高中物理 第3章 电磁场与电磁波章末总结课件 沪科版选修34

网络构建区电磁场与电磁波电磁场与电磁波电磁场：麦克斯韦电磁场理论电磁场：麦克斯韦电磁场理论变化的磁场产生变化的磁场产生变化的电场产生变化的电场产生电磁波电磁波电场电场磁场磁场发现发现预言：麦克斯韦预言：麦克斯韦证实：赫兹证实：赫兹产生：电磁振荡产生：电磁振荡振荡电路振荡电路LC振荡电路的周期和频率振荡电路的周期和频率Tf2电磁波电磁波发射、传发射、传播与接收播与接收发射发射有效发射电磁波的条件有效发射电磁波的条件调制：调制： 与与传播：三种方式传播：三种方式( ( 、天波、天波、 ) )接收：调谐接收：调谐电谐振电谐振解调解调( (检波检波) )特点：特点：( (1) )横波横波( (2) )传播不需介质传播不需介质( (3) )真空中传播速真空中传播速 度度 光速光速( (4) )v电磁波谱电磁波谱成员：无线电波、成员：无线电波、 、可见光、可见光、 、 X射线、射线、特性及应用特性及应用应用：广播、电视、雷达、移动电话、因特网等应用：广播、电视、雷达、移动电话、因特网等调幅调幅调频调频地波地波直线传播直线传播等于等于f红外线红外线紫外线紫外线射线射线专题整合区一、一、麦克斯麦克斯韦的电磁场理论韦的电磁场理论二二、LC回路的电磁振荡规律回路的电磁振荡规律三三、电磁波的传播特点及应用电磁波的传播特点及应用四四、电磁波和机械波的比较电磁波和机械波的比较一、麦克斯韦的电磁场理论1.两个基本论点两个基本论点(1)变化的磁场产生电场，可从以下三个方面理解：变化的磁场产生电场，可从以下三个方面理解：恒定的磁场不产生电场恒定的磁场不产生电场均匀变化的磁场产生恒定的电场均匀变化的磁场产生恒定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，也可从以下三个方面理解：变化的电场产生磁场，也可从以下三个方面理解：恒定的电场不产生磁场恒定的电场不产生磁场均匀变化的电场产生恒定的磁场均匀变化的电场产生恒定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周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场2.感应电场方向的判定感应电场方向的判定变化的磁场产生的感应电场的方向，与存在闭合回路变化的磁场产生的感应电场的方向，与存在闭合回路时产生的感应电流的方向是相同的时产生的感应电流的方向是相同的.例例1关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是()A.稳定的电场产生稳定的磁场稳定的电场产生稳定的磁场B.均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁磁 场场产生均匀变化的电场产生均匀变化的电场C.变化的电场产生的磁场一定是变化的变化的电场产生的磁场一定是变化的D.振荡的电场周围空间产生的磁场也是振荡的振荡的电场周围空间产生的磁场也是振荡的解析解析麦克斯韦的电磁场理论要点是：变化的磁场麦克斯韦的电磁场理论要点是：变化的磁场(电电场场)要在周围空间产生电场要在周围空间产生电场(磁场磁场)，若磁场，若磁场(电场电场)的变化的变化是均匀的，产生的电场是均匀的，产生的电场(磁场磁场)是稳定的，若磁场是稳定的，若磁场(电场电场)的变化是振荡的，产生的电场的变化是振荡的，产生的电场(磁场磁场)也是振荡的，由此也是振荡的，由此可判定正确答案为可判定正确答案为D项项.答案答案D二、LC回路的电磁振荡规律1.两个过程两个过程电磁振荡过程按电容器的电荷量变化可分为充、放电电磁振荡过程按电容器的电荷量变化可分为充、放电过程，如图过程，如图1所示所示.图图1(1)充电充电当电容器的电荷量增加时为充电过程，这个过程电路当电容器的电荷量增加时为充电过程，这个过程电路中的电流减小中的电流减小.(2)放电放电当电容器的电荷量减小时为放电过程，这个过程电路当电容器的电荷量减小时为放电过程，这个过程电路中的电流增加中的电流增加.注意：在任意两个过程的分界点对应的时刻，各物理注意：在任意两个过程的分界点对应的时刻，各物理量取特殊值量取特殊值(零或最大值零或最大值).2.两类物理量两类物理量一类是与电场有关的物理量，一类是与磁场有关的物一类是与电场有关的物理量，一类是与磁场有关的物理量理量.(1)电流电流i，它决定了磁场能的大小，它决定了磁场能的大小.振荡电流振荡电流i在电感线在电感线圈中形成磁场，因此，线圈中的磁感应强度圈中形成磁场，因此，线圈中的磁感应强度B、磁通量、磁通量和磁场能和磁场能E磁磁具有与之相同的变化规律具有与之相同的变化规律.(2)电荷量电荷量q，它决定了电场能的大小，它决定了电场能的大小.电容器两极板间的电容器两极板间的电压电压U、电场强、电场强E、电场能、电场能E电电、线圈的自感电动势、线圈的自感电动势E具具有与之相同的变化规律有与之相同的变化规律.注意：电流注意：电流i和电荷量和电荷量q的变化不同步，规律如图的变化不同步，规律如图1所示所示.例例2如图如图2所示的电路中，电容器的所示的电路中，电容器的电容电容为为C，电感线圈的自感为，电感线圈的自感为L，线圈的，线圈的电阻忽电阻忽略略不计，原来开关不计，原来开关S闭合，现从闭合，现从开关开关S断开断开的的瞬间开始计时，下列说法正确的是瞬间开始计时，下列说法正确的是()图图2A.t0时刻，电容器的左板带负电，右板带正电时刻，电容器的左板带负电，右板带正电B.t 时刻时刻，线圈，线圈L的感应电动势最大的感应电动势最大C.t 时刻时刻，通过线圈，通过线圈L的电流最大，方向向左的电流最大，方向向左D.t 时刻时刻，电容器，电容器C两极板间电压两极板间电压最大最大解析解析没断开开关前，线圈与没断开开关前，线圈与R串联，由于线圈的电阻串联，由于线圈的电阻不计，所以线圈两端的电压为零，电容器两极板上电不计，所以线圈两端的电压为零，电容器两极板上电荷量为零荷量为零.此时通过线圈的电流自右向左；当断开开关此时通过线圈的电流自右向左；当断开开关时，开始给电容器充电，电流逐渐减小，经过时，开始给电容器充电，电流逐渐减小，经过 个周期个周期(t 时刻时刻)，充电电流减小到最小，此时电容器上，充电电流减小到最小，此时电容器上电荷量最多电荷量最多(左板带正电，右板带负电左板带正电，右板带负电)，线圈，线圈L的感应的感应电动势最大电动势最大.故选项故选项A错，错，B正确正确.随后电容器放电，再随后电容器放电，再经过经过 T(即即t 时刻时刻)放电完毕，放电完毕，电流达到最大，从左向右通过线圈，故选项电流达到最大，从左向右通过线圈，故选项C错误错误.随后再充电，随后再充电，经过经过 T(即即t 时刻时刻)，充电完毕，充电完毕，此时电容器上电荷量最多，两极板间电压最大，故选此时电容器上电荷量最多，两极板间电压最大，故选项项D正确正确.答案答案BD返回返回三、电磁波的传播特点及应用1.电磁波谱电磁波谱无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射射线线)、射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱谱.2.各种不同的电磁波既有共性，又有个性各种不同的电磁波既有共性，又有个性(1)共性：它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从共性：它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，都满足公式相同的规律，都满足公式vf，它们在真空中的传播，它们在真空中的传播速度都是速度都是c3.0108 m/s，它们的传播都不需要介质，它们的传播都不需要介质，各波段之间的区别并没有绝对的意义各波段之间的区别并没有绝对的意义.(2)个性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同个性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性的特性.波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短观察干涉、衍射现象越困难短观察干涉、衍射现象越困难.正是这些不同的特性决正是这些不同的特性决定了它们不同的用途定了它们不同的用途.例例3下列有关电磁波的说法中正确的是下列有关电磁波的说法中正确的是()A.电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波B.电磁波谱中最难发生衍射的是电磁波谱中最难发生衍射的是射线射线C.频率大于可见光的电磁波表现为沿直线传播频率大于可见光的电磁波表现为沿直线传播D.雷达用的是微波，因为微波传播的直线性好雷达用的是微波，因为微波传播的直线性好解析解析波长越长，越容易发生衍射现象，在电磁波中，波长越长，越容易发生衍射现象，在电磁波中，无线电波波长最长，无线电波波长最长，射线的波长最短，故选项射线的波长最短，故选项A错误，错误，B正确；正确；波长越短，频率越大的电磁波，其衍射现象越不明显，波长越短，频率越大的电磁波，其衍射现象越不明显，传播的直线性越好，遇到障碍物反射性越好，故传播的直线性越好，遇到障碍物反射性越好，故C、D正确正确.答案答案BCD返回返回四、电磁波和机械波的比较电磁波和机械波都是波，但又各有自己的特点，如能电磁波和机械波都是波，但又各有自己的特点，如能正确比较电磁波和机械波的异同，就能全面、透彻理正确比较电磁波和机械波的异同，就能全面、透彻理解这两个知识点解这两个知识点.1.电磁波和机械波的共同点电磁波和机械波的共同点(1)二者都能产生干涉和衍射；二者都能产生干涉和衍射；(2)介质决定二者的传播速度；介质决定二者的传播速度；(3)二者在不同介质中传播时频率不变二者在不同介质中传播时频率不变.2.电磁波和机械波的区别电磁波和机械波的区别(1)二者本质不同二者本质不同电磁波是电磁场的传播，机械波是质点机械振动的传播电磁波是电磁场的传播，机械波是质点机械振动的传播.(2)传播机理不同传播机理不同电磁波的传播机理是电磁场交替感应，机械波的传播机电磁波的传播机理是电磁场交替感应，机械波的传播机理是质点间的机械作用理是质点间的机械作用.(3)电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质.(4)电磁波是横波，机械波既有横波又有纵波，甚至有的电磁波是横波，机械波既有横波又有纵波，甚至有的机械波同时有横波和纵波，例如地震波机械波同时有横波和纵波，例如地震波.例例4声呐向水中发射的超声波遇到障碍物后被反射，声呐向水中发射的超声波遇到障碍物后被反射，测出从发出超声波到接收到反射波的时间及方向，即测出从发出超声波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位；雷达则向空中发射电磁波，可测算出障碍物的方位；雷达则向空中发射电磁波，遇到障碍物后被反射，同样根据发射电磁波到接收到遇到障碍物后被反射，同样根据发射电磁波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位.超声超声波和电磁波相比较，下列说法中正确的是波和电磁波相比较，下列说法中正确的是()A.超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量B.超声波与电磁波都既可以在真空中传播，又可以在超声波与电磁波都既可以在真空中传播，又可以在介介 质质中传播中传播C.在空气中传播的速度与在其他介质中传播的速度相在空气中传播的速度与在其他介质中传播的速度相比比， 均均在空气中传播时具有较大的传播速度在空气中传播时具有较大的传播速度D.超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉解析解析超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量、超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量、信息，故选项信息，故选项A正确；正确；声呐发出的超声波是机械波，需要传播介质，不可以声呐发出的超声波是机械波，需要传播介质，不可以在真空中传播，故选项在真空中传播，故选项B错误；错误；机械波在空气中传播时速度较小，在其他介质中传播机械波在空气中传播时速度较小，在其他介质中传播时速度大，而电磁波恰相反，故选项时速度大，而电磁波恰相反，故选项C错误；错误；超声波和电磁波不是同一类波，不可能发生干涉，故超声波和电磁波不是同一类波，不可能发生干涉，故选项选项D错误错误.答案答案A返回返回自我检测区123456123451.下列关于电磁场的说法正确的是下列关于电磁场的说法正确的是()A.只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生 电磁场，从而形成电磁波电磁场，从而形成电磁波B.匀速运动的电子束周围一定存在电磁场，即能产生电磁场匀速运动的电子束周围一定存在电磁场，即能产生电磁场C.周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，相互周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，相互 依存，形成不可分离的统一体，即电磁场依存，形成不可分离的统一体，即电磁场D.历史上，电磁场的理论在先，实践证明在后历史上，电磁场的理论在先，实践证明在后CD62.关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是()A.电磁波是纵波电磁波是纵波B.静止的电荷放在变化的磁场中不会受到力的作用静止的电荷放在变化的磁场中不会受到力的作用C.当电磁波在空间中传播时，电磁能也随着一起传播当电磁波在空间中传播时，电磁能也随着一起传播D.电磁波的传播速度与介质无关电磁波的传播速度与介质无关解析解析电磁波是变化的电场和磁场交替出现产生的电磁波是变化的电场和磁场交替出现产生的.电电场、磁场的传播方向相互垂直，因此电磁波是横波，场、磁场的传播方向相互垂直，因此电磁波是横波，故选项故选项A错；错；123456变化变化的磁场产生电场，电场对电荷有力的作用，故选的磁场产生电场，电场对电荷有力的作用，故选项项B错；错；电磁波传播过程中，遇到导体能产生感应电流，说明电磁波传播过程中，遇到导体能产生感应电流，说明电磁波在传播过程中也传播能量，故电磁波在传播过程中也传播能量，故C正确；正确；电磁波传播的速度与介质有关，在不同介质中传播的电磁波传播的速度与介质有关，在不同介质中传播的速度不同，故选项速度不同，故选项D错错.答案答案C1234563.关于机械波与电磁波，说法正确的是关于机械波与电磁波，说法正确的是()A.二者都传递能量二者都传递能量B.二者传播都需要介质二者传播都需要介质C.二者都既有横波又有纵波二者都既有横波又有纵波D.二者都是振动或电磁振荡，振动停止，波立即消失二者都是振动或电磁振荡，振动停止，波立即消失123456解析解析机械波与电磁波都具有波的一般性质，如传递机械波与电磁波都具有波的一般性质，如传递能量，但由于两类波本质不同，又有各自的特性能量，但由于两类波本质不同，又有各自的特性.如电如电磁波的传播不需要介质，且电磁波只有横波，可判定磁波的传播不需要介质，且电磁波只有横波，可判定B、C选项错误；选项错误；振动或电磁振荡停止，两类波继续传播，振动或电磁振荡停止，两类波继续传播，D选项错选项错.答案答案A1234564.关于电磁波谱中各波段的特性及应用的特性，下列说法关于电磁波谱中各波段的特性及应用的特性，下列说法正确的是正确的是()A.红外遥感是利用了红外线波长较长的特点红外遥感是利用了红外线波长较长的特点B.一切物体都在不停地辐射红外线，温度越高，辐射越强一切物体都在不停地辐射红外线，温度越高，辐射越强C.验钞机检验钞票真伪利用了紫外线的荧光作用验钞机检验钞票真伪利用了紫外线的荧光作用D.X射线可深入人的骨骼，杀死病变细胞射线可深入人的骨骼，杀死病变细胞解析解析在人体内杀死病变细胞是利用了在人体内杀死病变细胞是利用了射线的放射作用射线的放射作用.ABC1234565.如图如图3所示的所示的LC振荡回路，当开关振荡回路，当开关S转向右转向右边边发生振荡后，下列说法中正确的是发生振荡后，下列说法中正确的是()图图3A.振荡电流达到最大值时，电容器上的振荡电流达到最大值时，电容器上的带电带电 荷荷量为零量为零B.振荡电流达到最大值时，磁场能最大振荡电流达到最大值时，磁场能最大C.振荡电流为零时，电场能为零振荡电流为零时，电场能为零D.振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期的振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期的一半一半123456解析解析由由LC电路电磁振荡的规律知，振荡电流最大时，电路电磁振荡的规律知，振荡电流最大时，即是放电刚结束时，电容器上电荷量为零，即是放电刚结束时，电容器上电荷量为零，A对对.回路中电流最大时，线圈中磁场最强，磁场能最大，回路中电流最大时，线圈中磁场最强，磁场能最大，B对对.振荡电流为零时，充电结束，极板上电荷量最大、电场能振荡电流为零时，充电结束，极板上电荷量最大、电场能最大，最大，C错错.电流相邻两次为零的时间间隔恰好等于半个周期，电流相邻两次为零的时间间隔恰好等于半个周期，D对对.答案答案ABD1234566.如图如图4所示，所示，it图像表示图像表示LC振荡振荡回回路路的电流随时间变化的图像，在的电流随时间变化的图像，在t0时刻时刻，回路中电容器的，回路中电容器的M板带正电板带正电，在在某段时间里，回路的磁场能在减小，而某段时间里，回路的磁场能在减小，而M板仍带正电，板仍带正电，则这段时间是图中则这段时间是图中()图图4A.Oa段段 B.ab段段 C.bc段段 D.cd段段123456解析解析某段时间里，回路的磁场能在减小，说明回路某段时间里，回路的磁场能在减小，说明回路中的电流正在减小，正在给电容器充电，而此时中的电流正在减小，正在给电容器充电，而此时M带正带正电，那么一定是给电，那么一定是给M极板充电，电流方向为顺时针极板充电，电流方向为顺时针.由题意知由题意知t0时，电容器开始放电，且时，电容器开始放电，且M极板带正电，极板带正电，结合结合it图像可知，电流以逆时针方向为正方向，图像可知，电流以逆时针方向为正方向，因此这段时间内，电流为负，且正在减小，符合条件因此这段时间内，电流为负，且正在减小，符合条件的只有图像中的的只有图像中的cd段，故只有段，故只有D正确正确.答案答案D123456