2019-2020学年高中物理 第十四章 第1节 电磁波的发现 第2节 电磁振荡课件 新人教版选修3

第十四章电磁波第1节电磁波的发现第2节电磁振荡第十四章电磁波1.了解麦克斯韦电磁场理论的基本观点以及在物理学发展史上的意义．2.了解电磁波的特点及其发展过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质．3.了解振荡电流、振荡电路及LC电路的振荡过程，会求LC电路的周期与频率．一、电磁波的发现1．伟大的预言(1)麦克斯韦电磁场理论：英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象成果的基础上，建立了完整的电磁场理论．可定性表述为：______的磁场产生电场，______的电场产生磁场．变化变化(2)麦克斯韦对电磁波的预言(电磁波的产生)：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场…于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成了________．2．电磁波(1)电磁波中的电场强度与磁感应强度互相______，而且二者均与波的传播方向______，因此电磁波是______．(2)电磁波的速度______光速，光的本质是________．电磁波垂直垂直横波等于电磁波3．赫兹的电火花(1)______通过实验证实了电磁波的存在．(2)赫兹的其他实验成果：赫兹通过一系列的实验，观察到了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振现象，并通过测量证明，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．赫兹二、电磁振荡1．电磁振荡的产生(1)振荡电流和振荡电路①振荡电流：大小和______都做周期性迅速变化的电流．②振荡电路：产生__________的电路．最简单的振荡电路为LC振荡电路．(2)电磁振荡的过程在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________相互转化的过程．方向振荡电流周期性2．电磁振荡的周期和频率(1)电磁振荡的周期T：电磁振荡完成一次____________需要的时间．(2)电磁振荡的频率f：1s内完成的周期性变化的______．(3)LC电路的周期T、频率f与自感系数L、电容C的关系是T＝____________、f＝_____________.周期性变化次数2πLC12πLC判一判(1)电磁波是横波．()(2)麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在．()(3)变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场．()(4)在LC振荡电路中，回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大．()√√×√(5)在LC振荡电路中，电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小．()(6)振荡电流的大小和方向均不断变化．()(7)电磁振荡的固有周期与电流的变化有关．()×√×麦克斯韦的电磁场理论1．对麦克斯韦电磁场理论的理解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定的磁场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电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生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2．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．(多选)如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动．若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，设运动过程中小球所带电荷量不变，那么()A．小球对玻璃圆环的压力不断增大B．小球受到的磁场力不断增大C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动D．磁场力对小球一直不做功[解析]玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电的小球做功．由楞次定律，判断电场方向为顺时针方向．在电场力作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，后沿顺时针方向做加速运动．小球在水平面内沿玻璃圆环半径方向受两个力作用：环的弹力FN和磁场的洛伦兹力F＝Bqv，而且两个力的矢量和时刻等于小球做圆周运动的向心力．考虑小球速度大小、方向以及磁场强弱的变化，弹力FN和洛伦兹力F不一定始终在增大．磁场力始终与圆周运动的线速度方向垂直，所以磁场力对小球不做功．[答案]CD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解析：选D.根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场(磁场)才能产生磁场(电场)，均匀变化的电场(磁场)产生恒定的磁场(电场)，非均匀变化的电场(磁场)产生变化的磁场(电场)，只有选项D正确.电磁振荡过程中各物理量的变化1．各物理量变化情况一览表时刻(时间)工作过程qEiB能量0→T4放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁T4→T2充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电T2→3T4放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁3T4→T充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电2.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图象如图所示为LC振荡电路中电容器的极板带电荷量随时间变化曲线，下列判断中正确的是()①在b和d时刻，电路中电流最大②在a→b时间内，电场能转变为磁场能③a和c时刻，磁场能为零④在O→a和c→d时间内，电容器被充电A．只有①和③B．只有②和④C．只有④D．只有①②和③[解析]在b、d两时刻，电量为零，故电场能为零，电流最大，磁场能最大，①正确；在a→b时间内，电荷量减小，电场能转变为磁场能，②正确；a、c时刻，电荷量最大，此时电场能最大，磁场能为零，③正确；在O→a时间内，电荷量在增加，故电容器被充电，而c→d时刻，电荷量在减小，电容器在放电，④错误；综上分析，A、B、C错误，D正确．[答案]DLC振荡电路充、放电过程的判断方法(1)根据电流流向判断，当电流流向带正电的极板时，处于充电过程；反之，处于放电过程．(2)根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电量q(U、E)增大时，处于充电过程；反之，处于放电过程．(3)根据能量判断：电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电．如图所示，是处于某一时刻的LC振荡电路的情况，下列说法正确的是()A．电容器正在充电，电场能正转变成磁场能B．电容器正在放电，电场能正转变成磁场能C．电容器正在充电，磁场能正转变成电场能D．电容器正在放电，磁场能正转变成电场能解析：选C.根据图示，可以得到线圈中的电流为逆时针方向(俯视)，而电容器下极板带正电，则电容器正在充电；电容器充电时，电流在减小，电容器电量在增多，则电场能增加，故磁场能减小，故A、B、D错误，C正确．电磁振荡的周期和频率1．固有周期和频率：若振荡过程中无能量损失，也不受其他影响，此时的周期和频率叫做固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率．2．公式：T＝2πLC，f＝12πLC.3．影响电磁振荡的周期和频率的因素由电磁振荡的周期公式T＝2πLC知，要改变电磁振荡的周期和频率，必须改变线圈的自感系统L或电容器的电容C.影响线圈自感系数L的是：线圈的匝数、有无铁芯及线圈的横截面积和长度．匝数越多，自感系数L越大，有铁芯的自感系数比无铁芯的大．影响电容器电容C的是：两极板正对面积S、两极板间介电常数ε以及两极板间距d，由C＝εS4πkd(平行板电容器电容)，不难判断ε、S、d变化时，电容C也变化．(多选)要增大LC振荡电路的频率，下列方法正确的是()A．将正对着的电容器的两个极板错开些B．增大电容器的充电电荷量C．减少自感线圈的匝数D．抽出自感线圈中的铁芯[解析]要使LC振荡电路的频率增大，根据公式T＝2πLC，可减小线圈的自感系数L或减小电容器的电容C；将正对着的电容器的两个极板错开些，正对面积减小，故电容C减小，故选项A正确；增大电容器的充电电荷量，电容不变，故选项B错误；减少自感线圈的匝数，自感系数L减小，故选项C正确；抽出自感线圈中的铁芯，自感系数l减小，故选项D正确．[答案]ACD电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的，现发现电子钟每天要慢30s，造成这一现象的原因可能是()A．电池用久了B．振荡电路中电容器的电感小了C．振荡电路中线圈的电感大了D．振荡电路中的电容器的电容小了解析：选C.电子钟变慢的原因是LC振荡电路的振荡周期变大了，而影响周期的因素是振荡电路中的L和C，这两个物理量有一个或两个变大都会造成振荡周期变大，故C正确．