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第十四章 电磁波,1 电磁波的发现 2 电磁振荡,填一填,练一练,1.伟大的预言(见课本第75页) (1)变化的磁场产生电场: 实验基础:如图所示,在变化的磁场中放一个闭合电路,电路中就会产生感应电流。 麦克斯韦的见解:电路里有感应电流产生,一定是变化的磁场产生了电场,自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。 实质:变化的磁场产生了电场。 (2)变化的电场产生磁场:麦克斯韦假设,既然变化的磁场能产生电场,那么变化的电场也会在空间产生磁场。,填一填,练一练,2.电磁波(见课本第76页) (1)电磁波的产生:变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远向周围传播,形成电磁波。 (2)电磁波是横波:根据麦克斯韦的电磁场理论,电磁波在真空中传播时,它的电场强度和磁感应强度互相垂直,而且二者均与波的传播方向垂直,因此电磁波是横波。 (3)电磁波的速度: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。,填一填,练一练,3.赫兹的电火花(见课本第76页) (1)赫兹的实验:如图所示。 (2)实验现象:当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时,导线环两个金属小球间也跳过电火花。 (3)现象分析:当感应线圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时,空间出现了迅速变化的电磁场,这种电磁场以电磁波的形式在空间传播。在电磁波到达导线环时,它在导线环中激发出感应电动势,使得导线环的空隙处也产生了火花。,填一填,练一练,(4)实验结论:赫兹证实了电磁波的存在。 (5)赫兹的其他实验成果,赫兹做了一系列的实验,观察了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射现象,并通过测量证明,电磁波在真空中具有与光相同的速度,证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。,填一填,练一练,4.电磁振荡的产生(见课本第78页) (1)振荡电流:大小和方向都做周期性迅速变化的电流。 (2)振荡电路:能产生振荡电流的电路。 (3)振荡过程:如图所示,将开关S掷向1,先给电容器充电,再将开关S掷向2,从此时起,电容器和线圈组成振荡电路。 放电过程:由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大,电容器极板上的电荷逐渐减小,电容器里的电场逐渐减弱,线圈的磁场逐渐增强,电场能逐渐转化为磁场能,放电完毕的瞬间,电场能全部转化为磁场能。,填一填,练一练,充电过程:电容器放电完毕时,由于线圈的自感作用,电流保持原来的方向逐渐减小,电容器将进行反向充电,线圈的磁场逐渐减弱,电容器里的电场逐渐增强,磁场能逐渐转化为电场能,充电完毕的瞬间,磁场能全部转化为电场能。 此后,这样的放电和充电过程反复进行下去。 (4)电磁振荡的实质 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。,填一填,练一练,5.电磁振荡的周期和频率(见课本第80页) (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内完成的周期性变化的次数。 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。 (3)周期和频率公式:,填一填,练一练,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3.0108 m/s C.电磁波由真空进入介质传播时,波长将变短 D.电磁波也能产生干涉、衍射现象 解析:电场、磁场相互激发并向外传播,形成电磁波,选项A正确。电磁波只有在真空中波速为3.0108 m/s,在其他介质中均小于3.0108 m/s,选项B错误。根据 知,光从真空进入介质,频率不变,波速减小,所以波长减小,故选项C正确。电磁波具有波的一切性质,能产生干涉和衍射现象,故选项D正确。 答案:ACD,探究一,探究二,探究三,探究一对麦克斯韦电磁场理论的理解 问题导引 如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?,探究一,探究二,探究三,名师精讲 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。,探究一,探究二,探究三,2.对麦克斯韦电磁场理论的理解,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例题1】 根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法中正确的是( ) 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,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,变式训练1 导学号38190117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,探究二电磁波与机械波的比较 问题导引 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?,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,名师精讲 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,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例题2】 关于电磁波与声波的说法,下列正确的是( ) 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,探究一,探究二,探究三,解析:由电磁波和声波的概念可知A正确;因为电磁波可以在真空中传播,而声波属于机械波,它的传播需要介质,在真空中不能传播,故B错误;电磁波在空气中的传播速度大于在水中的传播速度,在真空中的传播速度最大;声波在气体、液体、固体中的传播速度依次增大,故C正确;无论是电磁波还是声波,从一种介质进入另一种介质时频率都不变,所以由波长 及它们在不同介质中的传播速度可知,由空气进入水中时,电磁波的波长变短,声波的波长变长,故D错误。 答案:AC,探究一,探究二,探究三,变式训练2 导学号38190118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,探究一,探究二,探究三,探究三振荡过程中各物理量的变化情况 问题导引 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?,探究一,探究二,探究三,名师精讲 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,甲 以逆时针方向电流为正,乙 图中q为上面极板的电荷量,探究一,探究二,探究三,2.相关量与电路状态的对应情况,探究一,探究二,探究三,3.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)。,探究一,探究二,探究三,(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,探究一,探究二,探究三,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,变式训练4 导学号38190119如图中画出一个LC振荡电路中的电流变化图线,根据图线可判断( ) A.t1时刻线圈两端电压最大 B.t2时刻电容器两极间电压为零 C.t1时刻电路中只有电场能 D.t1时刻电容器的电荷量为零,探究一,探究二,探究三,解析:由图象知,计时开始时,电容器两极板的电荷量最大,电流为零,电容器放电开始,根据电流随时间的变化规律,可以在图中画出q-t图象(在图中用虚线表示)。由图象分析可知,t1时刻,电容器上电荷量为零,电势差为零,电场能为零,故D正确,A、C错误;t2时刻电容器电荷量q最大,两板间电势差最大,B错误。 答案:D,探究一,探究二,探究三,1 2 3 4 5,1.下列关于电磁波的说法正确的是( ) A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场 B.电磁波在真空和介质中传播速度相同 C.只要有电场和磁场,就能产生电磁波 D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播 解析:变化的磁场就能产生电场,选项A正确;若只有电场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波,选项C错误;光也是电磁波,在真空和介质中传播的速度不同,可判断选项B错误;D选项中没强调是“均匀”介质,若介质密度不均匀会发生折射,故选项D错误。 答案:A,1 2 3 4 5,2.电磁波与机械波具有的共同性质是( ) A.都是横波 B.都能传输能量 C.都能在真空中传播 D.都具有恒定的波速 解析:电磁波是横波,机械波可以是纵波,选项A错误;它们都能传输能量,选项B正确;机械波不能在真空中传播,选项C错误;它们从一种介质进入另一种介质,波速变化,选项D错误。 答案:B,1 2 3 4 5,3.为了增大LC振荡电路的固有频率,下列办法中可用的是 ( ) A.增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯 B.减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数 C.减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯 D.减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数,1 2 3 4 5,4. 如图所示振荡电路中。 (1)当电感L=300 H,电容器C的范围为25270 pF,求振荡电流的频率范围; (2)当电感L=10 mH,要产生周期T=0.02 s 的振荡电流,应配制多大的电容器?,1 2 3 4 5,1 2 3 4 5,5.导学号38190120(选做题)在LC振荡电路中,线圈的自感系数L=2.5 mH,电容C=4 F。 (1)该电路产生的振荡电流的周期多大? (2)设t=0时,电容器上电压最大,在t=9.010-3 s时,通过线圈的电流是增大还是减小,这时电容器是处在充电过程还是放电过程?,1 2 3 4 5,
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