高二物理选修3-4-14-1-电磁波的发现-LI

高二物理选修3-4-14-1-电磁波的发现-LI第一页，共40页。

学习目标：1.描述电磁振荡产生的过程，解释麦克斯韦电磁场理论的基本思想2.说出电磁波的形成及电磁波的基本特点，写出LC电路的振荡周期和频率与电感电容的关系。3.感受科学家认识事物的科学精神和科学研究方法。第一页第二页，共40页。完成情况4班优秀小组4,10优秀个人赵妍，梁雨曦，贺梦薇，高琪，杨迪，杨丹，周晶，彭小红，雒聪，王招学案反馈————可圈可点第二页第三页，共40页。完成情况1班优秀小组2,5,3,4，7优秀个人景萃，王林庆，马敏，鬲芒，王欣，丁莎，刘任盼，姚家明，王引，刘雨柔，龚晓宁，黄洁，李娇，席墅学案反馈————可圈可点第三页第四页，共40页。一、麦克斯韦的电磁场理论1、变化的磁场产生电场问题：闭合线圈放在磁场中如何产生电流?穿过闭合回路的磁通量发生变化环中产生感应电流的实质:环内产生了电场，电场驱使电子定向移动而产生了电流，电场的方向与电流方向相同。

将金属环拿走，当磁场变化时的电场仍然存在英国物理学家经典电磁理论的奠基人。1831年6月13日出生于爱丁堡。15岁那年他的一篇关于卵形曲线画法的论文发表在《爱丁堡皇家学会会刊》上，比笛卡尔的方法还简便。16岁进入爱丁堡大学听课，专攻数学，很重视实验。19岁考入剑桥大学，23岁以优异的成绩毕业，并留校工作。29岁起任伦敦皇家学院物理学和天文学教授。1871年起负责筹划卡文迪许实验室。1879年因癌症逝世，终年48岁。第四页第五页，共40页。恒定的磁场不产生电场均匀变化的磁场产生恒定的电场周期性变化的磁场产生同频率的振荡电场非均匀变化的磁场产生变化的电场一、麦克斯韦的电磁场理论1、变化的磁场产生电场EtOBtOtBOEOt正弦曲线振荡磁场振荡电场E与B频率相同第五页第六页，共40页。2、变化的电场产生磁场一、麦克斯韦的电磁场理论恒定的电场不产生磁场均匀变化的电场产生恒定的磁场周期性变化的电场产生同频率的振荡磁场非均匀变化的电场产生变化的磁场第六页第七页，共40页。二、电磁场：

变化的电场和变化的磁场是相互联系的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。说明：①电磁场是特殊的物质形态，具有能量，能相互叠加②是空间立体的第七页第八页，共40页。（麦克斯韦预言电磁波的存在）三、电磁波1、定义：变化的电场和变化的磁场交替产生，由发生区域向四周由近及远地传播，形成电磁波。第八页第九页，共40页。2、电磁波的特点1）电磁波是横波：

E⊥B⊥V波速：v=λ/T=λf3)电磁波的频率由振源决定，同一电磁波在不同介质中传播，v和λ变化，v介<C2）电磁波可以在真空中传播速度等于光速c=3×108m/s5）电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应和偏振现象。6）电磁波有能量。4)不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f越高，v越小；f越低，v越大第九页第十页，共40页。3、赫兹用实验证实电磁波的存在：令人振奋的电火花1）观察到了电磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等现象.2）还测量出光的λ和f，算出电磁波和光有相同的速度.3）奠定了无线电技术基础赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波第十页第十一页，共40页。4.电磁波与机械波比较：1）传播条件：2）传播规律：3）传播本质：4）产生本质不同：机械波传播需要介质，而电磁波不需要介质也能传播。都遵循“V=λf=λ/T”这个关系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。机械波传播的是机械能，电磁波传播的是电磁能。机械波是机械振动产生，电磁波是电磁振荡产生。第十一页第十二页，共40页。四、麦克斯韦的电磁场理论的意义1、实现了电磁光的统一，被认为是19世纪科学史上最伟大的统一2、实现了从经典物理学向现代物理学的重大转折第十二页第十三页，共40页。非均匀变化的磁场变化电场若是均匀变化稳定磁场不再激发若非均匀变化变化磁场若是均匀变化稳定电场若非均匀变化电磁波形成示意图：电磁波的特性：a.不需要传播介质,可以在真空中传播。b.传播速度等于光速。c.光是一种电磁波。激发激发激发激发第十三页第十四页，共40页。第十四章电磁波

14.2电磁振荡+−+−+−第十四页第十五页，共40页。1.振荡电流:

这种电路产生

的大小和方向做周期性变

化的电流,叫振荡电流.2.

能够产生振荡电流的电路叫振荡电路.如图

示是一种简单的振荡电路,称LC振荡电路.

说明:

由LC回路产生的振荡电流也是一种交变电流,只是它的频率比照明用交变电流的频率高得多.3.

LC回路产生的振荡电流按正弦规律变化.CSLG一、电磁振荡的产生第十五页第十六页，共40页。电容器具有充、放电作用线圈具有自感作用L－－－－

++++CUC＝UL＝εLUCULεL二、过程分析第十六页第十七页，共40页。电磁振荡中电流i、极板间的电压u、极板上的电量q、电场能和磁场能之间的对应关系第十七页第十八页，共40页。(1)、两个物理过程：放电过程；电场能转化为磁场能，q↓→i↑充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小。放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小。LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：(2)、两个特殊状态：1、电磁振荡的特点：第十八页第十九页，共40页。2、电磁振荡的变化规律：电场能磁场能放电充电电容器电压ｕ（E）电容器带电量ｑ电路中电流ｉ同步变化同步变化步调相反磁感应强度B第十九页第二十页，共40页。3、变化规律的图象描述：qtot电场能oito注意：（1）图像应用时充分利用“同步、异步”（2）EL（UL）的变化规律磁场能t（EU）（B）第二十页第二十一页，共40页。4、电磁振荡的物理实质：（1）q、i、E(U)、B都在发生周期性的变化；（2）电场能磁场能发生周期性的转化。第二十一页第二十二页，共40页。3.等幅振荡（实际应用）1.无阻尼振荡（理想）ito2.阻尼振荡（实际）ito三、阻尼振荡和无阻尼振荡第二十二页第二十三页，共40页。

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呢？四、电磁振荡的周期和频率第二十三页第二十四页，共40页。1．周期和频率：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定．这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周期（或频率）叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振荡电路的周期（或频率）．2．在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化．第二十四页第二十五页，共40页。大量实验表明：（1）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）；（3）电压升高时，周期不变（频率不变）．结果表明，LC回路的周期和频率只与电容C和自感L有关，跟电容器的带电多少和回路电流大小无关．第二十五页第二十六页，共40页。定性解释：

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，因此周期越长，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，因此周期越长，频率越低．第二十六页第二十七页，共40页。

LC回路的周期和频率公式

（1）式中各物理量T、L、C、f的单位分别是s、H、F、Hz．（2）适当地选择电容器和线圈，可使振荡电路物周期和频率符合我们的需要．（3）电场能、磁场能变化的周期为Tˊ=T/2第二十七页第二十八页，共40页。总结与拓展第二十八页第二十九页，共40页。电磁振荡与机械振动类比：i－v

q(u)－hE磁－

EkE电－

Ep振荡电路+−+−+−放电放电充电充电单摆第二十九页第三十页，共40页。第一类：电容器的电荷q、电压u、电场E、

电场能E电、线圈的自感电动势e自第二类：线圈的电流i、磁场B、磁场能E磁两类量的变化规律相反.即第一类增大时

第二类减小;第一类达最大时第二类为零.两类量:第三十页第三十一页，共40页。

LC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；

LC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。在解决振荡电路问题时,电场能与磁场能的交替转化是解决问题的线索和关键;与电场能和磁场能相关的各量的变化规律是解决问题的依据;q-t和i-t图线及其相互转化是解决问题的直观手段.小结第三十一页第三十二页，共40页。1、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（）A、恒定的磁场在周围产生恒定的电场B、变化的磁场在周围产生变化的电场C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场例与练均匀变化的磁场（电场）产生恒定的电场（磁场）D第三十二页第三十三页，共40页。2、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中不正确的是（）A、振荡的磁场在周围产生恒定的电场B、振荡的磁场在周围产生均匀变化的电场C、振荡的电场在周围产生不同频率的振荡磁场D、振荡的电场在周围产生同频率的振荡磁场例与练振荡磁场（电场）产生同频率的振荡电场（磁场）D第三十三页第三十四页，共40页。3、关于电磁波，下列说法中正确的是A、均匀变化的电场和均匀变化的磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波B、振荡电场和振荡磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波C、电磁波的振荡电场和振荡磁场方向互相垂直，且与传播方向互相垂直D、电磁波能够发生反射、干涉、衍射、偏振现象例与练电磁波是横波BCD第三十四页第三十五页，共40页。4、比较电磁波和机械波，下列说法中正确的是（）A、电磁波和机械波都可以在真空中传播B、电磁波和机械波都是传递能量的一种形式C、电磁波和机械波都能产生反射、干涉、衍射、偏振现象D、电磁波和声波都是纵波例与练机械波只能在介质中传播电磁波是横波，声波是纵波BC第三十五页第三十六页，共40页。5、任何电磁波在真空中都具有相同的（

）(A)频率(B)波长(C)波速(D)能量C第三十六页第三十七页，共40页。1、已知LC振荡电路中电容器极板1上的电量随时间变化的曲线如图所示则（）A.a、c两时刻电路中电流最大，方向相同B.a、c两时刻电路中电流最大，方向相反C.b、d两时刻电路中电流最大