2019-2020学年高中物理 第14章 电磁波 第1节、第2节 电磁波的发现 电磁振荡课件 新人教

第十四章电磁波〔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。〔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，人类的生活进入了一个新的时代；第二节讲电磁振荡及LC电路的周期及频率，让我们了解电磁波产生的原理；第三、四节讲电磁波在社会生活、科技等领域中的应用。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。〔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的影响。第一节电磁波的发现第二节电磁振荡※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1课前预习反馈2课内互动探究3核心素养提升4课内课堂达标5课后课时作业课前预习反馈传大的预言感应电流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________。(2)麦克斯韦对该问题的见解：回路里有________产生，一定是变化的________产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了________移动。(3)该现象的实质：变化的________产生了电场。2．变化的电场产生磁场麦克斯韦大胆地假设，既然变化的磁场能产生电场，变化的电场也会在空间产生________。感应电流磁场定向磁场磁场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________，这一不均匀变化的磁场又引起不均匀变化的________……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________。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________，而且二者均与波的传播方向________，因此电磁波是________波。3．电磁波的速度麦克斯韦指出了光的电磁本性，他预言电磁波的速度等于________。电磁波磁场电场电磁波垂直垂直横光速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赫兹的电火花2．实验现象当感应圈两个金属球间有________跳过时，导线环两个小球间也跳过________。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________。这种电磁场以________的形式在空间传播。当________到达导线环时，它在导线环中激发出________________，使得导线环的空隙中也产生了火花。火花火花电磁场电磁波电磁波感应电动势1．振荡电流大小和方向都做________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________。电磁振荡的产生周期性振荡电路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：(1)放电过程：由于线圈的________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_______。放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到________。该过程电容器储存的________转化为线圈的________。自感减少最大电场能磁场能(2)充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的________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________，极板上的电荷逐渐________，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到________。该过程线圈中的________又转化为电容器的________。此后电容器再放电、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________产生，另外还会有一部分能量以________的形式辐射出去。如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。自感反向充电增加最大磁场能电场能电热电磁波电磁振荡的周期和频率周期性变化1．周期电磁振荡完成一次______________需要的时间叫做周期。2．频率单位时间内完成的________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________周期和________频率。3．周期和频率公式T＝___________，f＝12πLC。周期性固有固有2πLC『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)电磁波中的电场与磁场互相垂直，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。()(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。()(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期。()×√√√√√『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1min，造成这种现象的可能原因是()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BCD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＝2πLC可以知道，周期变短可能是LC的值变小。『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？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播。课内互动探究如图所示是赫兹实验的装置示意图，请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题？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。探究一对麦克斯韦电磁场理论及电磁波的理解一、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。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。(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。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用时，能发生反射、吸收、折射等现象。2.电磁波的波速、波长与频率的关系c＝λfλ＝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，频率越低波速越大。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。(2018·吉林省扶余市第一中学高二下学期期中)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．振荡的电场在周围空间一定产生同频率振荡的磁场D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。〔对点训练1〕(多选)(2018·山东济南市高三模拟)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。如图所示电路叫做电磁振荡电路，又叫做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？探究二振荡过程中各物理量的变化提示：电场能和磁场能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。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＝2πLC和频率f＝12πLC只与自感系统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＝εS4πkd判断；电感L与线圈的匝数、粗细、有无铁芯、长度等因素有关。(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＝2πLC，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＝2πLC，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，但是它们是标量没有方向，所以变化周期T′是振荡周期T的一半，即T′＝T2＝πLC。特别提醒：(1)LC回路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定，与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关，所以称为LC电路的固有周期或固有频率。(2)使用周期公式时，一定要注意单位，T、L、C、f的单位分别是秒(s)、亨(H)、法(F)、赫(Hz)。(多选)如图表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是()A．电容器正在充电B．电感线圈中的磁场能正在增加C．电感线圈中的电流正在增大D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大BCD解题指导：自感电动势正在阻碍电流增大↑由磁场方向结合电容器极板带电→电容器正在放电↓电流增大，磁场能增强解析：由图中磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流向着电容器带负电的极板流动，也就是电容器处于放电过程中，这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流和线圈中磁场能处于增加过程，由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增加。综上所述，B、C、D正确。〔对点训练2〕(多选)要增大如图所示振荡电路的频率，下列说法中正确的是()A．减少电容器的带电荷量B．将开关S从“1”位置拨到“2”位置C．在线圈中插入磁铁棒芯D．将电容器的动片旋出些BD解析：根据公式f＝12πLC可知要增大f，必须减小L和C二者之积。C跟电容器的带电荷量无关，减小两极板的正对面积、增大两极板间的距离，从两极板间抽出电介质都可减小电容C，因此，A不正确，D正确；线圈匝数越少，抽出铁芯，L越小，可见B正确，C不正确。核心素养提升电磁波与机械波的区别与联系机械波电磁波对象研究力学现象研究电磁现象周期性变化的物理量位