2018-2019學(xué)年高中物理 第3章 電磁波 第1講 電磁波的產(chǎn)生課件 魯科版選修3-4.ppt
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第3章——,電磁波,,第1講電磁波的產(chǎn)生,目標(biāo)定位1.了解振蕩電流、振蕩電路及LC電路的振蕩過程,會(huì)求LC電路的周期與頻率.2.了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本觀點(diǎn)及其在物理學(xué)發(fā)展史上的意義.3.知道電磁波的產(chǎn)生.4.知道赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在及意義.,,欄目索引CONTENTSPAGE,一、電磁振蕩,1.振蕩電流和振蕩電路(1)振蕩電流:大小和都做周期性變化的電流.(2)振蕩電路:產(chǎn)生的電路.由和所組成的電路是一種基本的振蕩電路,叫做LC振蕩電路.,方向,振蕩電流,電感線圈L,電容器C,,2.電磁振蕩的過程(1)放電過程:線圈自感作用阻礙電流的變化,使電路中的電流由u逐漸,能逐漸轉(zhuǎn)化為能.當(dāng)放電完畢,即=0時(shí),電路中的達(dá)到最大值,電場(chǎng)消失,磁場(chǎng)最強(qiáng),電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能.(2)充電過程:由于電感線圈的自感作用,電路中的電流逐漸,電感線圈中的磁場(chǎng)逐漸,電容器兩極板所帶的電荷逐漸,兩極板間的電場(chǎng)也逐漸電路中的磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化成能.,零,增大,電場(chǎng),磁場(chǎng),Q,電流,減小,減弱,增多,增強(qiáng).,電場(chǎng),(3)電磁振蕩:上述過程周而復(fù)始地進(jìn)行,就產(chǎn)生了方向和大小周期性變化的振蕩電流,與振蕩電流相聯(lián)系的電場(chǎng)和磁場(chǎng)也周期性交替變化,能和能交替相互轉(zhuǎn)化,這個(gè)過程叫做電磁振蕩.,電場(chǎng),磁場(chǎng),3.電磁振蕩的周期和頻率(1)全振蕩:發(fā)生電磁振蕩時(shí),通過電路中某一點(diǎn)的電流,由某方向的最大值再恢復(fù)到的最大值,我們就說完成了一次全振蕩.(2)周期:完成全振蕩的時(shí)間.(3)頻率:在1s內(nèi)完成全振蕩的.,同一個(gè)方向,一次,次數(shù),二、麥克斯韋的預(yù)言,1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的主要論點(diǎn)(1)的磁場(chǎng)周圍會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng).(2)的電場(chǎng)周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng).2.電磁場(chǎng):的電場(chǎng)和的磁場(chǎng)相互聯(lián)系在一起,就會(huì)在空間形成一個(gè)統(tǒng)一的、不可分割的電磁場(chǎng).3.電磁波:在空間交替變化并傳播出去的就形成了電磁波.,變化,變化,變化,變化,電磁場(chǎng),三、赫茲實(shí)驗(yàn),1888年,物理學(xué)家第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在,證明了的預(yù)言.,圖1,麥克斯韋,赫茲,想一想空間存在如圖1所示的電場(chǎng),那么在空間能不能產(chǎn)生磁場(chǎng)?在空間能不能形成電磁波?答案如圖所示的電場(chǎng)是均勻變化的,根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知會(huì)在空間激發(fā)出磁場(chǎng),但磁場(chǎng)恒定,不會(huì)再在較遠(yuǎn)處激發(fā)起電場(chǎng),故不會(huì)產(chǎn)生電磁波.,一、電磁振蕩中各物理量的變化情況,,如圖2所示,圖2,由甲、乙兩圖象可以看出:在電磁振蕩過程中,(1)線圈中的電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B及磁場(chǎng)能EB的變化規(guī)律一致.(2)電容器的帶電量q,兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)E及電場(chǎng)能EE的變化規(guī)律一致,并且與i、B、EB的變化總是反向的.,例1某時(shí)刻LC振蕩電路的狀態(tài)如圖3所示,則此時(shí)刻()A.振蕩電流i在減小B.振蕩電流i在增大C.電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化D.磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化,圖3,解析題圖中電容器上極板帶正電荷,圖中給出的振蕩電流方向,說明負(fù)電荷向下極板聚集,所以電容器正在充電,電容器充電的過程中,電流減小,磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化,所以A、D選項(xiàng)正確.答案AD,借題發(fā)揮在電磁振蕩中各物理量變化是有規(guī)律的,我們要熟悉各物理量變化的特點(diǎn),特別抓住關(guān)鍵的電量和電流,電量變大、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)能變大;電流變小,磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)能變?。袛喑龀?、放電情況是解決問題的關(guān)鍵.,二、對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解,1.恒定的磁場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng),同樣,恒定的電場(chǎng)也不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng);2.均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),同樣,均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng);3.振蕩變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的電場(chǎng),同樣,振蕩變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場(chǎng).,例2關(guān)于電磁場(chǎng)理論,下列說法正確的是()A.在電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)周圍一定產(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),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.周期性變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng),解析根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,只有變化的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng),均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),非均勻變化的電場(chǎng)才產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),故D對(duì),A、B、C錯(cuò).答案D,針對(duì)訓(xùn)練某電路中電場(chǎng)隨時(shí)間變化的圖象如下列各圖所示,能發(fā)射電磁波的電場(chǎng)是(),解析圖A中電場(chǎng)不隨時(shí)間變化,不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng);圖B和圖C電場(chǎng)都隨時(shí)間做均勻變化,只能在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),不會(huì)產(chǎn)生和發(fā)射電磁波;圖D中電場(chǎng)隨時(shí)間做不均勻的變化,能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),而這磁場(chǎng)的變化也是不均勻的,又能產(chǎn)生變化的電場(chǎng),從而交織成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體,即形成電磁場(chǎng),能發(fā)射電磁波.答案D,三、電磁波與機(jī)械波的比較,1.電磁波和機(jī)械波的共同點(diǎn)(1)二者都能產(chǎn)生干涉和衍射.(2)二者在不同介質(zhì)中傳播時(shí)頻率不變.,2.電磁波和機(jī)械波的區(qū)別(1)二者本質(zhì)不同電磁波是電磁場(chǎng)的傳播,機(jī)械波是質(zhì)點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)的傳播.(2)傳播機(jī)理不同電磁波的傳播機(jī)理是電磁場(chǎng)交替感應(yīng),機(jī)械波的傳播機(jī)理是質(zhì)點(diǎn)間的機(jī)械作用.(3)電磁波傳播可以不需要介質(zhì),而機(jī)械波傳播需要介質(zhì).(4)電磁波是橫波,機(jī)械波既有橫波又有縱波,甚至有的機(jī)械波同時(shí)有橫波和縱波,例如地震波.,例3以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法中,正確的是()A.機(jī)械波和電磁波,本質(zhì)上是一致的B.機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān),而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān),而且與電磁波的頻率有關(guān)C.機(jī)械波可能是縱波,而電磁波必定是橫波D.它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象,解析機(jī)械波由振動(dòng)產(chǎn)生;電磁波由周期性變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))產(chǎn)生,機(jī)械波是能量波,傳播需要介質(zhì),速度由介質(zhì)決定,電磁波是物質(zhì)波,波速由介質(zhì)和自身的頻率共同決定;機(jī)械波有橫波,也有縱波,而電磁波一定是橫波,它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象,故選項(xiàng)B、C、D正確.答案BCD,借題發(fā)揮機(jī)械波的傳播速度完全由介質(zhì)決定,而電磁波的傳播速度是由介質(zhì)和頻率共同決定.,1.在LC回路中,電容器兩端的電壓隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖4所示,則()A.在t1時(shí)刻,電路中的電流最大B.在t2時(shí)刻,電路中的磁場(chǎng)能最大C.從t2時(shí)刻至t3時(shí)刻,電路的電場(chǎng)能不斷增大D.從t3時(shí)刻至t4時(shí)刻,電容的帶電荷量不斷增大,電磁振蕩,,圖4,解析電磁振蕩中的物理量可分為兩組:①電容器帶電q,極板間電壓u,電場(chǎng)強(qiáng)度E及電場(chǎng)能為一組.②自感線圈中的電流i,磁感應(yīng)強(qiáng)度B及磁場(chǎng)能為一組.同組量的大小變化規(guī)律一致,同增同減同為最大或?yàn)榱阒担惤M量的大小變化規(guī)律相反.若q、E、u等量按正弦規(guī)律變化,則i、B等量必按余弦規(guī)律變化.根據(jù)上述分析由題圖可以看出,本題正確選項(xiàng)為A、D.答案AD,2.如圖5所示為振蕩電路在某時(shí)刻的電容器的帶電情況和電感線圈中磁感線方向情況,由圖可知電容器在________電,電感線圈中的電流在________(填“增大”“減小”或“不變”),如果振蕩電流的周期為π10-4s,電容為C=250μF,則自感系數(shù)L=________H.,圖5,答案充減小10-5,麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,3.用麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論判斷,圖中表示電場(chǎng)(或磁場(chǎng))產(chǎn)生磁場(chǎng)(或電場(chǎng))的正確圖象是(),解析A圖中的左圖磁場(chǎng)是穩(wěn)定的,由麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論可知,其周圍空間不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng),A圖中的右圖是錯(cuò)誤的;B圖中的左圖是均勻變化的電場(chǎng),應(yīng)該產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),右圖的磁場(chǎng)應(yīng)是穩(wěn)定的,所以B圖錯(cuò)誤;C圖中的左圖是振蕩的磁場(chǎng),它能產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng),且相位相差π/2,C圖是正確的;,D圖中的左圖是振蕩的電場(chǎng),在其周圍空間產(chǎn)生振蕩的磁場(chǎng),但是右圖中的圖象與左圖相比較,相位相差2π,故D圖錯(cuò)誤.答案C,電磁波的特點(diǎn),4.下列關(guān)于電磁波的說法中,正確的是()A.電磁波是電磁場(chǎng)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3.0108m/sC.電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí),波長將變短D.電磁波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象,解析電磁波在真空中的傳播速度為光速c=3.0108m/s,且c=λf,從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),頻率不變,但速度、波長會(huì)變.電磁波仍具有波的特征,電磁波只有在真空中的速度才為3.0108m/s,在其他介質(zhì)中的傳播速度小于3.0108m/s.答案AC,- 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