物理教科版选修3-4课件第3章电磁振荡电磁波1~2

第三章

1电磁振荡2电磁场和电磁波学习目标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发展史上的物理意义.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.内容索引知识探究题型探究达标检测知识探究一、电磁振荡如图1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，电容器通过线圈放电，放电过程中，电容器的电场能转化为什么形式的能？线圈中的电流发生变化时，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？当线圈中的电流减小时，是否会对电容器充电？此时线圈中的磁场能转化为什么形式的能？

导学探究图1答案答案

电容器的放电过程中电场能转化为磁场能.线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化；线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能.1.振荡电流和振荡电路(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：由

和

组成的电路，是最简单的振荡电路.知识梳理大小方向振荡电流线圈L电容器C2.电磁振荡过程分析振荡电流图像电路状态时刻t0T电量q最多0最多0最多电场能最大0最大0最大电流i0正向最大0反向最大0磁场能0最大0最大03.无阻尼振荡和阻尼振荡(1)无阻尼振荡：如图2所示，如果没有

______损失，振荡电流的

永远保持不变的电磁振荡.能量振幅图2图3(2)阻尼振荡：如图3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.能量振幅即学即用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.()(2)LC振荡电路的电容器极板上电荷量最多时，电场能最大.()(3)LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷一定减少.()(4)LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大.()√×√√二、电磁振荡的周期和频率如图4所示的电路，(1)如果仅更换自感系数L更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？由于延缓了振荡电流的变化，振荡周期T会怎样变化？导学探究答案

自感电动势更大，阻碍作用更大，周期变长.答案图4(2)如果仅更换电容C更大的电容器，将开关S掷向1，先给电容器充电，电容器的带电荷量是否增大？再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，放电时间是否相应地变长？振荡周期T是否变长？答案

带电荷量增大，放电时间变长，周期变长.答案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

知识梳理周期性变化次数无阻尼即学即用判断下列说法的正误.(1)LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板充满负电荷为止，这一段时间为一个周期.()(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)LC振荡电路线圈的自感系数增大为原来的4倍，振荡周期增大为原来的2倍.()(4)提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大.()××√√(1)如图5甲所示，磁铁相对闭合线圈上下运动时，闭合线圈中的电荷做定向移动，是因为受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电场？如果没有导体，会产生电场吗？三、麦克斯韦电磁理论导学探究答案

电荷受到电场力作用做定向移动.电场力是由电场施加的，这说明变化的磁场产生了电场.如果没有导体，仍会产生电场，与有没有闭合线圈无关.图5答案(2)如图乙所示，用手摇发电机给电容器充电或电容器放电时，电容器周围的小磁针发生摆动，小磁针受到什么力的作用？这能否说明变化的电场产生了磁场？如果没有小磁针，磁场是否也存在？答案

小磁针受到磁场力作用而摆动，磁场力是由磁场产生的，这说明变化的电场产生了磁场.没有小磁针，磁场仍然存在.答案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

.如图6所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生

.(2)变化的电场能够在周围空间产生

，如图7所示.知识梳理电场感应电流磁场图6图72.均匀变化的磁场产生

的电场，振荡变化的磁场产生变化的电场；均匀变化的电场产生

的磁场，振荡变化的电场产生变化的磁场.3.周期性变化的磁场产生

的电场，周期性变化的电场又会产生

的磁场，因此变化的磁场和变化的电场会交替产生，形成不可分离的统一体，即电磁场.恒定恒定周期性变化周期性变化即学即用判断下列说法的正误.(1)在电场周围，一定存在着和它联系着的磁场.()(2)在变化的电场周围，一定存在着和它联系着的磁场.()(3)在磁场周围一定存在着和它联系着的电场.()(4)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场.()(5)在变化的磁场周围可能会产生恒定的电场.()√××√×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，导线环上两小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？四、电磁波导学探究答案

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导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也会产生电火花.这个实验证实了电磁波的存在.图8答案1.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.2.

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

.3.电磁波的波长λ、波速v和周期T、频率f的关系：λ＝vT＝___.4.电磁波在真空中的传播速度v＝

.知识梳理变化麦克斯韦赫兹赫兹光速c≈3×108m/s即学即用判断下列说法的正误.(1)电磁波的传播速度等于声速.()(2)电磁波不能在真空中传播.()(3)电磁波的电场强度和磁场强度相互垂直，且二者与波的传播方向垂直.

()(4)电磁波是横波.()√××√题型探究一、电磁振荡中各物理量的变化情况如图9所示图9例1

(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图10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，则电场能正在减小，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解析答案图10√√√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.针对训练

(多选)在如图11(a)所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图(b)所示，若把通过P点向右的电流规定为i的正方向，则A.0至0.5ms内，电容器C正在充电B.0.5ms至1ms内，电容器上极板带正电C.1ms至1.5ms内，Q点比P点电势高D.1.5ms至2ms内，磁场能在减少解析答案图11√√解析由题图(b)知0至0.5ms内i在增大，应为放电过程，A错误.0.5ms至1ms内，电流在减小，应为充电过程，电流方向不变，电容器上极板带负电，B错误.在1ms至1.5ms内，为放电过程，电流方向改变，Q点比P点电势高，C正确.1.5ms至2ms内为充电过程，磁场能在减少，D正确.二、电磁振荡的周期和频率1.由公式

可知T、f取决于L、C，与极板所带电荷量、两板间电压无关.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C＝

可知，与电介质的介电常数εr、极板正对面积S及板间距离d有关.例2为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是A.增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯B.减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数C.减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯D.减小电容器两极板的正对面积并减小线圈的匝数√解析本题考查LC振荡电路的频率公式

f＝

.由此式可知增大固有频率f的办法是减小L或减小C或同时减小L和C.增大电容器两极板的正对面积或减小电容器两极板的距离，则C增大，减小正对面积或增大电容器两极板的距离，则C减小.在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝数则L增大，减小线圈的匝数则L减小，故选项D正确.解析答案三、麦克斯韦电磁理论1.恒定的磁场不会产生电场；同样，恒定的电场也不会产生磁场.2.均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场.3.振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场；同样，振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡变化的磁场.例3

(多选)应用麦克斯韦的电磁理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是解析答案√√解析

A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁理论可知周围空间不会产生电场，A图中的下图是错误的.B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生恒定的磁场，下图的磁场是恒定的，所以B图正确.C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差

，C图是正确的.D图的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差π，故不正确，所以只有B、C两图正确.四、电磁波与机械波的比较1.电磁波和机械波的共同点(1)二者都能产生干涉和衍射.(2)二者在不同介质中传播时频率不变.(3)二者都满足波的公式v＝

＝λf.2.电磁波和机械波的区别(1)二者本质不同电磁波是电磁场的传播，机械波是质点机械振动的传播.(2)传播机理不同电磁波的传播机理是电磁场交替感应，机械波的传播机理是质点间的机械作用.(3)电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质.(4)电磁波是横波，机械波既有横波又有纵波，甚至有的机械波同时有横波和纵波，例如地震波.解析答案例4

(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

√√√解析机械波由振动产生；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.总结提升机械波的传播速度完全由介质决定，而电磁波的传播速度是由介质和频率共同决定.达标检测1.(多选)在LC回路中，电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图12所示，则A.在时刻t1，电路中的电流最大B.在时刻t2，电路中的磁场能最大C.从时刻t2至t3，电路的电场能不断增大D.从时刻t3至t4，电容器的带电荷量不断增大解析答案1234图12√√解析电磁振荡中的物理量可分为两组：①电容器带电荷量q、极板间电压u、电场强度E及电场能为一组.②自感线圈中的电流i、磁感应强度B及磁场能为一组.同组量的大小变化规律一致，同增同减同为最大或为零；异组量的大小