高二物理電磁波的發(fā)現(xiàn)_LIPowerPoint 演示文稿

1、第十四章第十四章 電磁波電磁波.2 學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1. 1. 描述電磁振蕩產(chǎn)生的過程，解釋麥克斯韋描述電磁振蕩產(chǎn)生的過程，解釋麥克斯韋電磁場理論的基本思想電磁場理論的基本思想2. 2. 說出電磁波的形成及電磁波的基本特點，說出電磁波的形成及電磁波的基本特點，寫出寫出LCLC電路的振蕩周期和頻率與電感電容的關(guān)電路的振蕩周期和頻率與電感電容的關(guān)系。系。3. 3. 感受科學(xué)家認(rèn)識事物的科學(xué)精神和科學(xué)研感受科學(xué)家認(rèn)識事物的科學(xué)精神和科學(xué)研究方法。究方法。.3完成完成情況情況4班班優(yōu)秀小組優(yōu)秀小組4,10優(yōu)秀個人優(yōu)秀個人趙妍，梁雨曦，賀夢薇，高琪，楊迪趙妍，梁雨曦，賀夢薇，高琪，楊迪，楊丹，周晶，

2、彭小紅，雒聰，王招，楊丹，周晶，彭小紅，雒聰，王招學(xué)案反饋學(xué)案反饋可圈可點可圈可點.4完成完成情況情況 1班班優(yōu)秀小組優(yōu)秀小組2,5,3,4，7優(yōu)秀個人優(yōu)秀個人景萃，王林慶，馬敏，鬲芒，王欣，景萃，王林慶，馬敏，鬲芒，王欣，丁莎，劉任盼，姚家明，王引，劉雨丁莎，劉任盼，姚家明，王引，劉雨柔，龔曉寧，黃潔，李嬌，席墅柔，龔曉寧，黃潔，李嬌，席墅學(xué)案反饋學(xué)案反饋可圈可點可圈可點一、麥克斯韋的電磁場理論一、麥克斯韋的電磁場理論1 1、變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的磁場產(chǎn)生電場問題：閉合線圈放在磁場中如何產(chǎn)生電流問題：閉合線圈放在磁場中如何產(chǎn)生電流? ?穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化穿過閉合回路的磁通量發(fā)生

3、變化 環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的實質(zhì)環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的實質(zhì): :環(huán)內(nèi)產(chǎn)生了電場，電環(huán)內(nèi)產(chǎn)生了電場，電場驅(qū)使電子定向移動而產(chǎn)生了電流，電場的方向場驅(qū)使電子定向移動而產(chǎn)生了電流，電場的方向與電流方向相同。與電流方向相同。 將金屬環(huán)拿走，將金屬環(huán)拿走，當(dāng)磁場變化時的當(dāng)磁場變化時的電場仍然存在電場仍然存在英國物理學(xué)家經(jīng)典電磁理論的奠基人。英國物理學(xué)家經(jīng)典電磁理論的奠基人。18311831年年6 6月月1313日出生于愛丁堡。日出生于愛丁堡。1515歲那年他的一篇關(guān)于卵形曲線畫法的論文發(fā)歲那年他的一篇關(guān)于卵形曲線畫法的論文發(fā)表在愛丁堡皇家學(xué)會會刊上，比笛卡爾的表在愛丁堡皇家學(xué)會會刊上，比笛卡爾的方法還簡便。方法

4、還簡便。1616歲進(jìn)入愛丁堡大學(xué)聽課，專攻數(shù)學(xué)，很重視歲進(jìn)入愛丁堡大學(xué)聽課，專攻數(shù)學(xué)，很重視實驗。實驗。1919歲考入劍橋大學(xué)，歲考入劍橋大學(xué)，2323歲以優(yōu)異的成績畢業(yè)，歲以優(yōu)異的成績畢業(yè)，并留校工作。并留校工作。2929歲起任倫敦皇家學(xué)院物理學(xué)和天文學(xué)教授。歲起任倫敦皇家學(xué)院物理學(xué)和天文學(xué)教授。18711871年起負(fù)責(zé)籌劃卡文迪許實驗室。年起負(fù)責(zé)籌劃卡文迪許實驗室。18791879年因癌癥逝世，終年年因癌癥逝世，終年4848歲。歲。恒定恒定的磁場不產(chǎn)生電場的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化均勻變化的磁場產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生恒定恒定的電場的電場周期性變化的磁場周期性變化的磁場產(chǎn)生產(chǎn)生同頻率同頻率的的振蕩電場

5、振蕩電場非均勻變化的磁場非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場產(chǎn)生變化的電場一、麥克斯韋的電磁場理論一、麥克斯韋的電磁場理論1 1、變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的磁場產(chǎn)生電場EtOBtOtB OEOt正弦曲線正弦曲線振蕩振蕩磁場磁場振蕩振蕩電場電場E E與與B B頻率相同頻率相同2 2、變化的電場產(chǎn)生磁場、變化的電場產(chǎn)生磁場一、麥克斯韋的電磁場理論一、麥克斯韋的電磁場理論恒定恒定的電場不產(chǎn)生磁場的電場不產(chǎn)生磁場均勻變化均勻變化的電場產(chǎn)生的電場產(chǎn)生恒定恒定的磁場的磁場周期性變化的電場周期性變化的電場產(chǎn)生產(chǎn)生同頻率同頻率的的振蕩磁場振蕩磁場非均勻變化的電場非均勻變化的電場產(chǎn)生產(chǎn)生變化的磁場變化的磁場二、電磁場

6、：二、電磁場： 變化的電場變化的電場和和變化的磁場變化的磁場是相互聯(lián)系的是相互聯(lián)系的, ,形成不可分割的統(tǒng)一體形成不可分割的統(tǒng)一體, ,這就是電磁場這就是電磁場。說明：說明：電磁場是特殊的物質(zhì)形態(tài)，具電磁場是特殊的物質(zhì)形態(tài)，具 有能量，能相互疊加有能量，能相互疊加 是空間立體的是空間立體的（麥克斯韋（麥克斯韋預(yù)言預(yù)言電磁波的存在）電磁波的存在）三、電磁波三、電磁波1 1、定義：變化的、定義：變化的電場和電場和變化的變化的磁場磁場交替交替產(chǎn)產(chǎn)生，由發(fā)生區(qū)域向四周生，由發(fā)生區(qū)域向四周由近及遠(yuǎn)由近及遠(yuǎn)地傳播，形地傳播，形成電磁波。成電磁波。2 2、 電磁波的特點電磁波的特點1 1）電磁波）電磁波是橫

7、波：是橫波： EB V EB V 波速：波速：v=v=/T=/T=f f3 3) )電磁波的電磁波的頻率由振源決定頻率由振源決定，同一電磁波在不同，同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播，介質(zhì)中傳播，v v和和變化，變化，v v介介CC2 2）電磁波可以在）電磁波可以在真空真空中中傳播傳播速度等于光速速度等于光速c c=3=310 10 8 8m/sm/s5 5）電磁波具有波的共性，能發(fā)生）電磁波具有波的共性，能發(fā)生反射、折射、干涉、反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應(yīng)衍射、多普勒效應(yīng)和和偏振偏振現(xiàn)象?，F(xiàn)象。6 6）電磁波有）電磁波有能量能量。4 4) )不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播，速度不同，不同電磁波在同

8、一介質(zhì)中傳播，速度不同， f f越高，越高，v v越??；越小；f f越低，越低，v v越大越大3 3、赫茲赫茲用用實驗證實實驗證實電磁波的存在：電磁波的存在：令人振奮的電火花令人振奮的電火花1 1）觀察到了電磁波的反射）觀察到了電磁波的反射, ,折射折射, ,干涉干涉, ,偏振和偏振和衍射等現(xiàn)象衍射等現(xiàn)象. .2 2）還測量出光的）還測量出光的和和f f，算出電磁波和光有相，算出電磁波和光有相同的速度同的速度. .3 3）奠定了無線電技術(shù)基礎(chǔ)）奠定了無線電技術(shù)基礎(chǔ)赫茲在人類歷史上赫茲在人類歷史上首先首先捕捉到了電磁波捕捉到了電磁波4.4.電磁波與機械波比較：電磁波與機械波比較：1 1）傳播條件

9、：）傳播條件：2 2）傳播規(guī)律：）傳播規(guī)律：3 3）傳播本質(zhì)：）傳播本質(zhì)：4 4）產(chǎn)生本質(zhì)不同：）產(chǎn)生本質(zhì)不同：機械波傳播機械波傳播需要介質(zhì)需要介質(zhì)，而電而電磁波磁波不需要介質(zhì)不需要介質(zhì)也能傳播。也能傳播。都遵循都遵循“V=f=/TV=f=/T”這個關(guān)這個關(guān)系式；且電磁波也能發(fā)生反射、系式；且電磁波也能發(fā)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。機械波傳播的是機械波傳播的是機械能機械能，電磁波傳播的是電磁波傳播的是電磁能。電磁能。機械波是機械波是機械振動產(chǎn)生機械振動產(chǎn)生，電磁波是電磁波是電磁振蕩產(chǎn)生電磁振蕩產(chǎn)生。四、麥克斯韋的電磁場理論的意義四、麥克斯韋的電磁場理論的意義1 1、

10、 實現(xiàn)了電磁光的統(tǒng)一，被認(rèn)為實現(xiàn)了電磁光的統(tǒng)一，被認(rèn)為是是1919世紀(jì)科學(xué)史上最偉大的統(tǒng)一世紀(jì)科學(xué)史上最偉大的統(tǒng)一2 2、 實現(xiàn)了從經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物實現(xiàn)了從經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物理學(xué)的重大轉(zhuǎn)折理學(xué)的重大轉(zhuǎn)折非均勻變非均勻變化的磁場化的磁場變化電場變化電場若是均勻變化若是均勻變化穩(wěn)定磁場穩(wěn)定磁場不再激發(fā)不再激發(fā)若非均勻變化若非均勻變化變化磁場變化磁場若是均勻變化若是均勻變化穩(wěn)定電場穩(wěn)定電場若非均勻變化若非均勻變化電磁波形成示意圖：電磁波形成示意圖：電磁波的特性：電磁波的特性：a.a.不需要傳播介質(zhì)不需要傳播介質(zhì), ,可以在真空中傳播?？梢栽谡婵罩袀鞑?。b.b.傳播速度等于光速。傳播速度等于光速。c

11、.c.光是一種電磁波。光是一種電磁波。激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)第十四章第十四章 電磁波電磁波14.2 電磁振蕩+.161. 振蕩電流振蕩電流: 這種電路產(chǎn)生這種電路產(chǎn)生 的大小和方向做周期性變的大小和方向做周期性變 化的電流化的電流, 叫振蕩電流叫振蕩電流.2. 能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路振蕩電路. 如圖如圖 示是一種簡單的振蕩電路示是一種簡單的振蕩電路, 稱稱LC振蕩電路振蕩電路.說明說明: 由由LC回路產(chǎn)生的振蕩電流也是一回路產(chǎn)生的振蕩電流也是一種種交變電流交變電流, 只是它的頻率比照明用交變電流只是它的頻率比照明用交變電流的的頻率高頻率高得多得多.3

12、. LC回路產(chǎn)生的振蕩電流按回路產(chǎn)生的振蕩電流按正弦規(guī)律正弦規(guī)律變化變化.CSLG一、電磁振蕩的產(chǎn)生一、電磁振蕩的產(chǎn)生電容器電容器具有充、放電作用線圈線圈具有自感作用L + + + +CUCULLUCULL二、過程分析二、過程分析.18l電磁振蕩中電流電磁振蕩中電流i、極板間的電壓、極板間的電壓u、極板上、極板上的電量的電量q、電場能和磁場能之間的對應(yīng)關(guān)系、電場能和磁場能之間的對應(yīng)關(guān)系(1)、兩個物理過程：、兩個物理過程：放電過程；電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，放電過程；電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，q i充電過程：磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，充電過程：磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，q i充電完畢狀態(tài)：磁場能向電場能轉(zhuǎn)化完畢，電場

13、充電完畢狀態(tài)：磁場能向電場能轉(zhuǎn)化完畢，電場能最大，磁場能最小。能最大，磁場能最小。放電完畢狀態(tài)：電場能向磁場能轉(zhuǎn)化完畢，磁場放電完畢狀態(tài)：電場能向磁場能轉(zhuǎn)化完畢，磁場能最大，電場能最小。能最大，電場能最小。LC回路工作過程具有對稱性和周期性，可歸結(jié)為：回路工作過程具有對稱性和周期性，可歸結(jié)為：(2)、兩個特殊狀態(tài)：、兩個特殊狀態(tài)：1 1、電磁振蕩的特點：、電磁振蕩的特點：2 2、電磁振蕩的變化規(guī)律：、電磁振蕩的變化規(guī)律：電場能電場能磁場能磁場能放電放電充電充電電容器電壓（電容器電壓（E）電容器帶電量電容器帶電量電路中電流電路中電流同步變化同步變化同步變化同步變化步調(diào)相反步調(diào)相反磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)

14、強度B3、變化規(guī)律的圖象描述：、變化規(guī)律的圖象描述：qtot電場能電場能oito注意：注意：（1）圖像應(yīng)用時充分利用）圖像應(yīng)用時充分利用“同步、異步同步、異步”（2）EL（UL）的變化規(guī)律）的變化規(guī)律磁場能磁場能t（E U）（B ）4、電磁振蕩的物理實質(zhì)：、電磁振蕩的物理實質(zhì)：（1）q、i、E(U)、B都在發(fā)生周期性都在發(fā)生周期性的變化；的變化；（2）電場能磁場能發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。）電場能磁場能發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。3. 等幅振蕩（實際應(yīng)用）等幅振蕩（實際應(yīng)用）1. 無阻尼振蕩（理想）無阻尼振蕩（理想）ito2. 阻尼振蕩（實際）阻尼振蕩（實際）ito三、阻尼振蕩和無阻尼振蕩三、阻尼振蕩和無阻尼振

15、蕩電磁振蕩與簡諧運動有很多相似之處，電磁振蕩與簡諧運動有很多相似之處，它們的運動都有周期性，我們知道自由振它們的運動都有周期性，我們知道自由振動的周期只與振動系統(tǒng)本身的特性有關(guān)，動的周期只與振動系統(tǒng)本身的特性有關(guān)，那么電磁振蕩的周期或頻率是由什么因素那么電磁振蕩的周期或頻率是由什么因素決定的呢？決定的呢？四、電磁振蕩的周期和頻率四、電磁振蕩的周期和頻率1 1周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時間叫做周期，一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做時間叫做周期，一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做頻率頻率 LCLC回路的周期和頻率由回路本身的特性決定這種回路的

16、周期和頻率由回路本身的特性決定這種由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期（或頻率）由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期（或頻率）叫做振蕩電路的固有周期（或固有頻率），簡稱振叫做振蕩電路的固有周期（或固有頻率），簡稱振蕩電路的周期（或頻率）蕩電路的周期（或頻率） 2 2在一個周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場在一個周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場能（或磁場能）完成兩次周期性變化能（或磁場能）完成兩次周期性變化l大量實驗表明：大量實驗表明：（1 1）電容增大時，周期變長（頻率變低）；）電容增大時，周期變長（頻率變低）；（2 2）電感增大時，周期變長（頻率變低）；）電感增大時，周期變長（頻率變低）；

17、（3 3）電壓升高時，周期不變（頻率不變）電壓升高時，周期不變（頻率不變）結(jié)果表明，結(jié)果表明，LCLC回路的周期和頻率只與電容回路的周期和頻率只與電容C C和自感和自感L L有關(guān)，跟電容器的帶電多少和回路電流大小無關(guān)有關(guān)，跟電容器的帶電多少和回路電流大小無關(guān)l定性解釋定性解釋：電容越大，電容器容納電荷就越多，充電容越大，電容器容納電荷就越多，充電和放電所需的時間就越長，因此周期越長，電和放電所需的時間就越長，因此周期越長，頻率越低；自感越大，線圈阻礙電流變化的頻率越低；自感越大，線圈阻礙電流變化的作用就越大，使電流的變化越緩慢，因此周作用就越大，使電流的變化越緩慢，因此周期越長，頻率越低期越長

18、，頻率越低LC回路的周期和頻率公式回路的周期和頻率公式 （1 1）式中各物理量）式中各物理量T T、L L、C C、f f的單位分別是的單位分別是s s、H H、F F、HzHz（2 2）適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線圈，可使振蕩電路物周期）適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線圈，可使振蕩電路物周期和頻率符合我們的需要和頻率符合我們的需要 （3 3）電場能、磁場能變化的周期為）電場能、磁場能變化的周期為T=T/2T=T/2LCfLCT212電磁振蕩與機械振動類比：電磁振蕩與機械振動類比：iv q(u) h E磁磁 Ek E電電 Ep振振蕩蕩電電路路+放電放電放電放電充電充電充電充電單單擺擺第一類：電容器的電荷第一類：電

19、容器的電荷q、電壓、電壓u、電場、電場E、 電場能電場能E電電、線圈的自感電動勢、線圈的自感電動勢e自自第二類：線圈的電流第二類：線圈的電流i、磁場、磁場B、磁場能、磁場能E磁磁兩類量的變化規(guī)律相反兩類量的變化規(guī)律相反. 即第一類增大時即第一類增大時第二類減小第二類減小; 第一類達(dá)最大時第二類為零第一類達(dá)最大時第二類為零.兩類量兩類量: LC振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的物理原因是振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的物理原因是電容器的充放電作用和線圈的自感作用；電容器的充放電作用和線圈的自感作用； LC振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的物理實質(zhì)是振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的物理實質(zhì)是電場能和磁場能的周期性轉(zhuǎn)換。電場能和磁場能的周期性

20、轉(zhuǎn)換。 在解決振蕩電路問題時在解決振蕩電路問題時, 電場能與磁場電場能與磁場能的交替轉(zhuǎn)化是解決問題的能的交替轉(zhuǎn)化是解決問題的線索和關(guān)鍵線索和關(guān)鍵; 與與電場能和磁場能相關(guān)的各量的變化規(guī)律是電場能和磁場能相關(guān)的各量的變化規(guī)律是解決問題的解決問題的依據(jù)依據(jù); q-t和和i-t圖線及其相互轉(zhuǎn)化圖線及其相互轉(zhuǎn)化是解決問題的是解決問題的直觀手段直觀手段.小結(jié)小結(jié).33n1 1、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是（說法中正確的是（ ）nA A、恒定的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場、恒定的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場nB B、變化的磁場在周圍產(chǎn)生變化的電場、變化的磁場在周圍產(chǎn)

21、生變化的電場nC C、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變化的電場化的電場nD D、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場電場例與練例與練均勻變化均勻變化的磁場（電場）產(chǎn)的磁場（電場）產(chǎn)生生恒定恒定的電場（磁場）的電場（磁場）D.34n2 2、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中不正確的是（說法中不正確的是（ ）nA A、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場nB B、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變化的、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變化的電場電場nC C、振蕩的電場在周圍產(chǎn)生不同頻率的、振蕩的

22、電場在周圍產(chǎn)生不同頻率的振蕩磁場振蕩磁場nD D、振蕩的電場在周圍產(chǎn)生同頻率的振、振蕩的電場在周圍產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場蕩磁場例與練例與練振蕩振蕩磁場（電場）產(chǎn)生磁場（電場）產(chǎn)生同頻同頻率的振蕩率的振蕩電場（磁場）電場（磁場）D.35n3 3、關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是nA A、均勻變化的電場和均勻變化的磁場、均勻變化的電場和均勻變化的磁場互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成電磁波電磁波nB B、振蕩電場和振蕩磁場互相激發(fā)，由、振蕩電場和振蕩磁場互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成電磁波產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成電磁波nC C、電磁波的振蕩電場

23、和振蕩磁場方向、電磁波的振蕩電場和振蕩磁場方向互相垂直，且與傳播方向互相垂直互相垂直，且與傳播方向互相垂直nD D、電磁波能夠發(fā)生反射、干涉、衍射、電磁波能夠發(fā)生反射、干涉、衍射、偏振現(xiàn)象偏振現(xiàn)象例與練例與練電磁波是電磁波是橫波橫波BCD.36n4 4、比較電磁波和機械波，下列說法中、比較電磁波和機械波，下列說法中正確的是（）正確的是（）nA A、電磁波和機械波都可以在真空中傳、電磁波和機械波都可以在真空中傳播播nB B、電磁波和機械波都是傳遞能量的一、電磁波和機械波都是傳遞能量的一種形式種形式nC C、電磁波和機械波都能產(chǎn)生反射、干、電磁波和機械波都能產(chǎn)生反射、干涉、衍射、偏振現(xiàn)象涉、衍射、偏振現(xiàn)象nD D、電磁波和聲波都是縱波、電磁波和聲波都是縱波例與練例與練機械波只能在機械波只能