第十四章電磁波1電磁波的發現2電磁震蕩第十四章電磁波1[學習目標]1.了解麥克斯韋電磁場理論的基本內容以及在物理學發展史上的物理意義.2.了解電磁波的基本特點及其發現過程,通過電磁波體會電磁場的物理性質.3.理解振蕩電流、振蕩電路及LC電路的概念,了解LC回路中振蕩電流的產生過程,知道LC振蕩電路中振蕩電流、電容器帶電荷量、能量的變化情況.4.掌握電磁振蕩的周期與頻率,會求LC電路的周期與頻率.[學習目標]1.了解麥克斯韋電磁場理論的基本內容以及在物理2課前預習

感悟新知教材探究知識點一偉大的預言[問題導學]如圖所示,磁鐵相對閉合線圈上下運動時,閉合線圈中的自由電荷做定向移動,是受到什么力的作用?這能否說明變化的磁場產生了電場?如果沒有導體,情況會怎樣?課前預習感悟新知教材探究知識點一偉大的預言[問題導學]3答案:磁鐵上、下運動時,導體中自由電荷定向移動,說明電荷受到靜電力作用,即導體處在電場中.磁鐵的上、下運動使線圈處在變化的磁場中,這表明變化的磁場周圍產生了電場.如果沒有導體,該處仍會產生電場.答案:磁鐵上、下運動時,導體中自由電荷定向移動,說明電荷受到4[知識梳理]1.變化的磁場產生電場(1)實驗現象:如圖所示,在變化的磁場中放一個閉合電路,電路里就會產生

.(2)麥克斯韋的觀點:電路里有感應電流產生,一定是變化的

產生了電場,自由電荷在電場的作用下發生了定向移動.(3)結論:變化的

產生了電場.感應電流磁場磁場[知識梳理]感應電流磁場磁場52.變化的電場產生磁場麥克斯韋假設,既然變化的磁場能產生電場,那么變化的電場也會在空間產生

.磁場2.變化的電場產生磁場磁場6知識點二電磁波[問題導學]變化的磁場和變化的電場形成不可分離的統一體——電磁場,它會由近及遠地向外傳播,它的傳播需要介質嗎?它傳播的速度是多大?答案:電磁場的傳播不需要介質,它是通過變化的磁場與變化的電場之間的聯系而傳播到遠處,其在真空中傳播的速度等于光速.知識點二電磁波變化的磁場和變化的電場形成不可分離的統一體—7[知識梳理]1.電磁波的產生變化的電場和變化的磁場交替產生,由近及遠地向周圍傳播,形成

.2.電磁波是橫波根據麥克斯韋的電磁場理論,電磁波在真空中傳播時,它的電場強度和磁感應強度互相

,而且二者均與波的傳播方向

,因此電磁波是橫波.3.電磁波的速度麥克斯韋得到電磁波的速度等于

.他指出了光的

本質.電磁波垂直垂直光速c電磁[知識梳理]1.電磁波的產生電磁波垂直垂直光速c電磁84.麥克斯韋電磁場理論的意義不僅預言了

的存在,而且揭示了電、磁、光現象在本質上的

,建立了完整的電磁場理論.5.赫茲的電火花(1)赫茲的實驗裝置(2)實驗現象當感應圈兩個金屬球間有火花跳過時,導線環兩個小球間也跳過火花.電磁波統一性4.麥克斯韋電磁場理論的意義電磁波統一性9(3)現象分析當感應圈使得與它相連的兩個金屬球間產生火花時,空間出現了迅速變化的

.這種變化的電磁場以

的形式在空間傳播.當電磁波到達導線環時,它在導線環中激發出

,使得導線環的空隙中也產生了火花.(4)實驗結論:證實了

的存在.(5)赫茲的其他實驗成果:赫茲通過了一系列的實驗,觀察了電磁波的

、

、

、衍射和偏振現象,并通過測量證明,電磁波在真空中具有與

相同的速度c,證實了麥克斯韋關于光的

.電磁場電磁波感應電動勢電磁波反射折射干涉光電磁理論(3)現象分析電磁場電磁波感應電動勢電磁波反射折射干涉光電磁10知識點三電磁振蕩[問題導學]如圖所示,將開關S擲向1,先給電容器充電,再將開關擲向2,從此時起,電容器通過線圈放電,放電過程中,電容器的電場能轉化為什么形式的能?線圈中的電流發生怎樣的變化?線圈中是否會產生自感電動勢?自感電動勢產生什么效果?當線圈中的電流減小時,是否會對電容器充電?此時線圈中的磁場能轉化為什么形式的能?知識點三電磁振蕩如圖所示,將開關S擲向1,先給電容器充電,11答案:電容器的放電過程中電場能轉化為磁場能.線圈中的電流逐漸變大,放電完畢時達到最大,線圈中會產生自感電動勢,阻礙線圈中電流的變化;線圈中電流減小時,對電容器充電,線圈中的磁場能轉化為電容器的電場能.答案:電容器的放電過程中電場能轉化為磁場能.線圈中的電流逐漸12[知識梳理]1.LC振蕩電路由

和

組成的電路.2.電磁振蕩的過程(1)振蕩起始:如圖所示,電容器充電完畢后,將開關S擲向b的瞬間,電路中沒有電流,此時電容器里電場最強,電路里的能量全部儲存在__________________中.線圈L電容器C電容器的電場[知識梳理]1.LC振蕩電路線圈L電容器C電容器的電場13(2)放電過程:由于線圈的

作用,放電電流由零逐漸增大,電容器極板上的電荷

,電容器里的電場逐漸減弱,線圈的磁場逐漸增強,電場能逐漸轉化為

,放電完畢的瞬間,電場能全部轉化為磁場能.(3)充電過程,電容器放電完畢時,由于線圈的

作用,電流保持

逐漸減小,電容器將進行

,線圈的磁場逐漸減弱,電容器里的電場逐漸增強,

逐漸轉化為

,充電完畢的瞬間,磁場能全部轉化為電場能,此后,這樣的放電和充電過程反復進行下去.逐漸減少磁場能自感原來的方向反向充電磁場能電場能自感(2)放電過程:由于線圈的作用,放電電流由零逐漸增大143.電磁振蕩的實質在電磁振蕩過程中,電容器極板上的

、電路中的

、電容器里的

、線圈里的

都隨時間做周期性變化,電場能與磁場能發生

的相互轉化.4.電磁振蕩的周期和頻率(1)周期:電磁振蕩完成一次

需要的時間.(2)頻率:1s內完成的

.電荷量電流電場強度磁感應強度周期性周期性變化周期性變化的次數3.電磁振蕩的實質電荷量電流電場強度磁感應強度周期性周期性變15思考判斷1.即使在變化的磁場中沒有閉合的電路,同樣會產生電場.(

)2.不均勻變化的磁場產生變化的電場,不均勻變化的電場產生變化的磁場.(

)3.電磁波是縱波,傳播需要介質.(

)4.電磁波在介質中的傳播速度與介質和頻率有關.(

)5.電磁振蕩的一個周期內,電場能的變化周期與電流變化周期相同.(

)6.赫茲在驗證電磁波的實驗中只是證實了電磁波的存在.(

)√√×√××思考判斷1.即使在變化的磁場中沒有閉合的電路,同樣會產生電場16要點一麥克斯韋的電磁場理論課堂探究突破要點1.變化的磁場產生電場在變化的磁場周圍產生電場,是一種普遍存在的現象,跟閉合電路(導體環)是否存在無關.導體環的作用只是用來顯示電場?的存在.要點一麥克斯韋的電磁場理論課堂探究突破要點1.變化的磁172.變化的電場產生磁場當電容器充電、放電的時候,不僅導線中的電流要產生磁場,而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產生磁場.2.變化的電場產生磁場183.對麥克斯韋電磁場理論的理解(1)恒定的磁場不產生電場;恒定的電場不產生磁場.(2)均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場;均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場.(3)不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場;不均勻變化的電場在周圍空間產生變化的磁場?.3.對麥克斯韋電磁場理論的理解19狀元心得?變化的磁場所產生的電場的電場線是閉合的,而靜電場中的電場線是不閉合的.?1)振蕩電場(即周期性變化的電場)產生同頻率的振蕩磁場.2)振蕩磁場(即周期性變化的磁場)產生同頻率的振蕩電場.狀元心得?變化的磁場所產生的電場的電場線是閉合的,而靜電場中20BD[例1](多選)關于電磁場的理論,下列說法中正確的是(

)A.變化的電場周圍產生的磁場一定是變化的B.變化的電場周圍產生的磁場不一定是變化的C.均勻變化的磁場周圍產生的電場也是均勻變化的D.振蕩電場在周圍空間產生同樣頻率的振蕩磁場解析:變化的電場產生磁場有兩層含義.①均勻變化的電場產生恒定的磁場.②非均勻變化的電場產生變化的磁場.振蕩的電場產生同頻率的振蕩的磁場.均勻變化的磁場產生恒定的電場,故B,D正確,A,C錯誤.BD[例1](多選)關于電磁場的理論,下列說法中正確的是(21規律方法理解麥克斯韋電磁場理論的關鍵(1)掌握四個關鍵詞:“恒定的”“均勻變化的”“非均勻變化的”“周期性變化的(即振蕩的)”.(2)掌握“變化的電場和變化的磁場交替產生,由近及遠地向周圍傳播”.規律方法理解麥克斯韋電磁場理論的關鍵(1)掌握四個關鍵詞:“22[針對訓練1](多選)根據麥克斯韋電磁場理論,變化的磁場可以產生電場.當產生的電場的電場線如圖所示時,可能是(

)A.向上方向的磁場在增強B.向上方向的磁場在減弱C.向上方向的磁場先增強,然后反向減弱D.向上方向的磁場先減弱,然后反向增強解析:判斷電場與磁場變化的關系仍可利用楞次定律,只不過是用電場線方向代替了電流方向.向上方向的磁場增強時,感應電流的磁場阻礙原磁場的增強而方向向下,根據安培定則知感應電流方向如題圖中E的方向所示,選項A正確,B錯誤.同理,當磁場反向即向下的磁場減弱時,也會得到如題圖中E的方向,選項C正確,D錯誤.AC[針對訓練1](多選)根據麥克斯韋電磁場理論,變化的磁場可23要點二電磁波與機械波的比較類別項目機械波電磁波研究對象力學現象電磁現象周期性質點位移隨時間和空間做周期性變化電場強度E和磁感應強度B隨時間和空間做周期性變化傳播情況需要介質,波速與介質有關,與頻率無關無需介質,在真空中波速等于光速c,在介質中傳播時,波速與介質及頻率都有關要點二電磁波與機械波的比較類別機械波電磁波研究對象力學24產生機理由(波源)質點的振動產生由電場、磁場的變化產生是否橫波可以是是是否縱波可以是否傳播情況同一波在不同介質中傳播時頻率不變;波速、波長、頻率均滿足v=λf干涉現象滿足干涉條件時均能發生干涉現象衍射現象滿足明顯衍射條件時均能發生明顯衍射產生機理由(波源)質點的振動產生由電場、磁場的變化產生是否橫25[例2](2019·山西太原檢測)關于電磁波和機械波,下列說法正確的是()A.電磁波和機械波的傳播都需要借助于介質B.電磁波在任何介質中傳播的速度都相同,而機械波的波速大小與介質密切相關C.電磁波和機械波都能產生干涉和衍射現象D.機械波能產生多普勒效應,而電磁波不能產生多普勒效應C[例2](2019·山西太原檢測)關于電磁波和機械波,下列26思路探究:(1)電磁波和機械波傳播過程中需要介質嗎?答案:電磁波是通過電場、磁場間的聯系在空間傳播的,傳播不需要介質,機械波是機械振動通過介質質點間的力學關系在介質中傳播的,傳播需要介質.(2)機械波和電磁波的波速、波長和頻率間遵循相同規律嗎?答案:機械波和電磁波的波速、波長和頻率都符合公式v=λf.解析:電磁波傳播不需要介質,故A錯誤.電磁波在真空中的傳播速度最大,在不同的介質中傳播的速度不同,機械波的波速與介質有關,故B錯誤.干涉、衍射是波所特有的現象,電磁波和機械波都能產生干涉和衍射現象,故C正確.機械波和電磁波都能產生多普勒效應,故D錯誤.思路探究:(1)電磁波和機械波傳播過程中需要介質嗎?解析:電27誤區警告理解電磁波與機械波的三點不同(1)電磁波是電磁現象,由電磁振蕩產生;機械波是力學現象,由機械振動產生.(2)機械波的傳播依賴于介質的存在,但電磁波的傳播不需要介質.(3)不同頻率的機械波在同一介質中傳播速度相同,在不同介質中傳播速度不同;不同頻率的電磁波在真空中傳播速度相同,在同一介質中傳播速度不同.誤區警告理解電磁波與機械波的三點不同(1)電磁波是電磁現象,28ADAD29高中物理第十四章1電磁波的發現2電磁震蕩課件新人教版選修3430高中物理第十四章1電磁波的發現2電磁震蕩課件新人教版選修34312.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像2.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像323.各量間的變化規律及對應關系(1)同步同變關系①電容器上的電荷量q、板間電壓U、電場強度E、電場能E電是同步同向變化的,即q↓→U↓→E↓→E電↓(或q↑→U↑→E↑→E電↑).②振蕩線圈上的振蕩電流i、磁感應強度B、磁場能E磁是同步同向變化的,即i↓→B↓→E磁↓(或i↑→B↑→E磁↑).3.各量間的變化規律及對應關系33[例3](多選)如圖所示的LC振蕩電路正處在振蕩過程中,某時刻L中的磁場和C中的電場如圖所示,可知(

)A.電容器中的電場強度正在減小B.線圈中磁感應強度正在減小C.該時刻電容器帶電荷量正在增多D.該時刻振蕩電流達最大值BC[例3](多選)如圖所示的LC振蕩電路正處在振蕩過程中,某時34解析:由圖示磁場和安培定則可知,電路電流沿逆時針方向,由電容器極板間電場方向可知,電容器下極板帶正電,則此時正處于充電過程,電路電流逐漸減小,磁感應強度正在減小,電容器極板上的電荷量正在增加,電容器中的電場強度正在變大,故A,D錯誤,B,C正確.解析:由圖示磁場和安培定則可知,電路電流沿逆時針方向,由電容35方法技巧LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法(1)根據電流流向判斷:當電流流向帶正電的極板時,電容器的電荷量增加,磁場能向電場能轉化,處于充電過程;反之,當電流流出帶正電的極板時,電荷量減少,電場能向磁場能轉化,處于放電過程.(2)根據物理量的變化趨勢判斷:當電容器的電荷量q(電壓U、場強E、電場能EE)增大或電流i(磁感應強度B、磁場能EB)減小時,處于充電過程;反之,處于放電過程.方法技巧LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法(1)根據電流流向36[針對訓練3]

已知LC振蕩電路中電容器極板A上的電荷量隨時間變化的曲線如圖(乙)所示,則[圖(乙)中q為正值時表示A極板帶正電](

)A.a,c兩時刻電路中電流最大,方向相同B.a,c兩時刻電路中電流最大,方向相反C.b,d兩時刻電路中電流最大,方向相同D.b,d兩時刻電路中電流最大,方向相反D解析:a,c兩時刻電路中電容器帶電荷量最多,電場能最大,電流應為零,所以A,B均錯誤;b時刻為電容器上極板帶正電,順時針放電完畢瞬間,電流為順時針最大;而d時刻為電容器下極板帶正電,逆時針放電完畢瞬間,電流為逆時針最大,故C錯誤,D正確.[針對訓練3]已知LC振蕩電路中電容器極板A上的電荷量隨時37隨堂演練檢測效果1.(多選)關于電磁場和電磁波的理論,下面說法中正確的是(

)A.變化的電場周圍產生的磁場一定是變化的B.變化的磁場周圍產生的電場不一定是變化的C.由電磁波的產生過程可知,電磁波可以在真空中傳播D.赫茲的電火花實驗證明了電磁波的存在BCD解析:均勻變化的電場產生穩定的磁場,故A錯誤;均勻變化的磁場產生的電場是穩定的,故B正確;電磁波自身就是一種物質,能在真空中傳播,故C正確;麥克斯韋預言了電磁波的存在,而赫茲電火花實驗證明了電磁波的存在,故D正確.隨堂演練檢測效果1.(多選)關于電磁場和電磁波的理論,下382.某電路中電場隨時間變化的圖象如下列各圖所示,能發射電磁波的電場是(

)D解析:圖A中電場不隨時間變化,不會產生磁場;圖B和C中電場都隨時間做均勻的變化,只能在周圍產生穩定的磁場,也不會產生和發射電磁波;圖D中電場隨時間做不均勻的變化,能在周圍空間產生變化的磁場,而這個磁場的變化也是不均勻的,又能產生變化的電場,從而交織成一個不可分割的統一體,即形成電磁場,能發射電磁波.故D正確.2.某電路中電場隨時間變化的圖象如下列各圖所示,能發射電磁波393.手機A的號碼手機B的號碼當手機A撥打手機B時,能聽見B發出響聲并且看見B上來電顯示A的號碼若將手機A置于透明真空罩中,再用手機B撥打手機A,則(

)A.能聽見A發出響聲,但看不到A上顯示B的號碼B.能聽見A發出響聲,也能看到A上顯示B的號.既不能聽見A發出響聲,也看不到A上顯示B的號碼D.不能聽見A發出響聲,但能看到A上顯示B的號解析:聲音不能在真空中傳播,撥打真空罩中手機不能聽到手機鈴聲;手機接收的是電磁波信號,電磁波能在真空中傳播,真空罩中的手機能接收到呼叫信號,故能看到A上顯示的B的號碼,故D正確,A,B,C錯誤.3.手機A的號碼手機B的號碼為13404.某氣象雷達發出的電磁波在真空中的波長是0.05m,該電磁波的頻率是(

)A.1.0×109Hz B.2.0×109HzC.4.0×109Hz D.6.0×109HzD解析:電磁波在真空中的傳播速度為c=3×108m/s,波長是λ=0.05m,由c=λf代入數據解得,頻率f=6.