第十四章 電磁波,1 電磁波的發(fā)現(xiàn) 2 電磁振蕩,讀一讀,辨一辨,一、電磁波的發(fā)現(xiàn) 閱讀教材第7577頁,對電磁場的理論有初步的定性了解。 1.麥克斯韋電磁場理論的兩個基本觀點是什么? 答案：變化的磁場產生電場和變化的電場產生磁場。 2.電磁波的概念是什么? 答案：根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,周期性變化的電場和磁場相互聯(lián)系,形成電場和磁場的統(tǒng)一體,它由近及遠地向周圍傳播,這就是電磁波。 3.電磁波的波速是多少? 答案：麥克斯韋指出了光的電磁本性,他預言電磁波的速度等于光速。 4.第一個通過實驗證明電磁波存在的是哪位科學家? 答案：德國科學家赫茲。,讀一讀,辨一辨,二、電磁振蕩的產生 閱讀教材第78、79頁,通過對電磁振蕩的實驗觀察,學習LC振蕩電路。 1.實驗的探究方法是什么? 答案：控制變量法。 2.什么是振蕩電流? 答案：大小和方向都做周期性迅速變化的電流叫振蕩電流。 3.振蕩電路的概念是什么? 答案：能產生振蕩電流的電路叫振蕩電路。由電感線圈和電容組成的電路是最簡單的振蕩電路,稱為LC振蕩電路。,讀一讀,辨一辨,三、電磁振蕩的周期和頻率 閱讀教材第80頁,通過學習,了解LC振蕩電路固有周期和固有頻率的公式。 1.電磁振蕩的周期是指哪一段時間? 答案：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間。 2.什么是電磁振蕩的頻率? 答案：1 s內完成的周期性變化的次數(shù)就是頻率。 3.什么是電磁振蕩的固有周期和固有頻率? 答案：如果振蕩電路沒有能量損失,也不受其他外界影響,這時的周期和頻率分別叫作固有周期和固有頻率。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析。 (1)電磁波也能產生干涉、衍射現(xiàn)象。 ( ) 答案： (2)只有均勻變化的電場(磁場)才能產生均勻變化的磁場(電場)。 ( ) 解析：均勻變化的電場(磁場)產生恒定的磁場(電場)。周期性變化的電場(磁場)產生同頻率的周期性變化的磁場(電場)。 答案： (3)在LC振蕩電路中,電流增大的過程中電容器放電,磁場能和電場能都減小。 ( ) 解析：電流增大,電容器放電,磁場能增大,電場能減小。 答案：,讀一讀,辨一辨,2.探究討論。 (1)為什么說電磁波是橫波? 答案：根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,電磁波在真空中傳播時,它的電場強度和磁感應強度是相互垂直的,且二者均與波的傳播方向垂直。因此,電磁波是橫波。 (2)電磁振蕩的實質是什么? 答案：在電磁振蕩過程中,電容器極板上的電荷量、電路中的電流、電容器里的電場強度、線圈里的磁感應強度都隨時間做周期性變化,電場能與磁場能發(fā)生周期性的相互轉化。,讀一讀,辨一辨,(3)振蕩電路的周期和頻率由什么因素決定?為什么又叫電路的固有周期、固有頻率? 答案：LC回路的周期、頻率都由電路本身的特性(L、C值)決定。由于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無關,所以稱為電路的固有周期和固有頻率。,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,對麥克斯韋電磁場理論的理解 下圖是赫茲實驗的裝置示意圖,請問赫茲通過此實驗裝置證實了什么問題? 要點提示：實驗演示了電磁波的發(fā)射和接收,驗證了麥克斯韋電磁場理論。,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,1.電磁場的產生 如果在空間某處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生周期性變化的磁場,這個變化的磁場又在它周圍空間產生變化的電場變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的,形成不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場。 2.對麥克斯韋電磁場理論的理解,變化的磁場周圍產生電場,與是否有閉合電路存在無關。,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,【例題1】 根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,下列說法正確的是( ) A.有電場的空間一定存在磁場,有磁場的空間也一定能產生電場 B.在變化的電場周圍一定產生變化的磁場,在變化的磁場周圍一定產生變化的電場 C.均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場 D.周期性變化的磁場周圍空間一定產生周期性變化的電場 解析：根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,只有變化的電場才能產生磁場,均勻變化的電場產生恒定的磁場,非均勻變化的電場產生變化的磁場,只有選項D正確。 答案：D 歸納總結理解麥克斯韋的電磁場理論的關鍵 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)”,這些都是對時間來說的,是時間的函數(shù)。,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,變式訓練1如圖所示的四種電場中,哪一種能產生電磁波( ) 解析：由麥克斯韋電磁場理論,當空間出現(xiàn)恒定的電場時(如A圖),由于它不激發(fā)磁場,故無電磁波產生;當出現(xiàn)均勻變化的電場時(如B、C圖),會激發(fā)出磁場,但磁場恒定,不會激發(fā)出電場,故也不會產生電磁波;只有振蕩的電場(即周期性變化的電場)(如D圖),才會激發(fā)出振蕩的磁場,振蕩的磁場又激發(fā)出振蕩的電場如此周而復始,便會形成電磁波。 答案：D,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,電磁波與機械波的比較 如圖所示,某同學正在回答神舟十號航天員王亞平的問題,請問她們的通話是通過機械波進行的還是通過電磁波進行的?為什么? 要點提示：電磁波。因為機械波的傳播離不開介質,而電磁波可以在真空中傳播。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,電磁波是電磁現(xiàn)象,機械波是力學現(xiàn)象,兩種波因產生機理不同,所以除具有波的共性外,還有不同之處。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,因為電磁波是交變電磁場互相激發(fā)產生的,所以電磁波傳播時不需要介質,可在真空中傳播。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,【例題2】 導學號73884133關于電磁波與聲波,下列說法正確的是( ) A.電磁波是由電磁場發(fā)生的區(qū)域向遠處傳播,聲波是聲源的振動向遠處傳播 B.電磁波的傳播不需要介質,聲波的傳播有時也不需要介質 C.由空氣進入水中傳播時,電磁波的傳播速度變小,聲波的傳播速度變大 D.由空氣進入水中傳播時,電磁波的波長不變,聲波的波長變小 【思考問題】 電磁波和機械波在從一種介質向另一種介質傳播時頻率發(fā)生變化嗎? 提示：無論電磁波還是機械波,從一種介質進入另一種介質時頻率都不變。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,歸納總結理解電磁波與機械波的三點不同 (1)電磁波是電磁現(xiàn)象,由電磁振蕩產生;機械波是力學現(xiàn)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同一介質中傳播速度不同。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,變式訓練2關于電磁波與機械波,下列說法正確的是( ) A.機械波和電磁波,本質上是一樣的 B.電磁波在任何介質中傳播速率都相同,機械波在同一種介質中傳播速率都相同 C.電磁波和機械波都不能發(fā)生干涉 D.電磁波與機械波都能發(fā)生衍射 解析：機械波由機械振動產生,電磁波由振蕩的電磁場產生,選項A錯;電磁波的波速與介質和頻率都有關,而機械波的傳播速度只與介質有關,選項B錯;電磁波和機械波都具有波的特性,選項C錯,選項D對。 答案：D,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,振蕩過程中各物理量的變化情況 如圖所示裝置,先把開關扳到電池組一邊,給電容器充電,稍后再把開關扳到線圈一邊,讓電容器通過線圈放電,會觀察到電流表指針有何變化?說明什么問題? 要點提示：指針左右擺動,表明電路中產生了大小和方向變化的電流。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,1.用圖象對應分析:振蕩過程中電流i、極板上的電荷量q、電場能和磁場能之間的對應關系,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,2.相關量與電路狀態(tài)的對應情況,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,3.幾個關系 (1)同步同變關系 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:電荷量q、電場強度E、電場能EE是同步變化的,即qEEE(或qEEE)。 振蕩線圈上的物理量:振蕩電流i、磁感應強度B、磁場能EB也是同步變化的,即iBEB(或iBEB)。 (2)同步異變關系 在LC振蕩過程中,電容器上的三個物理量q、E、EE增大時,線圈中的三個物理量i、B、EB減小,且它們的變化是同步的,也即q、E、EE i、B、EB。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,電容器充放電與能量轉化:電容器充電時,磁場能轉化為電場能;電容器放電時,電場能轉化為磁場能。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,【例題3】 導學號73884134如圖所示,L為一電阻可忽略的線圈,D為一燈泡,C為電容器,開關S處于閉合狀態(tài),燈泡D正常發(fā)光,現(xiàn)突然斷開S,并開始計時,能正確反映電容器a極板上電荷量q及LC回路中電流i(規(guī)定順時針方向為正)隨時間變化的圖象是(圖中q為正值,表示a極板帶正電)( ),探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,【思考問題】 振蕩電流與極板電荷量的關系是什么? 提示：i=0時,q最大;i最大時,q=0;且i= 。 解析：S斷開前,線圈L短路,線圈中電流從上到下,電容器不帶電;S斷開時,線圈L中產生自感電動勢,阻礙電流減小,給電容器C充電,此時LC回路中電流i沿順時針方向(正向)最大;給電容器充電過程,電容器充電量最大時(a板帶負電),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B、C正確。 答案：BC,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,變式訓練3如圖所示,LC振蕩電路中,已知某時刻電流i的方向指向A板,且正在增大,則( ) A.A板帶正電 B.A、B兩板間的電壓在增大 C.電容器C正在充電 D.電場能正在轉化為磁場能 解析：電流i正在增大,磁場能增大,電容器在放電,電場能減小,電場能轉化為磁場能,選項C錯誤,D正確;由題圖中i方向可知B板帶正電,選項A錯誤;由于電容器放電,電荷量減少,兩板間的電壓在減小,選項B錯誤。 答案：D,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,歸納總結LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法 (1)根據(jù)電流流向判斷,當電流流向帶正電的極板時,處于充電過程;反之,處于放電過程。 (2)根據(jù)物理量的變化趨勢判斷:當電容器的電荷量q(U、E)增大時,處于充電過程;反之,處于放電過程。 (3)根據(jù)能量判斷:電場能增加時,充電;磁場能增加時,放電。,1 2 3 4,1.(考查麥克斯韋電磁場理論)關于麥克斯韋電磁場理論,下列說法正確的是( ) A.在電場周圍一定存在著磁場 B.任何變化的電場周圍一定存在著變化的磁場 C.均勻變化的磁場周圍一定存在著變化的電場 D.振蕩電場在它周圍的空間一定產生同頻率的振蕩磁場 解析：在變化的電場周圍才存在磁場,振蕩的電場(非均勻變化的)會產生同頻率周期性振蕩的磁場。均勻變化的磁場周圍存在著穩(wěn)定的電場。 答案：D,1 2 3 4,2.(考查電磁波和聲波的區(qū)別)關于電磁波與聲波相比較,下列說法正確的是( ) A.電磁波的傳播不需要介質,聲波的傳播需要介質 B.由空氣進入玻璃時,電磁波速度變小,聲波速度變大 C.由空氣進入玻璃時,電磁波波長變小,聲波波長變大 D.電磁波和聲波在介質中的傳播速度都是由介質決定的,與頻率無關 解析：選項A、B說法均與事實相符,故選項A、B正確;由空氣進入玻璃時,根據(jù)= ,電磁波波速變小,頻率不變,波長變小;聲波速度變大,頻率不變,波長變大,故選項C正確;電磁波在介質中的速度與介質有關,也與頻率有關,在同一介質中,頻率越大,波速越小,故選項D錯誤。 答案：ABC,1 2 3 4,3.(考查電磁振蕩過程)右圖是LC振蕩電路中振蕩電流與時間的關系圖線,若電容器開始放電的時刻為t=0,則下列說法正確的是( ) A.在t=0時,線圈中的磁場能最小 B.在t=1 s時,電容器中電場能最大 C.在t=2 s時,電容器放電結束 D.在t=3 s時,電容器充電結束 解析：電流增大的過程中磁場能增加,電場能減少,所以電容器放電,也就是磁場能的大小由電流的大小決定。 答案：A,1 2 3 4,4.導學號73884135(考查電磁振蕩的周期)右圖是某電器元件廠生產的可調電容器,把它接在L不變的LC振蕩電路中,為了使振蕩的頻率從700 Hz變?yōu)? 400 Hz,可采取的辦法有( ) A.電容增大到原來的4倍 B.電容增大到原來的2倍,答案：D,