第3章 電磁場與電磁波,3.1 麥克斯韋的電磁場理論 3.2 電磁波的發(fā)現,學習目標,1.了解麥克斯韋電磁場理論的兩大基本論點，能從這兩個基本論點出發(fā)分析簡單問題. 2.知道麥克斯韋預言了電磁波的存在及其在物理學發(fā)展史上的意義. 3.知道赫茲用實驗證實了電磁波的存在. 4.了解什么叫電磁振蕩，了解LC回路中電磁振蕩的產生過程及其固有周期(頻率). 5.了解有效發(fā)射電磁波的兩個條件，知道電磁波的特點及其與機械波的異同.,內容索引,重點探究 啟迪思維 探究重點,達標檢測 檢測評價 達標過關,自主預習 預習新知 夯實基礎,自主預習,1.法拉第創(chuàng)造性地用“ ”和“ ”的概念來描述電荷之間、磁體之間以及電與磁之間的相互作用. 2.電磁場理論的兩大支柱：(1) ；(2)_ . 3.赫茲用實驗證明了麥克斯韋 的正確性. 4.電磁振蕩 (1)振蕩電流：大小和 都做周期性變化的電流.,力線,場,變化的電場產,變化的磁場產生電場,生磁場,電磁場理論,方向,(2)振蕩電路：能夠產生 的電路.圖1就是一種基本的振蕩電路，稱為LC振蕩電路. (3)電磁振蕩：在振蕩電路中，電路中的 、電容器極板上的 、電容器中的 和線圈中的 都要發(fā)生 的變化，這種現象叫做電磁振蕩.,振蕩電流,電流,電荷,電場強度,磁感應強度,周期性,圖1,5.電磁波的特點 (1)電磁波是 ； (2)電磁波在真空中的傳播速度等于 ，約為 m/s； (3)電磁波具有波的一般特征，波長、頻率f、周期T和波速v之間的關 系為v ； (4)電磁波也具有 .,橫波,3.0108,光在真空中的傳播速度c,能量,f,重點探究,一、電磁場理論的兩大支柱,導學探究 1.如圖2所示，當磁棒相對一閉合線圈運動時，線圈中的電荷做定向移動，是因為受到什么力的作用？若把閉合線 圈換成一個內壁光滑的絕緣環(huán)形管，管內有 直徑略小于環(huán)內徑的帶正電的小球，則磁棒 運動過程中會有什么現象？小球受到的是什 么力？,答案 電荷受到電場力作用做定向移動.當磁棒運動時，帶電小球會做定向滾動，小球受到的仍然是電場力.,圖1,答案,2.以上現象說明什么問題？,答案 空間磁場變化，就會產生電場，與有沒有閉合線圈無關.,答案,3.在如圖3所示的含有電容器的交流電路中，電路閉合時，電路中有交變電流，導線周圍存在磁場.那么在這個閉合電路的電容器中有電流嗎？電容器兩極板間存在磁場嗎？,答案 電容器中無電流，兩極板間存在磁場.,答案,圖3,知識深化 1.電磁場理論的兩大支柱 (1)變化的磁場產生電場； (2)變化的電場產生磁場.,2.對麥克斯韋電磁場理論的理解,例1 (多選)根據麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是 A.在電場的周圍空間，一定存在著和它聯系著的磁場 B.在變化的電場周圍空間，一定存在著和它聯系著的磁場 C.恒定電流在其周圍不存在磁場 D.恒定電流周圍存在著穩(wěn)定的磁場,解析,答案,解析 電場按其是否隨時間變化分為穩(wěn)定電場(靜電場)和變化電場(如運動電荷形成的電場)，穩(wěn)定電場不產生磁場，只有變化的電場周圍空間才存在對應的磁場，故B對，A錯； 恒定電流周圍存在穩(wěn)定磁場，磁場的方向可由安培定則判斷，D對，C錯.,二、電磁振蕩,導學探究 把自感線圈、可變電容器、示波器、電源和單刀雙擲開關按圖4連成電路.先把開關置于電源一邊，為電容器充電，稍后再把開關置于線圈一邊，使電容器通過線圈放電.,圖4,1.在示波器顯示屏上看到的是電流的圖像還是線圈兩端電壓的圖像？是什么形狀的圖像？,答案 示波器呈現的是線圈兩端電壓的圖像.圖像呈周期性變化，類似家庭電路所用的交流電.,答案,2.調節(jié)電容器電容的大小，圖像如何變化？,答案 電容變小時，圖像周期變?。浑娙葑兇髸r，圖像周期變大.,答案,知識深化 1.電磁振蕩的過程如圖5所示，圖6是電路中的振蕩電流、電容器極板帶電荷量隨時間的變化圖像.,圖5,圖6,2.各物理量的變化情況,延伸思考 為什么放電完畢時，電流反而最大？,答案 開始放電時，由于線圈的自感作用，放電電流不能瞬間達到最大值，而是逐漸增大，隨著線圈的阻礙作用減弱，放電電流增加變快，當放電完畢時，電流達到最大值.,答案,例2 如圖7所示為LC振蕩電路中電容器的極板帶電荷量隨時間變化曲線，下列判斷中正確的是 在b和d時刻，電路中電流最大 在ab時間內，電場能轉變?yōu)榇艌瞿?a和c時刻，磁場能為零 在Oa和cd時間內，電容器被充電 A.只有和 B.只有和 C.只有 D.只有和,圖7,答案,解析,解析 a和c時刻是充電結束時刻，此時刻電場能最大，磁場能最小為零，正確； b和d時刻是放電結束時刻，此時刻電路中電流最大，正確； ab是放電過程，電場能轉化為磁場能，正確； Oa是充電過程，而cd是放電過程，錯誤.,三、電磁波的發(fā)射,導學探究 如今在我們周圍空間充滿了各種頻率不同、傳遞信息各異的電磁波，你知道這些電磁波是如何發(fā)射出去的嗎？,答案 由巨大的開放電路發(fā)射出去的.,答案,知識深化 1.有效地向外發(fā)射電磁波時，振蕩電路必須具有的兩個特點： (1)利用開放電路發(fā)射電磁波. (2)提高振蕩頻率. 2.實際應用的開放電路(如圖8)，線圈的一端用導線與大地相連，這條導線叫地線；線圈的另一端與高高地架在空中的天線相連.,圖8,例3 要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領，應該采取的措施是 A.增加輻射波的波長 B.使振蕩電容的正對面積足夠小 C.盡可能使電場和磁場分散開 D.增加回路中的電容和電感,解析,答案,四、電磁波及其與機械波的比較,導學探究 電磁波是電磁現象，機械波是力學現象，兩者都具有波的特性，但它們具有本質的不同，你能舉例說明嗎？,答案 例如機械波的傳播依賴于介質的存在，但電磁波的傳播則不需要介質.,答案,知識深化 電磁波與機械波的比較,例4 (多選)以下關于機械波與電磁波的說法中，正確的是 A.機械波和電磁波，本質上是一致的 B.機械波的波速只與介質有關，而電磁波在介質中的波速不僅與介質有 關，而且與電磁波的頻率有關 C.機械波可能是縱波，而電磁波必定是橫波 D.它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現象,答案,解析 機械波由振動產生；電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產生，機械波是能量波，傳播需要介質，速度由介質決定，電磁波是物質波，波速由介質和自身的頻率共同決定；機械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現象，故選項B、C、D正確.,解析,課堂要點小結,1.麥克斯韋的電磁場理論,法拉第的貢獻,電磁場理論 的兩大支柱,場 力線,預言：空間存在電磁波,變化的磁場產生電場 變化的電場產生磁場,2.電磁波的發(fā)現,赫茲實驗：證明了電磁場理論的正確性,電磁振蕩,有效發(fā)射電磁波時電路具備的兩個特點,LC振蕩電路,LC振蕩電路的周期和頻率,T=2,f=,振蕩過程,充電過程,電荷量逐漸減少 電流逐漸增大,放電過程,電荷量逐漸增多 電流逐漸減小,開放電路 高頻振蕩,電磁波的特點,達標檢測,1,2,3,1.下列說法中正確的是 A.任何變化的磁場都要在周圍空間產生變化的電場，振蕩磁場在周圍空 間產生同頻率的振蕩電場 B.任何電場都要在周圍空間產生磁場，振蕩電場在周圍空間產生同頻率 的振蕩磁場 C.任何變化的電場都要在周圍空間產生磁場，振蕩電場在周圍空間產生 同頻率的振蕩磁場 D.電場和磁場總是相互聯系著，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場,答案,解析,1,2,3,解析 根據麥克斯韋電磁場理論，如果電場(磁場)的變化是均勻的，產生的磁場(電場)是恒定的；如果電場(磁場)的變化是不均勻的，產生的磁場(電場)是變化的；振蕩電場(磁場)在周圍空間產生同頻率的振蕩磁場(電場)；周期性變化的電場和周期性變化的磁場總是相互聯系著，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場.故選C.,2.(多選)關于電磁波的特點，下列說法正確的是 A.電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波沿與二者垂直的方向傳播 B.電磁波是橫波 C.電磁波的傳播不需要介質，是電場和磁場之間的相互感應 D.電磁波不具有干涉和衍射現象,1,2,3,答案,解析,解析 電磁波是橫波，其E、B、v三者互相垂直.電磁波也是一種波，它具有波的特性，因此A、B、C正確，D錯.,1,2,3,3.(多選)如圖9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 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)隨時間變化的圖像是(圖中q為正值表示 a極板帶正電),解析,圖9,答案,1,2,3,解析 S斷開前，電容器C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，電容器帶電荷量最大時(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.,