第十四章第十四章 電磁波電磁波1電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)2電磁振蕩電磁振蕩填一填練一練1.偉大的預(yù)言(見課本第75頁)(1)變化的磁場產(chǎn)生電場:實驗基礎(chǔ):如圖所示,在變化的磁場中放一個閉合電路,電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。麥克斯韋的見解:電路里有感應(yīng)電流產(chǎn)生,一定是變化的磁場產(chǎn)生了電場,自由電荷在電場的作用下發(fā)生了定向移動。實質(zhì):變化的磁場產(chǎn)生了電場。(2)變化的電場產(chǎn)生磁場:麥克斯韋假設(shè),既然變化的磁場能產(chǎn)生電場,那么變化的電場也會在空間產(chǎn)生磁場。填一填練一練2.電磁波(見課本第76頁)(1)電磁波的產(chǎn)生:變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生,由近及遠向周圍傳播,形成電磁波。(2)電磁波是橫波:根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,電磁波在真空中傳播時,它的電場強度和磁感應(yīng)強度互相垂直,而且二者均與波的傳播方向垂直,因此電磁波是橫波。(3)電磁波的速度:麥克斯韋指出了光的電磁本性,他預(yù)言電磁波的速度等于光速。填一填練一練3.赫茲的電火花(見課本第76頁)(1)赫茲的實驗:如圖所示。(2)實驗現(xiàn)象:當(dāng)感應(yīng)線圈的兩個金屬球間有火花跳過時,導(dǎo)線環(huán)兩個金屬小球間也跳過電火花。(3)現(xiàn)象分析:當(dāng)感應(yīng)線圈使得與它相連的兩個金屬球間產(chǎn)生電火花時,空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場,這種電磁場以電磁波的形式在空間傳播。在電磁波到達導(dǎo)線環(huán)時,它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢,使得導(dǎo)線環(huán)的空隙處也產(chǎn)生了火花。填一填練一練(4)實驗結(jié)論:赫茲證實了電磁波的存在。(5)赫茲的其他實驗成果,赫茲做了一系列的實驗,觀察了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射現(xiàn)象,并通過測量證明,電磁波在真空中具有與光相同的速度,證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論。填一填練一練4.電磁振蕩的產(chǎn)生(見課本第78頁)(1)振蕩電流:大小和方向都做周期性迅速變化的電流。(2)振蕩電路:能產(chǎn)生振蕩電流的電路。(3)振蕩過程:如圖所示,將開關(guān)S擲向1,先給電容器充電,再將開關(guān)S擲向2,從此時起,電容器和線圈組成振蕩電路。放電過程: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小,電容器里的電場逐漸減弱,線圈的磁場逐漸增強,電場能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場能,放電完畢的瞬間,電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能。填一填練一練充電過程:電容器放電完畢時,由于線圈的自感作用,電流保持原來的方向逐漸減小,電容器將進行反向充電,線圈的磁場逐漸減弱,電容器里的電場逐漸增強,磁場能逐漸轉(zhuǎn)化為電場能,充電完畢的瞬間,磁場能全部轉(zhuǎn)化為電場能。此后,這樣的放電和充電過程反復(fù)進行下去。(4)電磁振蕩的實質(zhì)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(yīng)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(zhuǎn)化。填一填練一練5.電磁振蕩的周期和頻率(見課本第80頁)(1)周期:電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間。(2)頻率:1 s內(nèi)完成的周期性變化的次數(shù)。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。(3)周期和頻率公式:填一填練一練下列關(guān)于電磁波的敘述中,正確的是()A.電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播B.電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3.0108 m/sC.電磁波由真空進入介質(zhì)傳播時,波長將變短D.電磁波也能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象解析:電場、磁場相互激發(fā)并向外傳播,形成電磁波,選項A正確。電磁波只有在真空中波速為3.0108 m/s,在其他介質(zhì)中均小于3.0108 m/s,選項B錯誤。根據(jù) 知,光從真空進入介質(zhì),頻率不變,波速減小,所以波長減小,故選項C正確。電磁波具有波的一切性質(zhì),能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象,故選項D正確。答案:ACD探究一探究二探究三探究探究一對麥克斯韋電磁場理論的理解對麥克斯韋電磁場理論的理解問題導(dǎo)引問題導(dǎo)引如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?探究一探究二探究三名師精講名師精講1.電磁場的產(chǎn)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(chǎn)生周期性變化的磁場,這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)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。探究一探究二探究三2.對麥克斯韋電磁場理論的理解 探究一探究二探究三探究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例題1】 根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,下列說法中正確的是()A.有電場的空間一定存在磁場,有磁場的空間也一定能產(chǎn)生電場B.在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場,在變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場C.均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場D.周期性變化的磁場周圍空間一定產(chǎn)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(chǎn)生磁場,均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場,非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場,只有選項D正確。答案:D探究一探究二探究三探究一探究二探究三變式訓(xùn)練1導(dǎo)學(xué)號38190117如圖所示的四種電場中,哪一種能產(chǎn)生電磁波()解析:由麥克斯韋電磁場理論,當(dāng)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(chǎn)生;當(dāng)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(chǎn)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(fù)始,便會形成電磁波。答案:D探究一探究二探究三探究探究二電磁波與機械波的比較電磁波與機械波的比較問題導(dǎo)引問題導(dǎo)引如圖所示,某同學(xué)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?探究一探究二探究三探究一探究二探究三名師精講名師精講電磁波是電磁現(xiàn)象,機械波是力學(xué)現(xiàn)象,兩種波因產(chǎn)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探究一探究二探究三探究一探究二探究三典例剖析典例剖析【例題2】 關(guān)于電磁波與聲波的說法,下列正確的是()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(zhì),聲波的傳播有時也不需要介質(zhì)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,聲波的波長變小探究一探究二探究三解析:由電磁波和聲波的概念可知A正確;因為電磁波可以在真空中傳播,而聲波屬于機械波,它的傳播需要介質(zhì),在真空中不能傳播,故B錯誤;電磁波在空氣中的傳播速度大于在水中的傳播速度,在真空中的傳播速度最大;聲波在氣體、液體、固體中的傳播速度依次增大,故C正確;無論是電磁波還是聲波,從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時頻率都不變,所以由波長 及它們在不同介質(zhì)中的傳播速度可知,由空氣進入水中時,電磁波的波長變短,聲波的波長變長,故D錯誤。答案:AC探究一探究二探究三變式訓(xùn)練2導(dǎo)學(xué)號38190118關(guān)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(zhì)上是一樣的B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播速率都相同,機械波在同一種介質(zhì)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(chǎn)生,電磁波由振蕩的電磁場產(chǎn)生,選項A錯;電磁波的波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān),而機械波的傳播速度只與介質(zhì)有關(guān),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探究一探究二探究三探究探究三振蕩過程中各物理量的變化情況振蕩過程中各物理量的變化情況問題導(dǎo)引問題導(dǎo)引如圖所示裝置,先把開關(guān)扳到電池組一邊,給電容器充電,稍后再把開關(guān)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?探究一探究二探究三名師精講名師精講1.用圖象對應(yīng)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(yīng)關(guān)系探究一探究二探究三甲以逆時針方向電流為正 乙圖中q為上面極板的電荷量 探究一探究二探究三2.相關(guān)量與電路狀態(tài)的對應(yīng)情況 探究一探究二探究三3.幾個關(guān)系(1)同步同變關(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(yīng)強度B、磁場能EB也是同步變化的,即iBEB(或iBEB)。探究一探究二探究三(2)同步異變關(guān)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探究一探究二探究三變式訓(xùn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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變式訓(xùn)練4導(dǎo)學(xué)號38190119如圖中畫出一個LC振蕩電路中的電流變化圖線,根據(jù)圖線可判斷()A.t1時刻線圈兩端電壓最大B.t2時刻電容器兩極間電壓為零C.t1時刻電路中只有電場能D.t1時刻電容器的電荷量為零探究一探究二探究三解析:由圖象知,計時開始時,電容器兩極板的電荷量最大,電流為零,電容器放電開始,根據(jù)電流隨時間的變化規(guī)律,可以在圖中畫出q-t圖象(在圖中用虛線表示)。由圖象分析可知,t1時刻,電容器上電荷量為零,電勢差為零,電場能為零,故D正確,A、C錯誤;t2時刻電容器電荷量q最大,兩板間電勢差最大,B錯誤。答案:D探究一探究二探究三1 2 3 4 51.下列關(guān)于電磁波的說法正確的是()A.均勻變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場B.電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同C.只要有電場和磁場,就能產(chǎn)生電磁波D.電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播解析:變化的磁場就能產(chǎn)生電場,選項A正確;若只有電場和磁場而電場和磁場都穩(wěn)定或電場、磁場僅均勻變化都不能產(chǎn)生電磁波,選項C錯誤;光也是電磁波,在真空和介質(zhì)中傳播的速度不同,可判斷選項B錯誤;D選項中沒強調(diào)是“均勻”介質(zhì),若介質(zhì)密度不均勻會發(fā)生折射,故選項D錯誤。答案:A1 2 3 4 52.電磁波與機械波具有的共同性質(zhì)是()A.都是橫波B.都能傳輸能量C.都能在真空中傳播D.都具有恒定的波速解析:電磁波是橫波,機械波可以是縱波,選項A錯誤;它們都能傳輸能量,選項B正確;機械波不能在真空中傳播,選項C錯誤;它們從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì),波速變化,選項D錯誤。答案:B1 2 3 4 53.為了增大LC振蕩電路的固有頻率,下列辦法中可用的是 ()A.增大電容器兩極板的正對面積并在線圈中放入鐵芯B.減小電容器兩極板的距離并增加線圈的匝數(shù)C.減小電容器兩極板的距離并在線圈中放入鐵芯D.減小電容器兩極板的正對面積并減少線圈的匝數(shù)1 2 3 4 54.如圖所示振蕩電路中。(1)當(dāng)電感L=300 H,電容器C的范圍為25270 pF,求振蕩電流的頻率范圍;(2)當(dāng)電感L=10 mH,要產(chǎn)生周期T=0.02 s 的振蕩電流,應(yīng)配制多大的電容器?1 2 3 4 51 2 3 4 55.導(dǎo)學(xué)號38190120(選做題)在LC振蕩電路中,線圈的自感系數(shù)L=2.5 mH,電容C=4 F。(1)該電路產(chǎn)生的振蕩電流的周期多大?(2)設(shè)t=0時,電容器上電壓最大,在t=9.010-3 s時,通過線圈的電流是增大還是減小,這時電容器是處在充電過程還是放電過程?1 2 3 4 5