磁波,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;光也是電磁波,在真空和介質(zhì)中傳播的速度不同,可判斷選項(xiàng)B錯(cuò)誤;D

15、選項(xiàng)中沒強(qiáng)調(diào)是“均勻”介質(zhì),若介質(zhì)密度不均勻會(huì)發(fā)生折射,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:A1 2 3 4 52.電磁波與機(jī)械波具有的共同性質(zhì)是()A.都是橫波B.都能傳輸能量C.都能在真空中傳播D.都具有恒定的波速解析:電磁波是橫波,機(jī)械波可以是縱波,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;它們都能傳輸能量,選項(xiàng)B正確;機(jī)械波不能在真空中傳播,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;它們從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),波速變化,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:B1 2 3 4 53.為了增大LC振蕩電路的固有頻率,下列辦法中可用的是 ()A.增大電容器兩極板的正對(duì)面積并在線圈中放入鐵芯B.減小電容器兩極板的距離并增加線圈的匝數(shù)C.減小電容器兩極板的距離并在線圈中放入鐵芯D.減小電容器兩極板的正對(duì)面積并減少線圈的匝數(shù)1 2 3 4 54.如圖所示振蕩電路中。(1)當(dāng)電感L=300 H,電容器C的范圍為25270 pF,求振蕩電流的頻率范圍;(2)當(dāng)電感L=10 mH,要產(chǎn)生周期T=0.02 s 的振蕩電流,應(yīng)配制多大的電容器?1 2 3 4 51 2 3 4 55.導(dǎo)學(xué)號(hào)38190120(選做題)在LC振蕩電路中,線圈的自感系數(shù)L=2.5 mH,電容C=4 F。(1)該電路產(chǎn)生的振蕩電流的周期多大?(2)設(shè)t=0時(shí),電容器上電壓最大,在t=9.010-3 s時(shí),通過線圈的電流是增大還是減小,這時(shí)電容器是處在充電過程還是放電過程?1 2 3 4 5