3.1麦克斯韦的电磁场理论-3.2电磁波的发现 学案(2020年沪科版高中物理选修3-4)
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1、3.1麦克斯韦的电磁场理论3.2电磁波的发现学习目标 1.了解麦克斯韦电磁场理论的两大基本论点,能从这两个基本论点出发分析简单问题.2.知道麦克斯韦预言了电磁波的存在及其在物理学发展史上的意义.3.知道赫兹用实验证实了电磁波的存在.4.了解什么叫电磁振荡,了解LC回路中电磁振荡的产生过程及其固有周期(频率).5.了解有效发射电磁波的两个条件,知道电磁波的特点及其与机械波的异同1法拉第创造性地用“力线”和“场”的概念来描述电荷之间、磁体之间以及电与磁之间的相互作用2电磁场理论的两大支柱:(1)变化的磁场产生电场;(2)变化的电场产生磁场3赫兹用实验证明了麦克斯韦电磁场理论的正确性4电磁振荡(1)
2、振荡电流:大小和方向都做周期性变化的电流(2)振荡电路:能够产生振荡电流的电路图1就是一种基本的振荡电路,称为LC振荡电路图1(3)电磁振荡:在振荡电路中,电路中的电流、电容器极板上的电荷、电容器中的电场强度和线圈中的磁感应强度都要发生周期性的变化,这种现象叫做电磁振荡5电磁波的特点(1)电磁波是横波;(2)电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度c,约为3.0108 m/s;(3)电磁波具有波的一般特征,波长、频率f、周期T和波速v之间的关系为vf;(4)电磁波也具有能量一、电磁场理论的两大支柱导学探究1如图2所示,当磁棒相对一闭合线圈运动时,线圈中的电荷做定向移动,是因为受到什么力
3、的作用?若把闭合线圈换成一个内壁光滑的绝缘环形管,管内有直径略小于环内径的带正电的小球,则磁棒运动过程中会有什么现象?小球受到的是什么力?图2答案电荷受到电场力作用做定向移动当磁棒运动时,带电小球会做定向滚动,小球受到的仍然是电场力2以上现象说明什么问题?答案空间磁场变化,就会产生电场,与有没有闭合线圈无关3在如图3所示的含有电容器的交流电路中,电路闭合时,电路中有交变电流,导线周围存在磁场那么在这个闭合电路的电容器中有电流吗?电容器两极板间存在磁场吗?图3答案电容器中无电流,两极板间存在磁场知识深化1电磁场理论的两大支柱(1)变化的磁场产生电场;(2)变化的电场产生磁场2对麦克斯韦电磁场理论
4、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例1(多选)根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是()A在电场的周围空间,一定存在着和它联系着的磁场B在变化的电场周围空间,一定存在着和它联系着的磁场C恒定电流在其周围不存在磁场D恒定电流周围存在着稳定的磁场答案BD解析电场按其是否随时间变化分为稳定电场(静电场)和变化电场(如运动电荷形成的电场),稳定电场不产生磁场,只有变化的电场周围空
5、间才存在对应的磁场,故B对,A错;恒定电流周围存在稳定磁场,磁场的方向可由安培定则判断,D对,C错二、电磁振荡导学探究把自感线圈、可变电容器、示波器、电源和单刀双掷开关按图4连成电路先把开关置于电源一边,为电容器充电,稍后再把开关置于线圈一边,使电容器通过线圈放电图41在示波器显示屏上看到的是电流的图像还是线圈两端电压的图像?是什么形状的图像?答案示波器呈现的是线圈两端电压的图像图像呈周期性变化,类似家庭电路所用的交流电2调节电容器电容的大小,图像如何变化?答案电容变小时,图像周期变小;电容变大时,图像周期变大知识深化1电磁振荡的过程如图5所示,图6是电路中的振荡电流、电容器极板带电荷量随时间
6、的变化图像图5图62各物理量的变化情况时刻(时间)工作过程qEiB能量0放电瞬间qmEm00E电最大E磁最小0放电过程qm0Em00im0BmE电E磁放电结束00imBmE电最小E磁最大充电过程0qm0Emim0Bm0E磁E电充电结束qmEm00E电最大E磁最小放电过程qm0Em00im0BmE电E磁放电结束00imBmE电最小E磁最大T充电过程0qm0Emim0Bm0E磁E电T充电结束qmEm00E电最大E磁最小3.电磁振荡的周期和频率周期T2,频率f.其中周期T、频率f、自感系数L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨(H)、法(F)延伸思考为什么放电完毕时,电流反而最大?答案开始
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