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第十四章 電磁波,1 電磁波的發(fā)現(xiàn) 2 電磁振蕩,填一填,練一練,1.偉大的預(yù)言(見課本第75頁) (1)變化的磁場產(chǎn)生電場: ①實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ):如圖所示,在變化的磁場中放一個閉合電路,電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。 ②麥克斯韋的見解:電路里有感應(yīng)電流產(chǎn)生,一定是變化的磁場產(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實(shí)質(zhì):變化的磁場產(chǎn)生了電場。 (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。,,,,,,填一填,練一練,2.電磁波(見課本第76頁) (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)向周圍傳播,形成電磁波。 (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,它的電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度互相垂直,而且二者均與波的傳播方向垂直,因此電磁波是橫波。 (3)電磁波的速度:麥克斯韋指出了光的電磁本性,他預(yù)言電磁波的速度等于光速。,,,,,填一填,練一練,3.赫茲的電火花(見課本第76頁) (1)赫茲的實(shí)驗(yàn):如圖所示。 (2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:當(dāng)感應(yīng)線圈的兩個金屬球間有火花跳過時,導(dǎo)線環(huán)兩個金屬小球間也跳過電火花。 (3)現(xiàn)象分析:當(dāng)感應(yīng)線圈使得與它相連的兩個金屬球間產(chǎn)生電火花時,空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場,這種電磁場以電磁波的形式在空間傳播。在電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時,它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢,使得導(dǎo)線環(huán)的空隙處也產(chǎn)生了火花。,,,,,填一填,練一練,(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:赫茲證實(shí)了電磁波的存在。 (5)赫茲的其他實(shí)驗(yàn)成果,赫茲做了一系列的實(shí)驗(yàn),觀察了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射現(xiàn)象,并通過測量證明,電磁波在真空中具有與光相同的速度,證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論。,,,填一填,練一練,4.電磁振蕩的產(chǎn)生(見課本第78頁) (1)振蕩電流:大小和方向都做周期性迅速變化的電流。 (2)振蕩電路:能產(chǎn)生振蕩電流的電路。 (3)振蕩過程:如圖所示,將開關(guān)S擲向1,先給電容器充電,再將開關(guān)S擲向2,從此時起,電容器和線圈組成振蕩電路。 ①放電過程:由于線圈的自感作用,放電電流由零逐漸增大,電容器極板上的電荷逐漸減小,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)化為磁場能,放電完畢的瞬間,電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能。,,,,,,,,填一填,練一練,②充電過程:電容器放電完畢時,由于線圈的自感作用,電流保持原來的方向逐漸減小,電容器將進(jìn)行反向充電,線圈的磁場逐漸減弱,電容器里的電場逐漸增強(qiáng),磁場能逐漸轉(zhuǎn)化為電場能,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。 (4)電磁振蕩的實(shí)質(zhì) 在電磁振蕩過程中,電容器極板上的電荷量、電路中的電流、電容器里的電場強(qiáng)度、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度都隨時間做周期性變化,電場能與磁場能發(fā)生周期性的相互轉(zhuǎn)化。,,,,,,,,,,,,,,,練一練,5.電磁振蕩的周期和頻率(見課本第80頁) (1)周期: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)完成的周期性變化的次數(shù)。 如果振蕩電路沒有能量損失,也不受其他外界影響,這時 的周期和頻率分別叫作固有周期和固有頻率。 (3)周期和頻率公式:,,,,,,,填一填,練一練,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3.0×108 m/s C.電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時,波長將變短 D.電磁波也能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象 解析:電場、磁場相互激發(fā)并向外傳播,形成電磁波,選項(xiàng)A正確。電磁波只有在真空中波速為3.0×108 m/s,在其他介質(zhì)中均小于3.0×108 m/s,選項(xiàng)B錯誤。根據(jù) 知,光從真空進(jìn)入介質(zhì),頻率不變,波速減小,所以波長λ減小,故選項(xiàng)C正確。電磁波具有波的一切性質(zhì),能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象,故選項(xiàng)D正確。 答案:ACD,,,探究一,探究二,探究三,探究一對麥克斯韋電磁場理論的理解 問題導(dǎo)引 如圖是赫茲實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖,請問赫茲通過此實(shí)驗(yàn)裝置證實(shí)了什么問題?,探究一,探究二,探究三,名師精講 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。,探究一,探究二,探究三,2.對麥克斯韋電磁場理論的理解,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例題1】 根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,下列說法中正確的是( ) A.有電場的空間一定存在磁場,有磁場的空間也一定能產(chǎn)生電場 B.在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場,在變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場 C.均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場 D.周期性變化的磁場周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場 解析:根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,只有變化的電場才能產(chǎn)生磁場,均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場,非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場,只有選項(xiàng)D正確。 答案:D,,,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練1 導(dǎo)學(xué)號38190117如圖所示的四種電場中,哪一種能產(chǎn)生電磁波( ) 解析:由麥克斯韋電磁場理論,當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場時(如A圖),由于它不激發(fā)磁場,故無電磁波產(chǎn)生;當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場時(如B、C圖),會激發(fā)出磁場,但磁場恒定,不會激發(fā)出電場,故也不會產(chǎn)生電磁波;只有振蕩的電場(即周期性變化的電場)(如D圖),才會激發(fā)出振蕩的磁場,振蕩的磁場又激發(fā)出振蕩的電場……如此周而復(fù)始,便會形成電磁波。 答案:D,,,探究一,探究二,探究三,探究二電磁波與機(jī)械波的比較 問題導(dǎo)引 如圖所示,某同學(xué)正在回答神舟十號航天員王亞平的問題,請問她們的通話是通過機(jī)械波進(jìn)行的還是通過電磁波進(jìn)行的?為什么?,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,名師精講 電磁波是電磁現(xiàn)象,機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象,兩種波因產(chǎn)生機(jī)理不同,所以除具有波的共性外,還有不同之處。,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例題2】 關(guān)于電磁波與聲波的說法,下列正確的是( ) A.電磁波是由電磁場發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播,聲波是聲源的振動向遠(yuǎn)處傳播 B.電磁波的傳播不需要介質(zhì),聲波的傳播有時也不需要介質(zhì) C.由空氣進(jìn)入水中傳播時,電磁波的傳播速度變小,聲波的傳播速度變大 D.由空氣進(jìn)入水中傳播時,電磁波的波長不變,聲波的波長變小,探究一,探究二,探究三,解析:由電磁波和聲波的概念可知A正確;因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑?而聲波屬于機(jī)械波,它的傳播需要介質(zhì),在真空中不能傳播,故B錯誤;電磁波在空氣中的傳播速度大于在水中的傳播速度,在真空中的傳播速度最大;聲波在氣體、液體、固體中的傳播速度依次增大,故C正確;無論是電磁波還是聲波,從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時頻率都不變,所以由波長 及它們在不同介質(zhì)中的傳播速度可知,由空氣進(jìn)入水中時,電磁波的波長變短,聲波的波長變長,故D錯誤。 答案:AC,,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練2 導(dǎo)學(xué)號38190118關(guān)于電磁波與機(jī)械波,下列說法正確的是( ) A.機(jī)械波和電磁波,本質(zhì)上是一樣的 B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播速率都相同,機(jī)械波在同一種介質(zhì)中傳播速率都相同 C.電磁波和機(jī)械波都不能發(fā)生干涉 D.電磁波與機(jī)械波都能發(fā)生衍射 解析:機(jī)械波由機(jī)械振動產(chǎn)生,電磁波由振蕩的電磁場產(chǎn)生,選項(xiàng)A錯;電磁波的波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān),而機(jī)械波的傳播速度只與介質(zhì)有關(guān),選項(xiàng)B錯;電磁波和機(jī)械波都具有波的特性,選項(xiàng)C錯,選項(xiàng)D對。 答案:D,,,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,探究三振蕩過程中各物理量的變化情況 問題導(dǎo)引 如圖所示裝置,先把開關(guān)扳到電池組一邊,給電容器充電,稍后再把開關(guān)扳到線圈一邊,讓電容器通過線圈放電,會觀察到電流表指針有何變化?說明什么問題?,探究一,探究二,探究三,名師精講 1.用圖象對應(yīng)分析:振蕩過程中電流i、極板上的電荷量q、電場能和磁場能之間的對應(yīng)關(guān)系,探究一,探究二,探究三,甲 以逆時針方向電流為正,乙 圖中q為上面極板的電荷量,探究一,探究二,探究三,2.相關(guān)量與電路狀態(tài)的對應(yīng)情況,探究一,探究二,探究三,3.幾個關(guān)系 (1)同步同變關(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、磁場能EB也是同步變化的,即i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。,探究一,探究二,探究三,(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增大時,線圈中的三個物理量i、B、EB減小,且它們的變化是同步的,也即q、E、EE↑ i、B、EB↓。,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練3 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.A板帶正電 B.A、B兩板間的電壓在增大 C.電容器C正在充電 D.電場能正在轉(zhuǎn)化為磁場能 解析: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(xiàng)C錯誤,D正確;由題圖中i方向可知B板帶正電,選項(xiàng)A錯誤;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錯誤。 答案:D,,,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練4 導(dǎo)學(xué)號38190119如圖中畫出一個LC振蕩電路中的電流變化圖線,根據(jù)圖線可判斷( ) A.t1時刻線圈兩端電壓最大 B.t2時刻電容器兩極間電壓為零 C.t1時刻電路中只有電場能 D.t1時刻電容器的電荷量為零,探究一,探究二,探究三,解析:由圖象知,計(jì)時開始時,電容器兩極板的電荷量最大,電流為零,電容器放電開始,根據(jù)電流隨時間的變化規(guī)律,可以在圖中畫出q-t圖象(在圖中用虛線表示)。由圖象分析可知,t1時刻,電容器上電荷量為零,電勢差為零,電場能為零,故D正確,A、C錯誤;t2時刻電容器電荷量q最大,兩板間電勢差最大,B錯誤。 答案:D,,探究一,探究二,探究三,1 2 3 4 5,,,,,,1.下列關(guān)于電磁波的說法正確的是( ) A.均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場 B.電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同 C.只要有電場和磁場,就能產(chǎn)生電磁波 D.電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播 解析:變化的磁場就能產(chǎn)生電場,選項(xiàng)A正確;若只有電場和磁場而電場和磁場都穩(wěn)定或電場、磁場僅均勻變化都不能產(chǎn)生電磁波,選項(xiàng)C錯誤;光也是電磁波,在真空和介質(zhì)中傳播的速度不同,可判斷選項(xiàng)B錯誤;D選項(xiàng)中沒強(qiáng)調(diào)是“均勻”介質(zhì),若介質(zhì)密度不均勻會發(fā)生折射,故選項(xiàng)D錯誤。 答案:A,,,1 2 3 4 5,,,,,,2.電磁波與機(jī)械波具有的共同性質(zhì)是( ) A.都是橫波 B.都能傳輸能量 C.都能在真空中傳播 D.都具有恒定的波速 解析:電磁波是橫波,機(jī)械波可以是縱波,選項(xiàng)A錯誤;它們都能傳輸能量,選項(xiàng)B正確;機(jī)械波不能在真空中傳播,選項(xiàng)C錯誤;它們從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),波速變化,選項(xiàng)D錯誤。 答案:B,,,1 2 3 4 5,,,,,,3.為了增大LC振蕩電路的固有頻率,下列辦法中可用的是 ( ) A.增大電容器兩極板的正對面積并在線圈中放入鐵芯 B.減小電容器兩極板的距離并增加線圈的匝數(shù) C.減小電容器兩極板的距離并在線圈中放入鐵芯 D.減小電容器兩極板的正對面積并減少線圈的匝數(shù),,,1 2 3 4 5,,,,,,4. 如圖所示振蕩電路中。 (1)當(dāng)電感L=300 μH,電容器C的范圍為25~270 pF,求振蕩電流的頻率范圍; (2)當(dāng)電感L=10 mH,要產(chǎn)生周期T=0.02 s 的振蕩電流,應(yīng)配制多大的電容器?,1 2 3 4 5,,,,,,,1 2 3 4 5,,,,,,5.導(dǎo)學(xué)號38190120(選做題)在LC振蕩電路中,線圈的自感系數(shù)L=2.5 mH,電容C=4 μF。 (1)該電路產(chǎn)生的振蕩電流的周期多大? (2)設(shè)t=0時,電容器上電壓最大,在t=9.0×10-3 s時,通過線圈的電流是增大還是減小,這時電容器是處在充電過程還是放電過程?,1 2 3 4 5,,,,,,,