2013年高中物理 第3章 第1节 电磁波的产生精品课件 鲁科版选修3-4.ppt

第第3章电磁波章电磁波第第1节电磁波的产生节电磁波的产生课前自主学案课前自主学案核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课标定位课标定位知能优化训练知能优化训练 第第1节节课标课标定位定位学学习习目目标标：1.理解理解电电磁振磁振荡荡的的过过程程2了解了解LC振振荡电荡电路的周期和路的周期和频频率率3理理解解麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁场场理理论论的的两两个个要要点点，了了解解电电磁磁场场与与电电磁波的磁波的联联系与区系与区别别以及以及电电磁波的特点磁波的特点重点重点难难点：点：1.电电磁振磁振荡荡的概念及的概念及过过程程2麦克斯麦克斯韦韦的两个基本的两个基本观观点点课前自主学案课前自主学案一、一、电电磁振磁振荡荡1振振荡荡电电流流：大大小小和和_都都周周期期性性变变化化的的电电流流2振振荡荡电电路路：产产生生_的的电电路路基基本本的振的振荡电荡电路路为为_3电电磁振磁振荡荡的的过过程分析程分析(1)放放电电过过程程：由由于于线线圈圈的的自自感感作作用用，放放电电电电流流由由零零逐逐渐渐增增大大，电电容容器器极极板板上上的的电电荷荷_，电电容容器器里里的的电电场场逐逐渐渐减减弱弱，线线圈圈的的磁磁场场逐逐渐渐增增强强，电电场场能能逐逐渐渐转转化化为为_，振振荡荡电电流流逐逐渐渐增增方向方向振振荡电荡电流流LC振振荡电荡电路路逐逐渐渐减少减少磁磁场场能能大，放大，放电电完完毕毕，电电流达到流达到_，电场电场能全能全部部转转化化为为磁磁场场能能(2)充充电电过过程程：电电容容器器放放电电完完毕毕后后，由由于于线线圈圈的的自自感感作作用用，电电流流保保持持_逐逐渐渐减减小小，电电容容器器将将进进行行 _，线线圈圈的的磁磁场场逐逐渐渐减减弱弱，电电容容器器里里的的电电场场逐逐渐渐增增强强，磁磁场场能能逐逐渐渐转转化化为为电电场场能能，振振荡荡电电流流逐逐渐渐减减小小，充充电电完完毕毕，电电流减小流减小为为 _，磁，磁场场能全部能全部转转化化为电场为电场能能此后，此后，这样这样充充电电和放和放电电的的过过程反复程反复进进行下去行下去最大最大原来的方向原来的方向反向充反向充电电零零4电电磁振磁振荡荡在在LC振振荡荡电电路路中中，电电容容器器极极板板上上的的电电荷荷量量，电电路路中中的的电电流流，与与振振荡荡电电流流相相联联系系的的电电场场和和磁磁场场也也周周期期性交替性交替_，电场电场能和磁能和磁场场能相互能相互_5LC电电路的周期和路的周期和频频率率 _(2)单单位位：周周期期T、频频率率f、自自感感系系数数L、电电容容C的的单单位分位分别别是是_、赫、赫兹兹Hz、_、法拉、法拉F.变变化化转转化化秒秒s亨利亨利H思考感悟思考感悟二、麦克斯二、麦克斯韦韦的的预预言言1麦克斯麦克斯韦电韦电磁磁场场理理论论(1)变变化的磁化的磁场场周周围围会会产产生生电场电场麦麦克克斯斯韦韦提提出出，在在变变化化的的磁磁场场周周围围会会激激发发出出一一种种电电场场_，不不管管有有无无闭闭合合电电路路，变变化的磁化的磁场场激激发发的的_总总是存在的是存在的(2)变变化的化的电场电场周周围围会会产产生磁生磁场场麦麦克克斯斯韦韦从从场场的的观观点点得得出出，即即使使没没有有电电流流存存在在，只只要要空空间间某某处处的的电电场场发发生生变变化化，就就会会在在其其周周围围产产生生_涡涡旋旋电场电场涡涡旋旋电场电场涡涡旋磁旋磁场场(3)变变化化的的电电场场和和磁磁场场是是相相互互联联系系的的，形形成成一一个个不可分离的不可分离的统统一一场场，这这就是就是_2电电磁波磁波变变化化的的电电场场周周围围产产生生变变化化的的_，变变化化的的磁磁场场周周围产围产生生变变化的化的_，变变化的化的_和和变变化化的的_相相互互联联系系在在一一起起，就就会会在在空空间间形形成成一一个个统统一一的的，不不可可分分割割的的电电磁磁场场这这种种在在空空间间交交替替变变化化并并传传播播出出去去的的电电磁磁场场就形成了就形成了电电磁波磁波电电磁磁场场磁磁场场电场电场电场电场磁磁场场三、赫三、赫兹实验兹实验1实验结论实验结论：赫：赫兹证实兹证实了了_的存在的存在2实实验验意意义义：证证明明了了_的的预预言言，为为麦麦克克斯斯韦韦的的电电磁磁场场理理论论奠奠定定了了坚坚实实的的实实验验基基础础电电磁波磁波麦克斯麦克斯韦韦核心要点突破核心要点突破一、一、电电磁振磁振荡荡1对对LC振振荡过荡过程的程的认识认识(1)从从振振荡荡的的表表象象上上看看：LC振振荡荡过过程程实实际际上上是是通通过过线线圈圈L以以电电容器容器C充、放充、放电电的的过过程程(2)从从物物理理本本质质上上看看：LC振振荡荡过过程程实实质质上上是是磁磁场场能能和和电电场场能能之之间间通通过过充充、放放电电的的形形式式相相互互转转化化的的过过程程2LC振振荡过荡过程中程中规规律的表达律的表达(1)定性表达在定性表达在LC振振荡过荡过程中，磁程中，磁场场能及与能及与磁磁场场能相关的物理量能相关的物理量(如如线线圈中圈中电电流流强强度、度、线线圈圈电电流周流周围围的磁的磁场场的磁感的磁感应应强强度、穿度、穿过线过线圈的磁圈的磁通量等通量等)和和电场电场能及与能及与电场电场能相关的物理量能相关的物理量(如如电电容器的极板容器的极板间电压间电压、极板、极板间电场间电场的的电场电场强强度、度、极板上极板上电电荷量等荷量等)都随都随时间时间做周期相同的周期性做周期相同的周期性变变化化这这两两组组量中，一量中，一组组最大最大时时，另一，另一组组恰最恰最小；小；一一组组增大增大时时，另一，另一组组正减小正减小这这一特征正是能一特征正是能的的转转化和守恒定律所决定的化和守恒定律所决定的(2)图图象表达：如象表达：如图图311所示所示图图311图图312(3)图图表表达：表表达：时时刻刻工作工作过过程程QEiB能量能量t0放放电电瞬瞬间间QmEm00E电电最大，最大，E磁磁为为零零0T/4放放电过电过程程Qm0Em0oim0BmE电电E磁磁放放电结电结束束00imBmE电电为为零，零，E磁磁最大最大时时刻刻工作工作过过程程QEiB能量能量 充充电过电过程程0Qm0Emim0Bm0E磁磁E电电T/2充充电结电结束束QmEm00E电电最大，最大，E磁磁为为零零T/23T/4放放电过电过程程Qm0Em00im0BmE电电E磁磁3T/4放放电结电结束束00imBmE磁磁最大最大时时刻刻工作工作过过程程QEiB能量能量3T/4T充充电过电过程程0Qm0Emim0Bm0E磁磁E电电T充充电结电结束束QmEm00E磁磁为为零零特特别别提提醒醒：在在振振荡荡电电路路中中，电电容容器器极极板板上上的的电电荷荷量量与与电电压压、电电路路中中的的电电流流，都都是是按按正正弦弦(或或余余弦弦)规规律律变变化化的的，它它们们相相对对时时间间的的变变化化是是不不均均匀匀的的在在最最大大值值处处变变化化率率最最小小，在在零零值值处处变变化化率最大率最大即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1在在LC振振荡荡电电路路中中，下下列列哪哪个个说说法法是是错错误误的的()A电电容器开始放容器开始放电时电时，电电路中路中电电流最大流最大B电电路中路中电电流最大流最大时时，电电路中的路中的电场电场能最小能最小C电电容器放容器放电结电结束束时时，电电路中的路中的电电流最大流最大D电电容器反向充容器反向充电电开始开始时时，电电路中的磁路中的磁场场能最大能最大解解析析：选选A.在在电电容容器器放放电电过过程程中中，电电流流由由零零逐逐渐渐增增大大，线线圈圈中中产产生生的的自自感感电电动动势势虽虽然然和和电电流流方方向向相相反反，要要阻阻碍碍电电流流的的增增大大，但但不不能能阻阻止止电电流流的的增增大大因因此此尽尽管管随随着着放放电电过过程程的的进进行行，加加在在线线圈圈两两端端的的电电压压不不断断减减小小，但但是是线线圈圈中中的的电电流流却却不不断断增增大大，直直至至放放电电结结束束，线线圈圈两两端端电电压压减小减小为为零，零，电电流增流增为为最大最大从从能能量量转转化化的的角角度度更更容容易易理理解解其其大大小小变变化化的的关关系系：在在电电容容器器放放电电过过程程中中，电电容容器器上上的的电电荷荷量量逐逐渐渐减减小小，磁磁场场能能逐逐渐渐增增大大，磁磁场场逐逐渐渐增增强强，这这只只有有电电流流逐逐渐渐增增大大才才能能实实现现直直至至放放电电结结束束，电电容容器器电电荷荷量量为为零零，电电场场能能全全部部转转化化为为磁磁场场能能，电电流达到最大由上述分析可知，流达到最大由上述分析可知，应选应选A.二、二、对对麦克斯麦克斯韦电韦电磁磁场场理理论论的理解的理解即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)图图3132一一个个带带正正电电的的粒粒子子在在垂垂直直于于匀匀强强磁磁场场的的平平面面内内做做匀匀速速圆圆周周运运动动，如如图图313所所示示当当磁感磁感应应强强度均匀增大度均匀增大时时，此粒子的，此粒子的()A动动能不能不变变B动动能增大能增大C动动能减小能减小 D以上情况都可能以上情况都可能解解析析：选选B.当当磁磁感感应应强强度度均均匀匀增增大大时时，根根据据麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁场场理理论论，将将激激起起一一稳稳定定的的电电场场，带带电电粒粒子子将将受受电电场场力力作作用用可可假假想想垂垂直直磁磁场场(或或说说沿沿运运动动平平面面)放放置置一一导导线线环环，由由于于磁磁场场变变化化将将在在环环内内产产生生感感应应电电流流，感感应应电电流流是是电电荷荷受受电电场场力力作作用用定定向向运运动动而而产产生生的的，感感应应电电流流方方向向即即为为产产生生的的电电场场方方向向，进进而而确确定定电电场场力力对对带带正正电电的的粒粒子子做做正正功功，所所以以粒粒子子的的动动能能增增大大故故正正确确答答案案为为B.三、三、电电磁振磁振荡荡的周期和的周期和频频率的影响因素及率的影响因素及应应用用1影影响响因因素素：实实验验表表明明电电容容或或电电感感增增加加时时，周周期期变变长长，频频率率变变低低；电电容容或或电电感感减减小小时时，周周期期变变短，短，频频率率变变高高2应应用用选选择择：适适当当地地选选择择电电容容器器和和线线圈圈，就就可可以以使使振振荡荡电电路路的的周周期期和和频频率率符符合合需需要要在在需需要要改改变变振振荡荡电电路路的的周周期期和和频频率率时时，可可以以用用可可变变电电容容器器和和线线圈圈组组成成电电路路，改改变变电电容容器器的的电电容容，振振荡电荡电路的周期和路的周期和频频率就随之改率就随之改变变即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)3要要想想提提高高电电磁磁振振荡荡的的频频率率，下下列列办办法法中中可可行的是行的是()A线线圈中插入圈中插入铁铁芯芯B提高充提高充电电压电电压C增加增加电电容器两板容器两板间间距离距离D增加增加电电容器两板容器两板间间的正的正对对面面积积课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一对对LC振荡电路的理解振荡电路的理解 在在LC振振荡荡电电路路中中，某某时时刻刻线线圈圈中中磁磁场场方方向向如如图图314所示，所示，则则下列下列说说法正确的是法正确的是()若若磁磁场场正正在在加加强强，则则电电容容器器正正在在放放电电，电电流流方方向向为为ab若磁若磁场场正在减弱，正在减弱，则电场则电场能正在减小，能正在减小，电电容器下极板容器下极板带负电带负电荷荷 例例例例1 1图图314若若磁磁场场正正在在减减弱弱，则则电电场场能能正正在在增增大大，电电容容器下极板器下极板带负电带负电荷荷若若磁磁场场正正在在加加强强，则则电电容容器器正正在在充充电电，电电流流方向方向为为baA BC D【精精讲讲精精析析】在在电电磁磁振振荡荡的的一一个个周周期期内内，磁磁场场加加强强的的过过程程，必必定定是是电电容容器器放放电电过过程程，振振荡荡电电流流增增大大而而电电场场能能减减小小，根根据据线线圈圈磁磁感感线线方方向向，用用安安培培定定则则可可确确定定线线圈圈上上振振荡荡电电流流的的方方向向，从从而而得得知知回回路路中中电电流流方方向向是是ab，注注意意到到这这是是放放电电电电流流，故故电电容容器器下下极极板板带带正正电电荷荷；磁磁场场正正在在减减弱弱的的过过程程，必必定定是是电电容容器器充充电电过过程程，振振荡荡电电流流减减小小而而电电场场能能增增大大，用用安安培培定定则则判判断断此此时时电电流方向仍是流方向仍是ab，但，但这这是充是充电电电电流，故流，故负电负电荷荷不不断断聚聚到到下下极极板板，上上极极板板则则出出现现等等量量正正电电荷荷，电电容容器器两两极极板板的的电电荷荷不不断断增增加加由由以以上上分分析析可可知，本知，本题题正确正确选项应为选项应为A.【答案答案】A【方方法法总总结结】有有关关LC电电路路过过程程分分析析问问题题，要要注意以下两点：注意以下两点：(1)根根据据线线圈圈中中磁磁场场方方向向、电电容容器器极极板板的的正正负负或或电电容容器器两两端端电电压压变变化化，确确定定电电容容器器是是充充电电过过程程还还是放是放电过电过程程(2)熟熟练练掌掌握握电电磁磁振振荡荡时时，电电流流、电电荷荷量量、电电压压、磁磁感感应应强强度度、电电场场强强度度、电电场场能能、磁磁场场能能等等物物理量的周期性理量的周期性变变化特点化特点变变式式训练训练1图图315如如图图315所所示示，振振荡荡电电路路中中线线圈圈自自感感系系数数为为L，电电容容器器的的电电容容为为C，当当电电容容器器刚刚开开始始放放电电时计时时计时，则则下列下列说说法法错误错误的是的是()图图316中中是是一一个个LC振振荡荡电电路路中中的的电电流流变变化化图线图线，根据，根据图线图线可判断可判断()图图316At1时时刻刻电电感感线线圈两端圈两端电压电压最大最大Bt2时时刻刻电电容器两极容器两极间电压为间电压为零零Ct1时时刻刻电电路中只有路中只有电场电场能能Dt1时时刻刻电电容器容器带电带电荷量荷量为为零零例例例例2 2类型二类型二LC电电路的路的图图象分析及象分析及应应用用图图317【精精讲讲精精析析】由由图图象象知知，计计时时开开始始时时，电电容容器器两两极极板板带带电电荷荷量量最最大大，电电流流为为零零，电电容容器器放放电电开开始始，根根据据电电流流随随时时间间的的变变化化规规律律，可可以以在在图图中中画画出出qt图图线线(在在图图317用用虚虚线线表表示示)由由图图线线分分析析可可知知：t1时时刻刻，电电容容器器上上电电荷荷量量为为零零，电电势势差差为为零零，电电场场能能为为零零，故故D对对，A、C皆皆错错；t2时时刻刻电电容容器器电电荷荷量量q最最大大，两两板板间间电电势势差最大，差最大，B错错【答案答案】D【方方法法总总结结】分分析析it图图象象时时，画画出出对对应应的的qt图图象象，并并注注意意到到i与与B、E磁磁变变化化规规律律一一致致，q与与E、E电电、U变变化化规规律律一一致致，可可起起到到事事半半功功倍倍的效果的效果 变变式式训训练练2LC振振荡荡电电路路中中电电容容器器两两端端的的电电压压u随随时时间间t变变化化的的关关系系如如图图318所所示示，则则()图图318A在在t1时时刻，刻，电电路中的路中的电电流最大流最大B在在t2时时刻，刻，电电路中的磁路中的磁场场能最大能最大C从从t2至至t3时间时间内，内，电电路中的路中的电场电场能不断减小能不断减小D从从t3至至t4时间时间内，内，电电容器的容器的带电带电量不断增大量不断增大解解析析：选选B.在在t1时时刻刻，电电容容器器极极板板间间电电压压最最高高，电电路路中中振振荡荡电电流流为为零零；t2时时刻刻，电电容容器器极极板板间间电电压压为为零零，电电路路中中振振荡荡电电流流最最强强，磁磁场场能能最最大大，选选项项A错错误误，B正正确确；在在t2至至t3的的过过程程中中，从从图图可可知知，电电容容器器两两极极板板间间电电压压增增大大，必必有有电电场场能能增增加加，选选项项C错错误误；而而在在t3至至t4的的过过程程中中，电电容容器器两两极极板板间间电电压压减减小小，带带电电量量同同时时减减少少，选选项项D错误错误 关于关于电电磁磁场场理理论论，下列，下列说说法正确的是法正确的是()A在在电场电场周周围围一定一定产产生磁生磁场场，磁，磁场场周周围围一定一定产产生生电场电场B在在变变化的化的电场电场周周围围一定一定产产生生变变化的磁化的磁场场，变变化化的磁的磁场场周周围围一定一定产产生生变变化的化的电场电场C均匀均匀变变化的化的电场电场周周围围一定一定产产生均匀生均匀变变化的磁化的磁场场D周期性周期性变变化的化的电场电场周周围围一定一定产产生周期性生周期性变变化的化的磁磁场场例例例例3 3类型三类型三电电磁磁场场理理论论与与电电磁波磁波【自自主主解解答答】根根据据麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁场场理理论论，只只有有变变化化的的电电场场能能产产生生磁磁场场，均均匀匀变变化化的的电电场场产产生生稳稳定定的的磁磁场场，非非均均匀匀变变化化的的电电场场才才产产生生变变化化的磁的磁场场【答案答案】D【方方法法总总结结】在在理理解解麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁场场理理论论时时，要要注注意意静静电电场场不不产产生生磁磁场场，稳稳定定磁磁场场也也不不产产生生电场电场变变式式训训练练3电电磁磁波波与与声声波波比比较较，下下列列说说法法不不正确的是正确的是()A电电磁磁波波的的传传播播不不需需要要介介质质，声声波波的的传传播播需需要介要介质质B由由空空气气进进入入水水中中时时，电电磁磁波波速速度度变变小小，声声波速度波速度变变大大C由由空空气气进进入入水水中中时时，电电磁磁波波波波长长变变小小，声声波波波波长变长变大大D电电磁磁波波和和声声波波在在介介质质中中的的传传播播速速度度都都是是由由介介质质决定的，与决定的，与频频率无关率无关