高中物理 3.13.2 电磁振荡 电磁场和电磁波课件 教科版选修34 .ppt

第三章电磁振荡电磁波 3 1 3 2电磁振荡电磁场和电磁波 1 了解振荡电流 lc回路中振荡电流的产生过程 会求lc回路的周期与频率 2 了解阻尼振荡和无阻尼振荡 3 了解麦克斯韦电磁理论的基础内容以及在物理发展史上的物理意义 4 了解电磁波的基本特点及其发展过程 通过电磁波体会电磁场的物理性质 学习目标定位 学习探究区 一 电磁振荡 二 电磁场和电磁波 一 电磁振荡 问题设计 返回 把线圈 电容器 电流表 电源和单刀双掷开关按图2连成电路 先把开关置于电源一边 为电容器充电 稍后再把开关置于线圈一边 使电容器通过线圈放电 观察到电流表指针有何变化 这说明了什么问题呢 答案指针左右摆动 说明了电路中产生了变化的电流 图2 要点提炼 返回 一 电磁振荡 1 电磁振荡中各物理量的变化情况 返回 一 电磁振荡 qm 0 em 0 0 im 0 bm e电 e磁 返回 一 电磁振荡 0 0 im bm 最小 最大 0 qm 0 em im 0 bm 0 e磁 e电 qm em 0 0 最大 最小 返回 一 电磁振荡 2 无阻尼振荡和阻尼振荡 1 无阻尼振荡 如图3所示 如果没有损失 振荡电流的永远保持不变的电磁振荡 图3 能量 振幅 返回 一 电磁振荡 2 阻尼振荡 如图4所示 逐渐损耗 振荡电流的逐渐减小 直到停止振荡的电磁振荡 图4 能量 振幅 返回 一 电磁振荡 3 电磁振荡的周期与频率周期t 2 频率f 其中周期t 频率f 电感l 电容c的单位分别是秒 s 赫兹 hz 亨利 h 法拉 f 返回 一 电磁振荡 为什么放电完毕时 电流反而最大 答案开始放电时 由于线圈的自感作用 放电电流不能瞬间达到最大值 而是逐渐增大 随着线圈的阻碍作用减弱 放电电流增加变快 与此同时 电容器里的电场逐渐减弱 电场能逐渐转化为磁场能 当放电完毕时 电场能全部转化为磁场能 此时电流达到最大 延伸思考 二 电磁场和电磁波 返回 问题设计 如图5所示 当磁铁相对闭合线圈运动时 线圈中的电荷做定向移动 是因为受到什么力的作用 若把闭合线圈换成一个内壁光滑的绝缘环形管 管内有直径略小于环内径的带正电的小球 则磁铁运动过程中会有什么现象 小球受到的是什么力 以上现象说明什么问题 图5 二 电磁场和电磁波 返回 答案电荷受到电场力作用做定向移动 磁铁运动过程中 带电小球会做定向滚动 小球受到的仍然是电场力 空间磁场变化 就会产生电场 与有没有闭合线圈无关 二 电磁场和电磁波 1 麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点 1 变化的磁场产生实验基础 如图6所示 在变化的磁场中放一个闭合电路 电路里就会产生 图6图7 返回 要点提炼 电场 感应电流 二 电磁场和电磁波 2 变化的电场产生 如图7所示 麦克斯韦大胆地假设 既然变化的磁场能够产生电场 那么变化的电场也会在空间产生 2 电磁波 1 电磁波的产生 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 2 电磁波是 3 电磁波在真空中的速度等于 返回 磁场 磁场 电磁波 横波 光速 二 电磁场和电磁波 3 电磁波和机械波的比较 1 电磁波和机械波的共同点 二者都能产生干涉和衍射 二者在不同介质中传播时频率不变 2 电磁波和机械波的区别 二者本质不同电磁波是的传播 机械波是的传播 返回 电磁场 质点机械振动 二 电磁场和电磁波 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 电磁波传播不需要介质 而机械波传播需要介质 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 返回 返回 一 电磁振荡 典例精析 例1在lc振荡电路中 可以使振荡频率增大一倍的方法是 a 自感系数l和电容c都增大一倍b 自感系数l增大一倍 电容c减小一半c 自感系数l减小一半 电容c增大一倍d 自感系数l和电容c都减小一半解析根据lc振荡电路频率公式f 得 当l c都减小一半时 f增大一倍 故选项d正确 d 返回 典例精析 例2关于电磁场理论 下列说法中正确的是 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的电磁场理论 只有变化的电场才产生磁场 均匀变化的电场产生稳定的磁场 非均匀变化的电场产生变化的磁场 二 电磁场理论 d 返回 典例精析 例3根据麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场可以产生电场 当产生的电场的电场线如图8所示时 可能是 a 向上方向的磁场在增强b 向上方向的磁场在减弱c 向上方向的磁场先增强 然后反向减弱d 向上方向的磁场先减弱 然后反向增强 二 电磁场理论 图8 返回 典例精析 解析在电磁感应现象的规律中 当通过一个闭合回路的磁通量发生变化时 回路中就有感应电流产生 回路中并没有电源 电流的产生是由于磁场的变化造成的 麦克斯韦把以上的观点推广到不存在闭合回路的情况 即变化的磁场产生电场 判断电场与磁场变化的关系仍可利用楞次定律 只不过是用电场线方向代替了电流方向 向上方向的磁场增强时 感应电流的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下 根据安培定则知感应电流方向如题图中e的方向所示 选项a正确 b错误 二 电磁场理论 返回 典例精析 同理 当磁场反向即向下的磁场减弱时 也会得到如题图中e的方向 选项c正确 d错误 故选a c 答案ac 二 电磁场理论 返回 典例精析 三 电磁波和机械波 例4下列关于电磁波的叙述中 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 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 返回 典例精析 三 电磁波和机械波 解析该题考查电磁波的产生及特点 电磁波在真空中的传播速度为光速c 3 108m s 且c f 从一种介质进入另一种介质时 频率不发生变化 波长 波速发生变化 电磁波只有在真空中的传播速度才为3 108m s 在其他介质中传播速度均小于3 108m s 电磁波与其他波一样具有干涉 衍射等波的特性 当电磁波由真空进入介质传播时 频率不变 因为c v 所以 波长变短 波速变小 故选a c 答案ac 返回 典例精析 三 电磁波和机械波 针对训练关于电磁波与机械波 下列说法正确的是 a 电磁波是电磁场由发生的区域向远处的传播 机械波是振源的振动向远处的传播b 电磁波传播不需要介质 机械波传播需要介质c 电磁波在任何介质中传播速率都相同 机械波在同一种介质中传播速率才相同d 机械波能发生干涉和衍射现象 电磁波则不能 ab 返回 课堂要点小结 自我检测区 1 2 3 4 1 电磁场理论 下列说法正确的是 a 电荷的周围一定有电场 也一定有磁场b 均匀变化的电场在其周围空间一定产生磁场c 任何变化的电场在其周围空间一定产生变化的磁场d 正弦交变的电场在其周围空间一定产生同频率交变的磁场解析静止的电荷周围有恒定的电场 不产生磁场 运动的电荷周围的电场是变化的 所以产生磁场 a错误 由麦克斯韦电磁场理论可知b d正确 c错误 bd 1 2 3 4 2 对电磁波理解 关于电磁波的特点 下列说法正确的是 a 电磁波中的电场和磁场互相垂直 电磁波沿与二者垂直的方向传播b 电磁波是横波c 电磁波和机械波一样依赖于介质传播d 只要空间内某个区域有振荡的电场或磁场 就能产生电磁波 abd 1 2 3 4 3 电磁振荡的产生 某时刻lc振荡电路的状态如图9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9 1 2 3 4 解析本题关键是根据电容器的两极板的带电情况和电流方向 判定出电容器正处于充电过程 由电磁振荡的规律可知 电容器充电过程中 电流逐渐减小 电场能逐渐增大 磁场能逐渐减小 即磁场能正在向电场能转化 故a d正确 答案ad 1 2 3 4 4 电磁振荡的周期与频率 要想增大lc振荡电路中产生的振荡电流的频率 可采用的方法是 a 增大电容器两极板的间距b 升高电容器的充