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第十四章 电磁波,1 电磁波的发现 2 电磁振荡,读一读,辨一辨,一、电磁波的发现 阅读教材第7577页,对电磁场的理论有初步的定性了解。 1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点是什么? 答案：变化的磁场产生电场和变化的电场产生磁场。 2.电磁波的概念是什么? 答案：根据麦克斯韦电磁场理论,周期性变化的电场和磁场相互联系,形成电场和磁场的统一体,它由近及远地向周围传播,这就是电磁波。 3.电磁波的波速是多少? 答案：麦克斯韦指出了光的电磁本性,他预言电磁波的速度等于光速。 4.第一个通过实验证明电磁波存在的是哪位科学家? 答案：德国科学家赫兹。,读一读,辨一辨,二、电磁振荡的产生 阅读教材第78、79页,通过对电磁振荡的实验观察,学习LC振荡电路。 1.实验的探究方法是什么? 答案：控制变量法。 2.什么是振荡电流? 答案：大小和方向都做周期性迅速变化的电流叫振荡电流。 3.振荡电路的概念是什么? 答案：能产生振荡电流的电路叫振荡电路。由电感线圈和电容组成的电路是最简单的振荡电路,称为LC振荡电路。,读一读,辨一辨,三、电磁振荡的周期和频率 阅读教材第80页,通过学习,了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式。 1.电磁振荡的周期是指哪一段时间? 答案：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2.什么是电磁振荡的频率? 答案：1 s内完成的周期性变化的次数就是频率。 3.什么是电磁振荡的固有周期和固有频率? 答案：如果振荡电路没有能量损失,也不受其他外界影响,这时的周期和频率分别叫作固有周期和固有频率。,读一读,辨一辨,1.思考辨析。 (1)电磁波也能产生干涉、衍射现象。 ( ) 答案： (2)只有均匀变化的电场(磁场)才能产生均匀变化的磁场(电场)。 ( ) 解析：均匀变化的电场(磁场)产生恒定的磁场(电场)。周期性变化的电场(磁场)产生同频率的周期性变化的磁场(电场)。 答案： (3)在LC振荡电路中,电流增大的过程中电容器放电,磁场能和电场能都减小。 ( ) 解析：电流增大,电容器放电,磁场能增大,电场能减小。 答案：,读一读,辨一辨,2.探究讨论。 (1)为什么说电磁波是横波? 答案：根据麦克斯韦电磁场理论,电磁波在真空中传播时,它的电场强度和磁感应强度是相互垂直的,且二者均与波的传播方向垂直。因此,电磁波是横波。 (2)电磁振荡的实质是什么? 答案：在电磁振荡过程中,电容器极板上的电荷量、电路中的电流、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度都随时间做周期性变化,电场能与磁场能发生周期性的相互转化。,读一读,辨一辨,(3)振荡电路的周期和频率由什么因素决定?为什么又叫电路的固有周期、固有频率? 答案：LC回路的周期、频率都由电路本身的特性(L、C值)决定。由于与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关,所以称为电路的固有周期和固有频率。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,对麦克斯韦电磁场理论的理解 下图是赫兹实验的装置示意图,请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题? 要点提示：实验演示了电磁波的发射和接收,验证了麦克斯韦电磁场理论。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,1.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,变化的磁场周围产生电场,与是否有闭合电路存在无关。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,【例题1】 根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( ) A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场 B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场 C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场 解析：根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,只有选项D正确。 答案：D 归纳总结理解麦克斯韦的电磁场理论的关键 掌握四个关键词:“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”,这些都是对时间来说的,是时间的函数。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,变式训练1如图所示的四种电场中,哪一种能产生电磁波( ) 解析：由麦克斯韦电磁场理论,当空间出现恒定的电场时(如A图),由于它不激发磁场,故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场时(如B、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出电场,故也不会产生电磁波;只有振荡的电场(即周期性变化的电场)(如D图),才会激发出振荡的磁场,振荡的磁场又激发出振荡的电场如此周而复始,便会形成电磁波。 答案：D,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,电磁波与机械波的比较 如图所示,某同学正在回答神舟十号航天员王亚平的问题,请问她们的通话是通过机械波进行的还是通过电磁波进行的?为什么? 要点提示：电磁波。因为机械波的传播离不开介质,而电磁波可以在真空中传播。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,电磁波是电磁现象,机械波是力学现象,两种波因产生机理不同,所以除具有波的共性外,还有不同之处。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,因为电磁波是交变电磁场互相激发产生的,所以电磁波传播时不需要介质,可在真空中传播。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】 导学号73884133关于电磁波与声波,下列说法正确的是( ) A.电磁波是由电磁场发生的区域向远处传播,声波是声源的振动向远处传播 B.电磁波的传播不需要介质,声波的传播有时也不需要介质 C.由空气进入水中传播时,电磁波的传播速度变小,声波的传播速度变大 D.由空气进入水中传播时,电磁波的波长不变,声波的波长变小 【思考问题】 电磁波和机械波在从一种介质向另一种介质传播时频率发生变化吗? 提示：无论电磁波还是机械波,从一种介质进入另一种介质时频率都不变。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,归纳总结理解电磁波与机械波的三点不同 (1)电磁波是电磁现象,由电磁振荡产生;机械波是力学现象,由机械振动产生。 (2)机械波的传播依赖于介质的存在,但电磁波的传播不需要介质。 (3)不同频率的机械波在同一介质中传播速度相同,在不同介质中传播速度不同;不同频率的电磁波在同一介质中传播速度不同。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2关于电磁波与机械波,下列说法正确的是( ) A.机械波和电磁波,本质上是一样的 B.电磁波在任何介质中传播速率都相同,机械波在同一种介质中传播速率都相同 C.电磁波和机械波都不能发生干涉 D.电磁波与机械波都能发生衍射 解析：机械波由机械振动产生,电磁波由振荡的电磁场产生,选项A错;电磁波的波速与介质和频率都有关,而机械波的传播速度只与介质有关,选项B错;电磁波和机械波都具有波的特性,选项C错,选项D对。 答案：D,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,振荡过程中各物理量的变化情况 如图所示装置,先把开关扳到电池组一边,给电容器充电,稍后再把开关扳到线圈一边,让电容器通过线圈放电,会观察到电流表指针有何变化?说明什么问题? 要点提示：指针左右摆动,表明电路中产生了大小和方向变化的电流。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.用图象对应分析:振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能和磁场能之间的对应关系,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,2.相关量与电路状态的对应情况,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,3.几个关系 (1)同步同变关系 在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中,电容器上的物理量:电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的,即qEEE(或qEEE)。 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iBEB(或iBEB)。 (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增大时,线圈中的三个物理量i、B、EB减小,且它们的变化是同步的,也即q、E、EE i、B、EB。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,电容器充放电与能量转化:电容器充电时,磁场能转化为电场能;电容器放电时,电场能转化为磁场能。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题3】 导学号73884134如图所示,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,灯泡D正常发光,现突然断开S,并开始计时,能正确反映电容器a极板上电荷量q及LC回路中电流i(规定顺时针方向为正)随时间变化的图象是(图中q为正值,表示a极板带正电)( ),探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,【思考问题】 振荡电流与极板电荷量的关系是什么? 提示：i=0时,q最大;i最大时,q=0;且i= 。 解析：S断开前,线圈L短路,线圈中电流从上到下,电容器不带电;S断开时,线圈L中产生自感电动势,阻碍电流减小,给电容器C充电,此时LC回路中电流i沿顺时针方向(正向)最大;给电容器充电过程,电容器充电量最大时(a板带负电),线圈L中电流减为零。此后,LC回路发生电磁振荡形成交变电流。综上所述,选项B、C正确。 答案：BC,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练3如图所示,LC振荡电路中,已知某时刻电流i的方向指向A板,且正在增大,则( ) A.A板带正电 B.A、B两板间的电压在增大 C.电容器C正在充电 D.电场能正在转化为磁场能 解析：电流i正在增大,磁场能增大,电容器在放电,电场能减小,电场能转化为磁场能,选项C错误,D正确;由题图中i方向可知B板带正电,选项A错误;由于电容器放电,电荷量减少,两板间的电压在减小,选项B错误。 答案：D,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,归纳总结LC振荡电路充、放电过程的判断方法 (1)根据电流流向判断,当电流流向带正电的极板时,处于充电过程;反之,处于放电过程。 (2)根据物理量的变化趋势判断:当电容器的电荷量q(U、E)增大时,处于充电过程;反之,处于放电过程。 (3)根据能量判断:电场能增加时,充电;磁场能增加时,放电。,1 2 3 4,1.(考查麦克斯韦电磁场理论)关于麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( ) A.在电场周围一定存在着磁场 B.任何变化的电场周围一定存在着变化的磁场 C.均匀变化的磁场周围一定存在着变化的电场 D.振荡电场在它周围的空间一定产生同频率的振荡磁场 解析：在变化的电场周围才存在磁场,振荡的电场(非均匀变化的)会产生同频率周期性振荡的磁场。均匀变化的磁场周围存在着稳定的电场。 答案：D,1 2 3 4,2.(考查电磁波和声波的区别)关于电磁波与声波相比较,下列说法正确的是( ) A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质 B.由空气进入玻璃时,电磁波速度变小,声波速度变大 C.由空气进入玻璃时,电磁波波长变小,声波波长变大 D.电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的,与频率无关 解析：选项A、B说法均与事实相符,故选项A、B正确;由空气进入玻璃时,根据= ,电磁波波速变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,故选项C正确;电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有关,在同一介质中,频率越大,波速越小,故选项D错误。 答案：ABC,1 2 3 4,3.(考查电磁振荡过程)右图是LC振荡电路中振荡电流与时间的关系图线,若电容器开始放电的时刻为t=0,则下列说法正确的是( ) A.在t=0时,线圈中的磁场能最小 B.在t=1 s时,电容器中电场能最大 C.在t=2 s时,电容器放电结束 D.在t=3 s时,电容器充电结束 解析：电流增大的过程中磁场能增加,电场能减少,所以电容器放电,也就是磁场能的大小由电流的大小决定。 答案：A,1 2 3 4,4.导学号73884135(考查电磁振荡的周期)右图是某电器元件厂生产的可调电容器,把它接在L不变的LC振荡电路中,为了使振荡的频率从700 Hz变为1 400 Hz,可采取的办法有( ) A.电容增大到原来的4倍 B.电容增大到原来的2倍,答案：D,
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