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第3章 电磁场与电磁波,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.,内容索引,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习 预习新知 夯实基础,自主预习,1.法拉第创造性地用“ ”和“ ”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) ；(2)_ . 3.赫兹用实验证明了麦克斯韦 的正确性. 4.电磁振荡 (1)振荡电流：大小和 都做周期性变化的电流.,力线,场,变化的电场产,变化的磁场产生电场,生磁场,电磁场理论,方向,(2)振荡电路：能够产生 的电路.图1就是一种基本的振荡电路，称为LC振荡电路. (3)电磁振荡：在振荡电路中，电路中的 、电容器极板上的 、电容器中的 和线圈中的 都要发生 的变化，这种现象叫做电磁振荡.,振荡电流,电流,电荷,电场强度,磁感应强度,周期性,图1,5.电磁波的特点 (1)电磁波是 ； (2)电磁波在真空中的传播速度等于 ，约为 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v ； (4)电磁波也具有 .,横波,3.0108,光在真空中的传播速度c,能量,f,重点探究,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？,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.,图1,答案,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.,答案,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？,答案 电容器中无电流，两极板间存在磁场.,答案,图3,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的理解,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,解析,答案,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4,1.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.,答案,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.,答案,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的变化图像.,图5,图6,2.各物理量的变化情况,延伸思考 为什么放电完毕时，电流反而最大？,答案 开始放电时，由于线圈的自感作用，放电电流不能瞬间达到最大值，而是逐渐增大，随着线圈的阻碍作用减弱，放电电流增加变快，当放电完毕时，电流达到最大值.,答案,例2 如图7所示为LC振荡电路中电容器的极板带电荷量随时间变化曲线，下列判断中正确的是 在b和d时刻，电路中电流最大 在ab时间内，电场能转变为磁场能 a和c时刻，磁场能为零 在Oa和cd时间内，电容器被充电 A.只有和 B.只有和 C.只有 D.只有和,图7,答案,解析,解析 a和c时刻是充电结束时刻，此时刻电场能最大，磁场能最小为零，正确； b和d时刻是放电结束时刻，此时刻电路中电流最大，正确； ab是放电过程，电场能转化为磁场能，正确； Oa是充电过程，而cd是放电过程，错误.,三、电磁波的发射,导学探究 如今在我们周围空间充满了各种频率不同、传递信息各异的电磁波，你知道这些电磁波是如何发射出去的吗？,答案 由巨大的开放电路发射出去的.,答案,知识深化 1.有效地向外发射电磁波时，振荡电路必须具有的两个特点： (1)利用开放电路发射电磁波. (2)提高振荡频率. 2.实际应用的开放电路(如图8)，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连.,图8,例3 要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应该采取的措施是 A.增加辐射波的波长 B.使振荡电容的正对面积足够小 C.尽可能使电场和磁场分散开 D.增加回路中的电容和电感,解析,答案,四、电磁波及其与机械波的比较,导学探究 电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两者都具有波的特性，但它们具有本质的不同，你能举例说明吗？,答案 例如机械波的传播依赖于介质的存在，但电磁波的传播则不需要介质.,答案,知识深化 电磁波与机械波的比较,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,答案,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.,解析,课堂要点小结,1.麦克斯韦的电磁场理论,法拉第的贡献,电磁场理论 的两大支柱,场 力线,预言：空间存在电磁波,变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场,2.电磁波的发现,赫兹实验：证明了电磁场理论的正确性,电磁振荡,有效发射电磁波时电路具备的两个特点,LC振荡电路,LC振荡电路的周期和频率,T=2,f=,振荡过程,充电过程,电荷量逐渐减少 电流逐渐增大,放电过程,电荷量逐渐增多 电流逐渐减小,开放电路 高频振荡,电磁波的特点,达标检测,1,2,3,1.下列说法中正确的是 A.任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空 间产生同频率的振荡电场 B.任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率 的振荡磁场 C.任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生 同频率的振荡磁场 D.电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场,答案,解析,1,2,3,解析 根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场.故选C.,2.(多选)关于电磁波的特点，下列说法正确的是 A.电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波沿与二者垂直的方向传播 B.电磁波是横波 C.电磁波的传播不需要介质，是电场和磁场之间的相互感应 D.电磁波不具有干涉和衍射现象,1,2,3,答案,解析,解析 电磁波是横波，其E、B、v三者互相垂直.电磁波也是一种波，它具有波的特性，因此A、B、C正确，D错.,1,2,3,3.(多选)如图9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)随时间变化的图像是(图中q为正值表示 a极板带正电),解析,图9,答案,1,2,3,解析 S断开前，电容器C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，电容器带电荷量最大时(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.,
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