《2019-2020學(xué)年高中物理 第14章 1 電磁波的發(fā)現(xiàn) 2 電磁振蕩學(xué)案 新人教版選修3-4》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第14章 1 電磁波的發(fā)現(xiàn) 2 電磁振蕩學(xué)案 新人教版選修3-4（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、1　電磁波的發(fā)現(xiàn)2　電磁振蕩 [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． 一、電磁場和電磁波 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(如圖所示)． (2)變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(如圖所示)． 　　　 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

2、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(yuǎn)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＝3.0×108m/s. (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

3、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． 二、電磁振蕩 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：

4、電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間． (2)頻率：1 s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作固有周期、固有頻率． (3)周期和頻率公式：T＝2π，f＝. 1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場． (×) (2)電磁波和光在真空中的傳播速度都是3.0×108 m/s. (√) (3)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． (√) (4)電容器放電完畢，電流最大． (√) (5)L和C越大，電磁振蕩的頻率越高． (×) 2．關(guān)于電磁場理論的敘述，正確的是(　　) A．變化的磁場

5、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 ABC[] 3.LC振蕩電路中，某時刻磁場方向如圖所示，則下列說法正確的是(　　) A．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 BCD　[本題考查各物理量發(fā)生變化的判斷方法．由電

6、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(biāo)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.] 電磁場和電磁波 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

7、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(jī)械波與電磁波的比較 機(jī)械波 電磁波 研究對象 力學(xué)現(xiàn)象 電磁現(xiàn)象 周期性變化的物理量 位移隨時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)

8、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 【例1】　下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是(　　) A．電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播 B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3×108 m/s C．電磁波由真空進(jìn)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 ACE　[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(yuǎn)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3×10

9、8 m/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＝λf知，由于電磁波在介質(zhì)中的傳播速度比在真空中的傳播速度小，所以可得此時波長變短，故C正確；電磁波是一種波，具有波的一切特性，能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象，故E項正確，D項不正確．] 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(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)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． 1．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

10、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 電磁振蕩 1．各物理量變化情況一覽表 時刻 (時間) 工作過程 q E i B 能量 0→ 放電過程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E電→E磁 → 充電過程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E電 →

11、 放電過程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E電→E磁 →T 充電過程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E電 2．振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖象(如圖所示) 3．板間電壓u、電場能EE、磁場能EB隨時間變化的圖象(如圖所示) u、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：電荷量q、電場強(qiáng)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(qiáng)度B、磁

12、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)． 【例2】　如圖所示，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)． [解析]　開

13、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增為最大，根據(jù)電流流向，此時間里，電容器下極板b帶正電，所以此時間內(nèi)，a極板帶負(fù)電，由0增為最大． [答案]　 解決電磁振蕩問題的基本思路 分析電磁振蕩的過程時，可以結(jié)合圖象，這樣會使問題更直觀．首先依據(jù)題意找出振蕩圖象的初狀態(tài)，然后畫出其電流或電荷量隨時間變化的圖象，根據(jù)時間關(guān)系，可以大體找出該時刻

14、在圖象上對應(yīng)的位置，從而確定處于充電還是放電狀態(tài)，最后再依據(jù)充、放電過程中各物理量的變化規(guī)律求解具體問題． 2．如圖所示，LC振蕩電路中，已知某時刻電流i的方向指向A板，且正在增大，則(　　) A．B板帶正電 B．A、B兩板間的電壓在減小 C．電容器C正在充電 D．電場能正在轉(zhuǎn)化為磁場能 E．磁場能正在轉(zhuǎn)化為電場能 ABD　[電流i正在增大，磁場能增大，電容器在放電，電場能減小，電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，選項C、E錯誤，D正確；由題圖中i方向可知B板帶正電，選項A正確；由于電容器放電，電荷量減少，兩板間的電壓在減小，選項B正確．] 課 堂 小 結(jié) 知 識 脈 絡(luò) 1.麥克斯韋電磁場理論的主要觀點． 2．電磁波的概念及電磁場的物質(zhì)性． 3．LC電路中電荷、電場、電流、磁場的動態(tài)變化過程及相關(guān)物理量的變化情況． 4．LC振蕩電路固有周期和固有頻率的公式. - 7 -