高二物理选修3-4-14-1-电磁波的发现-LI.ppt

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1、第十四章第十四章 电磁波电磁波 学习目标：学习目标：1.1.描述电磁振荡产生的过程，解释麦克斯韦描述电磁振荡产生的过程，解释麦克斯韦电磁场理论的基本思想电磁场理论的基本思想2.2.说出电磁波的形成及电磁波的基本特点，说出电磁波的形成及电磁波的基本特点，写出写出LCLC电路的振荡周期和频率与电感电容的关电路的振荡周期和频率与电感电容的关系。系。3.3.感受科学家认识事物的科学精神和科学研感受科学家认识事物的科学精神和科学研究方法。究方法。完成完成情况情况4班班优秀小组优秀小组4,10优秀个人优秀个人赵妍，梁雨曦，贺梦薇，高琪，杨迪，赵妍，梁雨曦，贺梦薇，高琪，杨迪，杨丹，周晶，彭小红，雒聪，王招

2、杨丹，周晶，彭小红，雒聪，王招学案反馈学案反馈可圈可点可圈可点完成完成情况情况 1班班优秀小组优秀小组2,5,3,4，7优秀个人优秀个人景萃，王林庆，马敏，鬲芒，王欣，景萃，王林庆，马敏，鬲芒，王欣，丁莎，刘任盼，姚家明，王引，刘雨丁莎，刘任盼，姚家明，王引，刘雨柔，龚晓宁，黄洁，李娇，席墅柔，龚晓宁，黄洁，李娇，席墅学案反馈学案反馈可圈可点可圈可点一、麦克斯韦的电磁场理论一、麦克斯韦的电磁场理论1 1、变化的磁场产生电场、变化的磁场产生电场问题：闭合线圈放在磁场中如何产生电流问题：闭合线圈放在磁场中如何产生电流?穿过闭合回路的磁通量发生变化穿过闭合回路的磁通量发生变化 环中产生感应电流的实质

3、环中产生感应电流的实质:环内产生了电场，电环内产生了电场，电场驱使电子定向移动而产生了电流，电场的方向场驱使电子定向移动而产生了电流，电场的方向与电流方向相同。与电流方向相同。将金属环拿走，将金属环拿走，当磁场变化时的当磁场变化时的电场仍然存在电场仍然存在英国物理学家经典电磁理论的奠基人。英国物理学家经典电磁理论的奠基人。18311831年年6 6月月1313日出生于爱丁堡。日出生于爱丁堡。1515岁那年他的一篇关于卵形曲线画法的论文发岁那年他的一篇关于卵形曲线画法的论文发表在表在爱丁堡皇家学会会刊爱丁堡皇家学会会刊上，比笛卡尔的上，比笛卡尔的方法还简便。方法还简便。1616岁进入爱丁堡大学听

4、课，专攻数学，很重视岁进入爱丁堡大学听课，专攻数学，很重视实验。实验。1919岁考入剑桥大学，岁考入剑桥大学，2323岁以优异的成绩毕业，岁以优异的成绩毕业，并留校工作。并留校工作。2929岁起任伦敦皇家学院物理学和天文学教授。岁起任伦敦皇家学院物理学和天文学教授。18711871年起负责筹划卡文迪许实验室。年起负责筹划卡文迪许实验室。18791879年因癌症逝世，终年年因癌症逝世，终年4848岁。岁。恒定恒定的磁场不产生电场的磁场不产生电场均匀变化均匀变化的磁场产生的磁场产生恒定恒定的电场的电场周期性变化的磁场周期性变化的磁场产生产生同频率同频率的的振荡电场振荡电场非均匀变化的磁场非均匀变化

5、的磁场产生变化的电场产生变化的电场一、麦克斯韦的电磁场理论一、麦克斯韦的电磁场理论1 1、变化的磁场产生电场、变化的磁场产生电场EtOBtOtB OEOt正弦曲线正弦曲线振荡振荡磁场磁场振荡振荡电场电场E E与与B B频率相同频率相同2 2、变化的电场产生磁场、变化的电场产生磁场一、麦克斯韦的电磁场理论一、麦克斯韦的电磁场理论恒定恒定的电场不产生磁场的电场不产生磁场均匀变化均匀变化的电场产生的电场产生恒定恒定的磁场的磁场周期性变化的电场周期性变化的电场产生产生同频率同频率的的振荡磁场振荡磁场非均匀变化的电场非均匀变化的电场产生产生变化的磁场变化的磁场二、电磁场二、电磁场：变化的电场变化的电场和

6、和变化的磁场变化的磁场是相互联系的是相互联系的,形成不可分割的统一体形成不可分割的统一体,这就是电磁场这就是电磁场。说明：说明：电磁场是特殊的物质形态，具电磁场是特殊的物质形态，具 有能量，能相互叠加有能量，能相互叠加 是空间立体的是空间立体的（麦克斯韦（麦克斯韦预言预言电磁波的存在）电磁波的存在）三、电磁波三、电磁波1 1、定义：变化的、定义：变化的电场和电场和变化的变化的磁场磁场交替交替产产生，由发生区域向四周生，由发生区域向四周由近及远由近及远地传播，形地传播，形成电磁波。成电磁波。2 2、电磁波的特点电磁波的特点1 1）电磁波）电磁波是横波是横波：EB V EB V 波速：波速：v=v

7、=/T=/T=f f3 3)电磁波的电磁波的频率由振源决定频率由振源决定，同一电磁波在不同介，同一电磁波在不同介质中传播，质中传播，v v和和变化，变化，v v介介CC2 2）电磁波可以在）电磁波可以在真空真空中中传播传播速度等于光速速度等于光速c c=3=310 10 8 8m/sm/s5 5）电磁波具有波的共性，能发生）电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应射、多普勒效应和和偏振偏振现象。现象。6 6）电磁波有）电磁波有能量能量。4 4)不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f f越高，越高，v v越小；越小；

8、f f越低，越低，v v越大越大3 3、赫兹赫兹用用实验证实实验证实电磁波的存在：电磁波的存在：令人振奋的电火花令人振奋的电火花1 1）观察到了电磁波的反射）观察到了电磁波的反射,折射折射,干涉干涉,偏振和偏振和衍射等现象衍射等现象.2 2）还测量出光的）还测量出光的和和f f，算出电磁波和光有相，算出电磁波和光有相同的速度同的速度.3 3）奠定了无线电技术基础）奠定了无线电技术基础赫兹在人类历史上赫兹在人类历史上首先首先捕捉到了电磁波捕捉到了电磁波4.4.电磁波与机械波比较：电磁波与机械波比较：1 1）传播条件：）传播条件：2 2）传播规律：）传播规律：3 3）传播本质：）传播本质：4 4）

9、产生本质不同：）产生本质不同：机械波传播机械波传播需要介质需要介质，而电而电磁波磁波不需要介质不需要介质也能传播。也能传播。都遵循都遵循“V=f=/TV=f=/T”这个关这个关系式；且电磁波也能发生反射、系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。折射、衍射、干涉等现象。机械波传播的是机械波传播的是机械能机械能，电磁波传播的是电磁波传播的是电磁能。电磁能。机械波是机械波是机械振动产生机械振动产生，电磁波是电磁波是电磁振荡产生电磁振荡产生。四、麦克斯韦的电磁场理论的意义四、麦克斯韦的电磁场理论的意义1 1、实现了电磁光的统一，被认为实现了电磁光的统一，被认为是是1919世纪科学史上最伟大

10、的统一世纪科学史上最伟大的统一2 2、实现了从经典物理学向现代物实现了从经典物理学向现代物理学的重大转折理学的重大转折非均匀变非均匀变化的磁场化的磁场变变化化电电场场若是均匀变化若是均匀变化稳定磁场稳定磁场不再激发不再激发若非均匀变化若非均匀变化变化磁场变化磁场若是均匀变化若是均匀变化稳定电场稳定电场若非均匀变化若非均匀变化电磁波形成示意图：电磁波形成示意图：电磁波的特性：电磁波的特性：a.a.不需要传播介质不需要传播介质,可以在真空中传播。可以在真空中传播。b.b.传播速度等于光速。传播速度等于光速。c.c.光是一种电磁波。光是一种电磁波。激激发发激激发发激激发发激激发发第十四章第十四章 电

11、磁波电磁波14.2 电磁振荡+1.振荡电流振荡电流:这种电路产生这种电路产生 的大小和方向做周期性变的大小和方向做周期性变 化的电流化的电流,叫振荡电流叫振荡电流.2.能够产生振荡电流的电路叫能够产生振荡电流的电路叫振荡电路振荡电路.如图如图 示是一种简单的振荡电路示是一种简单的振荡电路,称称LC振荡电路振荡电路.说明说明:由由LC回路产生的振荡电流也是一回路产生的振荡电流也是一种种交变电流交变电流,只是它的频率比照明用交变电流只是它的频率比照明用交变电流的的频率高频率高得多得多.3.LC回路产生的振荡电流按回路产生的振荡电流按正弦规律正弦规律变化变化.CSLG一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的

12、产生电容器电容器具有充、放电作用线圈线圈具有自感作用L +CUCULLUCULL二、过程分析二、过程分析l电电磁振磁振荡荡中中电电流流i、极板、极板间间的的电压电压u、极板上、极板上的的电电量量q、电场电场能和磁能和磁场场能之能之间间的的对应对应关系关系(1)、两个物理过程：、两个物理过程：放电过程；电场能转化为磁场能，放电过程；电场能转化为磁场能，q i充电过程：磁场能转化为电场能，充电过程：磁场能转化为电场能，q i充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小。能最大，磁场能最小。放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场放电完毕状

13、态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小。能最大，电场能最小。LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：(2)、两个特殊状态：、两个特殊状态：1 1、电磁振荡的特点：、电磁振荡的特点：2 2、电磁振荡的变化规律：、电磁振荡的变化规律：电场能电场能磁场能磁场能放电放电充电充电电容器电压电容器电压（E）电容器带电量电容器带电量电路中电流电路中电流同同步步变变化化同同步步变变化化步调相反步调相反磁感应强度磁感应强度B3、变化规律的图象描述：、变化规律的图象描述：qtot电场能电场能oito注意：注意：（1）图像应用时充分利用）图像应用时充分利用

14、“同步、异步同步、异步”（2）EL（UL）的变化规律）的变化规律磁场能磁场能t（E U）（B）4、电磁振荡的物理实质：、电磁振荡的物理实质：（1）q、i、E(U)、B都在发生周期性都在发生周期性的变化；的变化；（2）电场能磁场能发生周期性的转化。）电场能磁场能发生周期性的转化。3.等幅振荡（实际应用）等幅振荡（实际应用）1.无阻尼振荡（理想）无阻尼振荡（理想）ito2.阻尼振荡（实际）阻尼振荡（实际）ito三、阻尼振荡和无阻尼振荡三、阻尼振荡和无阻尼振荡电电磁磁振振荡荡与与简简谐谐运运动动有有很很多多相相似似之之处处，它它们们的的运运动动都都有有周周期期性性，我我们们知知道道自自由由振振动动的

15、的周周期期只只与与振振动动系系统统本本身身的的特特性性有有关关，那那么么电电磁磁振振荡荡的的周周期期或或频频率率是是由由什什么么因因素素决定的呢？决定的呢？四、电磁振荡的周期和频率四、电磁振荡的周期和频率1 1周周期期和和频频率率：电电磁磁振振荡荡完完成成一一次次周周期期性性变变化化所所需需的的时时间间叫叫做做周周期期，一一秒秒钟钟内内完完成成周周期期变变化化的的次次数数叫叫做做频频率率 LCLC回回路路的的周周期期和和频频率率由由回回路路本本身身的的特特性性决决定定这这种种由由振振荡荡回回路路本本身身特特性性所所决决定定的的振振荡荡周周期期（或或频频率率）叫叫做做振振荡荡电电路路的的固固有有

16、周周期期（或或固固有有频频率率），简简称称振振荡荡电电路的周期（或频率）路的周期（或频率）2 2在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化能（或磁场能）完成两次周期性变化l大量实验表明：大量实验表明：（1 1）电容增大时，周期变长（频率变低）；）电容增大时，周期变长（频率变低）；（2 2）电感增大时，周期变长（频率变低）；）电感增大时，周期变长（频率变低）；（3 3）电压升高时，周期不变（频率不变）电压升高时，周期不变（频率不变）结结果果表表明明，LCLC回回路路的的周周期期和和频频率率只只与与电电容容C C和和自自感感

17、L L有关，跟电容器的带电多少和回路电流大小无关有关，跟电容器的带电多少和回路电流大小无关l定性解释定性解释：电电容容越越大大，电电容容器器容容纳纳电电荷荷就就越越多多，充充电电和和放放电电所所需需的的时时间间就就越越长长，因因此此周周期期越越长长，频频率率越越低低；自自感感越越大大，线线圈圈阻阻碍碍电电流流变变化化的的作作用用就就越越大大，使使电电流流的的变变化化越越缓缓慢慢，因因此此周周期越长，频率越低期越长，频率越低LC回路的周期和频率公式回路的周期和频率公式（1 1）式式中中各各物物理理量量T T、L L、C C、f f的的单单位位分分别别是是s s、H H、F F、HzHz（2 2）

18、适适当当地地选选择择电电容容器器和和线线圈圈，可可使使振振荡荡电电路路物物周周期期和频率符合我们的需要和频率符合我们的需要 （3 3）电场能、磁场能变化的周期为）电场能、磁场能变化的周期为T=T/2T=T/2电磁振荡与机械振动类比：电磁振荡与机械振动类比：iv q(u)h E磁磁 Ek E电电 Ep振振荡荡电电路路+放电放电放电放电充电充电充电充电单单摆摆第一类：电容器的电荷第一类：电容器的电荷q、电压、电压u、电场、电场E、电场能电场能E电电、线圈的自感电动势、线圈的自感电动势e自自第二类：线圈的电流第二类：线圈的电流i、磁场、磁场B、磁场能、磁场能E磁磁两类量的变化规律相反两类量的变化规律

19、相反.即第一类增大时即第一类增大时第二类减小第二类减小;第一类达最大时第二类为零第一类达最大时第二类为零.两类量两类量:LC振荡电路产生振荡电流的物理原因是振荡电路产生振荡电流的物理原因是电容器的充放电作用和线圈的自感作用；电容器的充放电作用和线圈的自感作用；LC振荡电路产生振荡电流的物理实质是振荡电路产生振荡电流的物理实质是电场能和磁场能的周期性转换。电场能和磁场能的周期性转换。在解决振荡电路问题时在解决振荡电路问题时,电场能与磁场电场能与磁场能的交替转化是解决问题的能的交替转化是解决问题的线索和关键线索和关键;与与电场能和磁场能相关的各量的变化规律是电场能和磁场能相关的各量的变化规律是解决

20、问题的解决问题的依据依据;q-t和和i-t图线及其相互转化图线及其相互转化是解决问题的是解决问题的直观手段直观手段.小结小结n1 1、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（说法中正确的是（）nA A、恒定的磁场在周围产生恒定的电场、恒定的磁场在周围产生恒定的电场nB B、变化的磁场在周围产生变化的电场、变化的磁场在周围产生变化的电场nC C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场化的电场nD D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场电场例与练例与练均匀变化均匀变化的磁场（电场）产的磁场（电场）

21、产生生恒定恒定的电场（磁场）的电场（磁场）Dn2 2、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中不正确的是（说法中不正确的是（）nA A、振荡的磁场在周围产生恒定的电场、振荡的磁场在周围产生恒定的电场nB B、振荡的磁场在周围产生均匀变化的、振荡的磁场在周围产生均匀变化的电场电场nC C、振荡的电场在周围产生不同频率的、振荡的电场在周围产生不同频率的振荡磁场振荡磁场nD D、振荡的电场在周围产生同频率的振、振荡的电场在周围产生同频率的振荡磁场荡磁场例与练例与练振荡振荡磁场（电场）产生磁场（电场）产生同频同频率的振荡率的振荡电场（磁场）电场（磁场）Dn3 3、关于电磁波

22、，下列说法中正确的是关于电磁波，下列说法中正确的是nA A、均匀变化的电场和均匀变化的磁场、均匀变化的电场和均匀变化的磁场互相激发，由产生处向远处传播形成互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波电磁波nB B、振荡电场和振荡磁场互相激发，由、振荡电场和振荡磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波产生处向远处传播形成电磁波nC C、电磁波的振荡电场和振荡磁场方向、电磁波的振荡电场和振荡磁场方向互相垂直，且与传播方向互相垂直互相垂直，且与传播方向互相垂直nD D、电磁波能够发生反射、干涉、衍射、电磁波能够发生反射、干涉、衍射、偏振现象偏振现象例与练例与练电磁波是电磁波是横波横波BCDn4 4、比较

23、电磁波和机械波，下列说法中、比较电磁波和机械波，下列说法中正确的是（）正确的是（）nA A、电磁波和机械波都可以在真空中传、电磁波和机械波都可以在真空中传播播nB B、电磁波和机械波都是传递能量的一、电磁波和机械波都是传递能量的一种形式种形式nC C、电磁波和机械波都能产生反射、干、电磁波和机械波都能产生反射、干涉、衍射、偏振现象涉、衍射、偏振现象nD D、电磁波和声波都是纵波、电磁波和声波都是纵波例与练例与练机械波只能在机械波只能在介质介质中传播中传播电磁波是电磁波是横波，横波，声波是声波是纵波纵波BC5 5、任何电磁波在真空中都具有相同的（、任何电磁波在真空中都具有相同的（）(A)(A)频

24、率频率 (B)(B)波长波长 (C)(C)波速波速 (D)(D)能量能量C C1 1、已已知知LCLC振振荡荡电电路路中中电电容容器器极极板板1 1上上的的电电量量随随时时间变化间变化 的曲线如图所示则（的曲线如图所示则（）A.aA.a、c c两时刻电路中电流最大，方向相同两时刻电路中电流最大，方向相同B.aB.a、c c两时刻电路中电流最大，方向相反两时刻电路中电流最大，方向相反C.bC.b、d d两时刻电路中电流最大，方向相同两时刻电路中电流最大，方向相同D.bD.b、d d两时刻电路中电流最大，方向相反两时刻电路中电流最大，方向相反 2、LC振振荡电路中路中电容器极板上容器极板上电量量q

25、 随随时间t变化的化的图线如如图，由，由图可知：可知：A、在、在t1时刻刻电路中的磁路中的磁场能最小能最小B、从、从t1到到t2，电路中的路中的电流流值不断不断变小小C、从、从t2到到t3，电容器不断充容器不断充电D、在、在t4时刻刻电容器的容器的电场能最小能最小qtt1t2t3t4o 答案：答案：ACD 3.3.当当LCLC振振荡荡电电路路中中电电流流达达到到最最大大值值时时，下列叙述中正确的是（下列叙述中正确的是（）。）。A.A.磁感应强度和电场强度都达到最大值磁感应强度和电场强度都达到最大值B.B.磁感应强度和电场强度都为零磁感应强度和电场强度都为零C.C.磁感应强度最大而电场强度为零磁感应强度最大而电场强度为零D.D.磁感应强度是零而电场强度最大磁感应强度是零而电场强度最大