高中物理 第3章 電磁場與電磁波 3.1 麥克斯韋的電磁場理論 3.2 電磁波的發(fā)現(xiàn)同步備課課件 滬科版選修34

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1、第3章3.1 麥克斯韋的電磁場理論3.2 電磁波的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解麥克斯韋電磁場理論的兩大基本論點(diǎn)，能從這兩個(gè)基本論點(diǎn)出發(fā)分析簡單問題.2.知道麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在及其在物理學(xué)發(fā)展史上的意義.3.知道赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在.4.了解什么叫電磁振蕩，了解LC回路中電磁振蕩的產(chǎn)生過程及其固有周期(頻率).5.了解有效發(fā)射電磁波的兩個(gè)條件，知道電磁波的特點(diǎn)及其與機(jī)械波的異同.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)梳理 重點(diǎn)知識探究 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測自主預(yù)習(xí)梳理1.法拉第創(chuàng)造性地用“ ”和“ ”的概念來描述電荷之間、磁體之間以及電與磁之間的相互作用.2.電磁場理論的兩大支柱：(1) ；(2)_.3.赫茲用實(shí)驗(yàn)證

2、明了麥克斯韋 的正確性.力線場變化的磁場產(chǎn)生電場變化的電場產(chǎn)生磁場電磁場理論4.電磁振蕩(1)振蕩電流：大小和 都做周期性變化的電流.(2)振蕩電路：能夠產(chǎn)生 的電路.圖1就是一種基本的振蕩電路，稱為LC振蕩電路.(3)電磁振蕩：在振蕩電路中，電路中的 、電容器極板上的 、電容器中的 和線圈中的 都要發(fā)生 的變化，這種現(xiàn)象叫做電磁振蕩.方向振蕩電流電流電荷電場強(qiáng)度圖1磁感應(yīng)強(qiáng)度周期性5.電磁波的特點(diǎn)(1)電磁波是 ；(2)電磁波在真空中的傳播速度等于 ，約為_ m/s；(3)電磁波具有波的一般特征，波長、頻率f、周期T和波速v之間的關(guān)系為v ；(4)電磁波也具有 .橫波光在真空中的傳播速度c能

3、量3.0108f重點(diǎn)知識探究一、電磁場理論的兩大支柱導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究1.如圖2所示，當(dāng)磁棒相對一閉合線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中的電荷做定向移動(dòng)，是因?yàn)槭艿绞裁戳Φ淖饔?？若把閉合線圈換成一個(gè)內(nèi)壁光滑的絕緣環(huán)形管，管內(nèi)有直徑略小于環(huán)內(nèi)徑的帶正電的小球，則磁棒運(yùn)動(dòng)過程中會有什么現(xiàn)象？小球受到的是什么力？答案圖2答案答案電荷受到電場力作用做定向移動(dòng).當(dāng)磁棒運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶電小球會做定向滾動(dòng)，小球受到的仍然是電場力.2.以上現(xiàn)象說明什么問題？答案答案答案空間磁場變化，就會產(chǎn)生電場，與有沒有閉合線圈無關(guān).3.在如圖3所示的含有電容器的交流電路中，電路閉合時(shí)，電路中有交變電流，導(dǎo)線周圍存在磁場.那么在這個(gè)閉合電路的電容器

4、中有電流嗎？電容器兩極板間存在磁場嗎？答案答案答案電容器中無電流，兩極板間存在磁場.圖3知識深化知識深化1.電磁場理論的兩大支柱電磁場理論的兩大支柱(1)變化的磁場產(chǎn)生電場；(2)變化的電場產(chǎn)生磁場.2.對麥克斯韋電磁場理論的理解對麥克斯韋電磁場理論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例例1 (多選)根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是A.在電場的周圍空間，一定存在著和它

5、聯(lián)系著的磁場B.在變化的電場周圍空間，一定存在著和它聯(lián)系著的磁場C.恒定電流在其周圍不存在磁場D.恒定電流周圍存在著穩(wěn)定的磁場解析答案解析解析電場按其是否隨時(shí)間變化分為穩(wěn)定電場(靜電場)和變化電場(如運(yùn)動(dòng)電荷形成的電場)，穩(wěn)定電場不產(chǎn)生磁場，只有變化的電場周圍空間才存在對應(yīng)的磁場，故B對，A錯(cuò)；恒定電流周圍存在穩(wěn)定磁場，磁場的方向可由安培定則判斷，D對，C錯(cuò).二、電磁振蕩導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究把自感線圈、可變電容器、示波器、電源和單刀雙擲開關(guān)按圖4連成電路.先把開關(guān)置于電源一邊，為電容器充電，稍后再把開關(guān)置于線圈一邊，使電容器通過線圈放電.1.在示波器顯示屏上看到的是電流的圖像還是線圈兩端電壓的圖像

6、？是什么形狀的圖像？答案答案答案示波器呈現(xiàn)的是線圈兩端電壓的圖像.圖像呈周期性變化，類似家庭電路所用的交流電.圖42.調(diào)節(jié)電容器電容的大小，圖像如何變化？答案答案答案電容變小時(shí)，圖像周期變??；電容變大時(shí)，圖像周期變大.知識深化知識深化1.電磁振蕩的過程如圖5所示，圖6是電路中的振蕩電流、電容器極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖像.圖5圖62.各物理量的變化情況時(shí)刻(時(shí)間) 工作過程qEiB能量0放電瞬間qmEm00E電最大E磁最小0放電過程qm0Em00im0BmE電E磁放電結(jié)束00imBmE電最小E磁最大充電過程0qm0Emim0Bm0E磁E電充電結(jié)束qmEm00E電最大E磁最小放電過程qm0Em0

7、0im0BmE電E磁放電結(jié)束00imBmE電最小E磁最大T充電過程0qm0Emim0Bm0E磁E電T充電結(jié)束qmEm00E電最大E磁最小3.電磁振蕩的周期和頻率周期 .其中周期T、頻率f、自感系數(shù)L、電容C的單位分別是秒(s)、赫茲(Hz)、亨(H)、法(F).延伸思考延伸思考為什么放電完畢時(shí)，電流反而最大？答案答案答案開始放電時(shí)，由于線圈的自感作用，放電電流不能瞬間達(dá)到最大值，而是逐漸增大，隨著線圈的阻礙作用減弱，放電電流增加變快，當(dāng)放電完畢時(shí)，電流達(dá)到最大值.例例2 如圖7所示為LC振蕩電路中電容器的極板帶電荷量隨時(shí)間變化曲線，下列判斷中正確的是在b和d時(shí)刻，電路中電流最大在ab時(shí)間內(nèi)，電

8、場能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿躠和c時(shí)刻，磁場能為零在Oa和cd時(shí)間內(nèi)，電容器被充電A.只有和 B.只有和C.只有 D.只有和解析答案圖7解析解析a和c時(shí)刻是充電結(jié)束時(shí)刻，此時(shí)刻電場能最大，磁場能最小為零，正確；b和d時(shí)刻是放電結(jié)束時(shí)刻，此時(shí)刻電路中電流最大，正確；ab是放電過程，電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，正確；Oa是充電過程，而cd是放電過程，錯(cuò)誤.三、電磁波的發(fā)射導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如今在我們周圍空間充滿了各種頻率不同、傳遞信息各異的電磁波，你知道這些電磁波是如何發(fā)射出去的嗎？答案答案答案由巨大的開放電路發(fā)射出去的.知識深化知識深化1.有效地向外發(fā)射電磁波時(shí)，振蕩電路必須具有的兩個(gè)特點(diǎn)：(1)利用開放電路發(fā)射電磁

9、波.(2)提高振蕩頻率.2.實(shí)際應(yīng)用的開放電路(如圖8)，線圈的一端用導(dǎo)線與大地相連，這條導(dǎo)線叫地線；線圈的另一端與高高地架在空中的天線相連.圖8例例3 要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領(lǐng)，應(yīng)該采取的措施是A.增加輻射波的波長B.使振蕩電容的正對面積足夠小C.盡可能使電場和磁場分散開D.增加回路中的電容和電感解析答案解析解析理論證明，電磁波發(fā)射本領(lǐng)(功率)與f成正比，電磁場應(yīng)盡可能擴(kuò)散到周圍空間，形成開放電路.而 要使f增大，應(yīng)減小L或C，只有B符合題意.電磁波是電磁現(xiàn)象，機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象，兩者都具有波的特性，但它們具有本質(zhì)的不同，你能舉例說明嗎？四、電磁波及其與機(jī)械波的比較導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究答

10、案答案答案例如機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)的存在，但電磁波的傳播則不需要介質(zhì).知識深化知識深化電磁波與機(jī)械波的比較電磁波與機(jī)械波的比較電磁波機(jī)械波研究對象電磁現(xiàn)象力學(xué)現(xiàn)象周期性電場強(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位移隨時(shí)間和空間做周期性變化傳播情況傳播無需介質(zhì)，在真空中波速總等于光速c，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)產(chǎn)生機(jī)理由電磁振蕩(周期性變化的電流)激發(fā)由(波源)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)產(chǎn)生是否橫波是可以是是否縱波否可以是干涉現(xiàn)象滿足干涉條件時(shí)均能發(fā)生干涉現(xiàn)象衍射現(xiàn)象滿足衍射條件時(shí)均能發(fā)生明顯衍射例例4 (多選)關(guān)于電磁波與聲波，下列說法正確的是A.

11、電磁波是電磁場由發(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)，電磁波的波長不變，聲波的波長變小解析答案解析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(cuò).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(shí)頻率都不變，所以由波長 及它們在不同介質(zhì)中的速度

12、可知，由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波的波長變短，聲波的波長變長，故D錯(cuò).課堂要點(diǎn)小結(jié)課堂要點(diǎn)小結(jié)當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測1.(多選)下列說法正確的是A.電荷的周圍一定有電場，也一定有磁場B.均勻變化的電場在其周圍空間一定產(chǎn)生磁場C.任何變化的電場在其周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場D.正弦交變的電場在其周圍空間一定產(chǎn)生同頻率交變的磁場12解析答案3解析解析靜止的電荷周圍有恒定的電場，不產(chǎn)生磁場，運(yùn)動(dòng)的電荷周圍的電場是變化的，所以產(chǎn)生磁場，A錯(cuò)誤；由麥克斯韋電磁場理論判斷B、D正確，C錯(cuò)誤.1232.(多選)關(guān)于電磁波的特點(diǎn)，下列說法正確的是A.電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波沿與二者垂直的方向傳播B.電磁波是橫波

13、C.電磁波的傳播不需要介質(zhì)，是電場和磁場之間的相互感應(yīng)D.電磁波不具有干涉和衍射現(xiàn)象解析答案123解析解析電磁波是橫波，其E、B、v三者互相垂直.電磁波也是一種波，它具有波的特性，因此A、B、C正確，D錯(cuò).1233.如圖9所示的電路中，L是電阻不計(jì)的電感線圈，C是電容器，開關(guān)S接1，待電路穩(wěn)定后，將開關(guān)S改接2，則A.電容器開始放電，放電過程中電感線圈的磁場能減小B.電容器開始放電，放電過程中電感線圈阻礙電流增大C.若增大電容器極板間距，電容器充放電時(shí)間變長D.若去掉線圈中的鐵芯，電容器充放電頻率會減小解析答案圖9123解析解析開關(guān)S接1時(shí)，電容器充電，穩(wěn)定后，則充電完畢，所以當(dāng)開關(guān)改接2時(shí)，電容器即開始放電，電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，所以A錯(cuò)誤；電感線圈由于自感作用，要阻礙電流的增大，B正確；增大電容器極板間距，則電容減小，由T2 可知周期變短，C錯(cuò)誤；去掉鐵芯，線圈自感系數(shù)減小，周期減小，頻率增大，D錯(cuò)誤.123