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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,0,1,电磁振荡,2,电磁场和电磁波,第三,章,电磁振荡,电磁波,1电磁振荡 第三章,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学发展史上的意义,.,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,.,学习目标1.了解振荡电流、LC回路中振荡电流的产生过程，,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,内容索引重点探究达标检测自主预习,自主预习,自主预习,一、电磁振荡,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,振荡电路及充、放电过程,(1),LC,振荡电路：,由,和,组成,的电路，是最简单的振荡电路,.,(2),电容器放电：,由于,对,交变电流的阻碍作用，放电电流不能立即达到最大值，而是由零逐渐增大，线圈产生的磁场,逐渐,，,电容器里的电场逐渐减弱,，,能,逐渐转化,为,能,.,放电完毕后,，,能,全部转化,为,能,.,大小,方向,振荡电流,线圈,L,电容器,C,电感线圈,增强,电场,磁场,电场,磁场,一、电磁振荡大小方向振荡电流线圈L 电容器C 电感线圈增强电,(3),电容器充电：电容器放电完毕，由于线圈,的,作用,，电流并不立即消失，仍保持原来的方向继续流动，电容器被反向充电,.,在这个过程中，线圈的磁场,逐渐,，,电容器里的电场,逐渐,，,能,逐渐转化,为,_,能,，充电完毕时,，,能,全部转化,为,能,.,减弱,增强,磁场,电场,磁场,电场,自感,(3)电容器充电：电容器放电完毕，由于线圈的 作用,4.,无阻尼振荡和阻尼振荡,(1),无阻尼振荡：如图,1,所示，如果,没有,损失,，振荡电流,的,永远,保持不变的电磁振荡,.,图,1,能量,振幅,4.无阻尼振荡和阻尼振荡图1能量振幅,(2),阻尼振荡：如图,2,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,.,图,2,能量,振幅,(2)阻尼振荡：如图2所示， 逐渐损耗，振荡电流,二、电磁振荡的周期和频率,1.,周期：电磁振荡完成一,次,需要,的时间,.,频率：,1 s,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,T,_,、,f,_,.,周期性变化,次数,无阻尼,二、电磁振荡的周期和频率周期性变化次数无阻尼,三、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,_,(1),磁场随时间变化快，产生的,电场,；,(2),磁场随时间的变化不均匀时，,产生,的,电场；,(3,),的,磁场周围不产生电场,.,2.,变化的电场能够在周围空间,产生,.,(1),电场随时间变化快，则产生的,磁场,；,(2),电场随时间的变化不均匀，,产生,的,磁场；,(3,),的,电场周围不产生磁场,.,电场,强,变化,稳定,磁场,强,变化,稳定,三、麦克斯韦电磁理论的两个基本假设电场强变化稳定磁场强变化稳,四、电磁场和电磁波,1.,电磁场,的,电场,和,的,磁场交替产生，形成的不可分割的统一体,.,2.,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,.,3,.,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,.,变化,变化,变化,麦克斯韦,赫兹,赫兹,光速,四、电磁场和电磁波变化变化变化麦克斯韦赫兹赫兹光速,4.,电磁波的波长,、波速,v,和周期,T,、频率,f,的关系：,v,T,_,.,5.,电磁波在真空中的传播速度,v,.,c,3,10,8,m/s,4.电磁波的波长、波速v和周期T、频率f的关系：vT,1.,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，电场能最大,.,(,),(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),在变化的磁场周围一定会产生变化的电场,.(,),(4),电磁波是横波,.(,),即学即用,答案,1.判断下列说法的正误.即学即用答案,2.,在,LC,振荡电路中，电容器,C,带的电荷量,q,随时间,t,变化的图像如图,3,所示,.1,10,6,s,到,2,10,6,s,内，电容器处于,(,填,“,充电,”,或,“,放电,”,),过程，由此产生的电磁波的波长为,m.,答案,图,3,充电,1200,2.在LC振荡电路中，电容器C带的电荷量q随时间t变化的图像,重点探究,重点探究,一、电磁振荡的产生,导学探究,如图,4,所示，将开关,S,掷向,1,，先给电容器充电，再将开关掷向,2.,答案,电容器,放电过程中，线圈中的电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能,.,答案,图,4,(1),在电容器通过线圈放电过程中，线圈中的电流怎样变化？电容器的电场能转化为什么形式的能？,一、电磁振荡的产生导学探究如图4所示，将开关S掷向1，,(2),在电容器反向充电过程中，线圈中电流如何变化？电容器和线圈中的能量是如何转化的？,答案,电容器,反向充电过程中，线圈中电流逐渐减小，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能,.,(3),线圈中自感电动势的作用是什么？,答案,线圈,中电流变化时，产生的自感电动势阻碍电流的变化,.,答案,(2)在电容器反向充电过程中，线圈中电流如何变化？电容器和线,项目,过程,电荷量,q,电场强度,E,电势,差,U,电场能,电流,i,磁感应强度,B,磁场能,电容器放电,减少,减小,减小,减少,增大,增大,增加,知识深化,振荡过程各物理量的变化规律,项目电荷量q电场强度E电势电场能电流i磁感应强度B磁场能减少,0,0,0,0,最大,最大,最大,反向充电,增加,增大,增大,增加,减小,减小,减少,时刻,最大,最大,最大,最大,0,0,0,0000最大最大最大增加增大增大增加减小减小减少最大最大,反向放电,减少,减小,减小,减少,增大,增大,增加,时刻,0,0,0,0,最大,最大,最大,电容器充电,增加,增大,增大,增加,减小,减小,减少,减少减小减小减少增大增大增加0000最大最大最大增加增大增,例,1,(,多选,),如图,5,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,),答案,解析,图,5,例1(多选)如图5所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡,解析,S,断开前，电容器,C,断路，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,.,解析S断开前，电容器C断路，线圈中电流从上到下，电容器不带,总结提升,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，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，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,(,电压,U,、场强,E,、电场能,E,E,),增大或电流,i,(,磁感应强度,B,、磁场能,E,B,),减小时，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,.,总结提升LC振荡电路充、放电过程的判断方法,A.,若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由,b,向,a,B.,若磁场正在减弱，则电场能正在增加，电容器上极板带负电,C.,若磁场正在增强，则电场能正在减少，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,例,2,(,多选,),LC,振荡电路中，某时刻的磁场方向如图,6,所示，则,答案,解析,图,6,A.若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a例2(多,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,，电场能增加，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,.,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,二、电磁振荡的周期和频率,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,可知，与电介质的介电常数,r,、极板正对面积,S,及板间距离,d,有关,.,二、电磁振荡的周期和频率2.L、C的决定因素,例,3,要想增大,LC,振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是,A.,增大电容器两极板的间距,B.,升高电容器的充电电压,C.,增加线圈的匝数,D.,在线圈中插入铁芯,答案,解析,例3要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方,升高电容器的充电电压，电容不变，,B,错误,；,增加,线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，电感,L,增大，故,C,、,D,错误,.,升高电容器的充电电压，电容不变，B错误；,三、麦克斯韦电磁场理论,导学探究,(1),电子感应加速器就是用来获得高速,电子,的,装置，其基本原理如图,7,所示，上、下为电磁铁的,两,个,磁极，磁极之间有一个环形真空室，电磁铁线圈中,通,入,变化的电流，真空室中的带电粒子就会被加速，其,速,率,会越来越大,.,请思考：带电粒子受到什么力的作用而,被,加速,？如果线圈中通以恒定电流会使粒子加速吗？这个现象告诉我们什么道理？,答案,带电粒子,受到电场力作用做加速运动,.,线圈中通入恒定电流时，带电粒子不会被加速,.,变化的磁场能产生电场,.,答案,图,7,三、麦克斯韦电磁场理论导学探究 (1)电子感应加速器就,(2),用导线将手摇发电机与水平放置的平行板电容器两极相连，平行板电容器两极板间的距离为,4 cm,左右，在下极板边缘放上几个带绝缘底座的可转动小磁针，当摇动发电机给电容器充电或放电时，小磁针发生转动，充电结束或放电结束后，小磁针静止不动,.,请思考：小磁针受到什么力的作用而转动？这个现象告诉我们什么道理？,答案,小,磁针受到磁场力的作用而转动,.,变化的电场可以产生磁场,.,答案,(2)用导线将手摇发电机与水平放置的平行板电容器两极相连，平,知识深化,对麦克斯韦电磁场理论的理解,(1),变化的磁场产生电场,均匀变化的磁场产生恒定的电场,.,非均匀变化的磁场产生变化的电场,.,周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场,.,(2),变化的电场产生磁场,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,.,周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场,.,知识深化对麦克斯韦电磁场理论的理解,解析,图,A,中电场不随时间变化，不会产生磁场,；,图,B,和图,C,中电场都随时间做均匀的变化，只能在周围产生恒定的磁场，也不会产生和发射电磁波,；,图,D,中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而这个磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场,.,例,4,某电路中电场随时间变化的图像如下列各图所示，能产生电磁场的是,答案,解析,解析图A中电场不随时间变化，不会产生磁场；例4某电路中电,四、电磁波,导学探究,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，检波器上两铜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？,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检波器时，它在检波器中激发出感应电动势，使检波器上两铜球间也会产生电火花,.,这个实验证实了电磁波的存在,.,答案,图,8,四、电磁波导学探究如图8所示是赫兹证明电磁波存在的实验,知识深化,电磁波与机械波的比较,机械波,电磁波,研究对象,力学现象,电磁现象,周期性,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,传播情况,传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关,传播无需介质，在真空中波速等于光速,c,，在介质中传播时，波速与介质和频率都有关,产生机理,由质点,(,波源,),的振动产生,由电磁振荡激发,是横波还,是纵波,可能是横波，也可能是纵波,横波,干涉和衍射,可以发生干涉和衍射,知识深化电磁波与机械波的比较机械波电磁波研究对象力学,例,5,(,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,例5(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是答,解析,机械波由波源的振动产生；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,.,解析机械波由波源的振动产生；电磁波由周期性变化的电场(或磁,达标检测,达标检测,1,2,3,4,1.,(,电磁振荡,),如图,9,所示的,LC,振荡电路中，已知某时刻电流,i,的方向如图所示，且正在增大，则,此时,A.,A,板带正电,B.,线圈,L,两端电压在增大,C.,电容器,C,正在充电,D.,电场能正在转化为磁场,能,答案,解析,图,9,12341.(电磁振荡)如图9所示的LC振荡电路中，已知某时,1,2,3,4,解析,电路中的电流正在增大，说明电容器正在放电，选项,C,错误,；,电容器,放电时，电流从带正电的极板流向带负电的极板，则,A,板带负电，选项,A,错误,；,电容器,放电，电容器两板间的电压减小，线圈两端的电压减小，选项,B,错误,；,电容器,放电，电场能减小，电流增大，磁场能增大，电场能正在转化为磁场能，选项,D,正确,.,1234解析电路中的电流正在增大，说明电容器正在放电，选项,解析,电容器放电一次经历四分之一个周期，而周期,T,T,是由振荡电路的电容,C,和电感,L,决定的，与充电电压、带电荷量、放电电流等无关,.,故选,D.,1,2,3,4,2.,(,电磁振荡的周期和频率,),在,LC,振荡电路中，电容器放电时间的长短决定于,A.,充电电压的大小,B.,电容器带电荷量的多少,C.,放电电流的大小,D.,电容,C,和电感,L,的数值,答案,解析,解析电容器放电一次经历四分之一个周期，而周期T,1,2,3,4,3.,(,麦克斯韦电磁场理论,),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,12343.(麦克斯韦电磁场理论)下列说法中正确的是答案解,1,2,3,4,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.,1234解析根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化,1,2,3,4,解析,电磁波在真空中的传播速度为光速,c,3.0,10,8,m,/s,，且,c,f,，从一种介质进入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变化,.,电磁波仍具有波的特征，电磁波只有在真空中的速度才为,3.0,10,8,m/,s,，在其他介质中的传播速度小于,3.0,10,8,m/s.,只有交变的电场和磁场才能产生电磁波,.,4.,(,电磁波的特点,),(,多选,),下列关于电磁波的说法中，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,3.0,10,8,m/s,C.,电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短,D.,只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波,答案,解析,1234解析电磁波在真空中的传播速度为光速c3.010,
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