人教版高中物理選修3-4第十四章：14.1-電磁波的發(fā)現(xiàn) 和 14.2電磁振蕩課件(共38張PPT)

1、第十四章第十四章 電磁波電磁波 奧斯特奧斯特 電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng) 法拉第法拉第 電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象 偉大的預(yù)言偉大的預(yù)言 麥克斯韋的電磁場理論要點(diǎn)麥克斯韋的電磁場理論要點(diǎn)偉大的預(yù)言偉大的預(yù)言 n1、變化的磁場產(chǎn)生電場變化的磁場產(chǎn)生電場 n裝置如圖所示，當(dāng)穿過螺線管的磁場隨時間裝置如圖所示，當(dāng)穿過螺線管的磁場隨時間 變化時，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，引變化時，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，引 起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光。起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光。 n（1）線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢說明了什么？）線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢說明了什么？ n麥克斯韋認(rèn)為麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場變化的磁場在線圈中產(chǎn)生在線圈中產(chǎn)生電

2、場電場 ，正是這種電場，正是這種電場( (渦旋電場渦旋電場) )在線圈中驅(qū)使自在線圈中驅(qū)使自 由電子做由電子做定向定向的移動，引起了的移動，引起了感應(yīng)電流感應(yīng)電流。 n（2）如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈 中還會有電流、電場嗎？中還會有電流、電場嗎？ n有電場、無電流。 n（3）想象線圈不存在時線圈所在處的空間還想象線圈不存在時線圈所在處的空間還 有電場嗎？有電場嗎？ n有有 ！ 總結(jié)總結(jié)：麥克斯韋認(rèn)為麥克斯韋認(rèn)為線圈線圈只不過用來只不過用來顯顯 示電場的存在示電場的存在，線圈不存在時，線圈不存在時，變化的磁場變化的磁場 同樣在周圍空間產(chǎn)生電場，同樣在周圍

3、空間產(chǎn)生電場，即這是一種普遍即這是一種普遍 存在的現(xiàn)象，存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無關(guān)跟閉合電路是否存在無關(guān)。 恒定恒定的磁場不產(chǎn)生電場的磁場不產(chǎn)生電場 均勻變化均勻變化的磁場產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生恒定恒定的電場的電場 周期性變化的磁場周期性變化的磁場產(chǎn)生產(chǎn)生同頻率同頻率的的振蕩電場振蕩電場 非均勻變化的磁場非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場產(chǎn)生變化的電場 1 1、變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的磁場產(chǎn)生電場 E t O B t O t B O E O t 正弦曲線正弦曲線 振蕩振蕩磁場磁場 振蕩振蕩電場電場 E E與與B B 頻率相同頻率相同 2變化的電場產(chǎn)生磁場變化的電場產(chǎn)生磁場 既然既然變化的磁場能夠

4、在空間產(chǎn)生電場，那變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場，那 么，變化的電場么，變化的電場能不能夠能不能夠在空間產(chǎn)生磁場？在空間產(chǎn)生磁場？ 麥克斯韋經(jīng)過反復(fù)思考麥克斯韋經(jīng)過反復(fù)思考 提出提出假設(shè)：假設(shè)：變化的電場也相變化的電場也相 當(dāng)于一種電流，也在空間產(chǎn)當(dāng)于一種電流，也在空間產(chǎn) 生磁場，即變化的電場在空生磁場，即變化的電場在空 間產(chǎn)生磁場間產(chǎn)生磁場。 2 2、變化的電場產(chǎn)生磁場、變化的電場產(chǎn)生磁場 恒定恒定的電場不產(chǎn)生磁場的電場不產(chǎn)生磁場 均勻變化均勻變化的電場產(chǎn)生的電場產(chǎn)生恒定恒定的磁場的磁場 周期性變化的電場周期性變化的電場產(chǎn)生產(chǎn)生同頻率同頻率的的振蕩磁場振蕩磁場 非均勻變化的電場非均勻變化的電場

5、產(chǎn)生產(chǎn)生變化的磁場變化的磁場 二電磁場、 n1、電磁場、電磁場 n麥克斯韋根據(jù)自己的理論進(jìn)一步預(yù)言，如果麥克斯韋根據(jù)自己的理論進(jìn)一步預(yù)言，如果 在空間某域中有周期性變化的電場，那么，在空間某域中有周期性變化的電場，那么， 這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性 變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空 間產(chǎn)生新的周期性變化的電場間產(chǎn)生新的周期性變化的電場?？梢?，。可見， 變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系的，變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系的，形形 成一個不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場成一個不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場。

6、 二、電磁場：二、電磁場： 說明：說明：電磁場是特殊的物質(zhì)形態(tài)，具電磁場是特殊的物質(zhì)形態(tài)，具 有能量，能相互疊加有能量，能相互疊加 是空間立體的是空間立體的 2、電磁波、電磁波 變化的電場變化的電場和和變化的磁場變化的磁場交替產(chǎn)生，由交替產(chǎn)生，由 近及遠(yuǎn)地傳播。這種近及遠(yuǎn)地傳播。這種變化的電磁場變化的電磁場在空間以在空間以 一定的速度傳播的過程叫做一定的速度傳播的過程叫做電磁波。電磁波。 （麥克斯韋（麥克斯韋預(yù)言預(yù)言電磁波的存在）電磁波的存在） 三赫茲的電火花三赫茲的電火花 n1 1、麥克斯韋英年早逝，沒有見到科學(xué)實(shí)驗(yàn)對、麥克斯韋英年早逝，沒有見到科學(xué)實(shí)驗(yàn)對 電磁場理論的證明。把天才的預(yù)言變成

7、世人電磁場理論的證明。把天才的預(yù)言變成世人 公認(rèn)的真理，這是赫茲的功勞。公認(rèn)的真理，這是赫茲的功勞。 2 2、赫茲赫茲用用實(shí)驗(yàn)證實(shí)實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在：電磁波的存在： 令人振奮的電火花令人振奮的電火花 1 1）觀察到了電磁波的反射）觀察到了電磁波的反射, ,折射折射, ,干涉干涉, ,偏振和偏振和 衍射等現(xiàn)象衍射等現(xiàn)象. . 2 2）還測量出光的）還測量出光的和和f f，算出電磁波和光有相，算出電磁波和光有相 同的速度同的速度. . 3 3）奠定了無線電技術(shù)基礎(chǔ)）奠定了無線電技術(shù)基礎(chǔ) 赫茲在人類歷史上赫茲在人類歷史上首先首先 捕捉到了電磁波捕捉到了電磁波 3 3、 電磁波的特點(diǎn)電磁波的特點(diǎn) 1

8、 1）電磁波）電磁波是橫波：是橫波： EB V EB V 波速：波速：v=v=/T=/T=f f 3 3) )電磁波的電磁波的頻率由振源決定頻率由振源決定，同一電磁波在不同，同一電磁波在不同 介質(zhì)中傳播，介質(zhì)中傳播，v v和和變化，變化，v v介介CC 2 2）電磁波可以在）電磁波可以在真空真空中中傳播傳播 速度等于光速速度等于光速 c c=3=310 10 8 8m/sm/s 5 5）電磁波具有波的共性，能發(fā)生）電磁波具有波的共性，能發(fā)生反射、折射、干涉、反射、折射、干涉、 衍射、多普勒效應(yīng)衍射、多普勒效應(yīng)和和偏振偏振現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 6 6）電磁波有）電磁波有能量能量。 4 4) )不同電磁波

9、在同一介質(zhì)中傳播，速度不同，不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播，速度不同， f f越高，越高，v v越??；越??；f f越低，越低，v v越大越大 4.4.電磁波與機(jī)械波比較：電磁波與機(jī)械波比較： 1 1）傳播條件：）傳播條件： 2 2）傳播規(guī)律：）傳播規(guī)律： 3 3）傳播本質(zhì)：）傳播本質(zhì)： 4 4）產(chǎn)生本質(zhì)不同：）產(chǎn)生本質(zhì)不同： 機(jī)械波傳播機(jī)械波傳播需要介質(zhì)需要介質(zhì)，而電而電 磁波磁波不需要介質(zhì)不需要介質(zhì)也能傳播。也能傳播。 都遵循都遵循“V=f=/T”V=f=/T”這個關(guān)這個關(guān) 系式；且電磁波也能發(fā)生反射、系式；且電磁波也能發(fā)生反射、 折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。 機(jī)械波傳播的是

10、機(jī)械波傳播的是機(jī)械能機(jī)械能， 電磁波傳播的是電磁波傳播的是電磁能。電磁能。 機(jī)械波是機(jī)械波是機(jī)械振動產(chǎn)生機(jī)械振動產(chǎn)生， 電磁波是電磁波是電磁振蕩產(chǎn)生電磁振蕩產(chǎn)生。 四、麥克斯韋的電磁場理論的意義四、麥克斯韋的電磁場理論的意義 1 1、 實(shí)現(xiàn)了電磁光的統(tǒng)一，被認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了電磁光的統(tǒng)一，被認(rèn)為 是是1919世紀(jì)科學(xué)史上最偉大的統(tǒng)一世紀(jì)科學(xué)史上最偉大的統(tǒng)一 2 2、 實(shí)現(xiàn)了從經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物實(shí)現(xiàn)了從經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物 理學(xué)的重大轉(zhuǎn)折理學(xué)的重大轉(zhuǎn)折 第十四章第十四章 電磁波電磁波 14.2 電磁振蕩 + + + 一、電磁振蕩電路的演變與構(gòu)成一、電磁振蕩電路的演變與構(gòu)成 A B 有電流產(chǎn)生有電流產(chǎn)生沒電

11、流但有電勢差沒電流但有電勢差 磁鐵上下運(yùn)動，在兩磁鐵上下運(yùn)動，在兩 板產(chǎn)生大小和方向不板產(chǎn)生大小和方向不 斷變化的電場，即電斷變化的電場，即電 容器在不斷進(jìn)行充、容器在不斷進(jìn)行充、 放電放電。 思考：如果一個充滿了電的電容器與線思考：如果一個充滿了電的電容器與線 圈連接，會發(fā)生什么現(xiàn)象？圈連接，會發(fā)生什么現(xiàn)象？ 右圖所示。將電鍵右圖所示。將電鍵K K扳扳 到到1 1，給電容器充電，然，給電容器充電，然 后將電鍵扳到后將電鍵扳到2 2，此時可，此時可 以見到以見到G G表的指針來回?cái)[表的指針來回?cái)[ 動。動。 1 K 2 C L G 總結(jié)：總結(jié)：能產(chǎn)生大小和方向都都作周期發(fā)能產(chǎn)生大小和方向都都作周

12、期發(fā) 生變化的電流叫生變化的電流叫振蕩電流振蕩電流。能產(chǎn)生振蕩電流。能產(chǎn)生振蕩電流 的電路叫的電路叫振蕩電路振蕩電路。 其中最簡單的振蕩電路叫其中最簡單的振蕩電路叫LCLC回路回路。 說明說明: 由由LC回路產(chǎn)生的振蕩電流也是一回路產(chǎn)生的振蕩電流也是一 種交變電流種交變電流, 只是它的頻率比照明用交變電流只是它的頻率比照明用交變電流 的頻率高得多的頻率高得多. 3. LC回路產(chǎn)生的振蕩電流按正弦規(guī)律變化回路產(chǎn)生的振蕩電流按正弦規(guī)律變化. 一、電磁振蕩的產(chǎn)生一、電磁振蕩的產(chǎn)生 電容器電容器 能夠充、能夠充、 放電放電 線圈線圈 能夠產(chǎn)能夠產(chǎn) 生自感生自感 q,U,E,W電 電 同步變化同步變化

13、i,B,W磁 磁 同步變化同步變化 【問題與電容和自感線圈有關(guān)的物【問題與電容和自感線圈有關(guān)的物 理量有哪些？理量有哪些？ 磁電 過程：WWiq, 【思考【思考】從電容器充電完畢開始計(jì)時，電從電容器充電完畢開始計(jì)時，電 容器的帶電荷量容器的帶電荷量q q，電路中的電流，電路中的電流i i如何變?nèi)绾巫?化？化？ + + _ _ i 0, max iq 0, max qi C 放電放電 iq 放電放電 充電充電 磁 電 磁場 電場 WB WUE , , qi _ _ _ _ i i 充電充電 qi iq 0 max i q max 0 i q 0 max i q max 0 i q 周期性變化周期

14、性變化 (1)(1)兩個物理過程：兩個物理過程： 對稱性對稱性和和周期性周期性 (2)(2)、兩個特殊狀態(tài)：、兩個特殊狀態(tài)： 1 1、電磁振蕩的特點(diǎn)：電磁振蕩的特點(diǎn)： ）電場（）充電過程：磁場（ ）磁場（放電過程：電場（ qi iq) 0, 0, max max qi iq 放電完畢狀態(tài)： 充電完畢狀態(tài)： (1)(1)總能量守恒電場能磁場能恒量總能量守恒電場能磁場能恒量 電場能電場能 磁場能磁場能 放電放電 充電充電 2 2、電磁振蕩的變化規(guī)律、電磁振蕩的變化規(guī)律： (2)(2)電場能與磁場能交替轉(zhuǎn)化電場能與磁場能交替轉(zhuǎn)化 電容器電壓電容器電壓 電容器帶電量電容器帶電量 電路中電流電路中電流

15、同步變化同步變化 同步變化同步變化 步調(diào)相反步調(diào)相反 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B iq qi 電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度E E 3、變化規(guī)律的圖象描述：、變化規(guī)律的圖象描述： q t o t 電場能電場能 o i t o 注意：注意： （1）圖像應(yīng)用時充分利用）圖像應(yīng)用時充分利用“同步、異步同步、異步” （2）EL（UL）的變化規(guī)律）的變化規(guī)律 磁場能磁場能 t （E U）（B ） 3. 等幅振蕩（實(shí)際應(yīng)用）等幅振蕩（實(shí)際應(yīng)用） 1. 無阻尼振蕩（理想）無阻尼振蕩（理想） i t o 2. 阻尼振蕩（實(shí)際）阻尼振蕩（實(shí)際） i t o 三、阻尼振蕩和無阻尼振蕩三、阻尼振蕩和無阻尼振蕩 電磁振蕩與簡諧運(yùn)動

16、有很多相似之處，電磁振蕩與簡諧運(yùn)動有很多相似之處， 它們的運(yùn)動都有周期性，我們知道自由振它們的運(yùn)動都有周期性，我們知道自由振 動的周期只與振動系統(tǒng)本身的特性有關(guān)，動的周期只與振動系統(tǒng)本身的特性有關(guān)， 那么電磁振蕩的周期或頻率是由什么因素那么電磁振蕩的周期或頻率是由什么因素 決定的呢？決定的呢？ 四、電磁振蕩的周期和頻率四、電磁振蕩的周期和頻率 LC回路的周期和頻率公式回路的周期和頻率公式 （1 1）式中各物理量）式中各物理量T T、L L、C C、f f的單位分別是的單位分別是s s、H H、F F、 HzHz （2 2）適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線圈，可使振蕩電路物周期）適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線圈，可使

17、振蕩電路物周期 和頻率符合我們的需要和頻率符合我們的需要 （3 3）電場能、磁場能變化的周期為）電場能、磁場能變化的周期為T=T/2T=T/2 LC f LCT 2 1 2 n1 1、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下 說法中正確的是（說法中正確的是（ ） nA A、恒定的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場、恒定的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場 nB B、變化的磁場在周圍產(chǎn)生變化的電場、變化的磁場在周圍產(chǎn)生變化的電場 nC C、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變 化的電場化的電場 nD D、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的

18、電場電場 例與練例與練 均勻變化均勻變化的磁場（電場）產(chǎn)的磁場（電場）產(chǎn) 生生恒定恒定的電場（磁場）的電場（磁場） D n2 2、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下 說法中不正確的是（說法中不正確的是（ ） nA A、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場 nB B、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變化的、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變化的 電場電場 nC C、振蕩的電場在周圍產(chǎn)生不同頻率的、振蕩的電場在周圍產(chǎn)生不同頻率的 振蕩磁場振蕩磁場 nD D、振蕩的電場在周圍產(chǎn)生同頻率的振、振蕩的電場在周圍產(chǎn)生同頻率的振 蕩磁場蕩磁場 例與練例與練 振蕩振蕩磁場

19、（電場）產(chǎn)生磁場（電場）產(chǎn)生同頻同頻 率的振蕩率的振蕩電場（磁場）電場（磁場） D n3 3、關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是 nA A、均勻變化的電場和均勻變化的磁場、均勻變化的電場和均勻變化的磁場 互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成 電磁波電磁波 nB B、振蕩電場和振蕩磁場互相激發(fā)，由、振蕩電場和振蕩磁場互相激發(fā)，由 產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成電磁波產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成電磁波 nC C、電磁波的振蕩電場和振蕩磁場方向、電磁波的振蕩電場和振蕩磁場方向 互相垂直，且與傳播方向互相垂直互相垂直，且與傳播方向互相垂直 nD D、電磁波能夠發(fā)生反

20、射、干涉、衍射、電磁波能夠發(fā)生反射、干涉、衍射、 偏振現(xiàn)象偏振現(xiàn)象 例與練例與練 電磁波是電磁波是橫波橫波 BCD n4 4、比較電磁波和機(jī)械波，下列說法中、比較電磁波和機(jī)械波，下列說法中 正確的是（）正確的是（） nA A、電磁波和機(jī)械波都可以在真空中傳、電磁波和機(jī)械波都可以在真空中傳 播播 nB B、電磁波和機(jī)械波都是傳遞能量的一、電磁波和機(jī)械波都是傳遞能量的一 種形式種形式 nC C、電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生反射、干、電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生反射、干 涉、衍射、偏振現(xiàn)象涉、衍射、偏振現(xiàn)象 nD D、電磁波和聲波都是縱波、電磁波和聲波都是縱波 例與練例與練 機(jī)械波只能在機(jī)械波只能在介質(zhì)介質(zhì)中傳播中傳播 電磁波是電磁波是橫波，橫波， 聲波是聲波是縱波縱波 BC 5 5、任何電磁波在真空中都具有相同的、任何電磁波在真空中都具有相同的 （ ） (A) (A)頻率頻率 (B)(B)波長波長 (C) (