電磁波的發(fā)現(xiàn)-“江南聯(lián)賽”一等獎

3.2電磁波的發(fā)現(xiàn)課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道赫茲實(shí)驗(yàn)以及它的重大意義。2．知道什么是振蕩電路和振蕩電流以及LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程。3．知道產(chǎn)生電磁振蕩過程中，LC振蕩電路中的能量轉(zhuǎn)換情況。4．知道什么樣的電磁振蕩和電路有利于向外發(fā)射電磁波。5．知道電磁波的基本特點(diǎn)。重點(diǎn)難點(diǎn)：LC電路產(chǎn)生的電磁振蕩的周期和頻率以及規(guī)律。課前自主學(xué)案一、電磁波預(yù)言的實(shí)現(xiàn)——赫茲實(shí)驗(yàn)赫茲首先在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了_______，用事實(shí)證明了_________________理論的正確性。二、電磁振蕩1．電磁振蕩的產(chǎn)生(1)振蕩電流和振蕩電路①振蕩電流：大小和方向都做_____________迅速變化的電流。②振蕩電路：產(chǎn)生________________的電路。③LC振蕩電路：由________和_____________組成，是最簡單的振蕩電路。電磁波麥克斯韋電磁場周期性振蕩電流線圈L電容器C(2)電磁振蕩的產(chǎn)生①如圖3－2－1所示，電容器充電完畢后，將開關(guān)S擲向b，這一瞬間，電容器開始放電，電路中沒有電流，此時電容器里______最強(qiáng)，電路里的能量全部以__________的形式儲存在電容器的電場中。圖3－2－1電場電場能②電容器開始放電后，由于線圈的自感作用，放電電流由零逐漸增大，此過程中，電容器極板上的_________逐漸減小，電容器里的電場逐漸減弱，線圈的磁場逐漸增強(qiáng)，電場能逐漸轉(zhuǎn)化為____________，振蕩電流逐漸增大，直到放電完畢，電流達(dá)到最大。電荷磁場能③電容器放電完畢時，由于線圈的_______作用，電流保持原來的方向逐漸減小，電容器將進(jìn)行反向充電，此過程中，線圈的_______逐漸減弱，電容器里的電場逐漸增強(qiáng)，磁場能逐漸轉(zhuǎn)化為電場能，振蕩電流逐漸減小，直到充電完畢，電流減小為零。自感磁場2．電磁振蕩的周期和頻率(1)周期：電磁振蕩完成_________________需要的時間。(2)頻率：1s內(nèi)完成的周期性變化的________。(3)說明：如果沒有能量損失，也不受其他外界影響，這時的周期和頻率叫振蕩電路的__________和____________，簡稱振蕩電路的周期和頻率。一次周期性變化次數(shù)固有周期固有頻率3．LC電路的周期(頻率)的決定因素電容越大，線圈的自感系數(shù)越大時，電容器充、放電的時間越長，LC電路振蕩的周期就越大，理論分析表明，LC電路的周期T與自感系數(shù)L、電容C的關(guān)系式是______________，所以其振蕩的頻率______________?？梢?，用可變電容器或可變電感線圈組成電路，就可以根據(jù)需要改變振蕩電路的周期和頻率。三、電磁波的發(fā)射如圖3－2－2所示是發(fā)射無線電波的裝置，虛線框內(nèi)是發(fā)射無線電波的_______電路，其中①是_______，②是_______；振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩電流通過L2與L1的_______作用，使L1中產(chǎn)生同頻率的高頻振蕩電流，在虛線框內(nèi)電路中激發(fā)出無線電波，向周圍空間發(fā)射．開放天線地線互感圖3－2－2能量核心要點(diǎn)突破一、電磁振蕩過程分析已充電的電容器剛要放電的瞬間，電路里沒有電流，電容器兩極板上的電荷量最多，此時電場能最強(qiáng)，磁場能最弱。電容器開始放電后，由于線圈的自感作用，放電電流不能立刻達(dá)到最大值，而是由零逐漸增大，同時電容器極板上的電壓逐漸減少，到放電完畢的瞬間，電容器極板上沒有電荷，放電電流達(dá)到最大值，在這個過程中，電容器里的電場能逐漸減弱，磁場能逐漸增強(qiáng)，到放電完畢的瞬間，電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能。在電磁振蕩過程中，電容器極板上的電荷量、電路中的電流、電容器里的電場強(qiáng)度、線圈里的磁感應(yīng)強(qiáng)度都隨時間做周期性變化，電場能與磁場能發(fā)生周期性的相互轉(zhuǎn)化，如圖3－2－3所示。圖3－2－3二、LC振蕩電路一個周期內(nèi)的幾個特別狀態(tài)振蕩電路的狀態(tài)即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)1．LC振蕩電路中，通過P點(diǎn)的電流變化規(guī)律如圖3－2－4所示?，F(xiàn)規(guī)定過P點(diǎn)向右的電流為正，則(

)A．0.5s至1s時間內(nèi)，電容器充電B．0.5s至1s時間內(nèi)，電容器上極板帶的是正電C．1s至1.5s時間內(nèi)，磁場能正在轉(zhuǎn)化為電場能D．1s至1.5s時間內(nèi)，Q點(diǎn)的電勢比P點(diǎn)的電勢高圖3－2－4解析：選AD。由振蕩電路的圖像可知，在0.5s至1s時間內(nèi)，電流為正方向，且電流值正在減小，所以依題規(guī)定的電流正方向知，在0.5s～1s的時間內(nèi)，LC回路中的電流是順時針的，而且電容器C正在充電。由充電電流是由電容器C的負(fù)極板流出，流向正極板可知，在0.5s～1s的時間內(nèi)電容器C的上極板帶負(fù)電，下極板帶正電，選項(xiàng)A正確，B錯誤。再由LC振蕩電路圖像知，在1s至1.5s時間內(nèi)，電流為負(fù)電流，且電流的值正在增大，由題所規(guī)定的電流正方向知，此時間內(nèi)LC回路中的電流是逆時針的，即由Q點(diǎn)經(jīng)電感L流向P點(diǎn)，所以Q點(diǎn)電勢比P點(diǎn)高，而且由于電流值正在增大，所以電場能正在轉(zhuǎn)化為磁場能，選項(xiàng)C錯誤，選項(xiàng)D正確。故選A、D。四、電磁波與機(jī)械波的比較機(jī)械波電磁波研究對象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性變化的物理量位移隨時間和空間做周期性變化電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間和空間做周期性變化傳播途徑傳播需要介質(zhì)，波速與傳播介質(zhì)有關(guān)、與頻率無關(guān)，可分為橫波和縱波傳播不需要介質(zhì)，在真空中波速總是等于光速，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動產(chǎn)生由周期性變化的電流(電磁振蕩)激發(fā)即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)3．電磁波與機(jī)械波相比較有(

)A．電磁波傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波傳播需要介質(zhì)B．電磁波在任何介質(zhì)中傳播速率都相同，機(jī)械波在同一介質(zhì)中傳播速率都相同C．電磁波與機(jī)械波都不能產(chǎn)生干涉D．電磁波與機(jī)械波都能產(chǎn)生衍射解析：選AD。電磁波與機(jī)械波都具有波的共性，都可以發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象，但它們的性質(zhì)是不同的，產(chǎn)生的方法也不一樣。機(jī)械波是振動在介質(zhì)中的傳播過程，沒有介質(zhì)是不可能產(chǎn)生機(jī)械波的，但電磁波可以不需要介質(zhì)，且在真空中傳播的速度都是光速。在介質(zhì)中機(jī)械波的波速由介質(zhì)的性質(zhì)決定，與頻率無關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速卻和頻率有關(guān)，兩種波由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)頻率是不變的。故正確答案為A、D。課堂互動講練類型一電磁振蕩的動態(tài)分析

例1LC振蕩電路中電容器兩極板上的電壓u隨時間t變化的圖像如圖3－2－5所示，由圖可知(

)A．在t1時刻，電路中的磁場能最小B．從t1到t2，電路中的電流不斷變小C．從t2到t3，電容器極板上的帶電荷量增多D．在t4時刻，電容器中的電場能最小圖3－2－5【精講精析】電磁振蕩中，隨振蕩電流i同步變化的有磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場能；隨電容器上電荷量q同步變化的有板間電壓U、場強(qiáng)E和電場能。當(dāng)其中一組量變大時，另一組量變小。在t1時刻，電容器兩端的電壓最大，電場能最大，磁場最小，故A正確；從t1到t2，電容器兩端的電壓減小，電容器極板上帶電荷量減小，因此電路中電流增大，故B錯誤；從t2到t3，電容器兩端電壓增大，因此帶電荷量增加，故C正確；在t4時刻，電容器上電壓為零，場強(qiáng)也為零，電場能最小，故D正確?！敬鸢浮?/p>

ACD【方法總結(jié)】由于歐姆定律形成的思維定勢，B選項(xiàng)中從t1到t2，電路中電壓變小，誤判電流也變小。注意LC電路與純電阻電路的區(qū)別，在同一電阻上，U變大，i也變大；在LC電路上，U

變大，i反而變小。變式訓(xùn)練1某時刻LC振蕩電路的狀態(tài)如圖3－2－6所示，則此時刻(

)A．振蕩電流i在減小B．振蕩電流i在增大C．電場能正在向磁場能變化D．磁場能正在向電場能變化圖3－2－6解析：選AD。由圖中，上極板帶正電荷，下極板帶負(fù)電荷及電流的方向可判斷出正電荷在向正極板聚集，說明電容器極板上電荷在增加，電容器正在充電。電容器充電的過程中電流減小，磁場能向電場能轉(zhuǎn)化。正確選項(xiàng)為A、D。類型二電磁振蕩的有關(guān)計(jì)算例2 在LC振蕩電路中，線圈的自感系數(shù)L＝2.5mH，電容C＝4μF。(1)該回路的周期多大？