高中物理 141、2电磁波的发现电磁振荡课件 新人教版选修34.ppt

课前自主导学 当堂双基达标 课堂互动探究 课后知能检测 教学教法分析 教学方案设计 1电磁波的发现2电磁振荡 课程要求1 熟记麦克斯韦电磁场理论的基本内容 知道其在物理学发展史上的意义 2 能说出电磁波的基本特点 能从电磁波体会电磁场的物质性 3 会分析lc振荡回路中振荡电流的产生过程 4 会计算lc振荡电路的周期和频率 课标解读1 了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学发展史上的意义 2 了解电磁波的基本特点及其发现过程 通过电磁波体会电磁场的物质性 3 理解振荡电流 振荡电路及lc电路的概念 了解lc回路中振荡电流的产生过程 4 了解电磁振荡的周期与频率 会求lc电路的周期与频率 教学地位本节介绍了麦克斯韦的电磁场理论及产生电磁波的振荡电路 具有较强的时代气息 也是高考的热点内容 新课导入建议北京时间2011年11月3日凌晨 神舟 八号飞船与 天宫 一号目标飞行器实现刚性连接 形成组合体 中国载人航天首次空间交会对接试验获得成功 神舟 八号与 天宫 一号交会对接的成功意味着我国成为继美国 俄罗斯后 第三个独立掌握航天交会对接技术的国家 因此 天宫一号 与 神八 这次太空中的亲密接触 不仅奠定了中国载人航天技术在世界上的一席之地 也使中国未来空间站的组装和建造成为可能 神八 与 天宫一号 的对接过程是在地面控制中心的科学家们的指挥下完成的 地面控制中心与 神舟 八号和 天宫 一号相距如此之远 他们是如何完成控制指令的传输的 这节课我们将探究与其相关的问题 教学流程设计 1 基本知识 1 变化的磁场产生电场实验基础 如图14 1 1所示 在变化的磁场中放一个闭合电路 电路里就会产生 感应电流 麦克斯韦对该问题的见解 电路里有产生 一定是变化的产生了电场 自由电荷在电场的作用下发生了定向移动 该现象的实质 变化的 产生了电场 2 变化的电场产生磁场麦克斯韦大胆地假设 既然变化的磁场能产生电场 变化的电场也会在空间产生 感应电流 磁场 磁场 磁场 2 思考判断 1 有磁场就会产生电场 2 变化的电场一定产生变化的磁场 3 恒定电流周围产生磁场 磁场又产生电场 1 基本知识 1 电磁波的产生如果空间某区域存在不均匀变化的电场 那么它就会在空间引起不均匀变化的 这一不均匀变化的磁场又引起不均匀变化的 于是变化的电场和变化的磁场交替产生 由近及远向周围传播 形成 磁场 电场 电磁波 2 电磁波是横波根据麦克斯韦的电磁场理论 电磁波中的电场强度和磁感应强度互相 而且二者均与波的传播方向 因此电磁波是波 3 电磁波的速度麦克斯韦指出了光的电磁本性 他预言电磁波的速度等于 垂直 垂直 光速 横 4 赫兹的实验 赫兹利用图14 1 3的实验装置 证实了 的存在 电磁波 赫兹的其他实验成果 赫兹通过一系列的实验 观察到了电磁波的反射 折射 干涉 衍射和偏振现象 并通过测量证明 电磁波在真空中具有与光相同的 证实了麦克斯韦关于光的电磁理论 速度 2 思考判断 1 电磁波在真空和介质中传播速度相同 2 只要有电场和磁场 就能产生电磁波 3 电磁波在同种介质中只能沿直线传播 1 基本知识 1 振荡电流大小和方向都做迅速变化的电流 2 振荡电路能产生的电路 周期性 振荡电流 3 振荡过程如图14 1 4所示 将开关s掷向1 先给电容器充电 再将开关掷向2 从此时起 电容器要对线圈放电 放电过程 由于线圈的作用 放电电流不能立刻达到最大值 由零逐渐增大 同时电容器极板上的电荷逐渐 放电完毕时 极板上的电荷为零 放电电流达到 该过程电容器储存的转化为线圈的 自感 减少 最大 电场能 磁场能 充电过程 电容器放电完毕 由于线圈的 作用 电流并不会立刻消失 而要保持原来的方向继续流动 并逐渐减小 电容器开始 极板上的电荷逐渐 当电流减小到零时 充电结束 极板上的电荷量达到 该过程线圈中的又转化为电容器的 此后电容器再放电 再充电 周而复始 于是电路中就有了周期性变化的振荡电流 自感 充电 增加 最大 磁场能 电场能 实际的lc振荡是阻尼振荡 电路中有电阻 振荡电流通过时会有产生 另外还会有一部分能量以的形式辐射出去 如果要实现等幅振荡 必须有能量补充到电路中 热量 电磁波 4 电磁振荡的周期和频率 电磁振荡的周期t电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间 电磁振荡的频率f1s内完成周期性变化的次数 2 思考判断 1 在振荡电路中 电容器充电完毕磁场能全部转化为电场能 2 电容器放电完毕 电流最大 3 l和c越大 电磁振荡的频率越高 3 探究交流打开收音机的开关 转动选台旋钮 使收音机收不到电台的广播 然后开大音量 在收音机附近 将电池盒的两根引线反复碰撞 你会听到收音机中发出 喀喀 的响声 为什么会产生这种现象呢 打开电扇 将它靠近收音机 看看又会怎样 提示 电磁波是由电磁振荡产生的 在收音机附近 将电池盒两引线反复碰触 变化的电流产生变化的磁场 变化的磁场产生变化的电场 这样会发出电磁波 从而导致收音机中发出 喀喀 声 若将转动的电扇靠近收音机 因为电扇中电动机内通有交流电 电动机的运行同样会引起收音机发出 喀喀 声 问题导思 1 电磁场是如何产生的 2 如何理解麦克斯韦的电磁场理论 1 电磁场的产生如果在空间某处有周期性变化的电场 那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场 这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场 变化的电场和变化的磁场是相互联系着的 形成不可分割的统一体 这就是电磁场 2 对麦克斯韦电磁场理论的理解 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 审题指导 解答本题时要理解麦克斯韦电磁场理论的以下四点 1 恒定的电场 磁场 不产生磁场 电场 2 均匀变化的电场 磁场 恒定的磁场 电场 3 非均匀变化的电场 磁场 变化的磁场 电场 4 周期性变化的电场 磁场 同频率的磁场 电场 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变化的磁场 d正确 答案 d 1 如图14 1 5所示 有一水平放置 内壁光滑 绝缘的真空圆形管 半径为r 有一带正电的粒子静止在管内 整个装置处于竖直向上的磁场中 要使带电粒子由静止开始沿管做圆周运动 所加磁场可能是 a 匀强磁场b 均匀增加的磁场c 均匀减少的磁场d 由于洛伦兹力不做功 不管加什么磁场都不能使带电粒子绕管运动 解析 本题考查应用麦克斯韦电磁场理论和牛顿运动定律的能力 磁场对静止的电荷不产生力的作用 但当磁场变化时可产生电场 电场对带电粒子产生电场力的作用 带电粒子在电场力作用下可以产生加速度 选b c 答案 bc 问题导思 1 电磁波的传播需要介质吗 2 电磁波的波速与哪些因素有关 多选 电磁波与声波比较 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 与频率无关 审题指导 1 电磁波和机械波的共同点和不同点 2 介质对电磁波和机械波的波速的影响的不同点 答案 abc 2 关于电磁波与机械波 下列说法正确的是 a 电磁波传播不需要介质 机械波传播需要介质b 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都相同c 电磁波和机械波都不能发生干涉d 电磁波与机械波都能发生衍射 解析 电磁波的波速与介质和频率都有关 而机械波的传播速率只与介质有关 故a对 b错 电磁波和机械波都具有波的一些独有特征 包括干涉和衍射 故c错 d对 答案 ad 问题导思 1 在振荡过程中 各物理量有什么变化规律 2 lc回路的周期与哪些因素有关 1 各物理量变化情况一览表 2 振荡电流 极板带电荷量随时间的变化图象 3 板间电压u 电场能ee 磁场能eb随时间变化的图象 如图14 1 7所示 u ee规律与q t图象相对应 eb规律与i t图象相对应 4 分类分析 1 同步关系在lc振荡回路发生电磁振荡的过程中 电容器上的物理量 电量q 电场强度e 电场能ee是同步变化的 即 q e ee 或q e ee 振荡线圈上的物理量 振荡电流i 磁感应强度b 磁场能eb也是同步变化的 即 i b eb 或i b eb 多选 lc振荡电路中 某时刻的磁场方向如图14 1 8所示 则 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 则电场能正在增大 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 审题指导 解答本题首先根据磁场方向和安培定则判断振荡电流的方向 然后根据磁场的变化判断电容器的充 放电以及极板带电情况 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 电场能增大 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 答案 abc 2 电容器充 放电过程中电流的变化特征 电容器充电过程中 电容器带电量越来越多 电流越来越小 充电完毕时 电流为零 电容器放电过程中 电容器带电量越来越少 电流越来越大 放电完毕时 电流最大 一个周期内振荡电流的方向改变两次 3 如图14 1 9所示电路中 l是电阻不计的电感器 c是电容器 闭合开关s 待电路达到稳定状态后 再打开开关s lc电路中将产生电磁振荡 如果规定电感l中的电流方向从a到b为正 打开开关的时刻为t 0时刻 那么如图所示中能正确表示电感中的电流i随时间t变化规律的是 充电完成后电容器又通过线圈放电 放电结束后由于线圈的自感作用又对电容器充电 如此周而复始 形成持续的振荡电流 故c正确 答案 c 1 多选 关于电磁场 电磁波的认识 下列说法正确的是 a 恒定的电场能够产生电磁波b 电磁波的传播需要介质c 电磁波从一种介质进入另一种介质 频率不变d 电磁波传播的过程中也传递了能量 答案 cd 2 2013 宁波高二检测 在lc回路产生电磁振荡的过程中 下列说法正确的是 a 电容器放电完毕时 回路中磁场能最小b 回路中电流值最大时 磁场能最大c 电容器极板上电荷最多时 电场能最大d 回路中电流值最小时 电场能最小 解析 电容器放电完毕时 q 0 i最大 磁场能最大 a错 b对 电流最小时 i 0 电容器极板上电荷q最多 极板间电场最强 电场能最大 c对 d错 答案 bc 3 磁场的磁感应强度b随时间t变化的四种情况如图所示 其中能产生电场的有