高中物理第十四章1電磁波的發(fā)現(xiàn)2電磁震蕩課件新人教版選修34

第十四章電磁波1電磁波的發(fā)現(xiàn)2電磁震蕩[學(xué)習(xí)目標(biāo)]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)展史上的物理意義.2.了解電磁波的基本特點(diǎn)及其發(fā)現(xiàn)過程,通過電磁波體會電磁場的物理性質(zhì).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,知道LC振蕩電路中振蕩電流、電容器帶電荷量、能量的變化情況.4.掌握電磁振蕩的周期與頻率,會求LC電路的周期與頻率.課前預(yù)習(xí)

感悟新知教材探究知識點(diǎn)一偉大的預(yù)言[問題導(dǎo)學(xué)]如圖所示,磁鐵相對閉合線圈上下運(yùn)動時(shí),閉合線圈中的自由電荷做定向移動,是受到什么力的作用?這能否說明變化的磁場產(chǎn)生了電場?如果沒有導(dǎo)體,情況會怎樣?答案:磁鐵上、下運(yùn)動時(shí),導(dǎo)體中自由電荷定向移動,說明電荷受到靜電力作用,即導(dǎo)體處在電場中.磁鐵的上、下運(yùn)動使線圈處在變化的磁場中,這表明變化的磁場周圍產(chǎn)生了電場.如果沒有導(dǎo)體,該處仍會產(chǎn)生電場.[知識梳理]1.變化的磁場產(chǎn)生電場(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:如圖所示,在變化的磁場中放一個閉合電路,電路里就會產(chǎn)生

.(2)麥克斯韋的觀點(diǎn):電路里有感應(yīng)電流產(chǎn)生,一定是變化的

產(chǎn)生了電場,自由電荷在電場的作用下發(fā)生了定向移動.(3)結(jié)論:變化的

產(chǎn)生了電場.感應(yīng)電流磁場磁場2.變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋假設(shè),既然變化的磁場能產(chǎn)生電場,那么變化的電場也會在空間產(chǎn)生

.磁場知識點(diǎn)二電磁波[問題導(dǎo)學(xué)]變化的磁場和變化的電場形成不可分離的統(tǒng)一體——電磁場,它會由近及遠(yuǎn)地向外傳播,它的傳播需要介質(zhì)嗎?它傳播的速度是多大?答案:電磁場的傳播不需要介質(zhì),它是通過變化的磁場與變化的電場之間的聯(lián)系而傳播到遠(yuǎn)處,其在真空中傳播的速度等于光速.[知識梳理]1.電磁波的產(chǎn)生變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,形成

.2.電磁波是橫波根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,電磁波在真空中傳播時(shí),它的電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度互相

,而且二者均與波的傳播方向

,因此電磁波是橫波.3.電磁波的速度麥克斯韋得到電磁波的速度等于

.他指出了光的

本質(zhì).電磁波垂直垂直光速c電磁4.麥克斯韋電磁場理論的意義不僅預(yù)言了

的存在,而且揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的

,建立了完整的電磁場理論.5.赫茲的電火花(1)赫茲的實(shí)驗(yàn)裝置(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)感應(yīng)圈兩個金屬球間有火花跳過時(shí),導(dǎo)線環(huán)兩個小球間也跳過火花.電磁波統(tǒng)一性(3)現(xiàn)象分析當(dāng)感應(yīng)圈使得與它相連的兩個金屬球間產(chǎn)生火花時(shí),空間出現(xiàn)了迅速變化的

.這種變化的電磁場以

的形式在空間傳播.當(dāng)電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí),它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出

,使得導(dǎo)線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花.(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:證實(shí)了

的存在.(5)赫茲的其他實(shí)驗(yàn)成果:赫茲通過了一系列的實(shí)驗(yàn),觀察了電磁波的

、

、

、衍射和偏振現(xiàn)象,并通過測量證明,電磁波在真空中具有與

相同的速度c,證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的

.電磁場電磁波感應(yīng)電動勢電磁波反射折射干涉光電磁理論知識點(diǎn)三電磁振蕩[問題導(dǎo)學(xué)]如圖所示,將開關(guān)S擲向1,先給電容器充電,再將開關(guān)擲向2,從此時(shí)起,電容器通過線圈放電,放電過程中,電容器的電場能轉(zhuǎn)化為什么形式的能?線圈中的電流發(fā)生怎樣的變化?線圈中是否會產(chǎn)生自感電動勢?自感電動勢產(chǎn)生什么效果?當(dāng)線圈中的電流減小時(shí),是否會對電容器充電?此時(shí)線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為什么形式的能?答案:電容器的放電過程中電場能轉(zhuǎn)化為磁場能.線圈中的電流逐漸變大,放電完畢時(shí)達(dá)到最大,線圈中會產(chǎn)生自感電動勢,阻礙線圈中電流的變化;線圈中電流減小時(shí),對電容器充電,線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電容器的電場能.[知識梳理]1.LC振蕩電路由

和

組成的電路.2.電磁振蕩的過程(1)振蕩起始:如圖所示,電容器充電完畢后,將開關(guān)S擲向b的瞬間,電路中沒有電流,此時(shí)電容器里電場最強(qiáng),電路里的能量全部儲存在__________________中.線圈L電容器C電容器的電場(2)放電過程:由于線圈的

作用,放電電流由零逐漸增大,電容器極板上的電荷

,電容器里的電場逐漸減弱,線圈的磁場逐漸增強(qiáng),電場能逐漸轉(zhuǎn)化為

,放電完畢的瞬間,電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能.(3)充電過程,電容器放電完畢時(shí),由于線圈的

作用,電流保持

逐漸減小,電容器將進(jìn)行

,線圈的磁場逐漸減弱,電容器里的電場逐漸增強(qiáng),

逐漸轉(zhuǎn)化為

,充電完畢的瞬間,磁場能全部轉(zhuǎn)化為電場能,此后,這樣的放電和充電過程反復(fù)進(jìn)行下去.逐漸減少磁場能自感原來的方向反向充電磁場能電場能自感3.電磁振蕩的實(shí)質(zhì)在電磁振蕩過程中,電容器極板上的

、電路中的

、電容器里的

、線圈里的

都隨時(shí)間做周期性變化,電場能與磁場能發(fā)生

的相互轉(zhuǎn)化.4.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.(2)頻率:1s內(nèi)完成的

.電荷量電流電場強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度周期性周期性變化周期性變化的次數(shù)思考判斷1.即使在變化的磁場中沒有閉合的電路,同樣會產(chǎn)生電場.(

)2.不均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場,不均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場.(

)3.電磁波是縱波,傳播需要介質(zhì).(

)4.電磁波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)和頻率有關(guān).(

)5.電磁振蕩的一個周期內(nèi),電場能的變化周期與電流變化周期相同.(

)6.赫茲在驗(yàn)證電磁波的實(shí)驗(yàn)中只是證實(shí)了電磁波的存在.(

)√√×√××要點(diǎn)一麥克斯韋的電磁場理論課堂探究突破要點(diǎn)1.變化的磁場產(chǎn)生電場在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場,是一種普遍存在的現(xiàn)象,跟閉合電路(導(dǎo)體環(huán))是否存在無關(guān).導(dǎo)體環(huán)的作用只是用來顯示電場?的存在.2.變化的電場產(chǎn)生磁場當(dāng)電容器充電、放電的時(shí)候,不僅導(dǎo)線中的電流要產(chǎn)生磁場,而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場.3.對麥克斯韋電磁場理論的理解(1)恒定的磁場不產(chǎn)生電場;恒定的電場不產(chǎn)生磁場.(2)均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場;均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場.(3)不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場;不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場?.狀元心得?變化的磁場所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的,而靜電場中的電場線是不閉合的.?1)振蕩電場(即周期性變化的電場)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場.2)振蕩磁場(即周期性變化的磁場)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場.BD[例1](多選)關(guān)于電磁場的理論,下列說法中正確的是(

)A.變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場一定是變化的B.變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場不一定是變化的C.均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生的電場也是均勻變化的D.振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同樣頻率的振蕩磁場解析:變化的電場產(chǎn)生磁場有兩層含義.①均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場.②非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場.振蕩的電場產(chǎn)生同頻率的振蕩的磁場.均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場,故B,D正確,A,C錯誤.規(guī)律方法理解麥克斯韋電磁場理論的關(guān)鍵(1)掌握四個關(guān)鍵詞:“恒定的”“均勻變化的”“非均勻變化的”“周期性變化的(即振蕩的)”.(2)掌握“變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播”.[針對訓(xùn)練1](多選)根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,變化的磁場可以產(chǎn)生電場.當(dāng)產(chǎn)生的電場的電場線如圖所示時(shí),可能是(

)A.向上方向的磁場在增強(qiáng)B.向上方向的磁場在減弱C.向上方向的磁場先增強(qiáng),然后反向減弱D.向上方向的磁場先減弱,然后反向增強(qiáng)解析:判斷電場與磁場變化的關(guān)系仍可利用楞次定律,只不過是用電場線方向代替了電流方向.向上方向的磁場增強(qiáng)時(shí),感應(yīng)電流的磁場阻礙原磁場的增強(qiáng)而方向向下,根據(jù)安培定則知感應(yīng)電流方向如題圖中E的方向所示,選項(xiàng)A正確,B錯誤.同理,當(dāng)磁場反向即向下的磁場減弱時(shí),也會得到如題圖中E的方向,選項(xiàng)C正確,D錯誤.AC要點(diǎn)二電磁波與機(jī)械波的比較類別項(xiàng)目機(jī)械波電磁波研究對象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性質(zhì)點(diǎn)位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場強(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需要介質(zhì),波速與介質(zhì)有關(guān),與頻率無關(guān)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)及頻率都有關(guān)產(chǎn)生機(jī)理由(波源)質(zhì)點(diǎn)的振動產(chǎn)生由電場、磁場的變化產(chǎn)生是否橫波可以是是是否縱波可以是否傳播情況同一波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)頻率不變;波速、波長、頻率均滿足v=λf干涉現(xiàn)象滿足干涉條件時(shí)均能發(fā)生干涉現(xiàn)象衍射現(xiàn)象滿足明顯衍射條件時(shí)均能發(fā)生明顯衍射[例2](2019·山西太原檢測)關(guān)于電磁波和機(jī)械波,下列說法正確的是()A.電磁波和機(jī)械波的傳播都需要借助于介質(zhì)B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相同,而機(jī)械波的波速大小與介質(zhì)密切相關(guān)C.電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D.機(jī)械波能產(chǎn)生多普勒效應(yīng),而電磁波不能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)C思路探究:(1)電磁波和機(jī)械波傳播過程中需要介質(zhì)嗎?答案:電磁波是通過電場、磁場間的聯(lián)系在空間傳播的,傳播不需要介質(zhì),機(jī)械波是機(jī)械振動通過介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間的力學(xué)關(guān)系在介質(zhì)中傳播的,傳播需要介質(zhì).(2)機(jī)械波和電磁波的波速、波長和頻率間遵循相同規(guī)律嗎?答案:機(jī)械波和電磁波的波速、波長和頻率都符合公式v=λf.解析:電磁波傳播不需要介質(zhì),故A錯誤.電磁波在真空中的傳播速度最大,在不同的介質(zhì)中傳播的速度不同,機(jī)械波的波速與介質(zhì)有關(guān),故B錯誤.干涉、衍射是波所特有的現(xiàn)象,電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象,故C正確.機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生多普勒效應(yīng),故D錯誤.誤區(qū)警告理解電磁波與機(jī)械波的三點(diǎn)不同(1)電磁波是電磁現(xiàn)象,由電磁振蕩產(chǎn)生;機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象,由機(jī)械振動產(chǎn)生.(2)機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)的存在,但電磁波的傳播不需要介質(zhì).(3)不同頻率的機(jī)械波在同一介質(zhì)中傳播速度相同,在不同介質(zhì)中傳播速度不同;不同頻率的電磁波在真空中傳播速度相同,在同一介質(zhì)中傳播速度不同.AD2.振蕩電流、極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖像3.各量間的變化規(guī)律及對應(yīng)關(guān)系(1)同步同變關(guān)系①電容器上的電荷量q、板間電壓U、電場強(qiáng)度E、電場能E電是同步同向變化的,即q↓→U↓→E↓→E電↓(或q↑→U↑→E↑→E電↑).②振蕩線圈上的振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場能E磁是同步同向變化的,即i↓→B↓→E磁↓(或i↑→B↑→E磁↑).[例3](多選)如圖所示的LC振蕩電路正處在振蕩過程中,某時(shí)刻L中的磁場和C中的電場如圖所示,可知(

)A.電容器中的電場強(qiáng)度正在減小B.線圈中磁感應(yīng)強(qiáng)度正在減小C.該時(shí)刻電容器帶電荷量正在增多D.該時(shí)刻振蕩電流達(dá)最大值BC解析:由圖示磁場和安培定則可知,電路電流沿逆時(shí)針方向,由電容器極板間電場方向可知,電容器下極板帶正電,則此時(shí)正處于充電過程,電路電流逐漸減小,磁感應(yīng)強(qiáng)度正在減小,電容器極板上的電荷量正在增加,電容器中的電場強(qiáng)度正在變大,故A,D錯誤,B,C正確.方法技巧LC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(shí),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)物理量的變化趨勢判斷:當(dāng)電容器的電荷量q(電壓U、場強(qiáng)E、電場能EE)增大或電流i(磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場能EB)減小時(shí),處于充電過程;反之,處于放電過程.[針對訓(xùn)練3]

已知LC振蕩電路中電容器極板A上的電荷量隨時(shí)間變化的曲線如圖(乙)所示,則[圖(乙)中q為正值時(shí)表示A極板帶正電](

)A.a,c兩時(shí)刻電路中電流最大,方向相同B.a,c兩時(shí)刻電路中電流最大,方向相反C.b,d兩時(shí)刻電路中電流最大,方向相同D.b,d兩時(shí)刻電路中電流最大,方向相反D解析:a,c兩時(shí)刻電路中電容器帶電荷量最多,電場能最大,電流應(yīng)為零,所以A,B均錯誤;b時(shí)刻為電容器上極板帶正電,順時(shí)針放電完畢瞬間,電流為順時(shí)針最大;而d時(shí)刻為電容器下極板帶正電,逆時(shí)針放電完畢瞬間,電流為逆時(shí)針最大,故C錯誤,D正確.隨堂演練檢測效果1.(多選)關(guān)于電磁場和電磁波的理論,下面說法中正確的是(

)A.變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場一定是變化的B.變化的磁場周圍產(chǎn)生的電場不一定是變化的C.由電磁波的產(chǎn)生過程可知,電磁波可以在真空中傳播D.赫茲的電火花實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在BCD解析:均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,故A錯誤;均勻變化的磁場產(chǎn)生的電場是穩(wěn)定的,故B正確;電磁波自身就是一種物質(zhì),能在真空中傳播,故C正確;麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在,而赫茲電火花實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在,故D正確.2.某電路中電場隨時(shí)間變化的圖象如下列各圖所示,能發(fā)射電磁波的電場是(

)D解析:圖A中電場不隨時(shí)間變化,不會產(chǎn)生磁場;圖B和C中電場都隨時(shí)間做均勻的變化,只能在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,也不會產(chǎn)生和發(fā)射電磁波;圖D中電場隨時(shí)間做不均勻的變化,能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場,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,能發(fā)射電磁波.故D正確.3.手機(jī)A的號碼手機(jī)B的號碼當(dāng)手機(jī)A撥打手機(jī)B時(shí),能聽見B發(fā)出響聲并且看見B上來電顯示A的號碼若將手機(jī)A置于透明真空罩中,再用手機(jī)B撥打手機(jī)A,則(

)A.能聽見A發(fā)出響聲,但看不到A上顯示B的號碼B.能聽見A發(fā)出響聲,也能看到A上顯示B的號.既不能聽見A發(fā)出響聲,也看不到A上顯示B的號碼D.不能聽見A發(fā)出響聲,但能看到A上顯示B的號解析:聲音不能在真空中傳播,撥打真空罩中手機(jī)不能聽到手機(jī)鈴聲;手機(jī)接收的是電磁波信號,電磁波能在真空中傳播,真空罩中的手機(jī)能接收到呼叫信號,故能看到A上顯示的B的號碼,故D正確,A,B,C錯誤.4.某氣象雷達(dá)發(fā)出的電磁波在真空中的波長是0.05m,該電磁波的頻率是(

)A.1.0×109Hz B.2.0×109HzC.4.0×10