物理 第三章 電磁振蕩 電磁波 1 電磁振蕩 2 電磁場和電磁波 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及其發(fā)展過程，通過電磁波體會電磁場的物理性質(zhì).內(nèi)容索引重點探究啟迪思維 探究重點達標(biāo)檢測檢測評價 達標(biāo)過關(guān)自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知 夯實基礎(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，是最簡單的振蕩電路.(2)電容器放電

2、：由于 對交變電流的阻礙作用，放電電流不能立即達到最大值，而是由零逐漸增大，線圈產(chǎn)生的磁場逐漸 ，電容器里的電場逐漸減弱， 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 電感線圈增強電場磁場電場磁場(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，電容器被反向充電.在這個過程中，線圈的磁場逐漸 ，電容器里的電場逐漸 ， 能逐漸轉(zhuǎn)化為_能，充電完畢時， 能全部轉(zhuǎn)化為 能.減弱增強磁場電場磁場電場自感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 振蕩時的周期和頻率叫做振蕩電路的固有周期、固有頻率，簡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基本假設(shè)三、麥克斯韋電磁理論的兩個基本假設(shè)1.變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生_(1)磁場隨時間變化快，產(chǎn)生的電場 ；(2)磁場隨時間

4、的變化不均勻時，產(chǎn)生 的電場；(3) 的磁場周圍不產(chǎn)生電場.2.變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生 .(1)電場隨時間變化快，則產(chǎn)生的磁場 ；(2)電場隨時間的變化不均勻，產(chǎn)生 的磁場；(3) 的電場周圍不產(chǎn)生磁場.電場強變化穩(wěn)定磁場強變化穩(wěn)定四、電磁場和電磁波四、電磁場和電磁波1.電磁場 的電場和 的磁場交替產(chǎn)生，形成的不可分割的統(tǒng)一體.2.電磁波的產(chǎn)生：由 的電場和磁場交替產(chǎn)生而形成的電磁場是由近及遠傳播的，這種變化的電磁場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_第一次用實驗證實了電磁波的存在. 還運用自己精湛的實驗技術(shù)測定了電磁波的波長和頻率，

5、得到了電磁波的傳播速度，證實了這個速度等于 .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，回路中磁場能最小，電場能最大.()(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面積.()(3)在變化的磁場周圍一定會產(chǎn)生變化的電場.()(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，電容器的電場能轉(zhuǎn)化為磁場能.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，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電容器的電場能.(3)線圈中自感電動勢的作用是什么？答案答案線圈中電流變化時，產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流的變化.答案項目過程電荷量q電

7、場強度E電勢差U電場能電流i磁感應(yīng)強度B磁場能電容器放電減少減小減小減少增大增大增加知識深化知識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，并開始計時，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)定順時針方向為正)隨時間變化的圖像是(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，線圈L中產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流減小，給電容器C充電，此時LC回路中電流i沿順時針方向(正向)最大；給電容器充電過程，電容器帶電荷量最大時(a板帶負電)，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，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉(zhuǎn)化，處于充電過程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，處于放電過程.2.根據(jù)物理量的變

9、化趨勢判斷：當(dāng)電容器的電荷量q(電壓U、場強E、電場能EE)增大或電流i(磁感應(yīng)強度B、磁場能EB)減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程.3.根據(jù)能量判斷：電場能增加時，充電；磁場能增加時，放電.A.若磁場正在減弱，則電容器正在充電，電流由b向aB.若磁場正在減弱，則電場能正在增加，電容器上極板帶負電C.若磁場正在增強，則電場能正在減少，電容器上極板帶正電D.若磁場正在增強，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，某時刻的磁場方向如圖6所示，則答案解析圖6解析解析若磁場正在減弱，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，電場能增加，上極板帶負電，故選

10、項A、B正確；若磁場正在增強，則電流在增大，是放電過程，電場能正在減小，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C正確，D錯誤. 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錯誤.三、麥克斯韋電磁

11、場理論導(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、下為電磁鐵的兩個磁極，磁極之間有一個環(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被加速，其速率會越來越大.請思考：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使粒子加速嗎？這個現(xiàn)象告訴我們什么道理？答案答案帶電粒子受到電場力作用做加速運動.線圈中通入恒定電流時，帶電粒子不會被加速.變化的磁場能產(chǎn)生電場.答案圖7(2)用導(dǎo)線將手搖發(fā)電機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帶絕緣底座的可轉(zhuǎn)動小磁針，當(dāng)搖動發(fā)電機

12、給電容器充電或放電時，小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動，充電結(jié)束或放電結(jié)束后，小磁針靜止不動.請思考：小磁針受到什么力的作用而轉(zhuǎn)動？這個現(xiàn)象告訴我們什么道理？答案答案小磁針受到磁場力的作用而轉(zhuǎn)動.變化的電場可以產(chǎn)生磁場.答案知識深化知識深化對麥克斯韋電磁場理論的理解對麥克斯韋電磁場理論的理解(1)變化的磁場產(chǎn)生電場均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場.非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場.周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場.(2)變化的電場產(chǎn)生磁場均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場.非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場.周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場.解析解析圖A中電場不隨時間變化，不會產(chǎn)生磁場；圖B和圖C中電場

13、都隨時間做均勻的變化，只能在周圍產(chǎn)生恒定的磁場，也不會產(chǎn)生和發(fā)射電磁波；圖D中電場隨時間做不均勻的變化，能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，而這個磁場的變化也是不均勻的，又能產(chǎn)生變化的電場，從而交織成一個不可分割的統(tǒng)一體，即形成電磁場.例例4某電路中電場隨時間變化的圖像如下列各圖所示，能產(chǎn)生電磁場的是答案解析四、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驗裝置，當(dāng)接在高壓感應(yīng)圈上的兩金屬球間有電火花時，檢波器上兩銅球間也會產(chǎn)生電火花，這是為什么？這個實驗證實了什么問題？答案答案當(dāng)A、B兩金屬球間產(chǎn)生電火花時就會產(chǎn)生變化的電磁場，這種變化的電磁場傳播到檢波器時，它在檢波器中激發(fā)出感應(yīng)電動勢

14、，使檢波器上兩銅球間也會產(chǎn)生電火花.這個實驗證實了電磁波的存在.答案圖8知識深化知識深化電磁波與機械波的比較電磁波與機械波的比較 機械波電磁波研究對象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時間和空間做周期性變化電場強度E和磁感應(yīng)強度B隨時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，波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān)產(chǎn)生機理由質(zhì)點(波源)的振動產(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)于機械波與電磁波的說法中，正確的是A.機械波和電磁波，本質(zhì)上是一致的B.機械波的波速只與介

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械波由波源的振動產(chǎn)生；電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產(chǎn)生，機械波是能量波，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B、C、D正確.達標(biāo)檢測12341.(電磁振蕩電磁振蕩)如圖9所示的LC振蕩電路中，已知某時刻電流i的方向如圖所示，且正在增大，則此時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.電場能正在轉(zhuǎn)化為磁場能答案解析圖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C錯誤；電容器放電時，電流從帶正電的極板流向帶負電的極板，則A板帶負電，選項A錯誤；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B錯誤；電容器放電，電場能減小，電流增大，磁場能增大，電場能正在轉(zhuǎn)化為磁場能，選項D正確. 解析解析電容器放電一次經(jīng)歷四分之一個周期，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.(麥克斯韋電磁場理論麥克斯韋電磁場理論)下列說法中正確的是A.任何變化的磁場都要在周圍空間產(chǎn)生變化的電場，振蕩磁場在周圍空 間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場B.任何電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場，振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率 的振蕩磁場C.任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場，振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生 同頻率的振蕩磁場D.電場和磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場答案解析1234解析解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，如果電場(磁場)的變化是均勻的，產(chǎn)生的磁場(電場)是恒定的；如果電場(磁場)的變化是不均勻的，產(chǎn)生

18、的磁場(電場)是變化的；振蕩電場(磁場)在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(電場)；周期性變化的電場和周期性變化的磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場.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)進入另一種介質(zhì)，頻率不變，但速度、波長會變化.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.只有交變的電場和磁場才能產(chǎn)生電磁波.4.(電磁波的特點電磁波的特點)(多選)下列關(guān)于電磁波的說法中，正確的是A.電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播B.電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3.0108 m/sC.電磁波由真空進入介質(zhì)傳播時，波長將變短D.只要空間中某個區(qū)域有變化的電場或變化的磁場，就能產(chǎn)生電磁波答案解析