人教版高中物理选修3-4《14.1电磁波的发现、14.2电磁振荡》教学案

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1、1 电磁波的发现2 电磁振荡学 习 目 标 知 识 脉 络1.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2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(重点)3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(难点)4了解电磁振荡的周期与频率，会求 LC 电路的周期与频率.电磁场和电磁波先 填 空 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 1411 所示)(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场( 如图 1412 所示)图 1411变 化 的 磁 场 在 其 周 围 空 间 产 生 电 场图

2、1412变化 的 电 场 在 其 周 围 空 间 产 生 磁 场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：电磁波是横波，电磁波在空间传播不需要介质；电磁波的波长、频率、波速的关系：vf，在真空中，电磁波的速度c3.010 8m/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

3、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再 判 断 1变化的电场一定产生变化的磁场()2恒定电流周围产生磁场，磁场又产生电场()3电磁波和光在真空中的传播速度都是 3.0108 m/s.()4麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在()后 思 考 1变化的磁场一定产生变化的电场吗？【提示】 不一定均匀变化的磁场在周围空间产生

4、恒定的电场，不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场2电磁场与静电场、静磁场相同吗？【提示】 不同电磁场是动态的，并且电场和磁场不可分割；静电场、静磁场单独存在核 心 点 击 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

5、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1关于电磁场理论的叙述，正确的是( )A变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电

6、路无关B周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D电场周围一定存在磁场E磁场周围一定存在电场【解析】 【答案】 ABC2下列关于电磁波的叙述中，正确的是( )A电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B电磁波在任何介质中的传播速度均为 3108 m/sC电磁波由真空进入介质传播时，波长变短D电磁波不能产生干涉、衍射现象E电磁波具有波的一切特征【解析】 电磁波是交替产生呈周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生，故 A 项正确；电磁波只有在真空中传播时，其速度为 3108 m/s，故 B 项不正确；电磁波在传播过程中其频率 f 不变，由波速

7、公式 vf 知，由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小，所以可得此时波长变短，故 C 正确；电磁波是一种波，具有波的一切特性，能产生干涉、衍射等现象，故 E 项正确，D 项不正确【答案】 ACE3麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，_用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了_，测定了电磁波的_和_，得到了电磁波的_，证实在真空中它等于_【解析】 赫兹用实验验证了麦克斯韦电磁场理论的正确性，研究出电磁波的特点及其性质，揭示了光的本质是电磁波【答案】 赫兹 电磁波 波长 频率 波速 光速电磁波的特点1电磁波有波的一切特点：能发生反射、折射现象；能产生干涉、衍射等现象2电磁波是横波在电

8、磁波中，每处的电场强度和磁感应强度方向总是互相垂直的，并且都跟那里的电磁波的传播方向垂直3电磁波可以在真空中传播，向外传播的是电磁能电磁振荡先 填 空 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：1 s 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做固有周期、固有频率(3)周期和

9、频率公式：T 2 ，f .LC12LC再 判 断 1在振荡电路中，电容器充电完毕磁场能全部转化为电场能()2电容器放电完毕，电流最大()3L 和 C 越大，电磁振荡的频率越高()后 思 考 1在 LC 振荡电路一次全振动的过程中，电容器充电几次？它们的充电电流方向相同吗？【提示】 充电两次，充电电流方向不相同2在电磁振荡的过程中，电场能与磁场能相互转化，什么时候磁场能最大？【提示】 放电刚结束时，电场能全部转化成了磁场能核 心 点 击 1各物理量变化情况一览表时刻(时间) 工作过程 q E i B 能量0T4放电过程 qm 0 Em0 0 im 0B m E 电 E 磁T4 T2 充电过程0

10、qm 0E m im0 Bm0 E 磁 E 电T2 3T4 放电过程qm 0 Em0 0 im 0B m E 电 E 磁T3T4充电过程 0 qm 0E m im0 Bm0 E 磁 E 电2.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图象(如图 1413 所示)图 14133板间电压 u、电场能 EE、磁场能 EB随时间变化的图象(如图 1414 所示)图 1414u、E E规律与 qt 图象相对应；E B规律与 it 图象相对应4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：qEE E(或 qEE E)振荡线圈上

11、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：iBE B (或 iBE B)(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、E E与线圈中的三个物理量i、B 、E B是同步异向变化的，即 q、E、E E同时减小时，i 、B、E B同时增大，且它们的变化是同步的，也即：q、E、E E同步异向变化,i、B、E B.注意：自感电动势 E 的变化规律与 qt 图象相对应4.LC 振荡电路中，某时刻磁场方向如图 1415 所示，则下列说法正确的是( )图 1415A若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电B若电容器正在充电，则电容器下极板带正电C若电容器上极板

12、带正电，则线圈中电流正在增大D若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大E若电容器正在充电，则自感电动势正在阻碍电流增大【解析】 本题考查各物理量发生变化的判断方法由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板的带电情况，可分两种情况讨论：(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则 C 对，A 错；(2)若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则 B 对，由楞次定律可判定 D 对 E 错故正确答案为 BCD.【答案】 BCD5.如图 1416 所示，LC 电路的 L 不变，C 可调，要使振荡的频率从 700

13、Hz 变为 1 400 Hz，则把电容 _到原来的_. 图 1416【解析】 由题意，频率变为原来的 2 倍，则周期就变为原来的 ，由 T2 ，L12 LC不变，当 C C0 时符合要求14【答案】 减小 146.如图 1417 所示，L 为一电阻可忽略的线圈， D 为一灯泡， C 为电容器，开关 S 处于闭合状态，灯 D 正常发光，现突然断开 S，并开始计时，画出反映电容器 a 极板上电荷量 q 随时间变化的图象(q 为正值表示 a 极板带正电) 图 1417【解析】 开关 S 处于闭合状态时，电流稳定，又因 L 电阻可忽略，因此电容器 C 两极板间电压为 0，所带电荷量为 0，S 断开的瞬

14、间，D 灯立即熄灭，L、C 组成的振荡电路开始振荡，由于线圈的自感作用，此后的 时间内，线圈给电容器充电，电流方向与线圈T4中原电流方向相同，电流从最大逐渐减为 0，而电容器极板上电荷量则由 0 增为最大，根据电流流向，此 时间里，电容器下极板 b 带正电，所以此 时间内，a 极板带负电，由 0T4 T4增为最大【答案】 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，这样会使问题更直观首先依据题意找出振荡图象的初状态，然后画出其电流或电荷量随时间变化的图象，根据时间关系，可以大体找出该时刻在图象上对应的位置，从而确定处于充电还是放电状态，最后再依据充、放电过程中各物理量的变化规律求解具体问题