高中物理 第3章 第1节 电磁波的产生精品课件 鲁科版选修34.ppt

第3章电磁波 第1节电磁波的产生 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 课标定位 知能优化训练 第1节 课标定位学习目标 1 理解电磁振荡的过程 2 了解lc振荡电路的周期和频率 3 理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点 了解电磁场与电磁波的联系与区别以及电磁波的特点 重点难点 1 电磁振荡的概念及过程 2 麦克斯韦的两个基本观点 课前自主学案 一 电磁振荡1 振荡电流 大小和 都周期性变化的电流 2 振荡电路 产生 的电路 基本的振荡电路为 3 电磁振荡的过程分析 1 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 方向 振荡电流 lc振荡电路 逐渐减少 磁场能 大 放电完毕 电流达到 电场能全部转化为磁场能 2 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 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 最大 原来的方向 反向充电 零 4 电磁振荡在lc振荡电路中 电容器极板上的电荷量 电路中的电流 与振荡电流相联系的电场和磁场也周期性交替 电场能和磁场能相互 5 lc电路的周期和频率 2 单位 周期t 频率f 自感系数l 电容c的单位分别是 赫兹hz 法拉f 变化 转化 秒s 亨利h 思考感悟 二 麦克斯韦的预言1 麦克斯韦电磁场理论 1 变化的磁场周围会产生电场麦克斯韦提出 在变化的磁场周围会激发出一种电场 不管有无闭合电路 变化的磁场激发的 总是存在的 2 变化的电场周围会产生磁场麦克斯韦从场的观点得出 即使没有电流存在 只要空间某处的电场发生变化 就会在其周围产生 涡旋电场 涡旋电场 涡旋磁场 3 变化的电场和磁场是相互联系的 形成一个不可分离的统一场 这就是 2 电磁波变化的电场周围产生变化的 变化的磁场周围产生变化的 变化的 和变化的 相互联系在一起 就会在空间形成一个统一的 不可分割的电磁场 这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了电磁波 电磁场 磁场 电场 电场 磁场 三 赫兹实验1 实验结论 赫兹证实了 的存在 2 实验意义 证明了 的预言 为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础 电磁波 麦克斯韦 核心要点突破 一 电磁振荡1 对lc振荡过程的认识 1 从振荡的表象上看 lc振荡过程实际上是通过线圈l以电容器c充 放电的过程 2 从物理本质上看 lc振荡过程实质上是磁场能和电场能之间通过充 放电的形式相互转化的过程 2 lc振荡过程中规律的表达 1 定性表达 在lc振荡过程中 磁场能及与磁场能相关的物理量 如线圈中电流强度 线圈电流周围的磁场的磁感应强度 穿过线圈的磁通量等 和电场能及与电场能相关的物理量 如电容器的极板间电压 极板间电场的电场强度 极板上电荷量等 都随时间做周期相同的周期性变化 这两组量中 一组最大时 另一组恰最小 一组增大时 另一组正减小 这一特征正是能的转化和守恒定律所决定的 2 图象表达 如图3 1 1所示 图3 1 1 图3 1 2 3 图表表达 特别提醒 在振荡电路中 电容器极板上的电荷量与电压 电路中的电流 都是按正弦 或余弦 规律变化的 它们相对时间的变化是不均匀的 在最大值处变化率最小 在零值处变化率最大 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 在lc振荡电路中 下列哪个说法是错误的 a 电容器开始放电时 电路中电流最大b 电路中电流最大时 电路中的电场能最小c 电容器放电结束时 电路中的电流最大d 电容器反向充电开始时 电路中的磁场能最大 解析 选a 在电容器放电过程中 电流由零逐渐增大 线圈中产生的自感电动势虽然和电流方向相反 要阻碍电流的增大 但不能阻止电流的增大 因此尽管随着放电过程的进行 加在线圈两端的电压不断减小 但是线圈中的电流却不断增大 直至放电结束 线圈两端电压减小为零 电流增为最大 从能量转化的角度更容易理解其大小变化的关系 在电容器放电过程中 电容器上的电荷量逐渐减小 磁场能逐渐增大 磁场逐渐增强 这只有电流逐渐增大才能实现 直至放电结束 电容器电荷量为零 电场能全部转化为磁场能 电流达到最大 由上述分析可知 应选a 二 对麦克斯韦电磁场理论的理解 即时应用 即时突破 小试牛刀 图3 1 32 一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动 如图3 1 3所示 当磁感应强度均匀增大时 此粒子的 a 动能不变b 动能增大c 动能减小d 以上情况都可能 解析 选b 当磁感应强度均匀增大时 根据麦克斯韦电磁场理论 将激起一稳定的电场 带电粒子将受电场力作用 可假想垂直磁场 或说沿运动平面 放置一导线环 由于磁场变化将在环内产生感应电流 感应电流是电荷受电场力作用定向运动而产生的 感应电流方向即为产生的电场方向 进而确定电场力对带正电的粒子做正功 所以粒子的动能增大 故正确答案为b 三 电磁振荡的周期和频率的影响因素及应用1 影响因素 实验表明电容或电感增加时 周期变长 频率变低 电容或电感减小时 周期变短 频率变高 2 应用选择 适当地选择电容器和线圈 就可以使振荡电路的周期和频率符合需要 在需要改变振荡电路的周期和频率时 可以用可变电容器和线圈组成电路 改变电容器的电容 振荡电路的周期和频率就随之改变 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 要想提高电磁振荡的频率 下列办法中可行的是 a 线圈中插入铁芯b 提高充电电压c 增加电容器两板间距离d 增加电容器两板间的正对面积 课堂互动讲练 在lc振荡电路中 某时刻线圈中磁场方向如图3 1 4所示 则下列说法正确的是 若磁场正在加强 则电容器正在放电 电流方向为a b 若磁场正在减弱 则电场能正在减小 电容器下极板带负电荷 图3 1 4 若磁场正在减弱 则电场能正在增大 电容器下极板带负电荷 若磁场正在加强 则电容器正在充电 电流方向为b aa b c d 精讲精析 在电磁振荡的一个周期内 磁场加强的过程 必定是电容器放电过程 振荡电流增大而电场能减小 根据线圈磁感线方向 用安培定则可确定线圈上振荡电流的方向 从而得知回路中电流方向是a b 注意到这是放电电流 故电容器下极板带正电荷 磁场正在减弱的过程 必定是电容器充电过程 振荡电流减小而电场能增大 用安培定则判断此时电流方向仍是a b 但这是充电电流 故负电 荷不断聚到下极板 上极板则出现等量正电荷 电容器两极板的电荷不断增加 由以上分析可知 本题正确选项应为a 答案 a 方法总结 有关lc电路过程分析问题 要注意以下两点 1 根据线圈中磁场方向 电容器极板的正负或电容器两端电压变化 确定电容器是充电过程还是放电过程 2 熟练掌握电磁振荡时 电流 电荷量 电压 磁感应强度 电场强度 电场能 磁场能等物理量的周期性变化特点 变式训练1图3 1 5如图3 1 5所示 振荡电路中线圈自感系数为l 电容器的电容为c 当电容器刚开始放电时计时 则下列说法错误的是 图3 1 6中是一个lc振荡电路中的电流变化图线 根据图线可判断 图3 1 6a t1时刻电感线圈两端电压最大b t2时刻电容器两极间电压为零c t1时刻电路中只有电场能d t1时刻电容器带电荷量为零 图3 1 7 精讲精析 由图象知 计时开始时 电容器两极板带电荷量最大 电流为零 电容器放电开始 根据电流随时间的变化规律 可以在图中画出q t图线 在图3 1 7用虚线表示 由图线分析可知 t1时刻 电容器上电荷量为零 电势差为零 电场能为零 故d对 a c皆错 t2时刻电容器电荷量q最大 两板间电势差最大 b错 答案 d 方法总结 分析i t图象时 画出对应的q t图象 并注意到i与b e磁变化规律一致 q与e e电 u变化规律一致 可起到事半功倍的效果 变式训练2lc振荡电路中电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图3 1 8所示 则 图3 1 8a 在t1时刻 电路中的电流最大b 在t2时刻 电路中的磁场能最大c 从t2至t3时间内 电路中的电场能不断减小d 从t3至t4时间内 电容器的带电量不断增大 解析 选b 在t1时刻 电容器极板间电压最高 电路中振荡电流为零 t2时刻 电容器极板间电压为零 电路中振荡电流最强 磁场能最大 选项a错误 b正确 在t2至t3的过程中 从图可知 电容器两极板间电压增大 必有电场能增加 选项c错误 而在t3至t4的过程中 电容器两极板间电压减小 带电量同时减少 选项d错误 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 自主解答 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