高中物理 14.1 电磁波的发现 电磁振荡课件 新人教版选修34.ppt

第十四章 电磁波 目标定位1 了解麦克斯韦电磁场理论的基本观点以及在物理学发展史上的意义 2 了解电磁波的特点及其发展过程 通过电磁波体会电磁场的物理性质 3 了解振荡电流 振荡电路及lc电路的振荡过程 会求lc电路的周期与频率 第1讲电磁波的发现电磁振荡 一 电磁波的发现1 伟大的预言 1 麦克斯韦电磁场理论的基本观点 的磁场产生电场 的电场产生磁场 变化 变化 2 如果在空间某区域中有变化的电场 那么它就在空间引起变化的磁场 这个的磁场又引起新的的电场 于是 变化的和变化的交替产生 由近及远向周围传播 形成了 周期性 周期性 变化 变化 电场 磁场 电磁波 2 电磁波 1 根据麦克斯韦电磁场理论 电磁波在真空中传播时 它的电场强度与磁感应强度互相 而且二者均与波的传播方向 因此电磁波是 2 电磁波在真空中传播的速度等于 麦克斯韦指出了光的本质 垂直 垂直 横波 光速c 电磁 3 赫兹的电火花赫兹做了一系列的实验 观察到了电磁波的反射 衍射和偏振等现象 并通过测量证明 电磁波在真空中具有与相同的速度 这样 赫兹证实了麦克斯韦关于光的 赫兹在人类历史上首先捕捉到了 折射 干涉 光 电磁理论 电磁波 想一想空间存在如图1所示的电场 那么在空间能不能产生磁场 在空间能不能形成电磁波 图1 答案如图所示的电场是均匀变化的 根据麦克斯韦电磁场理论可知会在空间激发出磁场 但磁场恒定 不会激发出新的电场 故不会产生电磁波 二 电磁振荡1 电磁振荡的产生 1 振荡电流和振荡电路 振荡电流 大小和都做周期性迅速变化的电流 振荡电路 产生的电路 最简单的振荡电路为lc振荡电路 方向 振荡电流 2 电磁振荡的过程放电过程 由于线圈的自感作用 放电电流由零逐渐增大 电容器极板上的电荷 电容器里的电场逐渐减弱 线圈的磁场逐渐增强 电场能逐渐转化为 振荡电流逐渐增大 放电完毕 电流达到最大 电场能全部转化为磁场能 逐渐减少 磁场能 充电过程 电容器放电完毕后 由于线圈的自感作用 电流保持逐渐减小 电容器将进行 线圈的磁场逐渐减弱 电容器里的电场逐渐增强 磁场能逐渐转化为电场能 振荡电流逐渐减小 充电完毕 电流减小为零 磁场能全部转化为电场能 此后 这样充电和放电的过程反复进行下去 原来的方向 反向充电 2 电磁振荡的周期和频率 1 电磁振荡的周期t 电磁振荡完成一次需要的时间 2 电磁振荡的频率f 1s内完成的周期性变化的 3 lc电路的周期t 频率f与自感系数l 电容c的关系是t 2 f 周期性变化 次数 一 对麦克斯韦电磁场理论的理解1 恒定的磁场不会产生电场 同样 恒定的电场也不会产生磁场 2 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 同样 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 3 周期性变化的磁场在周围空间产生同频率周期性变化的电场 同样 周期性变化的电场在周围空间产生同频率周期性变化的磁场 例1关于电磁场理论 下列说法正确的是 a 在电场周围一定产生磁场 磁场周围一定产生电场b 在变化的电场周围一定产生变化的磁场 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 周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场 解析根据麦克斯韦电磁场理论 只有变化的电场能产生磁场 均匀变化的电场产生稳定的磁场 非均匀变化的电场才产生变化的磁场 答案d 针对训练某电路中电场随时间变化的图象如下列各图所示 能发射电磁波的电场是 解析图a中电场不随时间变化 不会产生磁场 图b和c中电场都随时间做均匀的变化 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中电场随时间做不均匀的变化 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 能发射电磁波 答案d 二 电磁波与机械波的比较1 电磁波和机械波的共同点 1 二者都能产生干涉和衍射 2 二者在不同介质中传播时频率不变 3 二者都满足波的公式v f 2 电磁波和机械波的区别 1 二者本质不同电磁波是电磁场的传播 机械波是质点机械振动的传播 2 传播机理不同电磁波的传播机理是电磁场交替感应 机械波的传播机理是质点间的机械作用 3 电磁波传播不需要介质 而机械波传播需要介质 4 电磁波是横波 机械波既有横波又有纵波 甚至有的机械波同时有横波和纵波 例如地震波 例2以下关于机械波与电磁波的说法中 正确的是 a 机械波和电磁波 本质上是一致的b 机械波的波速只与介质有关 而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关 而且与电磁波的频率有关c 机械波可能是纵波 而电磁波必定是横波d 它们都能发生反射 折射 干涉和衍射现象 解析机械波由振动产生 电磁波由周期性变化的电场 或磁场 产生 机械波是能量波 传播需要介质 速度由介质决定 电磁波是物质波 波速由介质和自身的频率共同决定 机械波有横波 也有纵波 而电磁波一定是横波 它们都能发生反射 折射 干涉和衍射等现象 故选项b c d正确 答案bcd 借题发挥机械波的传播速度完全由介质决定 而电磁波的传播速度是由介质和频率共同决定 三 电磁振荡中各物理量的变化情况如图2所示 图2 例3某时刻lc振荡电路的状态如图3所示 则此时刻 a 振荡电流i在减小b 振荡电流i在增大c 电场能正在向磁场能转化d 磁场能正在向电场能转化 图3 解析题图中电容器上极板带正电荷 图中给出的振荡电流方向 说明负电荷向下极板聚集 所以电容器正在充电 电容器充电的过程中 电流减小 磁场能向电场能转化 所以a d选项正确 答案ad 借题发挥在电磁振荡中各物理量变化是有规律的 我们要熟悉各物理量变化的特点 特别抓住关键的电量和电流的变化 电量变大 电场强度 电场能变大 电流则变小 磁感应强度 磁场能变小 判断出充 放电情况是解决问题的关键 麦克斯韦电磁场理论1 下列说法中正确的是 a 任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场 振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场b 任何电场都要在周围空间产生磁场 振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 c 任何变化的电场都要在周围空间产生磁场 振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场d 电场和磁场总是相互联系着 形成一个不可分割的统一体 即电磁场 解析根据麦克斯韦电磁场理论 如果电场 磁场 的变化是均匀的 产生的磁场 电场 是稳定的 如果电场 磁场 的变化是不均匀的 产生的磁场 电场 是变化的 振荡电场 磁场 在周围空间产生同频率的振荡磁场 电场 周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着 形成一个不可分割的统一体 即电磁场 故选c 答案c 2 用麦克斯韦的电磁场理论判断 图中表示电场 或磁场 产生磁场 或电场 的正确图象是 解析a图中的左图磁场是稳定的 由麦克斯韦的电磁场理论可知 其周围空间不会产生电场 a图错误 b图中的左图是均匀变化的电场 应该产生稳定的磁场 右图的磁场应是稳定的 所以b图错误 c图中的左图是振荡的磁场 它能产生同频率的振荡电场 且相位相差 c图正确 d图错误 答案c 电磁波的特点3 下列关于电磁波的说法中 正确的是 a 电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播b 电磁波在任何介质中的传播速度均为3 0 108m sc 电磁波由真空进入介质传播时 波长将变短d 电磁波不能产生干涉 衍射现象 解析电磁波在真空中的传播速度为光速c 3 0 108m s 且c f 从一种介质进入另一种介质 频率不变 但速度 波长会变 电磁波仍具有波的特征 电磁波只有在真空中的速度才为3 0 108m s 在其他介质中的传播速度小于3 0 108m s 答案ac 电磁振荡4 在lc回路中 电容器两端的电压随时间t变化的关系如图4所示 则 a 在时刻t1 电路中的电流最大b 在时刻t2 电路中的磁场能最大c 从时刻t2至t3 电路的电场能不断增大d 从时刻t3至t4 电容器的带电荷量不断增