新教材高中物理第4章電磁波第1節(jié)電磁波的產(chǎn)生課件魯科版選擇性

第1節(jié)電磁波的產(chǎn)生第4章2021學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)要點(diǎn),了解電磁場(chǎng)與電磁波的聯(lián)系和區(qū)別以及電磁波的特點(diǎn)。(物理觀念)2.了解赫茲實(shí)驗(yàn)的原理及意義。(科學(xué)探究)3.了解電磁振蕩的概念,知道什么是振蕩電流和LC振蕩電路,理解振蕩電流產(chǎn)生的過(guò)程和能量轉(zhuǎn)化情況。(科學(xué)思維)4.知道什么是電磁振蕩的周期和頻率,知道LC電路的周期和頻率公式。(科學(xué)思維)思維導(dǎo)圖課前篇自主預(yù)習(xí)【必備知識(shí)】一、麥克斯韋的預(yù)言1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論(1)變化的磁場(chǎng)周圍會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)麥克斯韋提出,在變化的磁場(chǎng)周圍會(huì)激發(fā)出一種電場(chǎng)——渦旋電場(chǎng),不管有無(wú)閉合電路,變化的磁場(chǎng)激發(fā)的渦旋電場(chǎng)總是存在的,如圖甲所示。(2)變化的電場(chǎng)周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)麥克斯韋從場(chǎng)的觀點(diǎn)得出,即使沒(méi)有電流存在,只要空間某處的電場(chǎng)發(fā)生變化,就會(huì)在其周圍產(chǎn)生渦旋磁場(chǎng),如圖乙所示。(3)變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)是相互聯(lián)系的,形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的場(chǎng),這就是電磁場(chǎng)。2.電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生:交變的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生頻率相同的交變的磁場(chǎng),交變的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生頻率相同的交變的電場(chǎng),交變的電場(chǎng)和交變的磁場(chǎng)相互聯(lián)系在一起,就會(huì)在空間形成一個(gè)統(tǒng)一的、不可分割的電磁場(chǎng)。這種在空間交替變化并傳播出去的電磁場(chǎng)就形成了電磁波。(2)在真空中,電磁波的速度c=3.0×108m/s。想一想麥克斯韋根據(jù)什么認(rèn)為“變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)”?提示

麥克斯韋是在法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上提出“變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)”的假設(shè)。二、赫茲的實(shí)驗(yàn)1.赫茲實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過(guò)時(shí),導(dǎo)線環(huán)兩個(gè)小球間也跳過(guò)火花。赫茲實(shí)驗(yàn)原理示意圖

2.現(xiàn)象分析:當(dāng)感應(yīng)線圈使得與它相連的兩個(gè)金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí),空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場(chǎng),這種電磁場(chǎng)以電磁波的形式在空間傳播,當(dāng)電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí),它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),使得導(dǎo)線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花放電現(xiàn)象。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:赫茲證實(shí)了電磁波的存在。想一想赫茲,德國(guó)物理學(xué)家,于1888年首先證實(shí)了電磁波的存在,并對(duì)電磁學(xué)有很大的貢獻(xiàn),故頻率的國(guó)際單位制單位以他的名字命名。如圖所示是赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)裝置。(1)當(dāng)接在高壓感應(yīng)線圈上的兩金屬球間有電火花時(shí),導(dǎo)線環(huán)上兩小球間也會(huì)產(chǎn)生電火花,這是為什么?(2)這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了什么問(wèn)題?提示

(1)當(dāng)A、B兩金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí)就會(huì)產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng),這種變化的電磁場(chǎng)傳播到導(dǎo)線環(huán)時(shí),它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),使導(dǎo)線環(huán)上兩小球間也會(huì)產(chǎn)生電火花;(2)這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。三、電磁振蕩1.振蕩電流:大小和方向都周期性變化的電流。2.振蕩電路:產(chǎn)生振蕩電流的電路。由電感線圈L和電容器C所組成的電路就是一種基本的振蕩電路,稱為L(zhǎng)C振蕩電路。3.電磁振蕩的過(guò)程分析(1)放電過(guò)程:由于線圈的自感作用,放電電流由零逐漸增大,電容器極板上的電荷逐漸減少,電容器里的電場(chǎng)逐漸減弱,線圈的磁場(chǎng)逐漸增強(qiáng),電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能,振蕩電流逐漸增大,放電完畢,電流達(dá)到最大,電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。(2)充電過(guò)程:電容器放電完畢后,由于線圈的自感作用,電流保持原來(lái)的方向并逐漸減小,電容器將進(jìn)行反向充電,線圈的磁場(chǎng)逐漸減弱,電容器里的電場(chǎng)逐漸增強(qiáng),磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,振蕩電流逐漸減小,充電完畢,電流減小為零,磁場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。此后,這樣充電和放電的過(guò)程反復(fù)進(jìn)行下去。4.電磁振蕩在LC振蕩電路中,電容器極板上的電荷量,電路中的電流,與振蕩電流相聯(lián)系的電場(chǎng)和磁場(chǎng)也周期性交替變化,電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)化。這種現(xiàn)象稱為電磁振蕩。5.電磁振蕩的周期和頻率(1)電磁振蕩的周期T:完成一次周期性變化的時(shí)間。(2)電磁振蕩的頻率f:一段時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)與這段時(shí)間之比。6.LC電路的周期和頻率(2)單位:周期(T)、頻率(f)、自感(L)、電容(C)的單位分別是秒(s)、赫茲(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。想一想(1)電磁振蕩的實(shí)質(zhì)是什么?(2)振蕩電流實(shí)際上就是交流電,對(duì)嗎?(3)如何理解電磁振蕩中的“電”和“磁”?提示

(1)在電磁振蕩過(guò)程中,電容器極板上的電荷量,電路中的電流,與振蕩電流相聯(lián)系的電場(chǎng)和磁場(chǎng)都在周期性變化,電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能也隨著做周期性的轉(zhuǎn)化。(2)對(duì)。振蕩電流實(shí)際上就是交流電,由于頻率很高,習(xí)慣上稱之為振蕩電流。(3)電磁振蕩中的“電”不僅指電容器兩極板上的電荷,也指該電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)(電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)差、電場(chǎng)能);“磁”不僅指線圈中的電流,也指該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)(磁場(chǎng)能、磁感應(yīng)強(qiáng)度)。電磁振蕩是指這些電荷、電場(chǎng)、電流、磁場(chǎng)都隨時(shí)間做周期性變化的現(xiàn)象?！咀晕覚z測(cè)】1.正誤判斷(判定結(jié)果為錯(cuò)誤的小題請(qǐng)寫出原因)(1)變化的磁場(chǎng)在周圍的空間一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。(

)解析

根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)。答案

×(2)在赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,麥克斯韋提出了完整的電磁場(chǎng)理論。(

)解析

麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在,而后赫茲第一個(gè)用試驗(yàn)證明了電磁波的存在。答案

×(3)在LC振蕩電路中,回路中電流值最大時(shí)刻,回路中磁場(chǎng)能最大。(

)答案

√(4)任何通電導(dǎo)體周圍空間都會(huì)產(chǎn)生電磁波。(

)解析

迅速變化的電流周圍產(chǎn)生電磁波,并不是任何通電導(dǎo)體周圍空間都會(huì)產(chǎn)生電磁波。答案

×課堂篇探究學(xué)習(xí)問(wèn)題一麥克斯韋電磁場(chǎng)理論【情境探究】科學(xué)史上,稱牛頓把天上和地上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律統(tǒng)一起來(lái)是實(shí)現(xiàn)第一次大綜合,麥克斯韋把電、磁學(xué)統(tǒng)一起來(lái)是實(shí)現(xiàn)第二次大綜合,因此應(yīng)與牛頓齊名。麥克斯韋建立的電磁場(chǎng)理論,將電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)統(tǒng)一起來(lái),是19世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的最光輝的成果,是科學(xué)史上最偉大的綜合之一。(1)均勻變化的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))產(chǎn)生怎樣的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))?(2)周期性變化的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))產(chǎn)生怎樣的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))?要點(diǎn)提示

(1)均勻變化的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))。(2)周期性變化的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))?！局R(shí)點(diǎn)撥】1.電磁場(chǎng)的產(chǎn)生如果在空間某處有交變的電場(chǎng),那么這個(gè)交變的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生頻率相同的交變的磁場(chǎng),這個(gè)交變的磁場(chǎng)又在它周圍空間產(chǎn)生頻率相同的交變的電場(chǎng)——交變的電場(chǎng)和交變的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系著的,形成不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場(chǎng)。2.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解

恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)不均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)不均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)畫龍點(diǎn)睛

麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)基本觀點(diǎn)是變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)和變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系,形成電場(chǎng)和磁場(chǎng)的統(tǒng)一體,它由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播?！镜淅饰觥坷?(2021北京朝陽(yáng)檢測(cè))下列關(guān)于電場(chǎng)與磁場(chǎng)的產(chǎn)生的理解正確的是(

)解析

題中A、B選項(xiàng)所描述的磁場(chǎng)是穩(wěn)定的,由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知其周圍空間不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng),A錯(cuò)誤,B錯(cuò)誤;題中C選項(xiàng)描述的是周期性變化的磁場(chǎng),它能產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場(chǎng),且磁通量的變化率最大時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度最強(qiáng),其相位差為

,C正確;題中D所描述的是周期性變化的電場(chǎng),在其周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng),其相位差為π,D錯(cuò)誤。答案

C規(guī)律方法

麥克斯韋電磁場(chǎng)理論1.交變的電場(chǎng)和交變的磁場(chǎng)相互關(guān)聯(lián),形成一個(gè)統(tǒng)一的場(chǎng),即電磁場(chǎng)。2.變化的磁場(chǎng)周圍一定存在著電場(chǎng),與是否有閉合電路無(wú)關(guān)。3.周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率變化的電場(chǎng)。問(wèn)題二電磁振蕩中能量的轉(zhuǎn)化【情境探究】如圖所示,將開(kāi)關(guān)S擲向1,先給電容器充電,再將開(kāi)關(guān)擲向2。(1)電容器通過(guò)線圈放電過(guò)程中,線圈中的電流怎樣變化?電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為什么形式的能?(2)在電容器反向充電過(guò)程中,線圈中電流如何變化?電容器和線圈中的能量是如何轉(zhuǎn)化的?(3)線圈中自感電動(dòng)勢(shì)的作用是什么?要點(diǎn)提示

(1)電容器放電過(guò)程中,線圈中的電流逐漸增大,電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。(2)在電容器反向充電過(guò)程中,線圈中電流逐漸減小,線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能。(3)線圈中電流變化時(shí),產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化。【知識(shí)點(diǎn)撥】1.振蕩電流和振蕩電路(1)振蕩電流:大小和方向都做周期性變化的電流。(2)振蕩電路:產(chǎn)生振蕩電流的電路。基本的振蕩電路為L(zhǎng)C振蕩電路。

理解一圖一表

2.電磁振蕩過(guò)程中各物理量的變化

畫龍點(diǎn)睛

電容器充放電與能量轉(zhuǎn)化:電容器充電時(shí),磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能;電容器放電時(shí),電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。解析

開(kāi)關(guān)閉合時(shí),電流從a流向b為正,當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后,電感器與電容器構(gòu)成一振蕩電路,此時(shí)ab中有正向最大電流,隨后形成振蕩電流,根據(jù)振蕩電流的規(guī)律,可知選項(xiàng)B正確。答案

B解析

開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)前,電容器C短路,線圈中電流從上向下,電容器不帶電;S斷開(kāi)時(shí),線圈L中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙電流減小,電容器C充電,此時(shí)LC回路中電流i沿順時(shí)針?lè)较?正向)最大;電容器充電過(guò)程,電容器帶電荷量最大時(shí)(a板帶負(fù)電),線圈L中電流減為零。此后,LC回路發(fā)生電磁振蕩形成交變電流。綜上所述,選項(xiàng)B、C正確。答案

BC問(wèn)題三電磁振蕩的周期和頻率【情境探究】如圖所示的電路。(1)如果僅更換自感系數(shù)L更大的線圈,將開(kāi)關(guān)S擲向1,先給電容器充電,再將開(kāi)關(guān)擲向2,電容器通過(guò)線圈放電,線圈因自感現(xiàn)象產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)是否更大?“阻礙”作用是否也更大?由于延緩了振蕩電流的變化,振蕩周期T會(huì)怎樣變化?(2)如果僅更換電容C更大的電容器,將開(kāi)關(guān)S擲向1,先給電容器充電,電容器的帶電荷量是否增大?再將開(kāi)關(guān)擲向2,電容器通過(guò)線圈放電,放電時(shí)間是否相應(yīng)地變長(zhǎng)?振蕩周期T是否變長(zhǎng)?要點(diǎn)提示

(1)自感電動(dòng)勢(shì)更大,“阻礙”作用更大,周期變長(zhǎng)。(2)帶電荷量增大,放電時(shí)間變長(zhǎng),周期變長(zhǎng)?！局R(shí)點(diǎn)撥】1.周期與頻率(1)周期:電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時(shí)間,用T表示。(2)頻率:一秒鐘內(nèi)電磁振蕩完成周期性變化的次數(shù),用f表示。(3)周期與頻率的關(guān)系:2.LC回路的周期和頻率

取決于L、C說(shuō)明:①LC回路的周期、頻率都由電路本身的特性(L和C的值)決定,與電容器極板上電荷量的多少、板間電壓的高低、是否接入電路中等因素?zé)o關(guān),所以稱為L(zhǎng)C電路的固有周期和固有頻率。②使用周期公式時(shí),一定要注意單位,T、L、C、f的單位分別是秒(s)、亨(H)、法拉(F)、赫茲(Hz)。③電感L和電容器C在LC振蕩電路中既是能量的轉(zhuǎn)換器,又決定著這種轉(zhuǎn)換的快慢,L或C越大,能量轉(zhuǎn)換時(shí)間也越長(zhǎng),故周期也越長(zhǎng)?！镜淅饰觥坷?(2020湖北武漢月考檢測(cè))要想升高LC振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率,可采用的方法是(

)A.增大電容器兩極板的間距 B.升高電容器的充電電壓C.增加線圈的匝數(shù) D.在線圈中插入鐵芯解析

振蕩電流的頻率由LC回路本身的特性決定,

。增大電容器兩極板間距,電容減小,振蕩頻率升高,A正確;升高電容器的充電電壓只能改變振蕩電流的強(qiáng)弱,對(duì)振蕩電流的周期和頻率沒(méi)有影響,B錯(cuò)誤;增加線圈的匝數(shù)和在線圈中插入鐵芯,都會(huì)使自感系數(shù)增大,致使頻率降低,C、