《4电磁波的发现及应用》设计

《4电磁波的发现及应用》教学设计教学目标知识与技能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；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；了解电磁振荡的周期与频率，会求LC电路的周期与频率。过程与方法理解振荡电流、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。情感、态度与价值观理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程。教学重点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。教学难点LC回路中振荡电流的产生过程。教学过程导入无线电广播是利用电磁波传播的，电视广播也是利用电磁波传播的，导弹，人造地球卫星的控制以及宇宙飞船跟地面的通信联系都是利用电磁波。那么，电磁波是什么呢？它是怎样产生的，有些什么性质以及怎样利用它来传递各种信号呢？一、电磁波的发现1.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电场(如图甲所示)．(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场(如图乙所示)．2.电磁场：变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场．3.电磁波(1)电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。(2)电磁波的特点：①电磁波是横波，电磁波在空间传播不需要介质；②电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，在真空中，电磁波的速度c＝3．0×108m/s。(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。4.赫兹的电火花(1)赫兹实验的分析和高压感应线圈相连的抛光金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式传到了导线环，导线环中激发出感应电动势，使与导线环相连的金属球间也产生了电火花．这个导线环实际上是电磁波的检测器。结论：赫兹实验证实了电磁波的存在，检验了麦克斯韦电磁场理论的正确性。(2)赫兹的其他成果赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象．测量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度c，证实了麦克斯韦关于光的电磁场理论。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恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场3.机械波与电磁波的比较机械波电磁波研究对象力学现象电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系产生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发干涉可以发生可以发生衍射可以发生可以发生横波可以是是纵波可以是不是二、电磁振荡1.振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流．2.振荡电路：能够产生振荡电流的电路．最基本的振荡电路为LC振荡电路．3.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，电场和磁场周期性相互转变的过程也就是电场能和磁场能周期性相互转化的过程．4.电磁振荡的周期与频率（1）周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间．（2）频率：1s内完成周期性变化的次数．振荡电路里发生无阻尼振蒎时的周期和频率分别叫作固有周期、固有频率。（3）周期和频率公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\r(LC))。电磁振荡各物理量变化情况一览表时刻(时间)工作过程qEiB能量0→eq\f(T,4)放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁eq\f(T,4)→eq\f(T,2)充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电eq\f(T,2)→eq\f(3T,4)放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁eq\f(3T,4)→T充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图象(如图所示)板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图象(如图所示)u、EE规律与q­t图象相对应；EB规律与i­t图象相对应分类分析(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↑)(2)同步异变关系在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的，也即：q、E、EE↑同步异向变化,i、B、EB↓。注意：自感电动势E的变化规律与q­t图象相对应。解决电磁振荡问题的基本思路分析电磁振荡的过程时，可以结合图象，