高中物理 第14章 第1、2节 电磁波的发现课件 新人教版选修34.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 4 电磁波 第十四章 第一节电磁波的发现第二节电磁振荡 第十四章 当我们看到东方明珠电视塔 卫星接收天线 从电视中欣赏到 神舟 九号飞船的发射过程和 嫦娥一号 传回的月球高清晰度图片 以及用手机同远方的亲友通话时 我们都会感到电磁波的神奇 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 伟大的预言 感应 电流 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 感应电流 磁场 定向 磁场 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 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 电磁波 磁场 电场 电磁波 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 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 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 电磁振荡的周期和频率 周期性变化 周期性 固有 固有 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 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 物理与日常生活 高压线向远方输送着大量电能 如果居民的房屋在高压线下边不远处 对人会有影响吗 答案 高压线中通过的是三相交流电 每相电流都是按正弦规律变化的交变电流 这就满足了产生电磁场的条件 如果人长期处在较强电磁场中会受到电磁场的影响 在变压电站的工作人员都有电磁辐射费 这也说明电磁辐射对人体会产生不好的作用 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 三 电磁波与机械波的区别与联系 手机a的号码为12345670002 手机b的号码为12345670008 手机a拨手机b时 手机b发出响声并且显示屏上显示a的号码为12345670002 若手机a置于一透明真空罩中 用手机b拨叫手机a 则 a 发出响声 并显示b的号码为12345670008b 不发出响声 但显示b的号码为12345670008c 不发出响声 但显示b的号码为12345670002d 即不发出响声 也不显示号码答案 b 解析 电磁波可以在真空中传播 而声波传播则需要介质 当手机b拨打手机a时 a置于一透明真空罩中 a能显示b的号码 不能发出响声 即b正确 四 电磁振荡的产生过程1 电磁振荡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 阻尼振荡和无阻尼振荡 1 无阻尼振荡 没有能量损耗的电磁振荡 无阻尼振荡必是等幅振荡 如图甲所示 2 阻尼振荡 有能量损耗的振荡 若能量得不到补充 振幅会逐渐减小 如图乙所示 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 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均减小了答案 bcd 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 麦克斯韦电磁场理论 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 答案 d点评 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 某电路中电场随时间变化的图象如下图所示 能发射电磁波的电场是哪一种 答案 d 解析 图a中电场不随时间变化 不会产生磁场 图b和c中电场都随时间作均匀的变化 只能在周围产生稳定的磁场 也不会产生和发射电磁波 图d中电场随时间作不均匀的变化 能在周围空间产生变化的磁场 而这磁场的变化也是不均匀的 又能产生变化的电场 从而交织成一个不可分割的统一体 即形成电磁场 才能发射电磁波 电磁波与声波比较 下列说法正确的是 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 电磁波与机械波的区别与联系 答案 abc点评 电磁波是电磁现象 声波是机械波 是力学现象 两者都具有波的特性干涉 衍射等 但它们具有的本质不同 如声波的传播依赖于介质的存在 但电磁波的传播则不需要介质 北京市顺义区牛栏山一中2014 2015学年高二下学期期中 类比是一种有效的学习方法 通过归类和比较 有助于掌握新知识 提高学习效率 在类比过程中 既要找出共同之处 又要抓住不同之处 某同学对机械波和电磁波进行类比 总结出下列内容 其中不正确的是 a 机械波的频率 波长和波速三者满足的关系 对电磁波也适用b 机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象 c 机械波的传播依赖于介质 而电磁波可以在真空中传播d 机械波既有横波又有纵波 而电磁波只有纵波答案 d解析 电磁波是电磁场传播形成的 在传播过程中电场的电场强度e和磁场的磁感应强度b的方向都与波的传播方向垂直 所以电磁波应为横波 故选d 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 对lc电路振荡过程的理解 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 答案 bcd 如图所示 l为一电阻可忽略的线圈 d为一灯泡 c为电容器 开关s处于闭合状态 灯d正常发光 现突然断开s 并开始计时 能正确反映电容器a极板上电量q及lc回路中电流i 规定顺时针方向为正 随时间变化的图象是图2的哪一个 图中q为正值表示a极板带正电 答案 bc 解析 s闭合时 d正常发光 此时电容器两端的电势差为零 根据q cu知 所带的电荷量为零 断开s 由于线圈阻碍电流的变化 电容器反向充电 电量逐渐增大 磁场能转化为电场能 充电完毕后 又开始放电 将电场能转化为磁场能 形成lc振荡电路 电量随时间周期性变化 故b正确 a错误