物理 第三章 電磁振蕩 電磁波 1 電磁振蕩 2 電磁場(chǎng)和電磁波 教科版選修3-4

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1、1電磁振蕩 2電磁場(chǎng)和電磁波第三章電磁振蕩電磁波學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解振蕩電流、LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程，會(huì)求LC回路的周期與頻率.2.了解阻尼振蕩和無阻尼振蕩.3.了解麥克斯韋電磁理論的基礎(chǔ)內(nèi)容以及在物理學(xué)發(fā)展史上的意義.4.了解電磁波的基本特點(diǎn)及其發(fā)展過程，通過電磁波體會(huì)電磁場(chǎng)的物理性質(zhì).內(nèi)容索引重點(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān)自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ)自主預(yù)習(xí)一、電磁振蕩一、電磁振蕩1.振蕩電流： 和 都隨時(shí)間做周期性迅速變化的電流.2.振蕩電路：能夠產(chǎn)生 的電路.3.LC振蕩電路及充、放電過程(1)LC振蕩電路：由 和 組成的電路，是最簡(jiǎn)單的振蕩電路.(2)電容器放電

2、：由于 對(duì)交變電流的阻礙作用，放電電流不能立即達(dá)到最大值，而是由零逐漸增大，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)逐漸 ，電容器里的電場(chǎng)逐漸減弱， 能逐漸轉(zhuǎn)化為 能.放電完畢后， 能全部轉(zhuǎn)化為 能.大小方向振蕩電流線圈L 電容器C 電感線圈增強(qiáng)電場(chǎng)磁場(chǎng)電場(chǎng)磁場(chǎng)(3)電容器充電：電容器放電完畢，由于線圈的 作用，電流并不立即消失，仍保持原來的方向繼續(xù)流動(dòng)，電容器被反向充電.在這個(gè)過程中，線圈的磁場(chǎng)逐漸 ，電容器里的電場(chǎng)逐漸 ， 能逐漸轉(zhuǎn)化為_能，充電完畢時(shí)， 能全部轉(zhuǎn)化為 能.減弱增強(qiáng)磁場(chǎng)電場(chǎng)磁場(chǎng)電場(chǎng)自感4.無阻尼振蕩和阻尼振蕩(1)無阻尼振蕩：如圖1所示，如果沒有 損失，振蕩電流的 永遠(yuǎn)保持不變的電磁振蕩.圖1能量振

3、幅(2)阻尼振蕩：如圖2所示， 逐漸損耗，振蕩電流的 逐漸減小，直到停止振蕩的電磁振蕩.圖2能量振幅二、電磁振蕩的周期和頻率二、電磁振蕩的周期和頻率1.周期：電磁振蕩完成一次 需要的時(shí)間.頻率：1 s內(nèi)完成的周期性變化的 .2.固有周期和頻率振蕩電路里發(fā)生 振蕩時(shí)的周期和頻率叫做振蕩電路的固有周期、固有頻率，簡(jiǎn)稱振蕩電路的周期和頻率 .3.LC振蕩電路的周期T和頻率f跟電感線圈的電感L和電容器的電容C的關(guān)系是T_、f_.周期性變化次數(shù)無阻尼三、麥克斯韋電磁理論的兩個(gè)基本假設(shè)三、麥克斯韋電磁理論的兩個(gè)基本假設(shè)1.變化的磁場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生_(1)磁場(chǎng)隨時(shí)間變化快，產(chǎn)生的電場(chǎng) ；(2)磁場(chǎng)隨時(shí)間

4、的變化不均勻時(shí)，產(chǎn)生 的電場(chǎng)；(3) 的磁場(chǎng)周圍不產(chǎn)生電場(chǎng).2.變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生 .(1)電場(chǎng)隨時(shí)間變化快，則產(chǎn)生的磁場(chǎng) ；(2)電場(chǎng)隨時(shí)間的變化不均勻，產(chǎn)生 的磁場(chǎng)；(3) 的電場(chǎng)周圍不產(chǎn)生磁場(chǎng).電場(chǎng)強(qiáng)變化穩(wěn)定磁場(chǎng)強(qiáng)變化穩(wěn)定四、電磁場(chǎng)和電磁波四、電磁場(chǎng)和電磁波1.電磁場(chǎng) 的電場(chǎng)和 的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，形成的不可分割的統(tǒng)一體.2.電磁波的產(chǎn)生：由 的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生而形成的電磁場(chǎng)是由近及遠(yuǎn)傳播的，這種變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播稱為電磁波.3. 在1865年從理論上預(yù)見了電磁波的存在，1888年物理學(xué)家_第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在. 還運(yùn)用自己精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)測(cè)定了電磁波的波長和頻率，

5、得到了電磁波的傳播速度，證實(shí)了這個(gè)速度等于 .變化變化變化麥克斯韋赫茲赫茲光速4.電磁波的波長、波速v和周期T、頻率f的關(guān)系：vT_.5.電磁波在真空中的傳播速度v .c3108 m/s1.判斷下列說法的正誤.(1)LC振蕩電路的電容器放電完畢時(shí)，回路中磁場(chǎng)能最小，電場(chǎng)能最大.()(2)要提高LC振蕩電路的振蕩頻率，可以減小電容器極板的正對(duì)面積.()(3)在變化的磁場(chǎng)周圍一定會(huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng).()(4)電磁波是橫波.()即學(xué)即用即學(xué)即用答案2.在LC振蕩電路中，電容器C帶的電荷量q隨時(shí)間t變化的圖像如圖3所示.1106 s到2106 s內(nèi)，電容器處于 (填“充電”或“放電”)過程，由此產(chǎn)生的電

6、磁波的波長為 m.答案圖3充電1200重點(diǎn)探究一、電磁振蕩的產(chǎn)生導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖4所示，將開關(guān)S擲向1，先給電容器充電，再將開關(guān)擲向2.答案答案電容器放電過程中，線圈中的電流逐漸增大，電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能.答案圖4(1)在電容器通過線圈放電過程中，線圈中的電流怎樣變化？電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為什么形式的能？(2)在電容器反向充電過程中，線圈中電流如何變化？電容器和線圈中的能量是如何轉(zhuǎn)化的？答案答案電容器反向充電過程中，線圈中電流逐漸減小，線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能.(3)線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的作用是什么？答案答案線圈中電流變化時(shí)，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化.答案項(xiàng)目過程電荷量q電

7、場(chǎng)強(qiáng)度E電勢(shì)差U電場(chǎng)能電流i磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁場(chǎng)能電容器放電減少減小減小減少增大增大增加知識(shí)深化知識(shí)深化振蕩過程各物理量的變化規(guī)律振蕩過程各物理量的變化規(guī)律 0000最大最大最大反向充電增加增大增大增加減小減小減少時(shí)刻最大最大最大最大000 反向放電減少減小減小減少增大增大增加時(shí)刻0000最大最大最大電容器充電增加增大增大增加減小減小減少例例1(多選)如圖5所示，L為一電阻可忽略的線圈，D為一燈泡，C為電容器，開關(guān)S處于閉合狀態(tài)，燈泡D正常發(fā)光，現(xiàn)突然斷開S，并開始計(jì)時(shí)，能正確反映電容器a極板上電荷量q及LC回路中電流i(規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)檎?隨時(shí)間變化的圖像是(圖中q為正值表示a極板帶正電)答案解

8、析圖5解析解析S斷開前，電容器C斷路，線圈中電流從上到下，電容器不帶電；S斷開時(shí)，線圈L中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流減小，給電容器C充電，此時(shí)LC回路中電流i沿順時(shí)針方向(正向)最大；給電容器充電過程，電容器帶電荷量最大時(shí)(a板帶負(fù)電)，線圈L中電流減為零.此后，LC回路發(fā)生電磁振蕩形成交變電流.綜上所述，選項(xiàng)B、C正確.總結(jié)提升總結(jié)提升LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法振蕩電路充、放電過程的判斷方法1.根據(jù)電流流向判斷：當(dāng)電流流向帶正電的極板時(shí)，電容器的電荷量增加，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于充電過程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時(shí)，電荷量減少，電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于放電過程.2.根據(jù)物理量的變

9、化趨勢(shì)判斷：當(dāng)電容器的電荷量q(電壓U、場(chǎng)強(qiáng)E、電場(chǎng)能EE)增大或電流i(磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)能EB)減小時(shí)，處于充電過程；反之，處于放電過程.3.根據(jù)能量判斷：電場(chǎng)能增加時(shí)，充電；磁場(chǎng)能增加時(shí)，放電.A.若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器正在充電，電流由b向aB.若磁場(chǎng)正在減弱，則電場(chǎng)能正在增加，電容器上極板帶負(fù)電C.若磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，則電場(chǎng)能正在減少，電容器上極板帶正電D.若磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，則電容器正在充電，電流方向由a向b例例2(多選)LC振蕩電路中，某時(shí)刻的磁場(chǎng)方向如圖6所示，則答案解析圖6解析解析若磁場(chǎng)正在減弱，則電流在減小，是充電過程，根據(jù)安培定則可確定電流由b向a，電場(chǎng)能增加，上極板帶負(fù)電，故選

10、項(xiàng)A、B正確；若磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，則電流在增大，是放電過程，電場(chǎng)能正在減小，根據(jù)安培定則，可判斷電流由b向a，上極板帶正電，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤. 二、電磁振蕩的周期和頻率2.L、C的決定因素L一般由線圈的長度、橫截面積、單位長度上的匝數(shù)及有無鐵芯決定，電容C由公式 可知，與電介質(zhì)的介電常數(shù)r、極板正對(duì)面積S及板間距離d有關(guān).例例3要想增大LC振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率，可采用的方法是A.增大電容器兩極板的間距B.升高電容器的充電電壓C.增加線圈的匝數(shù)D.在線圈中插入鐵芯答案解析升高電容器的充電電壓，電容不變，B錯(cuò)誤；增加線圈的匝數(shù)、在線圈中插入鐵芯，電感L增大，故C、D錯(cuò)誤.三、麥克斯韋電磁

11、場(chǎng)理論導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究 (1)電子感應(yīng)加速器就是用來獲得高速電子的裝置，其基本原理如圖7所示，上、下為電磁鐵的兩個(gè)磁極，磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室，電磁鐵線圈中通入變化的電流，真空室中的帶電粒子就會(huì)被加速，其速率會(huì)越來越大.請(qǐng)思考：帶電粒子受到什么力的作用而被加速？如果線圈中通以恒定電流會(huì)使粒子加速嗎？這個(gè)現(xiàn)象告訴我們什么道理？答案答案帶電粒子受到電場(chǎng)力作用做加速運(yùn)動(dòng).線圈中通入恒定電流時(shí)，帶電粒子不會(huì)被加速.變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng).答案圖7(2)用導(dǎo)線將手搖發(fā)電機(jī)與水平放置的平行板電容器兩極相連，平行板電容器兩極板間的距離為4 cm左右，在下極板邊緣放上幾個(gè)帶絕緣底座的可轉(zhuǎn)動(dòng)小磁針，當(dāng)搖動(dòng)發(fā)電機(jī)

12、給電容器充電或放電時(shí)，小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，充電結(jié)束或放電結(jié)束后，小磁針靜止不動(dòng).請(qǐng)思考：小磁針受到什么力的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)？這個(gè)現(xiàn)象告訴我們什么道理？答案答案小磁針受到磁場(chǎng)力的作用而轉(zhuǎn)動(dòng).變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng).答案知識(shí)深化知識(shí)深化對(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(1)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng).非均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng).周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場(chǎng).(2)變化的電場(chǎng)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).周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場(chǎng).解析解析圖A中電場(chǎng)不隨時(shí)間變化，不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)；圖B和圖C中電場(chǎng)

13、都隨時(shí)間做均勻的變化，只能在周圍產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，也不會(huì)產(chǎn)生和發(fā)射電磁波；圖D中電場(chǎng)隨時(shí)間做不均勻的變化，能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而這個(gè)磁場(chǎng)的變化也是不均勻的，又能產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，從而交織成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即形成電磁場(chǎng).例例4某電路中電場(chǎng)隨時(shí)間變化的圖像如下列各圖所示，能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的是答案解析四、電磁波導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖8所示是赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)裝置，當(dāng)接在高壓感應(yīng)圈上的兩金屬球間有電火花時(shí)，檢波器上兩銅球間也會(huì)產(chǎn)生電火花，這是為什么？這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了什么問題？答案答案當(dāng)A、B兩金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí)就會(huì)產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)，這種變化的電磁場(chǎng)傳播到檢波器時(shí)，它在檢波器中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

14、，使檢波器上兩銅球間也會(huì)產(chǎn)生電火花.這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在.答案圖8知識(shí)深化知識(shí)深化電磁波與機(jī)械波的比較電磁波與機(jī)械波的比較 機(jī)械波電磁波研究對(duì)象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間和空間做周期性變化傳播情況傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播無需介質(zhì)，在真空中波速等于光速c，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān)產(chǎn)生機(jī)理由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生由電磁振蕩激發(fā)是橫波還是縱波可能是橫波，也可能是縱波 橫波干涉和衍射可以發(fā)生干涉和衍射例例5(多選)以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法中，正確的是A.機(jī)械波和電磁波，本質(zhì)上是一致的B.機(jī)械波的波速只與介

15、質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有 關(guān)，而且與電磁波的頻率有關(guān)C.機(jī)械波可能是縱波，而電磁波必定是橫波D.它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象答案解析解析解析機(jī)械波由波源的振動(dòng)產(chǎn)生；電磁波由周期性變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))產(chǎn)生，機(jī)械波是能量波，傳播需要介質(zhì)，速度由介質(zhì)決定，電磁波是物質(zhì)波，波速由介質(zhì)和自身的頻率共同決定；機(jī)械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象，故選項(xiàng)B、C、D正確.達(dá)標(biāo)檢測(cè)12341.(電磁振蕩電磁振蕩)如圖9所示的LC振蕩電路中，已知某時(shí)刻電流i的方向如圖所示，且正在增大，則此時(shí)A.A板帶正電B.線圈L兩端電壓在增大C.電容器

16、C正在充電D.電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能答案解析圖91234解析解析電路中的電流正在增大，說明電容器正在放電，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電容器放電時(shí)，電流從帶正電的極板流向帶負(fù)電的極板，則A板帶負(fù)電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電容器放電，電容器兩板間的電壓減小，線圈兩端的電壓減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電容器放電，電場(chǎng)能減小，電流增大，磁場(chǎng)能增大，電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，選項(xiàng)D正確. 解析解析電容器放電一次經(jīng)歷四分之一個(gè)周期，而周期T T是由振蕩電路的電容C和電感L決定的，與充電電壓、帶電荷量、放電電流等無關(guān).故選D.12342.(電磁振蕩的周期和頻率電磁振蕩的周期和頻率)在LC振蕩電路中，電容器放電時(shí)間的長短決定于A.充電電壓的大小

17、B.電容器帶電荷量的多少C.放電電流的大小D.電容C和電感L的數(shù)值答案解析12343.(麥克斯韋電磁場(chǎng)理論麥克斯韋電磁場(chǎng)理論)下列說法中正確的是A.任何變化的磁場(chǎng)都要在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，振蕩磁場(chǎng)在周圍空 間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)B.任何電場(chǎng)都要在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，振蕩電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率 的振蕩磁場(chǎng)C.任何變化的電場(chǎng)都要在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，振蕩電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生 同頻率的振蕩磁場(chǎng)D.電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)答案解析1234解析解析根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，如果電場(chǎng)(磁場(chǎng))的變化是均勻的，產(chǎn)生的磁場(chǎng)(電場(chǎng))是恒定的；如果電場(chǎng)(磁場(chǎng))的變化是不均勻的，產(chǎn)生

18、的磁場(chǎng)(電場(chǎng))是變化的；振蕩電場(chǎng)(磁場(chǎng))在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)(電場(chǎng))；周期性變化的電場(chǎng)和周期性變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng).故選C.1234解析解析電磁波在真空中的傳播速度為光速c3.0108 m/s，且cf，從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，頻率不變，但速度、波長會(huì)變化.電磁波仍具有波的特征，電磁波只有在真空中的速度才為3.0108 m/s，在其他介質(zhì)中的傳播速度小于3.0108 m/s.只有交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)才能產(chǎn)生電磁波.4.(電磁波的特點(diǎn)電磁波的特點(diǎn))(多選)下列關(guān)于電磁波的說法中，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)，波長將變短D.只要空間中某個(gè)區(qū)域有變化的電場(chǎng)或變化的磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波答案解析