《高中物理 第3章 電磁場(chǎng)與電磁波 3_1 麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論 3_2 電磁波的發(fā)現(xiàn)教師用書 滬科版選修3-4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第3章 電磁場(chǎng)與電磁波 3_1 麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論 3_2 電磁波的發(fā)現(xiàn)教師用書 滬科版選修3-4（10頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

3.1　麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論 3.2　電磁波的發(fā)現(xiàn) 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.理解麥克斯韋電磁理論的兩個(gè)要點(diǎn)，了解電磁場(chǎng)與電磁波的聯(lián)系與區(qū)別，以及電磁波的特點(diǎn).(重點(diǎn)) 2.了解麥克斯韋理論在物理發(fā)展史上的意義. 3.了解LC振蕩電路中電磁振蕩的產(chǎn)生過程.(難點(diǎn)) 4.了解電磁振蕩的周期和頻率，會(huì)求LC電路的周期和頻率.(重點(diǎn)) 麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理 論 1.英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋創(chuàng)立了電磁場(chǎng)理論，并預(yù)言了電磁波的存在. 2.變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng) 不均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)；均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng). 3.變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng) 不均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)；均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng). 4.電磁場(chǎng)理論——偉大的豐碑 (1)不均勻變化的磁場(chǎng)和電場(chǎng)相互耦連，形成不可分離的統(tǒng)一的電磁場(chǎng). (2)變化的電場(chǎng)與變化的磁場(chǎng)相互激發(fā)，由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播，就形成了電磁波.麥克斯韋在理論上預(yù)言了電磁波的存在. (3)在電磁波的傳播過程中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向相互垂直并都垂直于傳播的方向，即電磁波是橫波. (4)電磁波在真空中的傳播速度等于光速. 1.變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng).() 2.恒定電流周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)又產(chǎn)生電場(chǎng).() 3.麥克斯韋預(yù)言并驗(yàn)證了電磁波的存在.() 1.變化的磁場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)嗎？ 【提示】　不一定.均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，不均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng). 2.電磁場(chǎng)與靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)相同嗎？ 【提示】　不同.電磁場(chǎng)是動(dòng)態(tài)的，并且電場(chǎng)和磁場(chǎng)不可分割；靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)單獨(dú)存在. 1.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解 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) 2.對(duì)電磁場(chǎng)的理解 (1)電磁場(chǎng)的產(chǎn)生 如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場(chǎng)，那么這個(gè)變化的電場(chǎng)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)生新的周期性變化的電場(chǎng)…變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系，形成了不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng). (2)電磁場(chǎng)與靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)的比較 靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)也可以在某空間混合存在，但由靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)混合的空間不屬于電磁場(chǎng).電磁場(chǎng)是電場(chǎng)、磁場(chǎng)相互激發(fā)，相互耦連形成的統(tǒng)一體. 3.對(duì)電磁波的理解 (1)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中，不同頻率的電磁波傳播速度是相同的(都等于光速). (2)不同頻率的電磁波，在同一種介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小. 1.關(guān)于電磁場(chǎng)理論的敘述，正確的是(　　) A.變化的磁場(chǎng)周圍一定存在著電場(chǎng)，與是否有閉合電路無關(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) 【解析】　 【答案】　ABC 2.根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，以下敘述中正確的是(　　) A.教室中亮著的日光燈周圍空間必有磁場(chǎng)和電場(chǎng) B.工作時(shí)的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器周圍必有磁場(chǎng)和電場(chǎng) C.穩(wěn)定的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，穩(wěn)定的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng) D.電磁波在傳播過程中，電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向和傳播方向相互垂直 E.均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng) 【解析】　教室中亮著的日光燈、工作時(shí)的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用的振蕩電流，在其周圍產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)和電場(chǎng)，故選項(xiàng)A、B正確；穩(wěn)定的電場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電磁波是橫波，電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向和傳播方向相互垂直，故選項(xiàng)D正確.均勻變化的電場(chǎng)周圍會(huì)產(chǎn)生恒定不變的磁場(chǎng)，E錯(cuò)誤. 【答案】　ABD 3.如圖311所示，在變化的磁場(chǎng)中放置一個(gè)閉合線圈. 圖311 (1)你能觀察到什么現(xiàn)象？ (2)這種現(xiàn)象說明了什么？ 【解析】　(1)靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，有電流產(chǎn)生. (2)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)，使閉合線圈的自由電荷發(fā)生了定向運(yùn)動(dòng)而形成了電流. 【答案】　見解析 判斷是否產(chǎn)生電場(chǎng)或磁場(chǎng)的技巧 1.變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)或電場(chǎng). 2.均勻變化的場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的場(chǎng). 3.非均勻變化的場(chǎng)產(chǎn)生變化的場(chǎng). 4.周期性變化的場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的場(chǎng). 5.穩(wěn)定不變的場(chǎng)不能產(chǎn)生新的場(chǎng). 赫 茲 實(shí) 驗(yàn) 與 電 磁 振 蕩 1.赫茲實(shí)驗(yàn) (1)實(shí)驗(yàn)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)線環(huán)實(shí)際上是電磁波的檢測(cè)器. (2)實(shí)驗(yàn)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.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)變的過程也就是電場(chǎng)能和磁場(chǎng)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(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)生無阻尼振蕩時(shí)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＝2π，f＝. 1.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.(√) 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.() 1.在LC振蕩電路一次全振動(dòng)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(chǎng)能與磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)化，什么時(shí)候磁場(chǎng)能最大？ 【提示】　放電剛結(jié)束時(shí)，電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化成了磁場(chǎng)能. 1.各物理量變化情況一覽表 時(shí)刻(時(shí)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 → 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(shí)間的變化圖像 (如圖312所示) 圖312 3.板間電壓u、電場(chǎng)能EE、磁場(chǎng)能EB隨時(shí)間變化的圖像(如圖313所示) 圖313 u、EE規(guī)律與qt圖像相對(duì)應(yīng)；EB規(guī)律與it圖像相對(duì)應(yīng). 4.分類分析 (1)同步關(guān)系 在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中，電容器上的物理量：電量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qt圖像相對(duì)應(yīng). 4.LC振蕩電路中，某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖314所示，則下列說法正確的是(　　) 圖314 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 【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(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B、C、D. 【答案】　BCD 5.如圖315所示，LC電路的L不變，C可調(diào)，要使振蕩的頻率從700 Hz變?yōu)? 400 Hz，則把電容________到原來的________. 圖315 【解析】　由題意，頻率變?yōu)樵瓉淼?倍，則周期就變?yōu)樵瓉淼?，由T＝2π，L不變，當(dāng)C＝C0時(shí)符合要求. 【答案】　減小　 6.如圖316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)間變化的圖像(q為正值表示a極板帶正電). 圖316 【解析】　開關(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】　 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(chǎng)能向電場(chǎng)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(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于放電過程. 2.根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷：當(dāng)電容器的帶電量q(電壓U、場(chǎng)強(qiáng)E)增大或電流i(磁場(chǎng)B)減小時(shí)，處于充電過程；反之，處于放電過程. 3.根據(jù)能量判斷：電場(chǎng)能增加時(shí)充電，磁場(chǎng)能增加時(shí)放電. 電 磁 波 的 發(fā) 射 和 電 磁 波 的 特 點(diǎn) 1.發(fā)射條件 有效地發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有兩個(gè)特點(diǎn)：第一，要有足夠高的振蕩頻率，頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大；第二，應(yīng)采用開放電路，振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到足夠大的空間. 2.電磁波的特點(diǎn) (1)電磁波中的電場(chǎng)E與磁場(chǎng)B相互垂直，而且二者均與波的傳播方向垂直.因此電磁波是橫波. (2)電磁波在真空中的傳播速度等于光速c，光的本質(zhì)是電磁波. (3)電磁波具有波的一般特征，波長(zhǎng)(λ)、周期(T)或頻率(f)與波速(v)間關(guān)系為v＝＝λf. (4)電磁波和其他波一樣也具有能量，電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程. 1.振蕩頻率足夠高的開放電路才能發(fā)射電磁波.(√) 2.電磁波的傳播速度等于光速c.() 3.電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播.(√) 1.怎樣才能形成開放電路 【提示】　在振蕩電路中，使電容器變成兩條長(zhǎng)的直導(dǎo)線，一條深入高空成為天線，另一條接入地下成為地線，形成開放電路. 2.雷雨天氣，從調(diào)至中波段的收音機(jī)中，會(huì)不斷地傳出很響的“咔嚓”聲，這是為什么？ 【提示】　雷雨天形成閃電時(shí)會(huì)發(fā)出很強(qiáng)的電磁波，收音機(jī)接收到后會(huì)感應(yīng)出電流，引起揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，形成很響的“咔嚓”聲. 1.機(jī)械波與電磁波的共性 機(jī)械波與電磁波是本質(zhì)上不同的兩種波，但它們有共同的性質(zhì)：①都具有波的特性，能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等物理現(xiàn)象；②都滿足v＝＝λf；③波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)，頻率都不變. 2.電磁波與機(jī)械波的區(qū)別 電磁波 機(jī)械波 不同點(diǎn) 本質(zhì) 電磁現(xiàn)象 力學(xué)現(xiàn)象 產(chǎn)生機(jī)理 由電磁振蕩產(chǎn)生 由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生 周期性變化的量 場(chǎng)強(qiáng)E與磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間和空間作周期性變化 質(zhì)點(diǎn)的位移x、加速度a隨時(shí)間和空間作周期性變化 波的性質(zhì) 橫波 即有橫波，又有縱波 傳播介質(zhì) 不需要介質(zhì)，可在真空中傳播 只能在彈性介質(zhì)中傳播 速度特點(diǎn) 由介質(zhì)和頻率決定 僅由介質(zhì)決定 7.某同學(xué)對(duì)機(jī)械波和電磁波進(jìn)行類比，總結(jié)出下列內(nèi)容，其中正確的是(　　) A.機(jī)械波的頻率、波長(zhǎng)和波速三者滿足的關(guān)系，對(duì)電磁波也適用 B.機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象 C.機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播 D.機(jī)械波只有橫波 E.電磁波只有縱波 【解析】　機(jī)械波和電磁波有相同之處，也有本質(zhì)區(qū)別，但v＝λf都適用，A說法對(duì)；機(jī)械波和電磁波都具有干涉和衍射現(xiàn)象，B說法對(duì)；機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)，電磁波可以在真空中傳播，C說法對(duì)；機(jī)械波有橫波和縱波，而電磁波是橫波，D、E說法錯(cuò). 【答案】　ABC 8.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3108 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 【解析】　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3108 m/s，故B項(xiàng)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(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. 【答案】　ACE 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.