（广西专用）高考物理一轮复习 13.3电磁场 电磁波课件 新人教版.ppt

第3讲电磁场电磁波 考点1电磁振荡 1 电磁振荡的产生 1 振荡电路 由和组成的能产生振荡电流的电路 称为lc回路 2 振荡电流 振荡电路产生的和都做周期性变化的电流 自感线圈 电容器 大小 方向 3 电磁振荡 在振荡电路中 电容器极板上的电荷q 电路中的 电容器里电场的场强e 线圈磁场的 都发生周期性的变化 2 电磁振荡的周期和频率 1 周期 电磁振荡完成一次变化需要的时间 2 频率 一秒钟内完成的周期性变化的 3 周期t和频率f跟自感系数l和电容c的关系是 t f 电流i 磁感应强度b 周期性 次数 lc振荡电路的分析与判断 1 在分析电磁振荡的过程中 要明确电容器和自感线圈在电路中的作用 电容器在电路中有充电和放电的作用 自感线圈在电路中有阻碍电流变化的作用 线圈中自感电动势的大小和电流的变化率成正比 方向总是阻碍电流的变化 2 要明确各物理量的变化规律 在电磁振荡过程中 电容器上的电荷量q 电压u 两极间的场强及电场能对应 它们变化的趋势一致 同为最大或零值 即电荷量最大时 一定是板间电压 场强及电场能最大 而线圈中的电流i 磁感应强度b及磁场能ei对应 它们的变化趋势一致 同增同减 同为最大或零值 即当电流最大时 线圈中磁感应强度及磁场能最大 电容器极板上的电荷量的变化与电路中电流的变化趋势相反 此增彼减 如图所示 lc振荡电路中电容器的电容为c 线圈的自感系数为l 电容器在图示时刻的电荷量为q 若图示时刻电容器正在放电 至放电完毕所需时间为若图示时刻电容器正在充电 则充电至最大电荷量所需时间为 a b c d 解析 选c lc振荡电路在一个周期内电容器会两次充电 两次放电 每次充电或放电时间为据题意 电容器电荷量由q减小到零 需时间为说明电容器由最大电荷量放电到q需时间为则电荷量由q充电至最大电荷量所需时间同样为选项c正确 考点2电磁场与电磁波 1 麦克斯韦理论 1 变化的磁场产生 2 变化的电场产生 3 变化的电场和磁场总是相互联系的 形成 电场 磁场 电磁场 2 电磁波的形成和传播特点 1 电磁场由近及远的传播而形成 2 从理论上预言了电磁波的存在 用实验成功地证实了电磁波的存在 3 电磁波的特点 电磁波在空间传播介质 电磁波中的磁感应强度方向和电场强度的方向与传播方向 电磁波是 电磁波传播电磁场的 电磁波能发生反射 折射 多普勒效应等现象 4 电磁波在真空中的传播速度为 电磁波 麦克斯韦 赫兹 不需要 垂直 横波 能量 干涉 衍射 3 0 108m s 1 对电磁理论的进一步认识 1 恒定的磁 电 场不能产生电 磁 场 2 变化的磁 电 场产生电 磁 场 3 均匀变化的磁 电 场产生稳定的电 磁 场 4 周期性变化即振荡的磁 电 场产生同频率的周期性变化的电 磁 场 5 周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互联系 形成一个不可分离的统一的场 就是电磁场 6 变化磁场在周围空间产生的电场为感应电场 也叫涡旋电场 与由电荷激发的静电场不同 它的电场线是闭合的 它的存在与空间有无导体或闭合电路无关 2 电磁波与机械波的比较 机械波 对象 产生 分类 电磁波 电磁现象 由周期性变化的电场 磁场产生 传播不需要介质 横波 波速 真空中速度最大等于光速 力学现象 由质点的振动产生 需要介质进行传播 横波或纵波 空气中速度很小 传播 电磁能 机械能 关于麦克斯韦电磁场理论 下面几种说法正确的是 a 在电场周围空间一定产生磁场b 任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场c 均匀变化的电场周围空间能产生变化的磁场d 振荡电场在它的周围空间一定产生同频率的振荡磁场 解析 选d 恒定的电场周围不能产生磁场 a错 变化的电场周围一定产生磁场 如果电场是均匀变化的 产生的磁场是恒定的 b c错 如果电场是周期性变化的 将产生同频率变化的磁场 d对 考点3电磁波的发射和接收 1 无线电波发射的条件 1 振荡频率足够高 2 采用 2 无线电波的调制使电磁波随各种信号而改变 有和两种方式 开放电路 调幅 调频 3 无线电波的接收 1 电谐振 接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时 接收电路中产生的最强 2 调谐 使接收电路产生的过程 3 检波 从高频振荡中 检 出所携带的信号 是的逆过程 4 无线电波的应用 如电视和雷达等 振荡电流 电谐振 调制 对电磁波的发射和接收的认识1 在实际发射无线电波的装置中除了由下部接地 上部接天线的线圈组成的开放电路外 还在开放电路旁加一个振荡电路与之耦合2 接收电磁波的过程中 需要用调谐电路接收到经过调制的高频振荡电流 但必须通过检波把信号从接收到的高频振荡电流中 检 出来 然后再经过放大重现 为了体现高考的公平公正 从2008年开始 许多地方在考场上使用了手机信号屏蔽器 该屏蔽器在工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描 该扫描速度可以在手机接收报文信号中形成乱码干扰 使手机不能检测出从基站发出的正常数据 不能与基站建立联接 从而达到屏蔽手机信号的目的 手机表现为搜索网络 无信号 无服务系统等现象 由以上信息可知 a 手机信号屏蔽器是利用静电屏蔽的原理来工作的b 电磁波必须在介质中才能传播c 手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内d 手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的的 解析 选d 静电屏蔽是利用电场来工作的 而手机信号屏蔽器是利用电磁场来工作的 故a错 电磁波可以在真空中传播 b错 由题意知手机信号屏蔽器工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描 形成电磁波干扰由基站发出的电磁波信号 使手机不能正常工作 故c错而d正确 麦克斯韦理论的应用 例证1 2012 三明模拟 如图所示是一个水平放置的玻璃环形小槽 槽内光滑 槽的宽度和深度处处相同 现将一直径略小于槽的宽度的带正电的小球放入槽内 小球以初速度v0开始逆时针运动 与此同时有一个变化的磁场竖直向下穿过小槽包围的空间 已知磁场均匀增大 小球在运动过程中带电量不变 则 a 小球动能不变b 小球动能增加c 磁场力对小球做功d 小球受到的磁场力不变 解题指南 解答本题应注意以下两点 1 将玻璃环假设为一个闭合回路 2 据电磁场理论判断感应电场的方向 从而分析做功情况 规范解答 选b 由麦克斯韦电磁场理论知均匀变化的磁场产生恒定的电场 据楞次定律可知产生的电场为逆时针方向 电场力与初速度方向一致 电场力对小球做正功 动能增加 a错b对 洛伦兹力始终不做功 c错 又据f洛 qvb知小球受到的磁场力不断增大 d错 互动探究 若小球的带电量为q 玻璃环半径为r 磁场随时间的变化规律是b kt 则小球沿玻璃环运动一周 动能增加多少 解析 由麦克斯韦电磁场理论可知 当磁场的磁感应强度线性增强时 小球所处的环内感应电场产生感应电动势 设该电动势为e 由法拉第电磁感应定律得则小球在环中运动一周的过程中被电场加速做功为w qe qk r2 因此小球动能增加量为qk r2 答案 qk r2 总结提升 变化的磁场感应出电场的分析思路 1 由麦克斯韦的电磁场理论可知变化的磁场会产生电场 且感应出的电场的电场线是闭合的 能够对处在此电场中的带电粒子做功 因此可假设一个闭合回路 2 利用楞次定律判定感应电流的方向 从而确定该处的电场方向 进一步判断感应电场对带电粒子的做功问题 变式备选 如图所示 在一个小的圆形区域o内有一垂直于纸面向里的匀强磁场 当磁场的磁感应强度b增加时 它在该区域的右侧p点感应出的电场强度的方向是 a 在纸面内向上b 在纸面内向下c 垂直纸面向里d 垂直纸面向外 解析 选a 根据麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场将产生电场 根据右手定则可判断形成的电场线为逆时针方向 所以p点场强方向在纸面内向上 机械波与电磁波的异同 例证2 有两部手机a和b 当用手机a 或b 拨打b 或a 的号码时 既能听到手机b 或a 的铃声 又能看到b 或a 的显示屏上显示出a 或b 的号码 现将手机a放到一个透明的玻璃罩内 并将其内部抽成真空 再用手机b拨打手机a 则下列说法正确的是 a 既能听到a的铃声 又能看到a的显示屏上显示出b的号码b 能听到a的铃声 但不能看到a的显示屏上显示出b的号码c 不能听到a的铃声 但能看到a的显示屏上显示出b的号码d 既不能听到a的铃声 也不能看到a的显示屏显示出b的号码 解题指南 解答本题应明确以下两点 1 手机接收的信号是电磁波 2 手机的铃声是机械波 自主解答 选c 电磁波传播不需要介质 因此a能接收呼叫信号 故显示屏显示b的号码 但由于处在真空中 没有介质不能形成机械波 故喇叭的振动不能形成声波 故选c 总结提升 解答本题的关键是要区分各种信号传播的条件 能对机械波与电磁波的异同加以区分 对易错选项及错误原因具体分析如下 变式训练 2012 盐城模拟 电磁波与声波比较 以下说法错误的是 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的 与频率无关 解析 选d 可以根据电磁波和声波的特点进行分析 a b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 c正确 电磁波在介质中的传播速度与介质有关 也与频率有关 d错误 例证 电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场来加速电子的 如图所示 在圆形磁铁的两极之间有一环形真空室 用交变电流作电源充磁的电磁铁在两极间产生交变磁场 从而在环形室内产生很强的电场 使电子加速 被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动 设法把高能电子引入靶室 能使其进一步加速 在一个半径为r 0 84m的电子感应加 速器中 电子在被加速的4 2 10 3s时间内获得的能量为120mev 这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的 磁通量从零增加到1 8wb 求 1 电子在环形真空室中共绕行了多少周 2 有人说 根据麦克斯韦电磁场理论及法拉第电磁感应定律 电子感应加速器要完成电子的加速过程 电子轨道内的高频交变磁场也可以是线性减弱的 效果将完全一样 你同意吗 请简述理由 规范解答 1 由麦克斯韦电磁场理论可知 当磁场的磁感应强度线性增强时 电子所处的环形真空室内产生感应电动势 设该电动势为e 由法拉第电磁感应定律得则电子在环形真空室中运动一周的过程中被电场加速做功为那么获得120mev的能量需绕行的周数为周 2 8 105周 2 不同意 尽管交变磁场线性减弱也可以产生等大的电动势使电子加速 但减弱的磁场不能提供越来越大的洛伦兹力以维持做加速运动的电子绕行时所需的向心力 且方向也发生变化 答案 1 2 8 105周 2 见规范解答 1 2012 南宁模拟 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 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 选a c 电磁场由发生区域向远处的传播过程形成电磁波 电磁波只有在真空中的传播速度才是3 0 108m s 在空气中近似为此值 而在其他介质中的速度均小于3 0 108m s 电磁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 当电磁波由真空进入介质传播时 波速变小 频率不变 由公式 知 波长变短 故a c正确 2 某电路中电场随时间变化的图象如图所示 能发射电磁波的电场是 解析 选d 周期性变化的电场才能产生周期性变化的磁场 均匀变化的电场产生稳定的磁场 振荡的电场产生同频率振荡的磁场 故d对 3 关于电磁波 下列说法正确的是 a 雷达是用x光来测定物体位置的设备b 使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调c 用红外线照射时 大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光d 周期性变化的电场可以产生变化的磁场 解析 选d 雷达是利用微波来定位的 a错 使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制 b错 钞票是利用紫外线的荧光作用 c错 根据麦克斯韦电磁场理论 周期性变化的电场可以产生变化的磁场 d对 4 2012 丰台模拟 下列关于电磁波的说法正确的是 a 麦克斯韦提出了电磁波理论 并用实验证实了电磁波的存在b 各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样 为3 108m sc 经过调幅后的电磁波是横波 经过调频后的电磁波是纵波d 红外线是波长比可见