电磁波的发现电磁振荡课件(人教选修3-4).ppt

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1、第第十十四四章章第第1、2节节新知预习新知预习巧设计巧设计名师课堂名师课堂一点通一点通创新演练创新演练大冲关大冲关 随堂检测随堂检测归纳小结归纳小结 课下作业课下作业综合提升综合提升 要点一要点一要点二要点二 要点三要点三1了解麦克斯韦电磁场理论的基础内了解麦克斯韦电磁场理论的基础内 容以及在物理学发展史上的物理意义。容以及在物理学发展史上的物理意义。2了解电磁波的基本特点及其发展过了解电磁波的基本特点及其发展过 程，通过电磁波体会电磁场的物理程，通过电磁波体会电磁场的物理 性质。性质。3理解振荡电流、振荡电路及理解振荡电流、振荡电路及LC电路电路 的概念，了解的概念，了解LC回路中振荡电流的

2、回路中振荡电流的 产生过程。产生过程。4了解电磁振荡的周期与频率，会求了解电磁振荡的周期与频率，会求 LC电路的周期与频率。电路的周期与频率。1伟大的预言伟大的预言 (1)变化的磁场产生电场：变化的磁场产生电场：实验基础：如图实验基础：如图1411所示，在变化的磁场中放一所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生个闭合电路，电路里就会产生 。感应电流感应电流图图1411图图1412 麦克斯韦对该问题的见解：电路里有麦克斯韦对该问题的见解：电路里有 产产生，一定是变化的生，一定是变化的 产生了电场，自由电荷在电场的产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。该现象的实质：变化的作用

3、下发生了定向移动。该现象的实质：变化的 产产生了电场。生了电场。(2)变化的电场产生磁场：变化的电场产生磁场：麦克斯韦大胆地假设，既然变化的磁场能产生电场，麦克斯韦大胆地假设，既然变化的磁场能产生电场，变化的电场也会在空间产生变化的电场也会在空间产生 。感应电流感应电流磁场磁场磁场磁场磁场磁场 2电磁波电磁波 (1)电磁波的产生：如果空间某区域存在不均匀变化的电电磁波的产生：如果空间某区域存在不均匀变化的电场，那么它就会在空间引起不均匀变化的场，那么它就会在空间引起不均匀变化的 ，这一不均匀，这一不均匀变化的磁场又引起不均匀变化的变化的磁场又引起不均匀变化的 于是变化的电场和于是变化的电场和变

4、化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成 。(2)电磁波是横波：根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波电磁波是横波：根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波中的电场强度和磁感应强度互相中的电场强度和磁感应强度互相 ，而且二者均与波的传，而且二者均与波的传播方向播方向 ，因此电磁波是，因此电磁波是 波。波。(3)电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本质，他预言电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本质，他预言电磁波的速度等于电磁波的速度等于 。磁场磁场电场电场电磁波电磁波垂直垂直垂直垂直横横光速光速 3赫兹的实验赫兹的实验 (1)赫兹利用如图赫兹利用如图1413的实

5、验装置，证实了的实验装置，证实了 的的存在。存在。电磁波电磁波图图1413 (2)赫兹的其他实验成果：赫兹通过一系列的实验，观察赫兹的其他实验成果：赫兹通过一系列的实验，观察到了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振现象，并通过到了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振现象，并通过测量证明，电磁波在真空中具有与光相同的测量证明，电磁波在真空中具有与光相同的 ，证实了麦，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。克斯韦关于光的电磁理论。速度速度 4电磁振荡的产生电磁振荡的产生 (1)振荡电流：大小和方向都做振荡电流：大小和方向都做 迅速变化的电流。迅速变化的电流。(2)振荡电路：能产生振荡电路：能产生 的电路

6、。的电路。(3)振荡过程：如图振荡过程：如图1414所示，将开关所示，将开关S掷向掷向1，先给，先给电容器充电，再将开关掷向电容器充电，再将开关掷向2，从此时起，电容器要对线圈，从此时起，电容器要对线圈放电：放电：周期性周期性振荡电流振荡电流 放电过程：由于线圈的放电过程：由于线圈的 作用，作用，放电电流不能立刻达到最大值，由零逐放电电流不能立刻达到最大值，由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐 。放电完毕时，电容器极板上的电。放电完毕时，电容器极板上的电荷为零，放电电流达到荷为零，放电电流达到 。该过程。该过程电容器储存的电容器储存的 转化为线圈的转化为线

7、圈的 。图图1414自感自感减少减少最大值最大值电场能电场能磁场能磁场能 充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的 作用，作用，电流并不会立刻消失，而要保持原来的方向继续流动，并逐电流并不会立刻消失，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始渐减小，电容器开始 ，极板上的电荷逐渐，极板上的电荷逐渐 ，当电流，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到 。该过。该过程线圈中的程线圈中的 又转化为电容器的又转化为电容器的 。此后电容器再。此后电容器再放电、再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变化的放电、再充电，

8、周而复始，于是电路中就有了周期性变化的振荡电流。振荡电流。实际的实际的LC振荡是阻尼振荡：电路中有电阻，振荡电流振荡是阻尼振荡：电路中有电阻，振荡电流通过时会有通过时会有 产生，另外还会有一部分能量以产生，另外还会有一部分能量以 的形式辐射出去。如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到的形式辐射出去。如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。电路中。自感自感充电充电增加增加最大值最大值磁场能磁场能电场能电场能热量热量电磁波电磁波周期性变化周期性变化周期性变化周期性变化固有固有固有固有1某电路的电场随时间变化的图像如图某电路的电场随时间变化的图像如图1415所示，所示，能产生磁场的电场是能产生磁场

9、的电场是()图图1415解析：解析：题图题图A中电场不随时间变化，不产生磁场，题图中电场不随时间变化，不产生磁场，题图B和题图和题图C中电场都随时间做均匀变化，能产生稳定的磁中电场都随时间做均匀变化，能产生稳定的磁场。题图场。题图D中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场。产生变化的磁场。答案：答案：BCD2关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是()A恒定的电场能够产生电磁波恒定的电场能够产生电磁波B电磁波的传播需要介质电磁波的传播需要介质C电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变电磁波从一种介质进入另

10、一种介质，频率不变D电磁波在传播过程中也传递了能量电磁波在传播过程中也传递了能量解析：解析：由麦克斯韦电磁理论可知，只有非均匀变化的电场、由麦克斯韦电磁理论可知，只有非均匀变化的电场、磁场能产生电磁波，磁场能产生电磁波，A错；电磁波的传播不需要介质，错；电磁波的传播不需要介质，B错；错；电磁波与机械波一样，在传播过程中频率不变，电磁波与机械波一样，在传播过程中频率不变，C正确；电正确；电磁波传播电磁振荡的运动形式和能量，磁波传播电磁振荡的运动形式和能量，D对。对。答案：答案：CD答案：答案：D4图图1416中画出了一个中画出了一个LC振荡电路中的电流变化图线，振荡电路中的电流变化图线，根据图线

11、可判断根据图线可判断()At1时刻电感线圈两端电压最大时刻电感线圈两端电压最大Bt2时刻电容器两极间电压为零时刻电容器两极间电压为零Ct1时刻电路中只有电场能时刻电路中只有电场能Dt1时刻电容器带电荷量为零时刻电容器带电荷量为零图图1416解析：解析：由题图知，由题图知，t1时刻电流最大，磁场最强，磁场能最大，时刻电流最大，磁场最强，磁场能最大，根据电磁振荡的规律，此时电场能应最小，电场最弱，电容根据电磁振荡的规律，此时电场能应最小，电场最弱，电容器极板上电荷量最小，此时电容器的电荷量为器极板上电荷量最小，此时电容器的电荷量为0，选项，选项C错误，错误，D正确；此时因电流最大，变化率是正确；此

12、时因电流最大，变化率是0，自感电动势为，自感电动势为0，电，电感线圈两端电压最小，感线圈两端电压最小，A错误；错误；t2时刻电流最小，电场能最大，时刻电流最小，电场能最大，电容器两极间的电压最大，电容器两极间的电压最大，B错误。错误。答案：答案：D1对麦克斯韦电磁场理论的理解对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁

13、场生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场振荡磁场产生同频率的振荡电场 2.对电磁场的理解对电磁场的理解 (1)电磁场的产生：如果在空间某区域有周期性变化的电磁场的产生：如果在空间某区域有周期性变化的电场，那么这个变化的电场在它周围空间产生周期性变化电场，那么这个变化的电场在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场变化的电场变化的电场和磁场相互联系，形成了不可变化的

14、电场和磁场相互联系，形成了不可分割的统一体，这就是电磁场。分割的统一体，这就是电磁场。(2)电磁场与静电场、静磁场的比较：电磁场与静电场、静磁场的比较：三者可以在某空间混合存在，但由静电场和静磁场混三者可以在某空间混合存在，但由静电场和静磁场混合的空间不属于电磁场。电磁场是电场、磁场相互激发，合的空间不属于电磁场。电磁场是电场、磁场相互激发，相互耦连形成的统一体。电磁场由近及远传播，形成电磁相互耦连形成的统一体。电磁场由近及远传播，形成电磁波，如图波，如图1417所示。所示。图图1417 名师点睛名师点睛 (1)变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的

15、现象，跟闭合电路是否存在无关。象，跟闭合电路是否存在无关。(2)在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的，在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的，而静电场中的电场线是不闭合的。而静电场中的电场线是不闭合的。1关于电磁场理论，下列说法正确的是关于电磁场理论，下列说法正确的是 ()A在电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定在电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场产生电场 B在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场磁场周围一定产生变化的电场 C均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场均匀变化的电场周围一定产生均匀

16、变化的磁场 D周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场 审题指导审题指导要注意场是如何变化的，是均匀变化还要注意场是如何变化的，是均匀变化还是周期性变化。是周期性变化。解析解析根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场。化的电场才产生变化的磁场。答案答案D (1)麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场。而产生的电场或磁场

17、如生电场；变化的电场产生磁场。而产生的电场或磁场如何变化与原磁场或电场的变化规律有关。何变化与原磁场或电场的变化规律有关。(2)洛伦兹力对运动电荷永不做功，但变化的磁场产洛伦兹力对运动电荷永不做功，但变化的磁场产生的感应电场可以对运动电荷做功。生的感应电场可以对运动电荷做功。2电磁波与机械波的区别电磁波与机械波的区别对比内容对比内容电磁波电磁波机械波机械波本质本质 电磁现象电磁现象力学现象力学现象产生机理产生机理由电磁振荡产生由电磁振荡产生由机械振动产生由机械振动产生 周期性变化的周期性变化的量量场强场强E与磁感应强度与磁感应强度B随随时间和空间作周期性变时间和空间作周期性变化化质点的位移质点

18、的位移x、加速度、加速度a随时间和空间作周期性随时间和空间作周期性变化变化波的性质波的性质横波横波既有横波，又有纵波既有横波，又有纵波传播介质传播介质不需要介质，可在真空不需要介质，可在真空中传播中传播只在弹性介质中传播只在弹性介质中传播速度特点速度特点由介质和频率决定由介质和频率决定仅由介质决定仅由介质决定 2关于电磁波与声波的说法，下列正确的是关于电磁波与声波的说法，下列正确的是 ()A电磁波是电磁场由发生的区域向远处传播，声波是电磁波是电磁场由发生的区域向远处传播，声波是声源的震动向远处传播声源的震动向远处传播 B电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需电磁波的传播不需要介质，声波的

19、传播有时也不需要介质要介质 C由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波传播速度变大声波传播速度变大 D由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波的波长变小的波长变小 审题指导审题指导解答本题应把握以下两点：解答本题应把握以下两点：(1)电磁波本身是一种物质，机械波只是一种振动形式电磁波本身是一种物质，机械波只是一种振动形式在介质中的传播。在介质中的传播。(2)电磁波在真空中的传播速度最大，机械波在固体、电磁波在真空中的传播速度最大，机械波在固体、液体、气体中的传播速度逐渐减小，但传播过程中它们的液

20、体、气体中的传播速度逐渐减小，但传播过程中它们的频率都不变。频率都不变。答案答案 AC1振动电流、极板带电荷量随时间的变化图像振动电流、极板带电荷量随时间的变化图像图图1418图图1419 2.LC电路中各量间的变化规律及对应关系电路中各量间的变化规律及对应关系 (1)同步同变关系：同步同变关系：在在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量物理量：电量q、板间电压、板间电压U、电场强度、电场强度E、电场能、电场能EE是同是同步同向变化的，即：步同向变化的，即：qUEEE(或或qUEEE)。振荡线圈上的物理量：振荡电流。振荡线圈上的物理量：

21、振荡电流i、磁感应强度磁感应强度B、磁场能、磁场能EB也是同步同向变化的，即：也是同步同向变化的，即：iBEB(或或iBEB)。(4)极值、图像的对应关系：极值、图像的对应关系：如图如图14110所示，所示，i0时，时，q最大，最大，E最大，最大，EE最大，最大，E自自(E自自为自感电动势为自感电动势)最大。最大。图图14110 3LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图振荡电路中，某时刻的磁场方向如图14111所示，则所示，则()图图14111 A若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向向a B若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极若磁场正在减弱

22、，则电场能正在增大，电容器上极板带负电板带负电 C若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上极若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上极板带正电板带正电 D若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向向b 审题指导审题指导解答本题首先根据电流的磁场方向和安培解答本题首先根据电流的磁场方向和安培定则判断振荡电流的方向，然后再根据磁场的变化判断电容定则判断振荡电流的方向，然后再根据磁场的变化判断电容器的充放电以及极板带电情况。器的充放电以及极板带电情况。解析解析若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由程，根据安培定则可确定电流由b向向a流，电场能增大，上流，电场能增大，上极板带负电，故选项极板带负电，故选项A、B正确；若磁场正在增强，则电正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由可判断电流由b向向a，上极板带正电，故选项，上极板带正电，故选项C正确，正确，D错错误。误。答案答案ABC点击下图进入点击下图进入 随堂检测随堂检测 归纳小结归纳小结点击下图进入点击下图进入 课下作业课下作业 综合提升综合提升