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1、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75~77頁,對電磁場的理論有初步的定性了解。 1.麥克斯韋電磁場理論的兩個基本觀點是什么? 答案：變化的磁場產(chǎn)生電場和變化的電場產(chǎn)生磁場。 2.電磁波的概念是什么? 答案：根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,周期性變化的電場和磁場相互聯(lián)系,形成電場和磁場的統(tǒng)一體,它由近及遠地向周圍傳播,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,他預言電磁波的速度等于光速。 4.第一個通過實驗證明電磁波存在的是哪位科學家? 答案：德國科學家赫茲。,讀一讀,辨一辨,二、電磁振蕩的產(chǎn)生 閱讀教材第7
2、8、79頁,通過對電磁振蕩的實驗觀察,學習LC振蕩電路。 1.實驗的探究方法是什么? 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單的振蕩電路,稱為LC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,通過學習,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間? 答案：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間。 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
3、振蕩的固有周期和固有頻率? 答案：如果振蕩電路沒有能量損失,也不受其他外界影響,這時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(磁場)才能產(chǎn)生均勻變化的磁場(電場)。 ( ) 解析：均勻變化的電場(磁場)產(chǎn)生恒定的磁場(電場)。周期性變化的電場(磁場)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場(電場)。 答案： (3)在LC振蕩電路中,電流增大的過程中電容器放電,磁場能和電場能都減小。 ( ) 解析：電流增大,電容器放電,磁場能增大,電場能減小。 答案：,讀一讀,辨一辨,2.探究討論。 (1)為什
4、么說電磁波是橫波? 答案：根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,電磁波在真空中傳播時,它的電場強度和磁感應強度是相互垂直的,且二者均與波的傳播方向垂直。因此,電磁波是橫波。 (2)電磁振蕩的實質(zhì)是什么? 答案：在電磁振蕩過程中,電容器極板上的電荷量、電路中的電流、電容器里的電場強度、線圈里的磁感應強度都隨時間做周期性變化,電場能與磁場能發(fā)生周期性的相互轉化。,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無關,所以稱為電路的固有周
5、期和固有頻率。,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,對麥克斯韋電磁場理論的理解 下圖是赫茲實驗的裝置示意圖,請問赫茲通過此實驗裝置證實了什么問題? 要點提示：實驗演示了電磁波的發(fā)射和接收,驗證了麥克斯韋電磁場理論。,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,1.電磁場的產(chǎn)生 如果在空間某處有周期性變化的電場,那么這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場,這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場——變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的,形成不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場。 2.對麥克斯韋電磁場理論的理解,變化的磁場周圍產(chǎn)生電場,與是否有閉合電路存在無關。
6、,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,【例題1】 根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,下列說法正確的是( ) A.有電場的空間一定存在磁場,有磁場的空間也一定能產(chǎn)生電場 B.在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場,在變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場 C.均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場 D.周期性變化的磁場周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場 解析：根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,只有變化的電場才能產(chǎn)生磁場,均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場,非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場,只有選項D正確。 答案：D 歸納總結理解麥克斯韋的電磁場理論的關鍵 掌握四個關鍵詞:“恒定的”“均勻變化的”“非均勻變化的”“周
7、期性變化的(即振蕩的)”,這些都是對時間來說的,是時間的函數(shù)。,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,變式訓練1如圖所示的四種電場中,哪一種能產(chǎn)生電磁波( ) 解析：由麥克斯韋電磁場理論,當空間出現(xiàn)恒定的電場時(如A圖),由于它不激發(fā)磁場,故無電磁波產(chǎn)生;當出現(xiàn)均勻變化的電場時(如B、C圖),會激發(fā)出磁場,但磁場恒定,不會激發(fā)出電場,故也不會產(chǎn)生電磁波;只有振蕩的電場(即周期性變化的電場)(如D圖),才會激發(fā)出振蕩的磁場,振蕩的磁場又激發(fā)出振蕩的電場……如此周而復始,便會形成電磁波。 答案：D,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,電磁波與機械波的比較 如圖所
8、示,某同學正在回答神舟十號航天員王亞平的問題,請問她們的通話是通過機械波進行的還是通過電磁波進行的?為什么? 要點提示：電磁波。因為機械波的傳播離不開介質(zhì),而電磁波可以在真空中傳播。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,電磁波是電磁現(xiàn)象,機械波是力學現(xiàn)象,兩種波因產(chǎn)生機理不同,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,問題導引,名師精講,典例剖析,因為電磁波是交變電磁場互相激發(fā)產(chǎn)生的,所以電磁波傳播時不需要介質(zhì),可在真空中傳播。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,【例題2】 導學號73884133關于電磁波與聲波,下列說法正確的是(
9、) A.電磁波是由電磁場發(fā)生的區(qū)域向遠處傳播,聲波是聲源的振動向遠處傳播 B.電磁波的傳播不需要介質(zhì),聲波的傳播有時也不需要介質(zhì) C.由空氣進入水中傳播時,電磁波的傳播速度變小,聲波的傳播速度變大 D.由空氣進入水中傳播時,電磁波的波長不變,聲波的波長變小 【思考問題】 電磁波和機械波在從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時頻率發(fā)生變化嗎? 提示：無論電磁波還是機械波,從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時頻率都不變。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,歸納總結理解電磁波與機械波的三點不同 (1)電磁波是電磁現(xiàn)象,由電磁振蕩產(chǎn)生;機械波是力
10、學現(xiàn)象,由機械振動產(chǎn)生。 (2)機械波的傳播依賴于介質(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,問題導引,名師精講,典例剖析,變式訓練2關于電磁波與機械波,下列說法正確的是( ) A.機械波和電磁波,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,機械波在同一種介質(zhì)中傳播速率都相同 C.電磁波和機械波都不能發(fā)生干涉 D.電磁波與機械波都能發(fā)生衍射 解析：機械波由機械振動產(chǎn)生,電磁波由振蕩的電磁場產(chǎn)生,選項A錯;電磁波的波速與介質(zhì)和頻率都有關,而機械波的傳
11、播速度只與介質(zhì)有關,選項B錯;電磁波和機械波都具有波的特性,選項C錯,選項D對。 答案：D,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,振蕩過程中各物理量的變化情況 如圖所示裝置,先把開關扳到電池組一邊,給電容器充電,稍后再把開關扳到線圈一邊,讓電容器通過線圈放電,會觀察到電流表指針有何變化?說明什么問題? 要點提示：指針左右擺動,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,問題導引,名師精講,典例剖析,1.用圖象對應分析:振蕩過程中電流i、極板上的電荷量q、電場能和磁場能之間的對應關系,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,2.相關量與電路狀態(tài)
12、的對應情況,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,3.幾個關系 (1)同步同變關系 在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中,電容器上的物理量:電荷量q、電場強度E、電場能EE是同步變化的,即q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。 振蕩線圈上的物理量:振蕩電流i、磁感應強度B、磁場能EB也是同步變化的,即i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。 (2)同步異變關系 在LC振蕩過程中,電容器上的三個物理量q、E、EE增大時,線圈中的三個物理量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,問題導引,名師精講,典例剖
13、析,電容器充放電與能量轉化:電容器充電時,磁場能轉化為電場能;電容器放電時,電場能轉化為磁場能。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,【例題3】 導學號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,開關S處于閉合狀態(tài),燈泡D正常發(fā)光,現(xiàn)突然斷開S,并開始計時,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)定順時針方向為正)隨時間變化的圖象是(圖中q為正值,表示a極板帶正電)( ),探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,【思考問題】 振蕩電流與極板電荷量的關系是什么? 提示：i=0時,q最大;i最大時,q=0;且i= 。 解
14、析：S斷開前,線圈L短路,線圈中電流從上到下,電容器不帶電;S斷開時,線圈L中產(chǎn)生自感電動勢,阻礙電流減小,給電容器C充電,此時LC回路中電流i沿順時針方向(正向)最大;給電容器充電過程,電容器充電量最大時(a板帶負電),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B、C正確。 答案：BC,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,變式訓練3如圖所示,LC振蕩電路中,已知某時刻電流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.電場能正在轉化為磁場能 解析：電流i正在增大,磁場能增大,電
15、容器在放電,電場能減小,電場能轉化為磁場能,選項C錯誤,D正確;由題圖中i方向可知B板帶正電,選項A錯誤;由于電容器放電,電荷量減少,兩板間的電壓在減小,選項B錯誤。 答案：D,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,歸納總結LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法 (1)根據(jù)電流流向判斷,當電流流向帶正電的極板時,處于充電過程;反之,處于放電過程。 (2)根據(jù)物理量的變化趨勢判斷:當電容器的電荷量q(U、E)增大時,處于充電過程;反之,處于放電過程。 (3)根據(jù)能量判斷:電場能增加時,充電;磁場能增加時,放電。,1 2 3 4,,,,,1.(考查麥克斯韋電磁場理論)關于麥克斯韋
16、電磁場理論,下列說法正確的是( ) A.在電場周圍一定存在著磁場 B.任何變化的電場周圍一定存在著變化的磁場 C.均勻變化的磁場周圍一定存在著變化的電場 D.振蕩電場在它周圍的空間一定產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場 解析：在變化的電場周圍才存在磁場,振蕩的電場(非均勻變化的)會產(chǎn)生同頻率周期性振蕩的磁場。均勻變化的磁場周圍存在著穩(wěn)定的電場。 答案：D,1 2 3 4,,,,,2.(考查電磁波和聲波的區(qū)別)關于電磁波與聲波相比較,下列說法正確的是( ) A.電磁波的傳播不需要介質(zhì),聲波的傳播需要介質(zhì) B.由空氣進入玻璃時,電磁波速度變小,聲波速度變大 C.由空氣進入玻璃時,電磁波波長變小,聲波波長變
17、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,與頻率無關 解析：選項A、B說法均與事實相符,故選項A、B正確;由空氣進入玻璃時,根據(jù)λ= ,電磁波波速變小,頻率不變,波長變小;聲波速度變大,頻率不變,波長變大,故選項C正確;電磁波在介質(zhì)中的速度與介質(zhì)有關,也與頻率有關,在同一介質(zhì)中,頻率越大,波速越小,故選項D錯誤。 答案：ABC,1 2 3 4,,,,,3.(考查電磁振蕩過程)右圖是LC振蕩電路中振蕩電流與時間的關系圖線,若電容器開始放電的時刻為t=0,則下列說法正確的是( ) A.在t=0時,線圈中的磁場能最小 B.在t=1 s時,電容器中電場能最大 C.在t=2 s時,電容器放電結束 D.在t=3 s時,電容器充電結束 解析：電流增大的過程中磁場能增加,電場能減少,所以電容器放電,也就是磁場能的大小由電流的大小決定。 答案：A,1 2 3 4,,,,,4.導學號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.電容增大到原來的4倍 B.電容增大到原來的2倍,答案：D,
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