高二物理選修電磁波的發(fā)現(xiàn)

高二物理選修電磁波的發(fā)現(xiàn)第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日

學習目標：1.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2.說出電磁波的形成及電磁波的基本特點，寫出LC電路的振蕩周期和頻率與電感電容的關(guān)系。3.感受科學家認識事物的科學精神和科學研究方法。第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日完成情況4班優(yōu)秀小組4,10優(yōu)秀個人趙妍，梁雨曦，賀夢薇，高琪，楊迪，楊丹，周晶，彭小紅，雒聰，王招學案反饋————可圈可點第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日完成情況1班優(yōu)秀小組2,5,3,4，7優(yōu)秀個人景萃，王林慶，馬敏，鬲芒，王欣，丁莎，劉任盼，姚家明，王引，劉雨柔，龔曉寧，黃潔，李嬌，席墅學案反饋————可圈可點第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日一、麥克斯韋的電磁場理論1、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?穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化環(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。

將金屬環(huán)拿走，當磁場變化時的電場仍然存在英國物理學家經(jīng)典電磁理論的奠基人。1831年6月13日出生于愛丁堡。15歲那年他的一篇關(guān)于卵形曲線畫法的論文發(fā)表在《愛丁堡皇家學會會刊》上，比笛卡爾的方法還簡便。16歲進入愛丁堡大學聽課，專攻數(shù)學，很重視實驗。19歲考入劍橋大學，23歲以優(yōu)異的成績畢業(yè)，并留校工作。29歲起任倫敦皇家學院物理學和天文學教授。1871年起負責籌劃卡文迪許實驗室。1879年因癌癥逝世，終年48歲。第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場一、麥克斯韋的電磁場理論1、變化的磁場產(chǎn)生電場EtOBtOtBOEOt正弦曲線振蕩磁場振蕩電場E與B頻率相同第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、變化的電場產(chǎn)生磁場一、麥克斯韋的電磁場理論恒定的電場不產(chǎn)生磁場均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、電磁場：

變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系的,形成不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場。說明：①電磁場是特殊的物質(zhì)形態(tài)，具有能量，能相互疊加②是空間立體的第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日（麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在）三、電磁波1、定義：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由發(fā)生區(qū)域向四周由近及遠地傳播，形成電磁波。第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、電磁波的特點1）電磁波是橫波：E⊥B⊥V波速：v=λ/T=λf3)電磁波的頻率由振源決定，同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播，v和λ變化，v介<C2）電磁波可以在真空中傳播速度等于光速c=3×108m/s5）電磁波具有波的共性，能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應(yīng)和偏振現(xiàn)象。6）電磁波有能量。4)不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播，速度不同，f越高，v越?。籪越低，v越大第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日3、赫茲用實驗證實電磁波的存在：令人振奮的電火花1）觀察到了電磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等現(xiàn)象.2）還測量出光的λ和f，算出電磁波和光有相同的速度.3）奠定了無線電技術(shù)基礎(chǔ)赫茲在人類歷史上首先捕捉到了電磁波第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.電磁波與機械波比較：1）傳播條件：2）傳播規(guī)律：3）傳播本質(zhì)：4）產(chǎn)生本質(zhì)不同：機械波傳播需要介質(zhì)，而電磁波不需要介質(zhì)也能傳播。都遵循“V=λf=λ/T”這個關(guān)系式；且電磁波也能發(fā)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。機械波傳播的是機械能，電磁波傳播的是電磁能。機械波是機械振動產(chǎn)生，電磁波是電磁振蕩產(chǎn)生。第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日四、麥克斯韋的電磁場理論的意義1、實現(xiàn)了電磁光的統(tǒng)一，被認為是19世紀科學史上最偉大的統(tǒng)一2、實現(xiàn)了從經(jīng)典物理學向現(xiàn)代物理學的重大轉(zhuǎn)折第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日非均勻變化的磁場變化電場若是均勻變化穩(wěn)定磁場不再激發(fā)若非均勻變化變化磁場若是均勻變化穩(wěn)定電場若非均勻變化電磁波形成示意圖：電磁波的特性：a.不需要傳播介質(zhì),可以在真空中傳播。b.傳播速度等于光速。c.光是一種電磁波。激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十四章電磁波

14.2電磁振蕩+?+?+?第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日1.振蕩電流:

這種電路產(chǎn)生

的大小和方向做周期性變

化的電流,叫振蕩電流.2.

能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路.如圖

示是一種簡單的振蕩電路,稱LC振蕩電路.

說明:

由LC回路產(chǎn)生的振蕩電流也是一種交變電流,只是它的頻率比照明用交變電流的頻率高得多.3.

LC回路產(chǎn)生的振蕩電流按正弦規(guī)律變化.CSLG一、電磁振蕩的產(chǎn)生第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日電容器具有充、放電作用線圈具有自感作用L－－－－

++++CUC＝UL＝εLUCULεL二、過程分析第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日電磁振蕩中電流i、極板間的電壓u、極板上的電量q、電場能和磁場能之間的對應(yīng)關(guān)系第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日(1)、兩個物理過程：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，q↑→i↓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。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。LC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)：1、電磁振蕩的特點：第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、電磁振蕩的變化規(guī)律：電場能磁場能放電充電電容器電壓ｕ（E）電容器帶電量ｑ電路中電流ｉ同步變化同步變化步調(diào)相反磁感應(yīng)強度B第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日3、變化規(guī)律的圖象描述：qtot電場能oito注意：（1）圖像應(yīng)用時充分利用“同步、異步”（2）EL（UL）的變化規(guī)律磁場能t（EU）（B）第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日4、電磁振蕩的物理實質(zhì)：（1）q、i、E(U)、B都在發(fā)生周期性的變化；（2）電場能磁場能發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日3.等幅振蕩（實際應(yīng)用）1.無阻尼振蕩（理想）ito2.阻尼振蕩（實際）ito三、阻尼振蕩和無阻尼振蕩第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日

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決定的呢？四、電磁振蕩的周期和頻率第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日1．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)叫做頻率．

LC回路的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）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）．2．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．第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日大量實驗表明：（1）電容增大時，周期變長（頻率變低）；（2）電感增大時，周期變長（頻率變低）；（3）電壓升高時，周期不變（頻率不變）．結(jié)果表明，LC回路的周期和頻率只與電容C和自感L有關(guān)，跟電容器的帶電多少和回路電流大小無關(guān)．第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日定性解釋：

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，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，因此周期越長，頻率越低．第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日

LC回路的周期和頻率公式

（1）式中各物理量T、L、C、f的單位分別是s、H、F、Hz．（2）適當?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．（3）電場能、磁場能變化的周期為Tˊ=T/2第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日總結(jié)與拓展第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日電磁振蕩與機械振動類比：i－v

q(u)－h(huán)E磁－

EkE電－

Ep振蕩電路+?+?+?放電放電充電充電單擺第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日第一類：電容器的電荷q、電壓u、電場E、

電場能E電、線圈的自感電動勢e自第二類：線圈的電流i、磁場B、磁場能E磁兩類量的變化規(guī)律相反.即第一類增大時

第二類減小;第一類達最大時第二類為零.兩類量:第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日

LC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；

LC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。在解決振蕩電路問題時,電場能與磁場能的交替轉(zhuǎn)化是解決問題的線索和關(guān)鍵;與電場能和磁場能相關(guān)的各量的變化規(guī)律是解決問題的依據(jù);q-t和i-t圖線及其相互轉(zhuǎn)化是解決問題的直觀手段.小結(jié)第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日1、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是（）A、恒定的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場B、變化的磁場在周圍產(chǎn)生變化的電場C、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變化的電場D、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場例與練均勻變化的磁場（電場）產(chǎn)生恒定的電場（磁場）D第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中不正確的是（）A、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場B、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變化的電場C、振蕩的電場在周圍產(chǎn)生不同頻率的振蕩磁場D、振蕩的電場在周圍產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場例與練振蕩磁場（電場）產(chǎn)生同頻率的振蕩電場（磁場）D第三十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日3、關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是A、均勻變化的電場和均勻變化的磁場互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠處傳播形成電磁波B、振蕩電場和振蕩磁場互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠處傳播形成電磁波C、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D、電磁波能夠發(fā)生反射、干涉、衍射、偏振現(xiàn)象例與練電磁波是橫波BCD第三十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日4、比較電磁