新教材鲁科版高中物理选择性必修第二册第4章电磁波 精品教学课件(200页)

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间产生周期性变化的磁场，其相位差应为 ，D错误。
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2.某空间中出现了如图中虚线所示的一组闭合的电场线，这可能是( ) A.在中心点O有一静止的点电荷 B.沿AB方向有一段通有恒定电流的直导线 C.沿BA方向的磁场在减弱 D.沿AB方向的磁场在减弱
【解析】选C。首先应知道闭合的电场线是由变化的磁场产生的，闭合的电场线 类似于环形电流，根据楞次定律环形电流产生的磁场由B→A，阻碍原磁场的变 化，所以BA方向的磁场在减弱，或AB方向的磁场在增强，C项正确。
提示：多数科学家持怀疑的态度，因为人们还无法用实验来验证。
1.如图是赫兹实验装置，该实验证实了_电__磁__波__的存在，并证明了_麦__克__斯__韦__的 预言。
2.赫兹的其他实验成果：电磁波在真空中具有与_光__相同的速度，证实了麦克斯 韦关于光的电磁理论，由此揭示了光、电、磁现象的内在联系及统一性，完成 了物理学的又一次大综合。
6.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。 (2)频率：1 s内完成的周期性变化的_次__数__。
(3)如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分 别叫作振荡电路的_固__有__周期和_固__有__频率。
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(4)周期和频率公式：T=__2___L_C_ 。f=_2___L_C_ 。
2.变化的电场周围会产生磁场： (1)即使没有电流存在，只要空间有电场发生变化，变化的电场也会在空间产 生_涡__旋__磁__场__。 (2)如果电场随时间_均__匀__变化，激发的磁场也是_稳__定__的；如果电场随时间 _不__均__匀__变化，则激发的磁场随时间_变__化__。
3.麦克斯韦对电磁波的预言： 交变的电场周围产生_频__率__相同的交变的磁场，交变的磁场周围产生_频__率__相同 的交变的电场。交变的磁场和交变的电场相互联系在一起，就会在空间形成一 个统一的、不可分割的_电__磁__场__。这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形 成_电__磁__波__。
第4章 电 磁 波
第1节 电磁波的产生 第2节 电磁波的发射、传播和接收 P71 第3节 电磁波谱 P124 章末复习 P170
一、麦克斯韦的预言 任务驱动 麦克斯韦的预言是什么？
提示：如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场， 变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化 的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。
【解析】选C、D。 声音进入水中传播速度会增大，无线电波进入水中速度会减 小，但两者的速度不相等，故A错误；无线电波进入水中时频率不变，波长变短， 故B错误；发射声波后能形成回波是波的反射现象，故C正确；根据声音的多普 勒效应可知，若接收回波频率大于发射声波的频率，说明声源接近观察者，即 鱼正在靠近，故D正确。
【结论生成】 1.麦克斯韦电磁场理论：(物理观念) (1)恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。 (2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，同样，均匀变化的磁场在周围 空间产生恒定的电场。 (3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场，同样， 振荡变化的电 场在周围空间产生同频率振荡的磁场。
探究点2 电磁波 【问题探究】 (1)电磁波是如何产生的？ 提示：根据两个基本点，麦克斯韦进一步推断：如果在空间某处有交变的电场， 那么这个交变的电场就在空间产生交变的磁场；这个交变的磁场又会引起新的 交变的电场，如此下去，交变的电场和磁场交替产生，从而形成由近至远传播 的电磁波。
(2)电场和磁场同时存在的空间就存在电磁场吗？ 提示：不是。周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，而周期性变化的磁场 又产生周期性变化的电场，二者形成不可分割的统一体。 (3)电磁波与机械波有什么区别？ 提示：①电磁波是横波，机械波有横波和纵波两类。 ②电磁波的速度(在真空中等于光速)远大于机械波的波速(例如，空气中的声 速在常温下只有340 m/s)。 ③电磁波的传播不需要介质(在真空中也能传播)，机械波的传播必须有介质。 ④电磁波向外传播的是电磁能，机械波传播的是机械能。
3.(多选)如图所示是水下机器人“小海鳐”，它在水下开启寻鱼模式可以通 过声纳技术(通过发射声波和接收回波判断目标物的距离、方位和移动速度等 信息)准确探测鱼群。它也能将水下鱼群信息通过无线电波传输上岸，由于无 线电波在水中衰减快，其最大传输距离为80 m。下列分析合理的是( ) A.声波和无线电波在水中的传播速度相等 B.无线电波在水中衰减指的是其频率不断减小 C.发射声波后能形成回波是波的反射现象 D.若接收回波频率大于发射声波的频率，说明鱼正在靠近
三、电磁振荡 任务驱动 单摆运动的周期与摆长和当地的重力加速度有关，那么LC电路
的周期与哪些物理量有关系呢？ 提示：电磁振荡的周期T与电感L、电容C有关。
1.振荡电流：大小和方向都做_周__期__性__变化的电流。 2.振荡电路：能产生_振__荡__电__流__的电路。 3.LC振荡电路：由_电__感__线__圈__L_和_电__容__器__C_所组成的电路就是一种基本的振荡 电路。
(2)电容器充电：电容器放电完毕时，线圈有_自__感__作用，电流并不会立刻减 小为零，而会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__多__，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷 量达到_最__大__值__。电容器充电过程中从能量的观点来看：在充电的过程中， _磁__场__能__逐渐转化为_电__场__能__。 5.电磁振荡：在整个过程中，电路中的_振__荡__电__流__、电容器极板上的_电__荷__量__、 电容器里的_电__场__强__度__、线圈里的_磁__感__应__强__度__、_电__场__能__和_磁__场__能__都随时间周期 性地变化。
【解析】选D。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D正确。
【误区警示】对“变化的磁场产生电场”的理解 (1)恒定的磁场不产生电场。 (2)均匀变化的磁场产生恒定的电场。 (3)非均匀变化的磁场产生变化的电场。 (4)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。
1.变化的磁场产生电场： (1)根据法拉第电磁感应定律可知：在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里 将会产生感应_电__动__势__。 (2)麦克斯韦对电磁感应现象的分析：回路中有感应电动势存在，一定是变化 的磁场产生了_电__场__——涡旋电场，只要磁场发生变化，就有涡旋电场产生。 (3)麦克斯韦第一条假设：如果磁场随时间_均__匀__变化，激发的涡旋电场也是 _稳__定__的，即涡旋电场不随时间变化；如果磁场随时间_不__均匀变化，则激发的 涡旋电场随时间_变__化__。
4.电磁波的特点： 下列有关电磁波的描述中正确的是_①__②__③__。 ①自然界中存在许多不同频率的电磁波，它们在真空中的速度都等于光速 ②可见光是电磁波 ③电磁波在真空和介质中传播速度不同 ④只要有电场和磁场，就能产生电磁波 ⑤电磁波在同种介质中只能沿直线传播
二、赫兹实验 任务驱动 麦克斯韦提出电磁波的预言后，当时的物理学家认可吗？为什么？
4.LC振荡电路的放电、充电过程：
(1)电容器放电：如图当开关从_1_接到_2_时，电容器开始_放__电__，由于线圈有 _自__感__作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，极板上的电 荷逐渐_减__少__，放电完毕时，极板上的电荷量为零，放电电流达到_最__大__值__。 电容器放电过程中从能量的观点来看，电容器刚要放电时，电路里的能量全 部储存在电容器的_电__场__中__，电容器放电的过程中，就是_电__场__能__逐渐转化为 _磁__场__能__的过程。
(3)麦克斯韦提出“变化的磁场产生电场”“变化的电场产生磁场”的依据是 什么？ 提示：麦克斯韦是在法拉第电磁感应现象的基础上提出“变化的磁场产生电场” 的假设。“变化的电场产生磁场”是他相信自然规律和谐统一而假设的，他相 信磁场和电场有对称之美。他认为：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那 么变化的电场也能够在空间产生磁场。 (4)麦克斯韦关于电磁场理论的主要论点是什么？ 提示：麦克斯韦关于电磁场理论的两大论点： ①变化的磁场产生电场； ②变化的电场产生磁场。
主题一 电磁波的产生 探究点1 麦克斯韦的预言 【实验情境】 甲图：磁场垂直于闭合线圈平面，乙图：当磁场发生变化时周围电场的分布。
【问题探究】 (1)如图甲在磁场周围一定产生电场吗？ 提示：不一定。变化的磁场周围一定产生电场，恒定的磁场周围不产生电场。 (2)如图乙中的磁场是变化的磁场，在它周围一定产生变化的电场吗？ 提示：不一定。均匀变化的磁场产生恒定的电场，非均匀变化的磁场产生变化 的电场。
(3)在LC回路中为什么放电完毕时，电流反而最大？ 提示：开始放电时，由于线圈的自感作用，放电电流不是突然变大，而是逐渐 增大，随着线圈的阻碍作用减弱，放电电流逐渐增大。当放电完毕时，线圈的 自感作用最弱，电流达到最大。 (4)在LC振荡电路中，电压u与电流i之间的关系及变化是否遵循欧姆定律？为什 么？ 提示：不遵循欧姆定律。因为LC振荡电路是非纯电阻电路，分析振荡过程可知， 当电容器两极板间电压最大时，回路中的电流反而是零。
由电磁振荡(周期性变化的电流)激发
是
【典例示范】 根据麦克斯韦电磁场理论，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 D.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
2.电磁波的特点：(物理观念) (1)电磁波是横波，即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，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即 c=3.0×108 m/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用时， 能发生反射、吸收、折射等现象。 (4)电磁波的波速、波长与频率的关系为v=λf。
【补偿训练】 (多选)关于电磁场、电磁波的认识，下列说法正确的是( ) A.电磁波的传播需要介质 B.电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变 C.电磁波传播的过程中也传递了能量 D.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 【解析】选B、C。周期性变化的电场与磁场相互感应产生，并向外传播，从而 形成电磁波，电磁波的传播不需要介质，A错误；只有变化的电场(磁场)才能产 生磁场(电场)，D错误。
Байду номын сангаас
【探究训练】 1.下列关于电场与磁场的产生的理解正确的是( )
【解析】选C。题中A、B选项所描述的磁场是稳定的，由麦克斯韦电磁场理论可
知其周围空间不会产生电场，A、B错误；题中C选项描述的是周期性变化的磁
场，它能产生同频率周期性变化的电场，且磁通量的变化率最大时电场强度最 强，其相位差为 ，C正确；题中D所描述的是周期性变化的电场，在其周围空
主题二 电磁振荡 探究点1 电磁振荡的产生 【实验情境】
如图实验装置中开关S为单刀双掷开关，开关刚开始与2连接。
【实验探究】 (1)如图中开关S与2连接对电容器充电后，再把开关S与1连接，观察产生电磁 振荡的实验，会看到什么现象？说明了什么？ 提示：观察到灵敏电流计指针在零点左右摆动，说明电路中产生了交变电流， 即电路中电流的大小、方向做周期性的变化。 (2)在LC振荡电路中，线圈中的磁场在增强时，电容器是在充电还是放电？ 提示：磁场增强，说明电场能在减弱，说明电荷在减少，是放电过程。
3.机械波与电磁波的比较：(科学思维)
研究对象 周期性
传播 情况
产生机理 是否为 横波
机械波 力学现象
位移随时间和空间 做周期性变化
传播需要介质，波 速与介质有关，与 频率无关
由(波源)质点的振 动产生
可以是
电磁波 电磁现象 电场强度E和磁感应强度B随时间和空间 做周期性变化 传播无需介质，在真空中波速总等于光 速c，在介质中传播时，波速与介质及频 率都有关