2018-2019學(xué)年高中物理 第十四章 電磁波 第1-2節(jié) 電磁波的發(fā)現(xiàn) 電磁振蕩課件 新人教版選修3-4.ppt

第十四章 電磁波,1 電磁波的發(fā)現(xiàn) 2 電磁振蕩,讀一讀,辨一辨,一、電磁波的發(fā)現(xiàn) 閱讀教材第7577頁(yè),對(duì)電磁場(chǎng)的理論有初步的定性了解。 1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)基本觀點(diǎn)是什么? 答案：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)和變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。 2.電磁波的概念是什么? 答案：根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系,形成電場(chǎng)和磁場(chǎng)的統(tǒng)一體,它由近及遠(yuǎn)地向周?chē)鷤鞑?這就是電磁波。 3.電磁波的波速是多少? 答案：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。 4.第一個(gè)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明電磁波存在的是哪位科學(xué)家? 答案：德國(guó)科學(xué)家赫茲。,讀一讀,辨一辨,二、電磁振蕩的產(chǎn)生 閱讀教材第78、79頁(yè),通過(guò)對(duì)電磁振蕩的實(shí)驗(yàn)觀察,學(xué)習(xí)LC振蕩電路。 1.實(shí)驗(yàn)的探究方法是什么? 答案：控制變量法。 2.什么是振蕩電流? 答案：大小和方向都做周期性迅速變化的電流叫振蕩電流。 3.振蕩電路的概念是什么? 答案：能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路。由電感線圈和電容組成的電路是最簡(jiǎn)單的振蕩電路,稱(chēng)為L(zhǎng)C振蕩電路。,讀一讀,辨一辨,三、電磁振蕩的周期和頻率 閱讀教材第80頁(yè),通過(guò)學(xué)習(xí),了解LC振蕩電路固有周期和固有頻率的公式。 1.電磁振蕩的周期是指哪一段時(shí)間? 答案：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時(shí)間。 2.什么是電磁振蕩的頻率? 答案：1 s內(nèi)完成的周期性變化的次數(shù)就是頻率。 3.什么是電磁振蕩的固有周期和固有頻率? 答案：如果振蕩電路沒(méi)有能量損失,也不受其他外界影響,這時(shí)的周期和頻率分別叫作固有周期和固有頻率。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析。 (1)電磁波也能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象。 ( ) 答案： (2)只有均勻變化的電場(chǎng)(磁場(chǎng))才能產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)(電場(chǎng))。 ( ) 解析：均勻變化的電場(chǎng)(磁場(chǎng))產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)(電場(chǎng))。周期性變化的電場(chǎng)(磁場(chǎng))產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場(chǎng)(電場(chǎng))。 答案： (3)在LC振蕩電路中,電流增大的過(guò)程中電容器放電,磁場(chǎng)能和電場(chǎng)能都減小。 ( ) 解析：電流增大,電容器放電,磁場(chǎng)能增大,電場(chǎng)能減小。 答案：,讀一讀,辨一辨,2.探究討論。 (1)為什么說(shuō)電磁波是橫波? 答案：根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,電磁波在真空中傳播時(shí),它的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度是相互垂直的,且二者均與波的傳播方向垂直。因此,電磁波是橫波。 (2)電磁振蕩的實(shí)質(zhì)是什么? 答案：在電磁振蕩過(guò)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(chǎng)強(qiáng)度、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度都隨時(shí)間做周期性變化,電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能發(fā)生周期性的相互轉(zhuǎn)化。,讀一讀,辨一辨,(3)振蕩電路的周期和頻率由什么因素決定?為什么又叫電路的固有周期、固有頻率? 答案：LC回路的周期、頻率都由電路本身的特性(L、C值)決定。由于與電容器極板上電荷量的多少、板間電壓的高低、是否接入電路中等因素?zé)o關(guān),所以稱(chēng)為電路的固有周期和固有頻率。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解 下圖是赫茲實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖,請(qǐng)問(wèn)赫茲通過(guò)此實(shí)驗(yàn)裝置證實(shí)了什么問(wèn)題? 要點(diǎn)提示：實(shí)驗(yàn)演示了電磁波的發(fā)射和接收,驗(yàn)證了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,1.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?chē)臻g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?chē)臻g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)理論的理解,變化的磁場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生電場(chǎng),與是否有閉合電路存在無(wú)關(guān)。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,【例題1】 根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,下列說(shuō)法正確的是( ) A.有電場(chǎng)的空間一定存在磁場(chǎng),有磁場(chǎng)的空間也一定能產(chǎn)生電場(chǎng) B.在變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的磁場(chǎng),在變化的磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的電場(chǎng) C.均勻變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng) D.周期性變化的磁場(chǎng)周?chē)臻g一定產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng) 解析：根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,只有變化的電場(chǎng)才能產(chǎn)生磁場(chǎng),均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),只有選項(xiàng)D正確。 答案：D 歸納總結(jié)理解麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論的關(guān)鍵 掌握四個(gè)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)”,這些都是對(duì)時(shí)間來(lái)說(shuō)的,是時(shí)間的函數(shù)。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練1如圖所示的四種電場(chǎng)中,哪一種能產(chǎn)生電磁波( ) 解析：由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場(chǎng)時(shí)(如A圖),由于它不激發(fā)磁場(chǎng),故無(wú)電磁波產(chǎn)生;當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場(chǎng)時(shí)(如B、C圖),會(huì)激發(fā)出磁場(chǎng),但磁場(chǎng)恒定,不會(huì)激發(fā)出電場(chǎng),故也不會(huì)產(chǎn)生電磁波;只有振蕩的電場(chǎng)(即周期性變化的電場(chǎng))(如D圖),才會(huì)激發(fā)出振蕩的磁場(chǎng),振蕩的磁場(chǎng)又激發(fā)出振蕩的電場(chǎng)如此周而復(fù)始,便會(huì)形成電磁波。 答案：D,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,電磁波與機(jī)械波的比較 如圖所示,某同學(xué)正在回答神舟十號(hào)航天員王亞平的問(wèn)題,請(qǐng)問(wèn)她們的通話是通過(guò)機(jī)械波進(jìn)行的還是通過(guò)電磁波進(jìn)行的?為什么? 要點(diǎn)提示：電磁波。因?yàn)闄C(jī)械波的傳播離不開(kāi)介質(zhì),而電磁波可以在真空中傳播。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,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,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,因?yàn)殡姶挪ㄊ墙蛔冸姶艌?chǎng)互相激發(fā)產(chǎn)生的,所以電磁波傳播時(shí)不需要介質(zhì),可在真空中傳播。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】 導(dǎo)學(xué)號(hào)73884133關(guān)于電磁波與聲波,下列說(shuō)法正確的是( ) A.電磁波是由電磁場(chǎng)發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播,聲波是聲源的振動(dòng)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(shí)也不需要介質(zhì) C.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí),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(shí),電磁波的波長(zhǎng)不變,聲波的波長(zhǎng)變小 【思考問(wèn)題】 電磁波和機(jī)械波在從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)頻率發(fā)生變化嗎? 提示：無(wú)論電磁波還是機(jī)械波,從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率都不變。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,歸納總結(jié)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(dòng)產(chǎn)生。 (2)機(jī)械波的傳播依賴(lài)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同一介質(zhì)中傳播速度不同。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2關(guān)于電磁波與機(jī)械波,下列說(shuō)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(dòng)產(chǎn)生,電磁波由振蕩的電磁場(chǎng)產(chǎn)生,選項(xiàng)A錯(cuò);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(cuò);電磁波和機(jī)械波都具有波的特性,選項(xiàng)C錯(cuò),選項(xiàng)D對(duì)。 答案：D,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,振蕩過(guò)程中各物理量的變化情況 如圖所示裝置,先把開(kāi)關(guān)扳到電池組一邊,給電容器充電,稍后再把開(kāi)關(guān)扳到線圈一邊,讓電容器通過(guò)線圈放電,會(huì)觀察到電流表指針有何變化?說(shuō)明什么問(wèn)題? 要點(diǎn)提示：指針左右擺動(dòng),表明電路中產(chǎn)生了大小和方向變化的電流。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.用圖象對(duì)應(yīng)分析:振蕩過(guò)程中電流i、極板上的電荷量q、電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,2.相關(guān)量與電路狀態(tài)的對(duì)應(yīng)情況,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,3.幾個(gè)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(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qEEE(或qEEE)。 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iBEB(或iBEB)。 (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增大時(shí),線圈中的三個(gè)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,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,電容器充放電與能量轉(zhuǎn)化:電容器充電時(shí),磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能;電容器放電時(shí),電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題3】 導(dǎo)學(xué)號(hào)73884134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(kāi)關(guān)S處于閉合狀態(tài),燈泡D正常發(fā)光,現(xiàn)突然斷開(kāi)S,并開(kāi)始計(jì)時(shí),能正確反映電容器a極板上電荷量q及LC回路中電流i(規(guī)定順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?隨時(shí)間變化的圖象是(圖中q為正值,表示a極板帶正電)( ),探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【思考問(wèn)題】 振蕩電流與極板電荷量的關(guān)系是什么? 提示：i=0時(shí),q最大;i最大時(shí),q=0;且i= 。 解析：S斷開(kāi)前,線圈L短路,線圈中電流從上到下,電容器不帶電;S斷開(kāi)時(shí),線圈L中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙電流減小,給電容器C充電,此時(shí)LC回路中電流i沿順時(shí)針?lè)较?正向)最大;給電容器充電過(guò)程,電容器充電量最大時(shí)(a板帶負(fù)電),線圈L中電流減為零。此后,LC回路發(fā)生電磁振蕩形成交變電流。綜上所述,選項(xiàng)B、C正確。 答案：BC,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練3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.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(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能 解析：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錯(cuò)誤,D正確;由題圖中i方向可知B板帶正電,選項(xiàng)A錯(cuò)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(cuò)誤。 答案：D,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,歸納總結(jié)LC振蕩電路充、放電過(guò)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),處于充電過(guò)程;反之,處于放電過(guò)程。 (2)根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷:當(dāng)電容器的電荷量q(U、E)增大時(shí),處于充電過(guò)程;反之,處于放電過(guò)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。,1 2 3 4,1.(考查麥克斯韋電磁場(chǎng)理論)關(guān)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,下列說(shuō)法正確的是( ) A.在電場(chǎng)周?chē)欢ù嬖谥艌?chǎng) B.任何變化的電場(chǎng)周?chē)欢ù嬖谥兓拇艌?chǎng) C.均勻變化的磁場(chǎng)周?chē)欢ù嬖谥兓碾妶?chǎng) D.振蕩電場(chǎng)在它周?chē)目臻g一定產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng) 解析：在變化的電場(chǎng)周?chē)糯嬖诖艌?chǎng),振蕩的電場(chǎng)(非均勻變化的)會(huì)產(chǎn)生同頻率周期性振蕩的磁場(chǎng)。均勻變化的磁場(chǎng)周?chē)嬖谥€(wěn)定的電場(chǎng)。 答案：D,1 2 3 4,2.(考查電磁波和聲波的區(qū)別)關(guān)于電磁波與聲波相比較,下列說(shuō)法正確的是( ) A.電磁波的傳播不需要介質(zhì),聲波的傳播需要介質(zhì) B.由空氣進(jìn)入玻璃時(shí),電磁波速度變小,聲波速度變大 C.由空氣進(jìn)入玻璃時(shí),電磁波波長(zhǎng)變小,聲波波長(zhǎng)變大 D.電磁波和聲波在介質(zhì)中的傳播速度都是由介質(zhì)決定的,與頻率無(wú)關(guān) 解析：選項(xiàng)A、B說(shuō)法均與事實(shí)相符,故選項(xiàng)A、B正確;由空氣進(jìn)入玻璃時(shí),根據(jù)= ,電磁波波速變小,頻率不變,波長(zhǎng)變小;聲波速度變大,頻率不變,波長(zhǎng)變大,故選項(xiàng)C正確;電磁波在介質(zhì)中的速度與介質(zhì)有關(guān),也與頻率有關(guān),在同一介質(zhì)中,頻率越大,波速越小,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案：ABC,1 2 3 4,3.(考查電磁振蕩過(guò)程)右圖是LC振蕩電路中振蕩電流與時(shí)間的關(guān)系圖線,若電容器開(kāi)始放電的時(shí)刻為t=0,則下列說(shuō)法正確的是( ) A.在t=0時(shí),線圈中的磁場(chǎng)能最小 B.在t=1 s時(shí),電容器中電場(chǎng)能最大 C.在t=2 s時(shí),電容器放電結(jié)束 D.在t=3 s時(shí),電容器充電結(jié)束 解析：電流增大的過(guò)程中磁場(chǎng)能增加,電場(chǎng)能減少,所以電容器放電,也就是磁場(chǎng)能的大小由電流的大小決定。 答案：A,1 2 3 4,4.導(dǎo)學(xué)號(hào)73884135(考查電磁振蕩的周期)右圖是某電器元件廠生產(chǎn)的可調(diào)電容器,把它接在L不變的LC振蕩電路中,為了使振蕩的頻率從700 Hz變?yōu)? 400 Hz,可采取的辦法有( ) A.電容增大到原來(lái)的4倍 B.電容增大到原來(lái)的2倍,答案：D,