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

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1、第十四章,電磁波,〔情 景 切 入〕 生活中的許多現(xiàn)象表明，我們周圍存在著電磁波，如電視機(jī)、手機(jī)、通訊衛(wèi)星等工具的信息傳播都是靠電磁波進(jìn)行傳遞的，電磁波的存在，使當(dāng)代人“順風(fēng)耳，千里眼”的夢(mèng)想成為了現(xiàn)實(shí)。 〔知 識(shí) 導(dǎo) 航〕 本章主要對(duì)電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用做了詳細(xì)的介紹。第一節(jié)介紹電磁理論的提出及產(chǎn)生，從此，人類的生活進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代；第二節(jié)講電磁振蕩及LC電路的周期及頻率，讓我們了解電磁波產(chǎn)生的原理；第三、四節(jié)講電磁波在社會(huì)生活、科技等領(lǐng)域中的應(yīng)用。 本章的重點(diǎn)是電磁振蕩，難點(diǎn)和核心是麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。,〔學(xué) 法 指 導(dǎo)〕 1．學(xué)習(xí)時(shí)體會(huì)科學(xué)家研究物理問(wèn)題的思想方法。 2．通過(guò)閱讀教材和

2、課外書(shū)籍知道麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)支柱：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系形成統(tǒng)一的電磁場(chǎng)；了解電磁波譜，知道它們的特點(diǎn)。 3．注意了解向外發(fā)射的無(wú)線電波為什么要進(jìn)行調(diào)制，接收無(wú)線電波時(shí)為什么要調(diào)諧、檢波等。 4．學(xué)習(xí)時(shí)，注意結(jié)合生活實(shí)際，感受電磁波在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。要學(xué)會(huì)通過(guò)具體的調(diào)查研究，探究電磁波的應(yīng)用對(duì)生產(chǎn)、科技和日常生活有越來(lái)越大的影響。,第一節(jié) 電磁波的發(fā)現(xiàn) 第二節(jié) 電磁振蕩,課 前 預(yù) 習(xí),1．變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng) (1)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：如圖所示，在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路里就會(huì)產(chǎn)生___________。,傳大的預(yù)言,(2)麥克斯韋對(duì)該問(wèn)題的見(jiàn)

3、解：回路里有__________產(chǎn)生，一定是變化的_________產(chǎn)生了電場(chǎng)，自由電荷在電場(chǎng)的作用下發(fā)生了_________移動(dòng)。 (3)該現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)：變化的_________產(chǎn)生了電場(chǎng)。,感應(yīng)電流,感應(yīng)電流,磁場(chǎng),定向,磁場(chǎng),2．變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng) 麥克斯韋大膽地假設(shè)，既然變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)也會(huì)在空間產(chǎn)生_________。,磁場(chǎng),1．電磁波的產(chǎn)生 如果空間某區(qū)域存在不均勻變化的電場(chǎng)，那么它就會(huì)在空間引起不均勻變化的_______，這一不均勻變化的磁場(chǎng)又引起不均勻變化的_________……于是變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)向周圍傳播，形成________。 2．電

4、磁波是橫波 根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，電磁場(chǎng)中的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度互相______，而且二者均與波的傳播方向_______，因此電磁波是______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_________。,電磁波,磁場(chǎng),電場(chǎng),電磁波,垂直,垂直,橫,光速,1886年，赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了麥克斯韋預(yù)言的正確性，第一次發(fā)現(xiàn)了電磁波。 1．赫茲的實(shí)驗(yàn)裝置 如圖所示,赫茲的電火花,2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有_____跳過(guò)時(shí)，導(dǎo)線環(huán)兩個(gè)小球間也跳過(guò)_____。 3．現(xiàn)象分析 當(dāng)感應(yīng)圈使得與它相連的兩個(gè)金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí)，空間出現(xiàn)了迅速變化的________

5、_。這種電磁場(chǎng)以_________的形式在空間傳播。當(dāng)_________到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí)，它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出______________，使得導(dǎo)線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花。,火花,火花,電磁場(chǎng),電磁波,電磁波,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),1．振蕩電流 大小和方向都做_________迅速變化的電流，叫做振蕩電流。 2．振蕩電路 能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做____________。,電磁振蕩的產(chǎn)生,周期性,振蕩電路,3．振蕩過(guò)程 如圖所示，將開(kāi)關(guān)S擲向1，先給電容器充電，再將開(kāi)關(guān)擲向2，從此時(shí)起，電容器要對(duì)線圈放電：,(1)放電過(guò)程：由于線圈的_________作用放電電流不能立刻達(dá)到最大值，由0逐漸增大，同時(shí)電容器極

6、板上的電荷_________。放電完畢時(shí)，極板上的電荷為零，放電電流達(dá)到_________。該過(guò)程電容器儲(chǔ)存的_________轉(zhuǎn)化為線圈的_________。,自感,減少,最大,電場(chǎng)能,磁場(chǎng)能,(2)充電過(guò)程：電容器放電完畢，由于線圈的______作用，電流并不會(huì)立刻消失，而要保持原來(lái)的方向繼續(xù)流動(dòng)，并逐漸減小，電容器開(kāi)始___________，極板上的電荷逐漸________，當(dāng)電流減小到零時(shí)，充電結(jié)束，極板上的電荷量達(dá)到_________。該過(guò)程線圈中的_________又轉(zhuǎn)化為電容器的_________。此后電容器再放電、再充電，周而復(fù)始，于是電路中就有了周期性變化的振蕩電流。 (3)

7、實(shí)際的LC振蕩是阻尼振蕩：電路中有電阻，振蕩電流通過(guò)時(shí)會(huì)有_______產(chǎn)生，另外還會(huì)有一部分能量以_________的形式輻射出去。如果要實(shí)現(xiàn)等幅振蕩，必須有能量補(bǔ)充到電路中。,自感,反向充電,增加,最大,磁場(chǎng)能,電場(chǎng)能,電熱,電磁波,電磁振蕩的周期和頻率,周期性變化,周期性,固有,固有,『判一判』 (1)電場(chǎng)周圍一定存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)周圍一定存在電場(chǎng)。( ) (2)電磁波中的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(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)電磁波的速度等于光速c，光的本質(zhì)是電磁波。( ) (4)LC振蕩電路是最簡(jiǎn)單的振蕩電路。( ) (5)在LC振蕩電路里，隨著電容器

8、的充放電，電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能不斷地轉(zhuǎn)化。 ( ) (6)改變振蕩電路中電容器的電容或線圈的電感，就可以改變振蕩電路的周期。( ),,√,√,√,√,√,『選一選』 (多選)一臺(tái)電子鐘，是利用LC振蕩電路來(lái)制成的，在家使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)每晝夜總是快1 min，造成這種現(xiàn)象的可能原因是( ) A．L不變C變大了 B．L不變C變小了 C．L變小了C不變 D．L、C均減小了,,,BCD,『想一想』 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？ 答案：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。,課 內(nèi) 探

9、究,如圖所示是赫茲實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，請(qǐng)問(wèn)赫磁通過(guò)此實(shí)驗(yàn)裝置證實(shí)了什么問(wèn)題？ 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。,探究一 對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論及電磁波的理解,一、電磁場(chǎng) 1．電磁場(chǎng)理論的核心之一 變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。 2．電磁場(chǎng)理論的核心之二 變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。,3．麥克斯韋電磁波理論的理解 (1)恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)。 (2)恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)。 (3)均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)。 (4)均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。 (5)振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)。 (6)振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)。 4．電磁場(chǎng) 變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系

10、著的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)。,二、電磁波 1．電磁波的特點(diǎn) (1)電磁波是橫波，在傳播方向上的任一點(diǎn)E和B隨時(shí)間做正弦規(guī)律變化，E與B彼此垂直且與傳播方向垂直。 (2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，在真空中的電磁波的傳播速度跟光速相同，即c＝3.00108m/s。 (3)電磁波具有波的共性，能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象。電磁波與物質(zhì)相互作用時(shí)，能發(fā)生反射、吸收、折射等現(xiàn)象。,特別提醒：(1)變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)。 (2)在變化的磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合的，而靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線是不閉合的。 (3)有單獨(dú)存在的靜電場(chǎng)，也有單獨(dú)存在的靜磁場(chǎng)，但

11、沒(méi)有靜止的電磁場(chǎng)。,(吉林省扶余市第一中學(xué)2017～2018學(xué)年高二下學(xué)期期中)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)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，在變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng) C．均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng) D．振蕩的電場(chǎng)在周圍空間一定產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場(chǎng),D,解題指導(dǎo)：在理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論時(shí)，要注意靜電場(chǎng)(恒定磁場(chǎng))不產(chǎn)生磁場(chǎng)(電場(chǎng))，還要注意根據(jù)電場(chǎng)或磁場(chǎng)的變化情況來(lái)確定會(huì)產(chǎn)生什么樣的磁場(chǎng)或電場(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)，

12、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。,〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1〕 (多選)(山東濟(jì)南市2018屆高三模擬)各磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的情況如圖所示，其中能產(chǎn)生持續(xù)電磁波的是( ),BD,解析：根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，可知A圖的磁場(chǎng)是恒定的，不能產(chǎn)生電場(chǎng)，更不能產(chǎn)生電磁波；B圖的磁場(chǎng)是周期性變化的，可以產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)，因而可以產(chǎn)生持續(xù)的電磁波；C圖的磁場(chǎng)是均勻變化的，能產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，而恒定的電場(chǎng)不能再產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此不能產(chǎn)生持續(xù)的電磁波；D圖的磁場(chǎng)是周期性變化的，能產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)，故能產(chǎn)生持續(xù)的電磁波。,如圖所示電路叫作電磁振蕩電路，又叫作LC回路。給該電路提供能量后，利用電

13、容器的充放電和線圈產(chǎn)生的自感作用，可以實(shí)現(xiàn)哪兩種能量之間的相互轉(zhuǎn)化？ 提示：電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能,探究二 振蕩過(guò)程中各物理量的變化,1．電磁振蕩的產(chǎn)生過(guò)程 在振蕩電路里產(chǎn)生振蕩電流的過(guò)程中，電容器極板上的電荷量、通過(guò)線圈的電流以及跟電流和電荷量相聯(lián)系的磁場(chǎng)和電場(chǎng)都發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象叫電磁振蕩。振蕩過(guò)程中的充放電過(guò)程如下圖所示。,,特別提醒：(1)LC回路的周期、頻率都由電路本身的特性(L和C的值)決定，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)，所以稱為L(zhǎng)C電路的固有周期或固有頻率。 (2)使用周期公式時(shí)，一定要注意單位，T、L、C、f的單位分別是秒(s)、亨(H)

14、、法(F)、赫(Hz)。,(多選)如圖表示LC振蕩電路某時(shí)刻的情況，以下說(shuō)法正確的是 ( ) A．電容器正在充電 B．電感線圈中的磁場(chǎng)能正在增加 C．電感線圈中的電流正在增大 D．此時(shí)刻自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流增大,BCD,解題指導(dǎo)：,解析：由圖中磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和安培定則可知，此時(shí)電流向著電容器帶負(fù)電的極板流動(dòng)，也就是電容器處于放電過(guò)程中，這時(shí)兩極板電荷量和電壓、電場(chǎng)能處于減少過(guò)程，而電流和線圈中磁場(chǎng)能處于增加過(guò)程，由楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增加。綜上所述，B、C、D正確。,〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2〕 (多選)要增大如圖所示振蕩電路的頻率，下列說(shuō)法中正確的是( ) A．減少電容器的帶電荷量 B．將開(kāi)關(guān)S從“1”位置撥到“2”位置 C．在線圈中插入磁鐵棒芯 D．將電容器的動(dòng)片旋出些,BD,素 養(yǎng) 提 升,電磁波與機(jī)械波的區(qū)別與聯(lián)系,(多選)電磁波與聲波比較，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)入水中時(shí)，電磁波速度變小，聲波速度變大 C．由空氣進(jìn)入水中時(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，與頻率無(wú)關(guān),ABC,