2012版高三物理一轮复习课件：13.3电磁场和电磁波(大纲版).ppt

第三课时 电磁场和电磁波 1共 45 页 第一关:基础关 展望高考 基础知识 2共 45 页 一麦克斯韦的电磁场理论 知识讲解 变化的磁场能够产生电场,变化的电场能够产生磁场.据这个 理论,周期性变化的电场和磁场相互联系,交替产生,形成一 个不可分割的统一体,即电磁场. 3共 45 页 对麦克斯韦电磁波理论的理解: 恒定的电场不产生磁场. 恒定的磁场不产生电场. 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场. 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场. 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. 4共 45 页 活学活用 1.根据麦克斯韦电磁理论,下列说法正确的是( ) A.电场周围一定产生磁场,磁场周围也一定产生电场 B.变化的电场周围一定产生磁场,变化的磁场周围也一定产生 电场 C.变化的电场周围一定产生变化的磁场 D.电磁波在真空中的传播速度为3.00108 m/s 5共 45 页 解析:根据麦克斯韦的电磁理论,只有变化的电场周围产生磁 场,变化的磁场周围产生电场,但变化的电场周围不一定产 生变化的磁场,如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场,所 以正确的选项是BD. 答案:BD 6共 45 页 二电磁波 知识讲解 1.电磁波的形成:如果在空间某区域中有不均匀变化的电场,那 么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场;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,形成电磁波. 7共 45 页 2.特点 (1)电磁波是横波,电场方向与磁场方向都跟传播方向垂直 .v=f. (2)电磁波的传播不需要介质,在真空中电磁波以光速 c=3.00108 m/s传播. (3)电磁波具有波的共性,能发生反射折射干涉偏振和衍射 等现象. (4)电磁波可以脱离“波源”独立存在. (5)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的 速度小. 8共 45 页 (6)不同电磁波在同一介质中传播时,传播速度不同,频率越高 波速越小,频率越低波速越大. 9共 45 页 活学活用 2.关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是( ) A.电磁波是横波 B.电磁波的传播需要介质 C.电磁波能产生干涉和衍射现象 D.电磁波中电场和磁场的方向处处相互垂直 解析:电磁波传递不需要介质,电磁波的振动方向与传播方向 相垂直,是横波,与其他波同样具有波的基本特征,即能产生 干涉和衍射现象. 答案:ACD 10共 45 页 三电磁波的发射和接收 知识讲解 1.无线电波波段的划分:无线电技术中把波长大于1 mm(频率 低于300 GHz)的电磁波称为无线电波.并按波长(频率)把无 线电波分为若干波段. 11共 45 页 波段波长频率传播方 式 主要用途 长波30000 m3000 m 10 kHz100 kHz地波超远程无 线电 中波3000 m200 m 100 kHz1500 kHz 地波和 天波 通信和导 航 中短 波 200 m50 m 1500 kHz6000 kHz 天波调幅无线 电广播电 报通信短波50 m10 m 6 MHz30 MHz 12共 45 页 微 波 米波10 m1 m30 MHz300 MHz 近似 直线 传播 调频无 线电广 播电视 导航 分米 波 1 m0.1 m300 MHz3000 MHz 直线 传播 电视雷 达导航 厘米 波 10 cm1 cm 3000 MHz30000MHz 毫米 波 10 mm1 mm 30000 MHz300000 MHz 13共 45 页 2.无线电波的发射 (1)发射电路的特点 要有足够高的振荡频率.频率越高,发射电磁波的本领越大. 振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间,这样才 能有效地把能量辐射出去.用开放电路可以有效地把电磁 波辐射出去. 14共 45 页 (2)调制 定义:在电磁波发射技术中,使电磁波随各种信号而改变的 技术叫做调制. 调制的两种方式 a.调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变化,这种调制叫 做调幅(AM). b.调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而变化,这种调制叫 做调频(FM). 15共 45 页 (3)无线电 波的发射过程:由振荡器(常用LC振荡电路)产生高 频振荡电流,用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流 上,再耦合到一个开放电路中激发出无线电波,向四周发射 出去. 16共 45 页 3.无线电波的接收 (1)电谐振:当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率 相同时,接收电路中产生的振荡电流最强,这种现象叫做电 谐振.电谐振是电磁学上的共振现象. (2)调谐:使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐. (3)调解:从接收到的高频电流中还原出所携带的信号的过程 叫做解调.解调是调制的逆过程,调幅波的解调也叫检波. 17共 45 页 (4)无线电波的接收过程:无线接收到的所有电磁波,经调谐选 择出所需要的电磁波,再经解调取出所携带的信号,经放大 后还原成声音或图像. 18共 45 页 四电视与雷达 知识讲解 1.电视 在电视的发射端,用摄像管将光信号转换为电信号,利用电信 号对高频振荡进行调制,然后通过天线把带有信号的电磁 波发射出去;在电视的接收端,通过调谐检波解调等过程 将电信号送到显像管,再由显像管将电信号还原成图像. 19共 45 页 2.雷达 (1)雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备. (2)雷达用的是微波波段,因为电磁波波长越短,传播的直线性 越好,反射性越强.活学活用 20共 45 页 3.雷达是利用电磁波来测定物体的位置和速度的设备,它可以 向一定方向发射不连续的电磁波,当遇到障碍物时要发生 反射.雷达在发射和接收电磁波时,在荧光屏上分别呈现出 一个尖形波.某型号防空雷达发射相邻两次电磁波之间的 时间间隔为510-4 s.现在雷达正在跟踪一个匀速移动的目 标,某时刻在雷达监视屏上显示的雷达波形如图甲所示,30 s后在同一方向上监视屏显示的雷达波形如图乙所示.已知 雷达监视屏上相邻刻线间表示的时间间隔为10-4 s,电磁波 在空气中的传播速度为3108 m/s,则被监视目标的移动速 度最接近( ) 21共 45 页 22共 45 页 A.1200 m/s B.900 m/s C.500 m/s D.300 m/s 解析:根据图甲所示,可知某时刻飞行目标跟雷达距离为 s1=(3108410-4)/2=0.6105 m,同理根据图乙所示算得 30 s后飞行目标跟雷达距离s2=0.45105 m,则被监视目标 的移动速度v=(s1-s2)/t=500 m/s. 答案:C 23共 45 页 第二关:技法关 解读高考 解题技法 24共 45 页 一对麦克斯韦电磁理论的理解 技法讲解 麦克斯韦电磁理论是理解电磁场和电磁波的关键所在,应注意 领会以下内容:变化的磁场可产生电场,产生的电场的性质 是由磁场的变化情况决定的:均匀变化的磁场产生稳定的 电场;非均匀变化的磁场产生变化的电场;振荡的磁场产生 同频率振荡的电场;反之亦然. 麦克斯韦根据自己提出的电磁场理论预言了电磁波的存在 .1888年,德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在,还 通过实验证明了电磁波跟所有的波一样能产生反射折射 衍射等现象. 25共 45 页 典例剖析 【例1】 根据麦克斯韦电磁理论,下列说法正确的是( ) A.电场周围一定产生磁场,磁场周围也一定产生电场 B.变化的电场周围一定产生磁场,变化的磁场周围也一定产生 电场 C.变化的电场周围一定产生变化的磁场 D.变化的磁场周围一定产生变化的电场 26共 45 页 解析 根据麦克斯韦的电磁理论,只有变化的电场周围产生 磁场,变化的磁场周围产生电场,但变化的电场周围不一定 产生变化的磁场,如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场, 所以正确的选项是B. 答案 B 27共 45 页 二电磁波与机械波的区别与联系 技法讲解 机械波在介质中的传播速度由介质决定,与机械波的频率无关 .电磁波在介质中的传播速度不仅取决于介质,还与电磁波 的频率有关,频率越大,传播速度越小. 电磁波本身是物质,所以电磁波的传播不需要别的物质作为介 质.机械波不能在真空中传播,而电磁波可在真空中传播. 电磁波与机械波也有相同之处,两者都是周期性的,都是传播 能量的过程,v=f关系式都适用. 28共 45 页 典例剖析 【例2】 电磁波与声波比较( ) A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质 B.由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大 C.由空气进入水中时,电磁波波长变小,声波波长变大 D.电磁波和声波在介质中的传播速度,都是由介质决定,与频 率无关 29共 45 页 解析 可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析选项A 、B均与事实相符,所以A、B项正确.根据= ,电磁波速 度变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长 变大,所以选项C正确.电磁波在介质中的速度,与介质有关, 也与频率有关,在同一种介质中,频率越大,波速越小,所以选 项D错误,故选ABC. 答案 ABC 30共 45 页 三雷达原理的应用 技法讲解 1.知道雷达的工作原理,明确尖形波的含义是解题的关键. 2.雷达发射的是直线性能好,反射性能强的微波. 3.可以认为无线电波在空间中是匀速传播,波速为 c=3108m/s. 4.从图象上确定发出电磁波到接收到反射波所需的时间. 5.注意电磁波所走的路程是障碍物到雷达距离的2倍. 31共 45 页 典例剖析 【例3】 雷达向远处发射无线电波,每次发射的时间是1s,两 次发射的时间间隔为100s,在指示器的荧光屏上呈现出的 尖形波如图所示,已知图中ab=bc,则障碍物与雷达之间距 离是多大? 32共 45 页 解析 本题主要考查了雷达的工作原理.图中a和c处的尖形 波是雷达向目标发射无线电波时出现的,b处的尖形波是雷 达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的,由ab=bc,可 知无线电波发射到返回所用时间50s. 设障碍物与雷达之间的距离为s,由题意可知无线电波来回时 间t=50s,由2s=ct得 s=ct/2=3.01085010-6/2 m=7.5103 m. 答案 7.5103 m 33共 45 页 第三关:训练关 笑对高考 随堂训练 34共 45 页 1.下述关于电磁场的说法中正确的是( ) A.只要空间某处有变化的电场或磁场,就会在其周围产生电磁 场,从而形成电磁波 B.任何变化的电场周围一定有变化的磁场 C.振荡电场和振荡磁场交替产生,相互依存,形成不可分离的 统一体,即电磁场 D.电磁波的理论在先,实践证明在后 35共 45 页 解析:A错误.若电场变化是均匀的,则不能形成电磁波B错误. 若电场的变化是均匀的,则只能形成稳定的磁场;若电场的 变化是非均匀的,则可形成变化的磁场.英国物理学家麦克 斯韦从理论上预言电磁波的存在,并指出电磁波的特点.如: 电磁波的传播不需介质,它在真空中的速度等于光速,电磁 波是横波等等. 进而说明光是电磁波谱家族中的一员.二十 多年后由德国物理学家赫兹验证.从理论到实践,这是人类 史上伟大的成就之一. 答案:CD 36共 45 页 2.关于电磁场和电磁波,下列叙述中正确的是( ) A.变化的电场能够产生磁场变化的磁场也能够产生电场 B.电磁波和机械波都只能在介质中传播 C.电磁波在空间传播时,电磁能也随着一起传播 D.电磁波穿过两种介质的分界面时频率会发生改变 37共 45 页 解析:由麦克斯韦电磁场理论可知,选项A正确;电磁波可以在 真空中传播,而机械波只能在介质中传播,选项B错;波传播 时,能量随波一起传播,选项C正确;电磁波穿过两种介质的 分界面时频率不变,波长波速发生改变,选项D错. 答案:AC 38共 45 页 3.如图所示内壁光滑、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,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 正比增加的变化磁场,设运动过程中小球带电荷量不变,那 么( ) 39共 45 页 A.小球对玻璃环的压力一定不断增大 B.小球受到的磁场力一定不断增大 C.小球先沿逆时针方向减速运动过一段时间后沿顺时针方向 加速运动 D.磁场力对小球一直不做功 解析:因为玻璃圆环处在均匀变化的磁场空间,所以感应出的 稳定的涡旋电场对带正电的小球做功使小球先逆时针减速 运动后顺时针加速运动,但磁场力时刻与小球圆周运动线 速度垂直所以对小球不做功. 40共 45 页 小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力作用:环的挤压力N 和磁场的洛伦兹力f=Bqv,而且两个力的矢量和时刻等于小 球圆周运动的向心力.考虑到小球速度大小的变化和方向 的变化以及磁场强弱的变化,挤压力N和洛伦兹力f不一定 始终在增大. 综上分析各选项中应该是C、D正确. 答案:CD 41共 45 页 4.如图所示为调幅振荡电流图象,此电流存在于电磁波发射和 接收中的哪些阶段( ) A.经调制后 B.经调谐后 C.经检波后 D.耳机中 42共 45 页 解析:为了把信号传递出去,需要将信号“加”到高频振荡电流上 ,这就是调制.调制的方法之一是使高频振荡电流的振幅随 信号而变化,成为调幅振荡电流,这就是调幅.在接收电路中, 经过调谐,使回路与所需接收的电磁波产生电谐波,回路中 将会出现调幅振荡电流.经检波后,接收到的振荡电流将被“ 切”去一半,得到单向脉动电流,而在耳机中只有随信