高中物理第14章电磁波1、2电磁波的发现、电磁振荡课件新人教版选修34

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(2)同步异变关系 在 LC 振荡过程中,电容器上的三个物理量 q、E、EE 与线圈中的三个物理 量 i、B、EB 是同步异向变化的,即 q、E、EE 同时减小时,i、B、EB 同时增大, 且它们的变化是同步的,也即:q、E、EE↑—同—步—异—向—变—化—→i、B、EB↓. 注意:自感电动势 E 的变化规律与 q-t 图象相对应.
图 14-1-4 u、EE 规律与 q-t 图象相对应;EB 规律与 i-t 图象相对应.
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4.分类分析 (1)同步关系 在 LC 振荡回路发生电磁振荡的过程中,电容器上的物理量:电量 q、电场 强度 E、电场能 EE 是同步变化的,即: q↓→E↓→EE↓(或 q↑→E↑→EE↑) 振荡线圈上的物理量:振荡电流 i、磁感应强度 B、磁场能 EB 也是同步变化 的,即: i↓→B↓→EB↓(或 i↑→B↑→EB↑)
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电磁振荡
[先填空] 1.振荡电流:大方小向和(_f_ā_n_g_x_i都àn随g)时间做周期性迅速变化的电流. 2.振荡电路:能够产生_振__荡__电__流___的电路.最基本的振荡电路为__L_C___振 荡电路. 3.电磁振荡:在 LC 振荡电路中,电容器极板上的电荷量,电路中的电流, 电场和磁场周期性相互转变的过程也就是电场能和磁场能__周__期__性__相互转化的 过程.
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[核心点击]
1.各物理量变化情况一览表
时刻(时间) 工作过程 q
E
i
B
能量
0→T4
放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E 电→E 磁
T4→T2
充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E 磁→E 电
T2→34T 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E 电→E 磁
【答案】
减小
1 4
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6.如图 14-1-7 所示,L 为一电阻可忽略的线圈,D 为一灯泡,C 为电容器, 开关 S 处于闭合状态,灯 D 正常发光,现突然断开 S,并开始计时,画出反映 电容器 a 极板上电荷量 q 随时间变化的图象(q 为正值表示 a 极板带正电).
图 14-1-7
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知识脉络
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电磁场和电磁波
[先填空] 1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设 (1)变化的磁场能够在周围空间产生_电___场__((d如ià图n c1h4ǎ-1n-g1)所示). (2)变化的电场能够在周围空间产磁生场_(_c_í_c_h_ǎ(n如g)图 14-1-2 所示).
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[后思考] 1.变化的磁场一定产生变化的电场吗? 【提示】 不一定.均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场,不均匀 变化的磁场在周围空间产生变化的电场. 2.电磁场与静电场、静磁场相同吗? 【提示】 不同.电磁场是动态的,并且电场和磁场不可分割;静电场、 静磁场单独存在.
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图14-1-1变化的磁场 图14-1-2变化的电场在 在其周围空间产生电场 其周围空间产生磁场
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2.电磁场:变化的电场和变化的磁场交___替___产生,形成不可分割的统一体, 成为电磁场
3.电磁波 (1)电磁波的产生:变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远 地传播的,这种变化的__电__磁___场__在空间的传播称为电磁波. (2)电磁波的特点: ①电磁横波是波_(_h__é_n_g_b,ō电) 磁波在空间传播不需介要质__(_j_iè_z_h;ì) ②电磁波的波长、频率、波速的关系:v=_λ_f__,在真空中,电磁波的速度 c=___3_.0__×__1_0_8__m/s. (3)电磁波能产生反射折、射__(_z_h_é_s、hè干) 涉和__衍__射__等现象.
干涉
可以发生
可以发生
衍射
可以发生
可以发生
横波
可以是

纵波
可以是
不是
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1.关于电磁场理论的叙述,正确的是( ) A.变化的磁场周围一定存在着电场,与是否有闭合电路无关 B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场 C.变化的电场和变化的磁场相互关联,形成一个统一的场,即电磁场 D.电场周围一定存在磁场 E.磁场周围一定存在电场
【答案】 赫兹 电磁波 波长 频率 波速 光速
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电磁波的特点 1.电磁波有波的一切特点:能发生反射、折射现象;能产生干涉、衍射等 现象. 2.电磁波是横波.在电磁波中,每处的电场强度和磁感应强度方向总是互 相垂直的,并且都跟那里的电磁波的传播方向垂直. 3.电磁波可以在真空中传播,向外传播的是电磁能.
机械波
电磁波
研究对象
力学现象
电磁现象
周期性变化 位移随时间和空间做周期 电场强度 E 和磁感应强度 B 随时间
的物理量 性变化
和空间做周期性变化
传播无需介质,在真空中波速总是
传播需要介质,波速与介
传播
c,在介质中传播时,波速与介质及
质有关,与频率无关
频率都有关系
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产生 由质点(波源)的振动产生 由周期性变化的电流(电磁振荡)激发
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(2)赫兹的其他成果 赫兹观察到了电磁波的反射折、射__(_z_h_é_s_干h、è涉)__(_g_ā_n__sh、è偏) 振和衍射等现象.测 量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度 c,证实了麦克斯韦关于光的电磁 场理论.
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[再判断] 1.变化的电场一定产生变化的磁场.(×) 2.恒定电流周围产生磁场,磁场又产生电场.(×) 3.电磁波和光在真空中的传播速度都是 3.0×108 m/s.(√) 4.麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在.(×)
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【解析】
【答案】 ABC
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2.下列关于电磁波的叙述中,正确的是( ) 【导学号:23570130】
A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播 B.电磁波在任何介质中的传播速度均为 3×108 m/s C.电磁波由真空进入介质传播时,波长变短 D.电磁波不能产生干涉、衍射现象 E.电磁波具有波的一切特征
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4.电磁振荡的周期与频率
(1)周期:电磁振荡完成一次周期性变化需要时的间__(_s_h_í_j.iān) (2)频率:1 s 内完成周期性变化次的数__(_c_ì_s_h.ù) 振荡电路里发生无阻尼振蒎时的周期和频率分别叫做_固__有___周期、__固__有__(gùy
频率.
34T→T 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E 磁→E 电
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2.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图象(如图 14-1-3 所示)
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图 14-1-3
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3.板间电压 u、电场能 EE、磁场能 EB 随时间变化的图象(如图 14-1-4 所示)
【答案】 ACE
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3.麦克斯韦建立了完整的电磁场理论,______用实验证明了麦克斯韦预言 的正确性,第一次发现了________,测定了电磁波的________和________,得 到了电磁波的________,证实在真空中它等于________.
【解析】 赫兹用实验验证了麦克斯韦电磁场理论的正确性,研究出电磁 波的特点及其性质,揭示了光的本质是电磁波.
E.若电容器正在充电,则自感电动势正在阻碍电流增大
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【解析】 本题考查各物理量发生变化的判断方法.由电流的磁场方向和 安培定则可判断振荡电流方向,由于题目中未标明电容器两极板的带电情况, 可分两种情况讨论:(1)若该时刻电容器上极板带正电,则可知电容器处于放电 阶段,电流增大,则 C 对,A 错;(2)若该时刻电容器下极板带正电,可知电容 器处于充电状态,电流在减小,则 B 对,由楞次定律可判定 D 对 E 错.故正确 答案为 BCD.【答案】 Βιβλιοθήκη CD第三十三页,共39页。
5.如图 14-1-6 所示,LC 电路的 L 不变,C 可调,要使振荡的频率从 700 Hz 变为 1 400 Hz,则把电容________到原来的________. 【导学号:23570131】
图 14-1-6
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【解析】 由题意,频率变为原来的 2 倍,则周期就变为原来的12,由 T= 2π LC,L 不变,当 C=14C0 时符合要求.
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4.LC 振荡电路中,某时刻磁场方向如图 14-1-5 所示,则下
列说法正确的是( )
A.若磁场正在减弱,则电容器上极板带正电
B.若电容器正在充电,则电容器下极板带正电 C.若电容器上极板带正电,则线圈中电流正在增大
图1415
D.若电容器正在放电,则自感电动势正在阻碍电流增大






(
x
u
é
y
è)

知 识
层 测



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1 电磁波的发现 2 电磁振荡
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学习目标 1.了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学发展史上的意义. 2.了解电磁波的基本特点及其发现过程,通过电磁波体会电磁场的物质 性.(重点) 3.理解振荡电流、振荡电路及 LC 电路的概念,了解 LC 回路中振荡电流的 产生过程.(难点) 4.了解电磁振荡的周期与频率,会求 LC 电路的周期与频率.
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4.赫兹的电火花 (1)赫兹实验的分析 和高压感应线圈相连的抛光金属球间产生电火花时,空间出现了迅速变化 的感电应磁电场应电,这种变化的电磁场以电磁波的形式传到了导线环,导线环中激 发感出应感(g应ǎn电yì应ng电)电感动,势使与导线环相连的金属球间也产生了电火花.这个导线环 实际上是电磁波的检测器. 结论:赫兹实验证实了感应电电磁应波电的存在,检验了麦克斯韦电磁场理论的 正确性.
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【解析】 开关 S 处于闭合状态时,电流稳定,又因 L 电阻可忽略,因此 电容器 C 两极板间电压为 0,所带电荷量为 0,S 断开的瞬间,D 灯立即熄灭, L、C 组成的振荡电路开始振荡,由于线圈的自感作用,此后的T4时间内,线圈 给电容器充电,电流方向与线圈中原电流方向相同,电流从最大逐渐减为 0,而 电容器极板上电荷量则由 0 增为最大,根据电流流向,此T4时间里,电容器下极 板 b 带正电,所以此T4时间内,a 极板带负电,由 0 增为最大.
恒定的电场不产生磁场
恒定的磁场不产生电场
均匀变化的电场在周围空间产生恒 均匀变化的磁场在周围空间产生恒
定的磁场
定的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生 不均匀变化的磁场在周围空间产生
变化的磁场
变化的电场
振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场
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3.机械波与电磁波的比较
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【解析】 电磁波是交替产生呈周期性变化的电磁场由发生区域向远处传 播而产生,故 A 项正确;电磁波只有在真空中传播时,其速度为 3×108 m/s,故 B 项不正确;电磁波在传播过程中其频率 f 不变,由波速公式 v=λf 知,由于电 磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小,所以可得此时波长变短, 故 C 正确;电磁波是一种波,具有波的一切特性,能产生干涉、衍射等现象, 故 E 项正确,D 项不正确.
[核心点击] 1.电磁场的产生 如果在空间某处有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空 间产生周期性变化的磁场,这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场 ——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 是电磁场.
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2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
1
(3)周期和频率公式:T=__2_π___L_C__,f=__2_π__L_C___.
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[再判断] 1.在振荡电路中,电容器充电完毕磁场能全部转化为电场能.(√) 2.电容器放电完毕,电流最大.(√) 3.L 和 C 越大,电磁振荡的频率越高.(×)
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[后思考] 1.在 LC 振荡电路一次全振动的过程中,电容器充电几次?它们的充电电 流方向相同吗? 【提示】 充电两次,充电电流方向不相同. 2.在电磁振荡的过程中,电场能与磁场能相互转化,什么时候磁场能最大? 【提示】 放电刚结束时,电场能全部转化成了磁场能.
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