高中物理人教版4第十四章電磁波1電磁波的發(fā)現(xiàn) 第14章1

1電磁波的發(fā)現(xiàn)2電磁振蕩學(xué)習目標知識脈絡(luò)1.了解麥克斯韋電磁場理論的基本內(nèi)容以及在物理學(xué)發(fā)展史上的意義．2．了解電磁波的基本特點及其發(fā)現(xiàn)過程，通過電磁波體會電磁場的物質(zhì)性．(重點)3．理解振蕩電流、振蕩電路及LC電路的概念，了解LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程．(難點)4．了解電磁振蕩的周期與頻率，會求LC電路的周期與頻率.電磁場和電磁波eq\a\vs4\al([先填空])1．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)生電場(如圖14-1-1所示)．(2)變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(如圖14-1-2所示)．eq\a\vs4\al(圖14-1-1變化的磁場在其周圍空間產(chǎn)生電場)eq\a\vs4\al(圖14-1-2變化的電場在其周圍空間產(chǎn)生磁場)2．電磁場：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，形成不可分割的統(tǒng)一體，稱為電磁場．3．電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生：變化的電場和磁場交替產(chǎn)生而形成的電磁場是由近及遠地傳播的，這種變化的電磁場在空間的傳播稱為電磁波．(2)電磁波的特點：①電磁波是橫波，電磁波在空間傳播不需要介質(zhì)；②電磁波的波長、頻率、波速的關(guān)系：v＝λf，在真空中，電磁波的速度c＝×108(3)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象．4．赫茲的電火花(1)赫茲實驗的分析和高壓感應(yīng)線圈相連的拋光金屬球間產(chǎn)生電火花時，空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場，這種變化的電磁場以電磁波的形式傳到了導(dǎo)線環(huán)，導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使與導(dǎo)線環(huán)相連的金屬球間也產(chǎn)生了電火花．這個導(dǎo)線環(huán)實際上是電磁波的檢測器．結(jié)論：赫茲實驗證實了電磁波的存在，檢驗了麥克斯韋電磁場理論的正確性．(2)赫茲的其他成果赫茲觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象．測量證明了電磁波在真空中具有與光相同的速度c，證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁場理論．eq\a\vs4\al([再判斷])1．變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場．(×)2．恒定電流周圍產(chǎn)生磁場，磁場又產(chǎn)生電場．(×)3．電磁波和光在真空中的傳播速度都是×108m/s.4．麥克斯韋預(yù)言并驗證了電磁波的存在．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場嗎？【提示】不一定．均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場，不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場．2．電磁場與靜電場、靜磁場相同嗎？【提示】不同．電磁場是動態(tài)的，并且電場和磁場不可分割；靜電場、靜磁場單獨存在．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．電磁場的產(chǎn)生如果在空間某處有周期性變化的電場，那么這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場——變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場．2．對麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場3.機械波與電磁波的比較機械波電磁波研究對象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性變化的物理量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)，在真空中波速總是c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)系產(chǎn)生由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生由周期性變化的電流(電磁振蕩)激發(fā)干涉可以發(fā)生可以發(fā)生衍射可以發(fā)生可以發(fā)生橫波可以是是縱波可以是不是1．關(guān)于電磁場理論的敘述，正確的是()A．變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關(guān)B．周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率變化的電場C．變化的電場和變化的磁場相互關(guān)聯(lián)，形成一個統(tǒng)一的場，即電磁場D．電場周圍一定存在磁場E．磁場周圍一定存在電場【解析】【答案】ABC2．下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：23570130】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3×108C．電磁波由真空進入介質(zhì)傳播時，波長變短D．電磁波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象E．電磁波具有波的一切特征【解析】電磁波是交替產(chǎn)生呈周期性變化的電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處傳播而產(chǎn)生，故A項正確；電磁波只有在真空中傳播時，其速度為3×108m/s，故B項不正確；電磁波在傳播過程中其頻率f不變，由波速公式v＝【答案】ACE3．麥克斯韋建立了完整的電磁場理論，______用實驗證明了麥克斯韋預(yù)言的正確性，第一次發(fā)現(xiàn)了________，測定了電磁波的________和________，得到了電磁波的________，證實在真空中它等于________．【解析】赫茲用實驗驗證了麥克斯韋電磁場理論的正確性，研究出電磁波的特點及其性質(zhì)，揭示了光的本質(zhì)是電磁波．【答案】赫茲電磁波波長頻率波速光速電磁波的特點1．電磁波有波的一切特點：能發(fā)生反射、折射現(xiàn)象；能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象．2．電磁波是橫波．在電磁波中，每處的電場強度和磁感應(yīng)強度方向總是互相垂直的，并且都跟那里的電磁波的傳播方向垂直．3．電磁波可以在真空中傳播，向外傳播的是電磁能．電磁振蕩eq\a\vs4\al([先填空])1．振蕩電流：大小和方向都隨時間做周期性迅速變化的電流．2．振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路．最基本的振蕩電路為LC振蕩電路．3．電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器極板上的電荷量，電路中的電流，電場和磁場周期性相互轉(zhuǎn)變的過程也就是電場能和磁場能周期性相互轉(zhuǎn)化的過程．4．電磁振蕩的周期與頻率(1)周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間．(2)頻率：1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)．振蕩電路里發(fā)生無阻尼振蒎時的周期和頻率分別叫做固有周期、固有頻率．(3)周期和頻率公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC)).eq\a\vs4\al([再判斷])1．在振蕩電路中，電容器充電完畢磁場能全部轉(zhuǎn)化為電場能．(√)2．電容器放電完畢，電流最大．(√)3．L和C越大，電磁振蕩的頻率越高．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．在LC振蕩電路一次全振動的過程中，電容器充電幾次？它們的充電電流方向相同嗎？【提示】充電兩次，充電電流方向不相同．2．在電磁振蕩的過程中，電場能與磁場能相互轉(zhuǎn)化，什么時候磁場能最大？【提示】放電剛結(jié)束時，電場能全部轉(zhuǎn)化成了磁場能．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．各物理量變化情況一覽表時刻(時間)工作過程qEiB能量0→eq\f(T,4)放電過程qm→0Em→00→im0→BmE電→E磁eq\f(T,4)→eq\f(T,2)充電過程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E電eq\f(T,2)→eq\f(3T,4)放電過程qm→0Em→00→im0→BmE電→E磁eq\f(3T,4)→T充電過程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E電2.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖象(如圖14-1-3所示)圖14-1-33．板間電壓u、電場能EE、磁場能EB隨時間變化的圖象(如圖14-1-4所示)圖14-1-4u、EE規(guī)律與q-t圖象相對應(yīng)；EB規(guī)律與i-t圖象相對應(yīng)．4．分類分析(1)同步關(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：電量q、電場強度E、電場能EE是同步變化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應(yīng)強度B、磁場能EB也是同步變化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)(2)同步異變關(guān)系在LC振蕩過程中，電容器上的三個物理量q、E、EE與線圈中的三個物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、EE同時減小時，i、B、EB同時增大，且它們的變化是同步的，也即：q、E、EE↑同步異向變化,i、B、EB↓.注意：自感電動勢E的變化規(guī)律與q-t圖象相對應(yīng)．振蕩電路中，某時刻磁場方向如圖14-1-5所示，則下列說法正確的是()圖14-1-5A．若磁場正在減弱，則電容器上極板帶正電B．若電容器正在充電，則電容器下極板帶正電C．若電容器上極板帶正電，則線圈中電流正在增大D．若電容器正在放電，則自感電動勢正在阻礙電流增大E．若電容器正在充電，則自感電動勢正在阻礙電流增大【解析】本題考查各物理量發(fā)生變化的判斷方法．由電流的磁場方向和安培定則可判斷振蕩電流方向，由于題目中未標明電容器兩極板的帶電情況，可分兩種情況討論：(1)若該時刻電容器上極板帶正電，則可知電容器處于放電階段，電流增大，則C對，A錯；(2)若該時刻電容器下極板帶正電，可知電容器處于充電狀態(tài)，電流在減小，則B對，由楞次定律可判定D對E錯．故正確答案為BCD.【答案】BCD5.如圖14-1-6所示，LC電路的L不變，C可調(diào)，要使振蕩的頻率從700Hz變?yōu)?400Hz，則把電容________到原來的________.【導(dǎo)學(xué)號：23570131】圖14-1-6【解析】由題意，頻率變?yōu)樵瓉淼?倍，則周期就變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，由T＝2πeq\r(LC)，L不變，當C＝eq\f(1,4)C0時符合要求．【答案】減小eq\f(1,4)6.如圖14-1-7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D正常發(fā)光，現(xiàn)突然斷開S，并開始計時，畫出反映電容器a極板上電荷量q隨時間變化的圖象(q為正值表示a極板帶正電)．圖14-1-7【解析】開關(guān)S處于閉合狀態(tài)時，電流穩(wěn)定，又因L電阻可忽略，因此電容器C兩極板間電壓為0，所帶電荷量為0，S斷開的瞬間，D燈立即熄滅，L、C組成的振蕩電路開始振蕩，由于線圈的自感作用，此后的eq\f(T,4)時間內(nèi)，線圈給電容器充電，電流方向與線圈中原電流方向相同，電流從最大逐漸減為0，而電容器極板上電荷量則由0增為最