教科版选修34 第三章 12电磁振荡 电磁场和电磁波 课件（43张）.ppt

1电磁振荡2电磁场和电磁波 第三章电磁振荡电磁波 学习目标 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学发展史上的意义 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 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 一 电磁振荡1 振荡电流 和都随时间做周期性迅速变化的电流 2 振荡电路 能够产生的电路 3 lc振荡电路及充 放电过程 1 lc振荡电路 由和组成的电路 是最简单的振荡电路 2 电容器放电 由于对交变电流的阻碍作用 放电电流不能立即达到最大值 而是由零逐渐增大 线圈产生的磁场逐渐 电容器里的电场逐渐减弱 能逐渐转化为能 放电完毕后 能全部转化为能 大小 方向 振荡电流 线圈l 电容器c 电感线圈 增强 电场 磁场 电场 磁场 3 电容器充电 电容器放电完毕 由于线圈的作用 电流并不立即消失 仍保持原来的方向继续流动 电容器被反向充电 在这个过程中 线圈的磁场逐渐 电容器里的电场逐渐 能逐渐转化为 能 充电完毕时 能全部转化为能 减弱 增强 磁场 电场 磁场 电场 自感 4 无阻尼振荡和阻尼振荡 1 无阻尼振荡 如图1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1 能量 振幅 2 阻尼振荡 如图2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2 能量 振幅 二 电磁振荡的周期和频率1 周期 电磁振荡完成一次需要的时间 频率 1s内完成的周期性变化的 2 固有周期和频率振荡电路里发生振荡时的周期和频率叫做振荡电路的固有周期 固有频率 简称振荡电路的周期和频率 3 lc振荡电路的周期t和频率f跟电感线圈的电感l和电容器的电容c的关系是t f 周期性变化 次数 无阻尼 三 麦克斯韦电磁理论的两个基本假设1 变化的磁场能够在周围空间产生 1 磁场随时间变化快 产生的电场 2 磁场随时间的变化不均匀时 产生的电场 3 的磁场周围不产生电场 2 变化的电场能够在周围空间产生 1 电场随时间变化快 则产生的磁场 2 电场随时间的变化不均匀 产生的磁场 3 的电场周围不产生磁场 电场 强 变化 稳定 磁场 强 变化 稳定 四 电磁场和电磁波1 电磁场的电场和的磁场交替产生 形成的不可分割的统一体 2 电磁波的产生 由的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的 这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波 3 在1865年从理论上预见了电磁波的存在 1888年物理学家 第一次用实验证实了电磁波的存在 还运用自己精湛的实验技术测定了电磁波的波长和频率 得到了电磁波的传播速度 证实了这个速度等于 变化 变化 变化 麦克斯韦 赫兹 赫兹 光速 4 电磁波的波长 波速v和周期t 频率f的关系 vt 5 电磁波在真空中的传播速度v c 3 108m s 1 判断下列说法的正误 1 lc振荡电路的电容器放电完毕时 回路中磁场能最小 电场能最大 2 要提高lc振荡电路的振荡频率 可以减小电容器极板的正对面积 3 在变化的磁场周围一定会产生变化的电场 4 电磁波是横波 即学即用 答案 2 在lc振荡电路中 电容器c带的电荷量q随时间t变化的图像如图3所示 1 10 6s到2 10 6s内 电容器处于 填 充电 或 放电 过程 由此产生的电磁波的波长为m 答案 图3 充电 1200 重点探究 一 电磁振荡的产生 导学探究 如图4所示 将开关s掷向1 先给电容器充电 再将开关掷向2 答案电容器放电过程中 线圈中的电流逐渐增大 电容器的电场能转化为磁场能 答案 图4 1 在电容器通过线圈放电过程中 线圈中的电流怎样变化 电容器的电场能转化为什么形式的能 2 在电容器反向充电过程中 线圈中电流如何变化 电容器和线圈中的能量是如何转化的 答案电容器反向充电过程中 线圈中电流逐渐减小 线圈中的磁场能转化为电容器的电场能 3 线圈中自感电动势的作用是什么 答案线圈中电流变化时 产生的自感电动势阻碍电流的变化 答案 知识深化 振荡过程各物理量的变化规律 例1 多选 如图5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 灯泡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极板上电荷量q及lc回路中电流i 规定顺时针方向为正 随时间变化的图像是 图中q为正值表示a极板带正电 答案 解析 图5 解析s断开前 电容器c断路 线圈中电流从上到下 电容器不带电 s断开时 线圈l中产生自感电动势 阻碍电流减小 给电容器c充电 此时lc回路中电流i沿顺时针方向 正向 最大 给电容器充电过程 电容器带电荷量最大时 a板带负电 线圈l中电流减为零 此后 lc回路发生电磁振荡形成交变电流 综上所述 选项b c正确 lc振荡电路充 放电过程的判断方法1 根据电流流向判断 当电流流向带正电的极板时 电容器的电荷量增加 磁场能向电场能转化 处于充电过程 反之 当电流流出带正电的极板时 电荷量减少 电场能向磁场能转化 处于放电过程 2 根据物理量的变化趋势判断 当电容器的电荷量q 电压u 场强e 电场能ee 增大或电流i 磁感应强度b 磁场能eb 减小时 处于充电过程 反之 处于放电过程 3 根据能量判断 电场能增加时 充电 磁场能增加时 放电 a 若磁场正在减弱 则电容器正在充电 电流由b向ab 若磁场正在减弱 则电场能正在增加 电容器上极板带负电c 若磁场正在增强 则电场能正在减少 电容器上极板带正电d 若磁场正在增强 则电容器正在充电 电流方向由a向b 例2 多选 lc振荡电路中 某时刻的磁场方向如图6所示 则 答案 解析 图6 解析若磁场正在减弱 则电流在减小 是充电过程 根据安培定则可确定电流由b向a 电场能增加 上极板带负电 故选项a b正确 若磁场正在增强 则电流在增大 是放电过程 电场能正在减小 根据安培定则 可判断电流由b向a 上极板带正电 故选项c正确 d错误 二 电磁振荡的周期和频率 2 l c的决定因素l一般由线圈的长度 横截面积 单位长度上的匝数及有无铁芯决定 电容c由公式可知 与电介质的介电常数 r 极板正对面积s及板间距离d有关 例3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 升高电容器的充电电压c 增加线圈的匝数d 在线圈中插入铁芯 答案 解析 升高电容器的充电电压 电容不变 b错误 增加线圈的匝数 在线圈中插入铁芯 电感l增大 故c d错误 三 麦克斯韦电磁场理论 导学探究 1 电子感应加速器就是用来获得高速电子的装置 其基本原理如图7所示 上 下为电磁铁的两个磁极 磁极之间有一个环形真空室 电磁铁线圈中通入变化的电流 真空室中的带电粒子就会被加速 其速率会越来越大 请思考 带电粒子受到什么力的作用而被加速 如果线圈中通以恒定电流会使粒子加速吗 这个现象告诉我们什么道理 答案带电粒子受到电场力作用做加速运动 线圈中通入恒定电流时 带电粒子不会被加速 变化的磁场能产生电场 答案 图7 2 用导线将手摇发电机与水平放置的平行板电容器两极相连 平行板电容器两极板间的距离为4cm左右 在下极板边缘放上几个带绝缘底座的可转动小磁针 当摇动发电机给电容器充电或放电时 小磁针发生转动 充电结束或放电结束后 小磁针静止不动 请思考 小磁针受到什么力的作用而转动 这个现象告诉我们什么道理 答案小磁针受到磁场力的作用而转动 变化的电场可以产生磁场 答案 知识深化 对麦克斯韦电磁场理论的理解 1 变化的磁场产生电场 均匀变化的磁场产生恒定的电场 非均匀变化的磁场产生变化的电场 周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 2 变化的电场产生磁场 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 周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 解析图a中电场不随时间变化 不会产生磁场 图b和图c中电场都随时间做均匀的变化 只能在周围产生恒定的磁场 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 而这个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 例4某电路中电场随时间变化的图像如下列各图所示 能产生电磁场的是 答案 解析 四 电磁波 导学探究 如图8所示是赫兹证明电磁波存在的实验装置 当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时 检波器上两铜球间也会产生电火花 这是为什么 这个实验证实了什么问题 答案当a b两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场 这种变化的电磁场传播到检波器时 它在检波器中激发出感应电动势 使检波器上两铜球间也会产生电火花 这个实验证实了电磁波的存在 答案 图8 知识深化 电磁波与机械波的比较 例5 多选 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 答案 解析 解析机械波由波源的振动产生 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 达标检测 1 2 3 4 1 电磁振荡 如图9所示的lc振荡电路中 已知某时刻电流i的方向如图所示 且正在增大 则此时a a板带正电b 线圈l两端电压在增大c 电容器c正在充电d 电场能正在转化为磁场能 答案 解析 图9 1 2 3 4 解析电路中的电流正在增大 说明电容器正在放电 选项c错误 电容器放电时 电流从带正电的极板流向带负电的极板 则a板带负电 选项a错误 电容器放电 电容器两板间的电压减小 线圈两端的电压减小 选项b错误 电容器放电 电场能减小 电流增大 磁场能增大 电场能正在转化为磁场能 选项d正确 解析电容器放电一次经历四分之一个周期 而周期t t是由振荡电路的电容c和电感l决定的 与充电电压 带电荷量 放电电流等无关 故选d 1 2 3 4 2 电磁振荡的周期和频率 在lc振荡电路中 电容器放电时间的长短决定于a 充电电压的大小b 电容器带电荷量的多少c 放电电流的大小d 电容c和电感l的数值 答案 解析 1 2 3 4 3 麦克斯韦电磁场理论 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 答案 解析 1 2 3 4 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 是恒定的 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 1 2 3 4 解析电磁波在真空中的传播速度为光速c 3 0 108