2018-2019学年人教版高中物理选修3-4课件：第14章 第1、2节

(吉林省扶余市第一中学2017～2018学
年高二下学期期中)根据麦克斯韦电磁场理论D，下列说法正确的是( ) A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场
B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生
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
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理 选
D．振荡的电场在周围空间一定产生同频率振荡的磁场
提示：电场能和磁场能
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1．电磁振荡的产生过程 在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷量、通过线圈 的电流以及跟电流和电荷量相联系的磁场和电场都发生周期性的变化，这种现 象叫电磁振荡。振荡过程中的充放电过程如下图所示。
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(4)LC振荡电路是最简单的振荡电路。( √ )
(5)在LC振荡电路里，随着电容器的充放电，电场能与磁场能不断地转化。
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(√ )
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(6)改变振荡电路中电容器的电容或线圈的电感，就可以改变振荡电路的周
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期。( √ )
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『选一选』 (多选)一台电子钟，是利用LC振荡电路来制成的，在家使用一段时间后， 发现每昼夜总是快1 min，造成这种现象的可能原因是( BCD ) A．L不变C变大了 B．L不变C变小了 C．L变小了C不变 D．L、C均减小了
(1)放电过程：由于线圈的__自__感_____作用放电电流不能立刻达到最大值，
由0逐渐增大，同时电容器极板上的电荷____减__少___。放电完毕时，极板上的电 荷为零，放电电流达到___最__大____。该过程电容器储存的_电__场__能____转化为线圈
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的__磁__场__能___。
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新课标导学
物理
选修3-4 ·人教版
第十四章
电磁波
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〔情 景 切 入〕
生活中的许多现象表明，我们周围存在着电磁波，如电视机、手机、通讯
卫星等工具的信息传播都是靠电磁波进行传递的，电磁波的存在，使当代人
“顺风耳，千里眼”的梦想成为了现实。
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解题指导：在理解麦克斯韦电磁场理论时，要注意静电场(恒定磁场)不产 生磁场(电场)，还要注意根据电场或磁场的变化情况来确定会产生什么样的磁 场或电场。
解析：根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变 化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，只有选项D正 确。
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2．电磁振荡的周期和频率
(1)决定因素
①LC 振荡电路的周期 T＝2π
LC和频率
f＝2π
1 只与自感系统 LC
L
和电容
C
有关，与其他因素无关。
②电容 C 与正对面积 S，板间距离 d 及介电常数 ε 有关即根据 C＝4πεSkd判断；
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电感 L 与线圈的匝数、粗细、有无铁芯、长度等因素有关。
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电磁振荡的产生 1．振荡电流 大小和方向都做__周__期__性___迅速变化的电流，叫做振荡电流。 2．振荡电路 能产生振荡电流的电路叫做__振__荡__电__路____。
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3．振荡过程 如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开 关掷向2，从此时起，电容器要对线圈放电：
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解析：钟走得偏快了是因为钟的 LC 振荡电路频率变大，周期变短，根据 T
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＝2π LC可以知道，周期变短可能是 LC 的值变小。
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『想一想』 如图所示，某同学正在回答“神舟十号”航天员王亚平的问题，请问她们 的通话是通过机械波进行的还是通过电磁波进行的？为什么？
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(2)充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的_自__感___作用，电流并不会立刻 消失，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始_反__向__充__电____， 极板上的电荷逐渐__增__加____，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量 达到___最__大____。该过程线圈中的___磁__场__能__又转化为电容器的__电__场__能___。此后
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〔学 法 指 导〕
1．学习时体会科学家研究物理问题的思想方法。
2．通过阅读教材和课外书籍知道麦克斯韦电磁场理论的两个支柱：变化的
磁场产生电场，变化的电场产生磁场。变化的电场和磁场相互联系形成统一的
电磁场；了解电磁波谱，知道它们的特点。
3．注意了解向外发射的无线电波为什么要进行调制，接收无线电波时为什
(2) 麦 克 斯 韦 对 该 问 题 的 见 解 ： 回 路 里 有 _感__应__电__流___ 产 生 ， 一 定 是 变 化 的 __磁__场_____产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了___定__向____移动。
(3)该现象的实质：变化的__磁__场_____产生了电场。
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2．变化的电场产生磁场
2．电磁波是横波
根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁场中的电场强度和磁感应强度互相
物 _垂__直___，而且二者均与波的传播方向__垂__直___，因此电磁波是__横____波。
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3．电磁波的速度
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麦克斯韦指出了光的电磁本性，他预言电磁波的速度等于__光__速_____。
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赫兹的电火花 1886 年 ， 赫 兹 用 实 验 证 明 了 麦 克 斯 韦 预 言 的 正 确 性 ， 第 一 次 发 现 了 电 磁 波。 1．赫兹的实验装置 如图所示
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(2)各物理量的变化规律 LC 回路中的电流 i、线圈中的磁感应强度 B、电容器极板间的电场强度 E 的变化周期就是 LC 回路的振荡周期 T＝2π LC，在一个周期内上述各量方向改 变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期 T＝2π LC，极 板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但
(5)振荡电场产生同频率的振荡磁场。
(6)振荡磁场产生同频率的振荡电场。
4．电磁场
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变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就
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是电磁场。
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二、电磁波 1．电磁波的特点 (1)电磁波是横波，在传播方向上的任一点E和B随时间做正弦规律变化，E 与B彼此垂直且与传播方向垂直。 (2)电磁波的传播不需要介质，在真空中的电磁波的传播速度跟光速相同， 即c＝3.00×108m/s。 (3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。电磁波与物质相互作 物 用时，能发生反射、吸收、折射等现象。
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特别提醒：(1)变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，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，而静电场中的电场线 是不闭合的。
(3)有单独存在的静电场，也有单独存在的静磁场，但没有静止的电磁场。
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〔对点训练1〕 (多选)(山东济南市2018届高三模拟)各磁场的磁感应强度B 随时间t变化的情况如图所示，其中能产生持续电磁波的是( BD )
解析：根据麦克斯韦的电磁场理论，可知A图的磁场是恒定的，不能产生电
场，更不能产生电磁波；B图的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电
〔知 识 导 航〕
本章主要对电磁波的发现及应用做了详细的介绍。第一节介绍电磁理论的
提出及产生，从此，电路的周期及频率，让我们了解电磁波产生的原理；第三、四节讲电磁波在社
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会生活、科技等领域中的应用。
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本章的重点是电磁振荡，难点和核心是麦克斯韦的电磁场理论。
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2．实验现象 当感应圈两个金属球间有_火__花__跳过时，导线环两个小球间也跳过_火__花__。 3．现象分析 当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变 化的_电__磁__场____。这种电磁场以___电__磁__波__的形式在空间传播。当__电__磁__波___到达 导线环时，它在导线环中激发出__感__应__电__动__势____，使得导线环的空隙中也产生 物 了火花。
么要调谐、检波等。
4．学习时，注意结合生活实际，感受电磁波在生产生活中的应用。要学会
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通过具体的调查研究，探究电磁波的应用对生产、科技和日常生活有越来越大
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的影响。
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第一节 电磁波的发现 第二节 电磁振荡
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※ 知道电磁波的产生条件和传播速度 ※ 了解LC振荡电路中电磁振荡的产生过程 ※ 了解电磁振荡的周期和频率，会求LC电路的周期和频率
选
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答案：电磁波。因为机械波的传播离不开介质，而电磁波可以在真空中传
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播。
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课内探究
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探究一 对麦克斯韦电磁场理论及电磁波的理解
如图所示是赫兹实验的装置示意图，请问赫磁通过此实验装置证实了什么 问题？
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提示：实验演示了电磁波的发射和接收，验证了麦克斯韦电磁场理论。
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一、电磁场 1．电磁场理论的核心之一 变化的磁场产生电场。 2．电磁场理论的核心之二 变化的电场产生磁场。
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3．麦克斯韦电磁波理论的理解
(1)恒定的电场不产生磁场。
(2)恒定的磁场不产生电场。
(3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。
(4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。
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2．电磁波的波速、波长与频率的关系 c＝λf λ＝cf 说明：①同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)， 波速、波长发生改变。在介质中的速度都比真空中速度小。 ②不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小， 物 频率越低波速越大。
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电磁振荡的周期和频率
1．周期 电磁振荡完成一次___周__期__性__变__化___需要的时间叫做周期。
2．频率 单位时间内完成的__周__期__性____变化的次数叫做频率。
如果振荡电路没有能量损失，也不受外界影响，这时的周期和频率分别叫做
__固__有______周期和__固__有______频率。
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3．周期和频率公式
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人 教
T＝__2_π___L_C_____，f＝2π
1。 LC
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『判一判』
(1)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。( × )
(2)电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方
向垂直，因此电磁波是横波。( √ )
(3)电磁波的速度等于光速c，光的本质是电磁波。( √ )
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物 理 选 修 人 教 版
1
课前预习
2
课内探究
3
素养提升
4
课堂达标
5
课时作业
课前预习
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传大的预言
1．变化的磁场产生电场
(1)实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电 路，电路里就会产生_感__应__电___流___。
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麦克斯韦大胆地假设，既然变化的磁场能产生电场，
人 教
变化的电场也会在空间产生___磁__场____。
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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场，那么它就会在空间引起不均匀变
化的___磁__场__，这一不均匀变化的磁场又引起不均匀变化的__电__场_____……于是 变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成__电__磁__波__。
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振荡电
流。
(3) 实 际 的 LC 振 荡 是 阻 尼 振 荡 ： 电 路 中 有 电 阻 ， 振 荡 电 流 通 过 时 会 有
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__电__热___产生，另外还会有一部分能量以_电__磁__波____的形式辐射出去。如果要实
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修 现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。
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场，因而可以产生持续的电磁波；C图的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电
修 场，而恒定的电场不能再产生磁场，因此不能产生持续的电磁波；D图的磁场是
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周期性变化的，能产生周期性变化的电场，故能产生持续的电磁波。
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探究二 振荡过程中各物理量的变化
如图所示电路叫作电磁振荡电路，又叫作LC回路。给该电路提供能量后， 利用电容器的充放电和线圈产生的自感作用，可以实现哪两种能量之间的相互 转化？