《电磁波的发现+电磁振荡》课件

1、2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 1. 赫兹的电火花实验原理图赫兹的电火花实验原理图 三、电磁波的实验证明三、电磁波的实验证明 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 2. 实验原理：实验原理： 当开关当开关K突然断开时，感应线圈两端突然断开时，感应线圈两端 产生高压，金属杆产生高压，金属杆A、B两端的金属球间两端的金属球间 的空气被击穿而产生电火花，每跳出一次的空气被击穿而产生电火花，每跳出一次 火花，就产生一次高频振荡电流，火花放火花，就产生一次高频振荡电流，火花放 电是间歇性的，因此发射电路就间歇性的电是间歇性的，因此

2、发射电路就间歇性的 发射出电磁波，接收金属线圈两端的金属发射出电磁波，接收金属线圈两端的金属 球也跳出电火花，说明接收线圈接收到了球也跳出电火花，说明接收线圈接收到了 电磁波。电磁波。 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 2. 实验原理：实验原理： 当开关当开关K突然断开时，感应线圈两端突然断开时，感应线圈两端 产生高压，金属杆产生高压，金属杆A、B两端的金属球间两端的金属球间 的空气被击穿而产生电火花，每跳出一次的空气被击穿而产生电火花，每跳出一次 火花，就产生一次高频振荡电流，火花放火花，就产生一次高频振荡电流，火花放 电是间歇性的，因此发射电路就间歇性的电是间歇性的，因此发射

3、电路就间歇性的 发射出电磁波，接收金属线圈两端的金属发射出电磁波，接收金属线圈两端的金属 球也跳出电火花，说明接收线圈接收到了球也跳出电火花，说明接收线圈接收到了 电磁波。电磁波。 3. 实验结论：实验结论： 证明电磁波存在，为麦克斯韦的电磁证明电磁波存在，为麦克斯韦的电磁 场理论奠定了坚实的实验基础。场理论奠定了坚实的实验基础。 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 4. 其它结论其它结论 赫兹观察到了电磁波的反射，折赫兹观察到了电磁波的反射，折 射，干涉，偏振和衍射等现象。射，干涉，偏振和衍射等现象。 他还测量出电磁波和光有相同的他还测量出电磁波和光有相同的 速度。速度。 这样赫

4、兹证实了麦克斯韦关于光这样赫兹证实了麦克斯韦关于光 的电磁理论。的电磁理论。 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 1. 某空间中出现了如图虚线所示的一某空间中出现了如图虚线所示的一 组闭合的电场线，这可能是组闭合的电场线，这可能是( ) A.在中心在中心O有一静止有一静止 的点电荷的点电荷 B.沿沿AB方向有一段方向有一段 通有恒定电流的直导线通有恒定电流的直导线 C.沿沿BA方向的磁场方向的磁场 在减弱在减弱 D.沿沿AB方向的磁场在减弱方向的磁场在减弱 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 1. 某空间中出现了如图虚线所示的一某空间中出现了如图虚线所示的一 组闭合的电

5、场线，这可能是组闭合的电场线，这可能是( ) A.在中心在中心O有一静止有一静止 的点电荷的点电荷 B.沿沿AB方向有一段方向有一段 通有恒定电流的直导线通有恒定电流的直导线 C.沿沿BA方向的磁场方向的磁场 在减弱在减弱 D.沿沿AB方向的磁场在减弱方向的磁场在减弱 C 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 用麦克斯韦的电磁场理论判断用麦克斯韦的电磁场理论判断 2. 下图中表示电场下图中表示电场(或磁场或磁场)产生磁场产生磁场(或或 电场电场)的正确图象是的正确图象是( ) 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 用麦克斯韦的电磁场理论判断用麦克斯韦的电磁场理论判断 2.

6、下图中表示电场下图中表示电场(或磁场或磁场)产生磁场产生磁场(或或 电场电场)的正确图象是的正确图象是( )C 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 3.一个带正电的离子在垂直于匀强磁场的一个带正电的离子在垂直于匀强磁场的 平面内做匀速圆周运动，如图平面内做匀速圆周运动，如图,当磁场的磁感当磁场的磁感 应强度均匀增大时，此离子的应强度均匀增大时，此离子的( ) A.动能不变动能不变 B.动能增大动能增大 C.动能减小动能减小 D.动能为零动能为零 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 3.一个带正电的离子在垂直于匀强磁场的一个带正电的离子在垂直于匀强磁场的 平面内做匀速圆周

7、运动，如图平面内做匀速圆周运动，如图,当磁场的磁感当磁场的磁感 应强度均匀增大时，此离子的应强度均匀增大时，此离子的( ) A.动能不变动能不变 B.动能增大动能增大 C.动能减小动能减小 D.动能为零动能为零 B 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 4.如图所示，半径为如图所示，半径为r且且 水平放置的光滑绝缘的环形水平放置的光滑绝缘的环形 管道内，有一个电荷量为管道内，有一个电荷量为e， 质量为质量为m的电子。此装置放的电子。此装置放 在匀强磁场中，其磁感应强度随时间变化的在匀强磁场中，其磁感应强度随时间变化的 关系式为关系式为B=B0+kt(k0)。根据麦克斯韦电磁。根据麦克

8、斯韦电磁 场理论均匀变化的磁场将产生稳定的电场，场理论均匀变化的磁场将产生稳定的电场， 该感应电场对电子将有沿圆环切线方向的作该感应电场对电子将有沿圆环切线方向的作 用力使其得到加速设用力使其得到加速设t=0时刻电子的初速度时刻电子的初速度 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 大小为大小为v0，方向顺时针，方向顺时针， 从此开始运动一周后的磁从此开始运动一周后的磁 感应强度为感应强度为B1，则此时电，则此时电 子的速度大小为子的速度大小为( ) m ker vD m reB C m ker vB m reB A 2 2 0 0 2 2 0 1 2 . 2 . 2014年上学期湖南长

9、郡卫星远程学校制作 17 大小为大小为v0，方向顺时针，方向顺时针， 从此开始运动一周后的磁从此开始运动一周后的磁 感应强度为感应强度为B1，则此时电，则此时电 子的速度大小为子的速度大小为( ) m ker vD m reB C m ker vB m reB A 2 2 0 0 2 2 0 1 2 . 2 . B 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 播放播放: 电磁振荡电磁振荡.swf 演示：演示：LC振荡实验振荡实验 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 1. 振荡电流：振荡电流：这种电路这种电路 产生的大小和方向做周期

10、性产生的大小和方向做周期性 变化的电流，叫振荡电流。变化的电流，叫振荡电流。 G C S L 一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 1. 振荡电流：振荡电流：这种电路这种电路 产生的大小和方向做周期性产生的大小和方向做周期性 变化的电流，叫振荡电流。变化的电流，叫振荡电流。 2. 能够产生振荡电流的能够产生振荡电流的 电路叫电路叫振荡电路振荡电路。如图所示。如图所示 是一种简单的振荡电路，称是一种简单的振荡电路，称 为为LC振荡电路振荡电路。 G C S L 一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 1

11、. 振荡电流：振荡电流：这种电路这种电路 产生的大小和方向做周期性产生的大小和方向做周期性 变化的电流，叫振荡电流。变化的电流，叫振荡电流。 2. 能够产生振荡电流的能够产生振荡电流的 电路叫电路叫振荡电路振荡电路。如图所示。如图所示 是一种简单的振荡电路，称是一种简单的振荡电路，称 为为LC振荡电路振荡电路。 3. LC回路产生的振荡回路产生的振荡 电流按电流按正弦规律正弦规律变化。变化。 G C S L 一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 1. 振荡电流：振荡电流：这种电路这种电路 产生的大小和方向做周期性产生的大小和方向做周期性 变化的电

12、流，叫振荡电流。变化的电流，叫振荡电流。 2. 能够产生振荡电流的能够产生振荡电流的 电路叫电路叫振荡电路振荡电路。如图所示。如图所示 是一种简单的振荡电路，称是一种简单的振荡电路，称 为为LC振荡电路振荡电路。 3. LC回路产生的振荡回路产生的振荡 电流按电流按正弦规律正弦规律变化。变化。 G C S L 说明说明: 由由LC回路回路 产生的振荡电流产生的振荡电流 也是一种也是一种交变电交变电 流流，只是它的频，只是它的频 率比照明用交变率比照明用交变 电流的电流的频率高频率高得得 多。多。 一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 + + +

13、2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 + + + i 0 o q t t 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 + + + i 0 o q t t 正向正向 放电放电 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 + + + i 0 o q t t 正向正向 放电放电 反向反向 充电充电 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 + + + i 0 o q t t 反向反向 放电放电 正向正向 放电放电 反向反向 充电充电 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 + + + i 0 o q t t 反向反向 放电放电 正向正向 充电充电 正向正向 放电放电

14、反向反向 充电充电 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 i 0 o q t t 反向反向 放电放电 正向正向 充电充电 正向正向 放电放电 反向反向 充电充电 思考：充电过程：电容器的电荷思考：充电过程：电容器的电荷q、电压、电压u、电场、电场 E、电场能、电场能E电 电、线圈的自感电动势 、线圈的自感电动势e自 自。线圈的电 。线圈的电 流流i、磁场、磁场B、磁场能、磁场能E磁 磁怎么变？放电过程呢？ 怎么变？放电过程呢？ 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 电磁振荡：电磁振荡： 在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容 器极板上的

15、电荷器极板上的电荷q、通过线圈的电流、通过线圈的电流i、以及跟电、以及跟电 流和电荷相联系的磁场流和电荷相联系的磁场B和电场和电场E等都发生周期性等都发生周期性 的变化，这种现象叫做电磁振荡。的变化，这种现象叫做电磁振荡。 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 电磁振荡：电磁振荡： 在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容 器极板上的电荷器极板上的电荷q、通过线圈的电流、通过线圈的电流i、以及跟电、以及跟电 流和电荷相联系的磁场流和电荷相联系的磁场B和电场和电场E等都发生周期性等都发生周期性 的变化，这种现象叫做电磁振荡。的变化，这种现象叫做电磁振

16、荡。 两类量：两类量： 第一类：第一类：电容器的电荷电容器的电荷q、电压、电压u、电场、电场E、 电场能电场能E电 电、线圈的自感电动势 、线圈的自感电动势e自 自。 。 第二类：第二类：线圈的电流线圈的电流i、磁场、磁场B、磁场能、磁场能E磁 磁。 。 两类量的变化规律相反两类量的变化规律相反。 充电充电:第一类增大时第二类减小；第一类达最第一类增大时第二类减小；第一类达最 大时第二类为零。放电反之。大时第二类为零。放电反之。 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 如（如（2）图：电容器放电完毕瞬间；电）图：电容器放电完毕瞬间；电 容器充电开始；电场能向磁场能转化完毕；容器充电开始

17、；电场能向磁场能转化完毕； 磁场能向电场能转化开始。磁场能向电场能转化开始。 再如再如（1）（2）：电容器放电过程；）：电容器放电过程； 电容器极板电量减小过程；电路电流增大过电容器极板电量减小过程；电路电流增大过 程；电场能向磁场能转化过程。程；电场能向磁场能转化过程。 注意各种说法：注意各种说法： 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 机械振动和电磁振荡类比：机械振动和电磁振荡类比： 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 机械振动和电磁振荡类比：机械振动和电磁振荡类比： 单单 摆摆 振振 荡荡 电电 路路 放电放电充电充电放电放电充电充电 2014年上学期湖南长郡卫星远

18、程学校制作 17 机械振动和电磁振荡类比：机械振动和电磁振荡类比： vi (B) hq(u) Ek E磁 磁 Ep E电 电 单单 摆摆 振振 荡荡 电电 路路 放电放电充电充电放电放电充电充电 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 三、阻尼振荡和无阻尼振荡三、阻尼振荡和无阻尼振荡 1. 无阻尼振荡无阻尼振荡（理想）（理想） 播放视频播放视频: 无阻尼振荡无阻尼振荡.wmv 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 三、阻尼振荡和无阻尼振荡三、阻尼振荡和无阻尼振荡 1. 无阻尼振荡无阻尼振荡（理想）（理想） i Ot 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 三、阻尼振荡

19、和无阻尼振荡三、阻尼振荡和无阻尼振荡 1. 无阻尼振荡无阻尼振荡（理想）（理想） i Ot i Ot 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 三、阻尼振荡和无阻尼振荡三、阻尼振荡和无阻尼振荡 1. 无阻尼振荡无阻尼振荡（理想）（理想） 2. 等幅振荡等幅振荡（实际应用）（实际应用） i Ot i Ot 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 小结：小结： LC振荡电路产生振荡电流的物理原因是振荡电路产生振荡电流的物理原因是 电容器的充放电作用和线圈的自感作用；电容器的充放电作用和线圈的自感作用； LC振荡电路产生振荡电流的物理实质是振荡电路产生振荡电流的物理实质是 电场能和磁场

20、能的周期性转换。电场能和磁场能的周期性转换。 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 小结：小结： LC振荡电路产生振荡电流的物理原因是振荡电路产生振荡电流的物理原因是 电容器的充放电作用和线圈的自感电容器的充放电作用和线圈的自感 作用；作用； LC振荡电路产生振荡电流的物理实质是振荡电路产生振荡电流的物理实质是 电场能和磁场能的周期性转换。电场能和磁场能的周期性转换。 在解决振荡电路问题时，在解决振荡电路问题时，电场能与磁场电场能与磁场 能的交替转化是解决问题的线索和关键能的交替转化是解决问题的线索和关键；与电；与电 场能和磁场能相关的各量的变化规律是解决问场能和磁场能相关的各量的变

21、化规律是解决问 题的依据；题的依据；qt 和和It 图线及其相互转化是解图线及其相互转化是解 决问题的直观手段决问题的直观手段。 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 四、电磁振荡的周期和频率四、电磁振荡的周期和频率 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 电磁振荡与简谐运动有很多相似之处，电磁振荡与简谐运动有很多相似之处， 它们的运动都有周期性，我们知道自由振动它们的运动都有周期性，我们知道自由振动 的周期只与振动系统本身的特性有关，那么的周期只与振动系统本身的特性有关，那么 电磁振荡的周期或频率是由什么因素决定的电磁振荡的周期或频率是由什么因素决定的 呢？本节我们将研究这

22、个问题。呢？本节我们将研究这个问题。 四、电磁振荡的周期和频率四、电磁振荡的周期和频率 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 四、电磁振荡的周期和频率四、电磁振荡的周期和频率 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 1.周期和频率：周期和频率：电磁振荡完成一次周期性电磁振荡完成一次周期性 变化所需的时间叫做周期，一秒钟内完成周期变化所需的时间叫做周期，一秒钟内完成周期 变化的次数叫做频率。变化的次数叫做频率。 LC回路的周期和频率由回路本身的特性决回路的周期和频率由回路本身的特性决 定。这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周定。这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周 期期(或频率

23、或频率)叫做振荡电路的固有周期叫做振荡电路的固有周期(或固有频或固有频 率率)，简称振荡电路的周期，简称振荡电路的周期(或频率或频率)。 四、电磁振荡的周期和频率四、电磁振荡的周期和频率 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 2.在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；在一个周期内，振荡电流的方向改变两次； 电场能电场能(或磁场能或磁场能)完成两次周期性变化。完成两次周期性变化。 1.周期和频率：周期和频率：电磁振荡完成一次周期性电磁振荡完成一次周期性 变化所需的时间叫做周期，一秒钟内完成周期变化所需的时间叫做周期，一秒钟内完成周期 变化的次数叫做频率。变化的次数叫做频率。 LC回路的

24、周期和频率由回路本身的特性决回路的周期和频率由回路本身的特性决 定。这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周定。这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周 期期(或频率或频率)叫做振荡电路的固有周期叫做振荡电路的固有周期(或固有频或固有频 率率)，简称振荡电路的周期，简称振荡电路的周期(或频率或频率)。 四、电磁振荡的周期和频率四、电磁振荡的周期和频率 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 大量实验表明：大量实验表明： 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 大量实验表明：大量实验表明： （1）电容增大时，周期变长（频率变低）；）电容增大时，周期变长（频率变低）； 2014年上学期湖南

25、长郡卫星远程学校制作 17 大量实验表明：大量实验表明： （1）电容增大时，周期变长（频率变低）；）电容增大时，周期变长（频率变低）； （2）电感增大时，周期变长（频率变低）；）电感增大时，周期变长（频率变低）； 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 大量实验表明：大量实验表明： （1）电容增大时，周期变长（频率变低）；）电容增大时，周期变长（频率变低）； （2）电感增大时，周期变长（频率变低）；）电感增大时，周期变长（频率变低）； （3）电压升高时，周期不变（频率不变）。）电压升高时，周期不变（频率不变）。 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 大量实验表明：大量实验表明

26、： （1）电容增大时，周期变长（频率变低）；）电容增大时，周期变长（频率变低）； （2）电感增大时，周期变长（频率变低）；）电感增大时，周期变长（频率变低）； （3）电压升高时，周期不变（频率不变）。）电压升高时，周期不变（频率不变）。 结果表明，结果表明，LC LC 回路的周期和频率只与电回路的周期和频率只与电 容容C C和自感和自感L L有关，跟电容器的带电多少和回有关，跟电容器的带电多少和回 路电流大小无关路电流大小无关 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 定性解释：定性解释： 电容越大，电容器容纳电荷就越多，充电容越大，电容器容纳电荷就越多，充 电和放电所需的时间就越长，因

27、此周期越长，电和放电所需的时间就越长，因此周期越长， 频率越低；自感越大，线圈阻碍电流变化的频率越低；自感越大，线圈阻碍电流变化的 作用就越大，使电流的变化越缓慢，因此周作用就越大，使电流的变化越缓慢，因此周 期越长，频率越低期越长，频率越低 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 LC回路的周期和频率公式回路的周期和频率公式 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 LC fLCT 2 1 =2= LC回路的周期和频率公式回路的周期和频率公式 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 LC fLCT 2 1 =2= LC回路的周期和频率公式回路的周期和频率公式 (1)式中

28、各物理量式中各物理量T、L、C、f的单位分别是的单位分别是 s、H、F、Hz 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 LC fLCT 2 1 =2= LC回路的周期和频率公式回路的周期和频率公式 (1)式中各物理量式中各物理量T、L、C、f的单位分别是的单位分别是 s、H、F、Hz (2)适当地选择电容器和线圈，可使振荡电适当地选择电容器和线圈，可使振荡电 路物周期和频率符合我们的需要。路物周期和频率符合我们的需要。 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 随堂练习：随堂练习： 1. 某时刻某时刻LC回路的状态回路的状态 如图所示，则此时刻（如图所示，则此时刻（ ） A. 振荡

29、电流振荡电流i正在减小正在减小 B. 振荡电流振荡电流 i 正在增大正在增大 C. 电场能正在向磁场能转化电场能正在向磁场能转化 D. 磁场能正在向电场能转化磁场能正在向电场能转化 + + + + L C 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 随堂练习：随堂练习： 1. 某时刻某时刻LC回路的状态回路的状态 如图所示，则此时刻（如图所示，则此时刻（ ） A. 振荡电流振荡电流i正在减小正在减小 B. 振荡电流振荡电流 i 正在增大正在增大 C. 电场能正在向磁场能转化电场能正在向磁场能转化 D. 磁场能正在向电场能转化磁场能正在向电场能转化 AD 由电流由电流 方向和电容方向和电容 器上电量可器上电量可 判断电路中判断电路中 正在充电。正在充电。 + + + + L C 2014年上学期湖南长郡卫星远程学校制作 17 随堂练习：随堂练习： 2. LC回路中电容回路中电容 两端的电压随时间变化两端的电压随时间变化 的关系如图所示，则的关系如图所示，则 （ ） A. 在时刻在时刻t1，电路中的电流最大，电路中的电流最大 B. 在时刻在时刻t2 ，电路中的磁场能最大，电路中的磁场能最大 C. 在时刻在时刻t2至至t3，电路中电场能不断增大，电路中电场能不断增大 D. 在时刻在时