新教材同步系列2024春高中物理第4章電磁振蕩與電磁波第1節(jié)電磁振蕩第2節(jié)麥克斯韋電磁場理論課件粵教版選擇性必修第二冊

第四章電磁振蕩與電磁波第一節(jié)電磁振蕩第二節(jié)麥克斯韋電磁場理論學(xué)習(xí)任務(wù)1．了解LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程；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。2．知道什么是電磁振蕩的周期和頻率，了解LC回路的周期和頻率公式。3．了解麥克斯韋電磁場理論的基本內(nèi)容以及電磁波的預(yù)言。4．體會(huì)赫茲實(shí)驗(yàn)證明電磁波存在的重大意義。必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備01[知識(shí)梳理]知識(shí)點(diǎn)一振蕩電流的產(chǎn)生1．電磁振蕩電路的演變?nèi)鐖D甲所示，一個(gè)電流計(jì)與一個(gè)閉合線圈連接，當(dāng)一條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí)，電流計(jì)的指針會(huì)不斷地?cái)[動(dòng)，這說明電路中產(chǎn)生了____和____都不斷變化的電流。如果將電流計(jì)拿走，如圖乙所示，當(dāng)條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí)，電路斷開處的A、B兩點(diǎn)間仍存在__________，即A、B兩點(diǎn)間仍存在變化的______。大小方向感應(yīng)電動(dòng)勢電勢差振蕩電路的演變：如果在A、B兩點(diǎn)間接一個(gè)平行板電容器，如圖丙所示，當(dāng)條形磁鐵不斷地插入和拔出線圈時(shí)，在兩板之間的空間內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生____和____不斷變化的____，即電容器在不斷地進(jìn)行____、____。大小方向電場充電放電2．振蕩電流(1)振蕩電流：上述實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的____和____都做周期性變化的電流。(2)振蕩電路：能夠產(chǎn)生________的電路。(3)LC振蕩電路：_________和________組成的電路，LC振蕩電路是一種最簡單的振蕩電路。大小方向振蕩電流自感線圈L電容器C3．振蕩電流的變化規(guī)律LC振蕩電路產(chǎn)生的振蕩電流是按____或____規(guī)律變化的。知識(shí)點(diǎn)二電磁振蕩中能量的轉(zhuǎn)化在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流過程中，電容器極板上____、兩極板間____、電路中____以及跟電荷有關(guān)的____、與電流有關(guān)的____都發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象。在電磁振蕩過程______和______相互轉(zhuǎn)化。正弦余弦電荷電壓電流電場磁場電場能磁場能

時(shí)間之比

知識(shí)點(diǎn)四麥克斯韋電磁場理論的基本思想1．變化的磁場周圍產(chǎn)生____是一種普遍存在的現(xiàn)象。2．變化的電場周圍產(chǎn)生____是一種普遍存在的現(xiàn)象。總之，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一體，這就是______。知識(shí)點(diǎn)五偉大的預(yù)言1．產(chǎn)生變化的____和變化的____交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播出去，就形成電磁波。電場磁場電磁場電場磁場2．傳播特點(diǎn)(1)電磁波中電場和磁場相互____，電磁波在與兩者均____的方向傳播。因此電磁波是__波。(2)電磁波的頻率即為________的頻率，它由____決定，與____無關(guān)。電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度，即c＝___________。(3)電磁波傳播不需要借助于任何____，在真空中也能傳播。光波的本質(zhì)是______。垂直垂直橫電磁振蕩波源介質(zhì)3×108m/s介質(zhì)電磁波知識(shí)點(diǎn)六赫茲實(shí)驗(yàn)1．原理圖2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)發(fā)射器兩球間有火花產(chǎn)生時(shí)，接收器兩球間也有火花產(chǎn)生。3．現(xiàn)象分析：火花在A、B間來回跳動(dòng)時(shí)，在周圍空間建立了一個(gè)迅速變化的電磁場，這種變化的電磁場以______的形式在空間傳播。當(dāng)電磁波經(jīng)過接收器時(shí)，導(dǎo)致接收器產(chǎn)生__________，使接收器兩球間隙處產(chǎn)生電壓，當(dāng)電壓足夠高時(shí)，兩球之間產(chǎn)生________現(xiàn)象。4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：赫茲證實(shí)了______的存在。5．實(shí)驗(yàn)意義：證明了________的預(yù)言，為麥克斯韋的電磁場理論奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。電磁波感應(yīng)電動(dòng)勢火花放電電磁波麥克斯韋[基礎(chǔ)自測]1．思考判斷(正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”)(1)在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，在磁場周圍一定產(chǎn)生電場。 (

)(2)均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場。 (

)(3)周期性變化的電場周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場。 (

)(4)放電時(shí)，由于線圈的自感作用，放電電流由零逐漸增大。 (

)(5)放電時(shí)，電容器兩極板間的電場能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈的磁場能。 (

)(6)振蕩電流最大時(shí)，放電完畢。 (

)××√√√√2．(2022·吉林遼源田家炳高級(jí)中學(xué)校高二期末)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是(

)A．在真空中，頻率越高的電磁波速度越大B．在真空中，電磁波的能量越大，傳播速度越大C．電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)，速度變小，波長也變小，而頻率不變D．只要發(fā)射電路的電磁振蕩停止，產(chǎn)生的電磁波立即消失C

[在真空中，所有電磁波的傳播速度都相同，與頻率、能量無關(guān)，故A、B錯(cuò)誤；電磁波的頻率由波源決定，電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)，頻率不變，而波速減小，波長減小，故C正確；當(dāng)發(fā)射電路的電磁振蕩停止，產(chǎn)生的電磁波不會(huì)立即消失，還會(huì)在空間繼續(xù)傳播，直到能量消耗殆盡，故D錯(cuò)誤。]√3．關(guān)于LC振蕩電路中的振蕩電流，下列說法正確的是(

)A．振蕩電流最大時(shí)，電容器兩極板間的電場強(qiáng)度最大B．振蕩電流為零時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢為零C．振蕩電流增大的過程中，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能D．振蕩電流減小的過程中，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能D

[振蕩電流最大時(shí)，處于電容器放電結(jié)束瞬間，電場強(qiáng)度為零，A錯(cuò)誤；振蕩電流為零時(shí)，LC回路振蕩電流改變方向，這時(shí)的電流變化最快，電流變化率最大，線圈中自感電動(dòng)勢最大，B錯(cuò)誤；振蕩電流增大時(shí)，電容器中的電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，C錯(cuò)誤；振蕩電流減小時(shí)，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，D正確。]√關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成02考點(diǎn)1電磁振蕩過程分析考點(diǎn)2電磁振蕩的周期和頻率考點(diǎn)3對(duì)麥克斯韋電磁場理論和電磁場的理解如圖所示，將開關(guān)S擲向1，先給電容器充電，再將開關(guān)擲向2，從此時(shí)起，電容器通過線圈放電，線圈中是否會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢？自感電動(dòng)勢產(chǎn)生什么效果？線圈中的電流怎樣變化？電容器的電場能轉(zhuǎn)化為什么形式的能？當(dāng)線圈中的電流減小時(shí)，是否會(huì)對(duì)電容器充電？此時(shí)線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為什么形式的能？提示：線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，阻礙線圈中電流的變化，電流逐漸增大，電容器的電場能轉(zhuǎn)化為磁場能；線圈中電流減小時(shí)，對(duì)電容器充電，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電容器的電場能?？键c(diǎn)1電磁振蕩過程分析1．用圖像對(duì)應(yīng)分析i、q的變化關(guān)系2．板間電壓u、電場能EE、磁場能EB隨時(shí)間變化的圖像(充電時(shí))u、EE規(guī)律與q-t圖像相對(duì)應(yīng)；EB規(guī)律與i-t圖像相對(duì)應(yīng)。3．分類分析(1)同步關(guān)系。在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中，電容器上的物理量：電量q、電場強(qiáng)度E、電場能EE是同步變化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場能EB也是同步變化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)

【典例1】

(多選)LC振蕩電路中，某時(shí)刻磁場方向如圖所示，則下列說法正確的是(

)A．若磁場正在減弱，則電容器上極板帶正電B．若電容器正在充電，則電容器下極板帶正電C．若電容器上極板帶正電，則線圈中電流正在增大D．若電容器正在放電，則自感電動(dòng)勢正在阻礙電流增大BCD

[由電流的磁場方向和安培定則可判斷振蕩電流方向，由于題目中未標(biāo)明電容器兩極板帶電情況，可分兩種情況討論：(1)若該時(shí)刻電容器上極板帶正電，則可知電容器處于放電階段，電流增大，則C正確，A錯(cuò)誤；(2)若該時(shí)刻電容器下極板帶正電，可知電容器處于充電狀態(tài)，電流在減小，則B正確，由楞次定律可判定D正確。]√√√電磁振蕩狀態(tài)分析的三點(diǎn)注意(1)判斷電容器是充電還是放電，一般依據(jù)電流的方向，電流由正極板流出為放電，向正極板流入為充電。(2)判斷電場能和磁場能的轉(zhuǎn)化要依據(jù)電流的增減或極板上電量的增減。(3)自感電動(dòng)勢的作用是阻礙電流的增大還是阻礙電流的減小，可依據(jù)放電電流不斷增大，充電電流不斷減小來判斷。

A

BC

D√

【典例2】

(多選)在LC回路中，電容器充電后向線圈放電發(fā)生電磁振蕩時(shí)，若將電容器兩板間距離增大，則振蕩過程中(

)A．電容器兩板間最大電壓變大B．振蕩電流的最大值變大C．振蕩電流的頻率變大D．電容器所帶電荷量最大值變大√√√

√考點(diǎn)3對(duì)麥克斯韋電磁場理論和電磁場的理解1．對(duì)麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場2．對(duì)電磁場的理解(1)電磁場的產(chǎn)生：振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場，振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場，周期性變化的電場、磁場相互激發(fā)，形成的電磁場一環(huán)套一環(huán)，如圖所示。(2)電磁場并非簡單地將電場、磁場相加，而是相互聯(lián)系、不可分割的統(tǒng)一整體。在電磁場示意圖中，電場E矢量和磁場B矢量在空間相互激發(fā)時(shí)，相互垂直，以光速c在空間傳播?！镜淅?】

(多選)關(guān)于電磁場的理論，下列說法正確的是(

)A．變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場一定是變化的B．變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場不一定是變化的C．均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生的電場也是均勻變化的D．振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同樣頻率的振蕩磁場BD

[變化的電場產(chǎn)生磁場有兩層含義：①均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場；②非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場。振蕩的電場產(chǎn)生同頻率的振蕩的磁場。均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤。]√√麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。需要著重對(duì)以下兩點(diǎn)加以理解：(1)均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場。(2)不均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生變化的電場，不均勻變化的電場周圍產(chǎn)生變化的磁場。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．某電路中電場隨時(shí)間變化的圖像如圖所示，能發(fā)射電磁波的電場是(

)√A

BC

DD

[由麥克斯韋電磁場理論知，當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場時(shí)(如題圖A)，由于其不激發(fā)磁場，故無電磁波產(chǎn)生；當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場時(shí)(如題圖B、C)，會(huì)激發(fā)出磁場，但磁場恒定，不會(huì)再在較遠(yuǎn)處激發(fā)起電場，故也不會(huì)產(chǎn)生電磁波；只有周期性變化的電場(如題圖D)，才會(huì)激發(fā)出周期性變化的磁場，其又激發(fā)出周期性變化的電場……，如此不斷激發(fā)，便會(huì)形成電磁波。]學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測031．建立了完整的電磁場理論并首先預(yù)言電磁波存在的科學(xué)家是(

)A．法拉第 B．奧斯特C．赫茲

D．麥克斯韋D

[麥克斯韋建立了電磁場理論并且預(yù)言了電磁波的存在，選項(xiàng)D正確。]1234√2．(多選)根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，以下敘述正確的是(

)A．教室中正在發(fā)光的日光燈周圍空間必有磁場和電場B．工作時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器周圍必有磁場和電場C．穩(wěn)定的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，穩(wěn)定的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場D．電磁波在傳播過程中，電場方向、磁場方向和傳播方向三者相互垂直ABD

[教室中正在發(fā)光的日光燈、工作的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，在其周圍產(chǎn)生振蕩磁場和電場，故選項(xiàng)A、B正確；穩(wěn)定的電場不會(huì)產(chǎn)生磁場，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電磁波是橫波，傳播過程中電場方向、磁場方向和傳播方向相互垂直，故選項(xiàng)D正確。]1234√√√3．(多選)(2022·山東臨沂高二期末)如圖甲所示的LC振蕩電路中，通過P點(diǎn)的電流隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示，若把通過P點(diǎn)向右規(guī)定為電流的正方向，則(

)A．0.5～1ms內(nèi)，Q點(diǎn)比P點(diǎn)電勢低B．1～1.5ms內(nèi)，電容器C正在放電C．0.5～1ms內(nèi)，電場能正在增加D．增大電容器C的電容值該電路振蕩頻率將變大1234√√BC

[由題圖乙知0.5～1ms內(nèi)電流在減