《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(huì)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(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b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(chǎng)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(diǎn)及其發(fā)現(xiàn)過(guò)程，通過(guò)電磁波體會(huì)電磁場(chǎng)的物質(zhì)性．(重點(diǎn))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(guò)程．(難點(diǎn))4.了解電磁振蕩的周期與頻率，會(huì)求LC電路的周期與頻率． 一、電磁場(chǎng)和電磁波 1．麥克斯韋電磁理論的兩個(gè)基本假設(shè) (1)變化的磁場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)(如圖所示)． (2)變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)(如圖所示)． 　　　 2．電磁場(chǎng)：變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，形成不可分割的統(tǒng)一體，稱為電磁

2、場(chǎng)． 3．電磁波 (1)電磁波的產(chǎn)生：變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生而形成的電磁場(chǎng)是由近及遠(yuǎn)地傳播的，這種變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播稱為電磁波． (2)電磁波的特點(diǎn)： 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(zhǎng)、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(shí)驗(yàn)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(shí)，空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場(chǎng)，這種變化的電磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)，使與導(dǎo)線環(huán)相連的金屬球間也產(chǎn)生了電火花．這個(gè)導(dǎo)線

3、環(huán)實(shí)際上是電磁波的檢測(cè)器． 結(jié)論：赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，檢驗(yàn)了麥克斯韋電磁場(chǎng)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(cè)量證明了電磁波在真空中具有與光相同的速度c，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁場(chǎng)理論． 二、電磁振蕩 1．振蕩電流：大小和方向都隨時(shí)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L(zhǎng)C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(chǎng)和磁場(chǎng)周期性相互轉(zhuǎn)變的過(guò)程也就是電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能周期性相互轉(zhuǎn)化的過(guò)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(shí)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(wú)阻尼振蒎時(shí)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(cuò)誤的打“×”) (1)變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)． (×) (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(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)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(chǎng)理論的敘述，正確的是(　　) A．變化的磁場(chǎng)

5、周圍一定存在著電場(chǎng)，與是否有閉合電路無(wú)關(guān) B．周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率變化的電場(chǎng) C．變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)統(tǒng)一的場(chǎng)，即電磁場(chǎng) D．電場(chǎng)周圍一定存在磁場(chǎng) E．磁場(chǎng)周圍一定存在電場(chǎng) ABC[] 3.LC振蕩電路中，某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．若磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)正在阻礙電流增大 E．若電容器正在充電，則自感電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)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(shí)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(duì)，A錯(cuò)；(2)若該時(shí)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(duì)，由楞次定律可判定D對(duì)E錯(cuò)．故正確答案為BCD.] 電磁場(chǎng)和電磁波 1．電磁場(chǎng)的產(chǎn)生 如果在空間某處有周期性變化的電場(chǎng)，那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)——變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)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(chǎng)． 2．對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論

7、的理解 恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng) 恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng) 均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng) 均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng) 不均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng) 不均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng) 振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng) 振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng) 3.機(jī)械波與電磁波的比較 機(jī)械波 電磁波 研究對(duì)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(shí)間和空間做周期性變化 電場(chǎng)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 傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無(wú)關(guān) 傳播無(wú)需介質(zhì)，在真空中波速總是c，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速與介質(zhì)

8、及頻率都有關(guān)系 產(chǎn)生 由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)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(chǎng)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(shí)，波長(zhǎng)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(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播而產(chǎn)生，故A項(xiàng)正確；電磁波只有在真空中傳播時(shí)，其速度為3×10

9、8 m/s，故B項(xiàng)不正確；電磁波在傳播過(guò)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(shí)波長(zhǎng)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(xiàng)正確，D項(xiàng)不正確．] 電磁波的特點(diǎn) 1．電磁波有波的一切特點(diǎn)：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(chǎng)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(chǎng)理論，______用實(shí)驗(yàn)證明了麥克斯韋預(yù)言

10、的正確性，第一次發(fā)現(xiàn)了________，測(cè)定了電磁波的________和________，得到了電磁波的________，證實(shí)在真空中它等于________． [解析]　赫茲用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的正確性，研究出電磁波的特點(diǎn)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(zhǎng)　頻率　波速　光速 電磁振蕩 1．各物理量變化情況一覽表 時(shí)刻 (時(shí)間) 工作過(guò)程 q E i B 能量 0→ 放電過(guò)程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E電→E磁 → 充電過(guò)程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E電 →

11、 放電過(guò)程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E電→E磁 →T 充電過(guò)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(shí)間的變化圖象(如圖所示) 3．板間電壓u、電場(chǎng)能EE、磁場(chǎng)能EB隨時(shí)間變化的圖象(如圖所示) u、EE規(guī)律與q-t圖象相對(duì)應(yīng)；EB規(guī)律與i-t圖象相對(duì)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(guò)程中，電容器上的物理量：電荷量q、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)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(chǎng)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(guò)程中，電容器上的三個(gè)物理量q、E、EE與線圈中的三個(gè)物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、EE同時(shí)減小時(shí)，i、B、EB同時(shí)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(dòng)勢(shì)E的變化規(guī)律與q-t圖象相對(duì)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(jì)時(shí)，畫出反映電容器a極板上電荷量q隨時(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)間里，電容器下極板b帶正電，所以此時(shí)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(wèn)題的基本思路 分析電磁振蕩的過(guò)程時(shí)，可以結(jié)合圖象，這樣會(huì)使問(wèn)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(shí)間變化的圖象，根據(jù)時(shí)間關(guān)系，可以大體找出該時(shí)刻

14、在圖象上對(duì)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(guò)程中各物理量的變化規(guī)律求解具體問(wèn)題． 2．如圖所示，LC振蕩電路中，已知某時(shí)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(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能 E．磁場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能 ABD　[電流i正在增大，磁場(chǎng)能增大，電容器在放電，電場(chǎng)能減小，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，選項(xiàng)C、E錯(cuò)誤，D正確；由題圖中i方向可知B板帶正電，選項(xiàng)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(xiàng)B正確．] 課 堂 小 結(jié) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的主要觀點(diǎn)． 2．電磁波的概念及電磁場(chǎng)的物質(zhì)性． 3．LC電路中電荷、電場(chǎng)、電流、磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)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 -