人教版選修11 電磁波的發(fā)現(xiàn) 第1課時(shí) 學(xué)案.docx

4.1電磁波的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本觀點(diǎn)及在物理學(xué)發(fā)展史上的意義.2.了解電磁波的特點(diǎn)及發(fā)展過(guò)程，通過(guò)電磁波體會(huì)電磁場(chǎng)物理性質(zhì).3.了解振蕩電流、振蕩電路及l(fā)c電路的振蕩過(guò)程，會(huì)求lc電路的周期與頻率學(xué)習(xí)重點(diǎn)：電磁場(chǎng)理論、振蕩過(guò)程光的必須掌握的重要內(nèi)容和規(guī)律：一、電磁波的發(fā)現(xiàn)1麥克斯韋電磁場(chǎng)理論(1)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本觀點(diǎn)：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)(2)如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場(chǎng)，那么它就在空間引起周期性變化的磁場(chǎng)；這個(gè)變化的磁場(chǎng)又引起新的變化的電場(chǎng)于是，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)向周圍傳播，形成了 （3）對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解a恒定的磁場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，同樣，恒定的電場(chǎng)也不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)；b均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，同樣，均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)；c振蕩變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的電場(chǎng)，同樣，振蕩變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場(chǎng)2電磁波(1)根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，電磁波在真空中傳播時(shí)，它的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)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 (2)電磁波在真空中傳播的速度等于 ，麥克斯韋指出了光是 波3赫茲的電火花赫茲做了一系列的實(shí)驗(yàn)，觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象并通過(guò)測(cè)量、證明電磁波在真空中具有與光相同的速度這樣，赫茲證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論，赫茲在人類歷史上首先捕捉到了電磁波4.電磁波與機(jī)械波的比較(1)電磁波和機(jī)械波的共同點(diǎn):二者都能產(chǎn)生干涉和衍射,二者在不同介質(zhì)中傳播時(shí)頻率不變,二者都滿足波的公式vf.(2)電磁波和機(jī)械波的區(qū)別:二者本質(zhì)不同，電磁波是電磁場(chǎng)的傳播，機(jī)械波是質(zhì)點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)的傳播；傳播機(jī)理不同，電磁波的傳播機(jī)理是電磁場(chǎng)交替感應(yīng)，機(jī)械波的傳播機(jī)理是質(zhì)點(diǎn)間的機(jī)械作用；電磁波傳播不需要介質(zhì)，而機(jī)械波傳播需要介質(zhì)，電磁波是橫波，機(jī)械波既有橫波又有縱波，甚至有的機(jī)械波同時(shí)有橫波和縱波，例如地震波二、電磁振蕩1電磁振蕩的產(chǎn)生(1)振蕩電流和振蕩電路振蕩電流：大小和 都做周期性迅速變化的電流振蕩電路：產(chǎn)生振蕩電流的電路最簡(jiǎn)單的振蕩電路為lc振蕩電路(2)電磁振蕩的過(guò)程放電過(guò)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少，電容器里的電場(chǎng)逐漸減弱，線圈的磁場(chǎng)逐漸增強(qiáng)，電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，振蕩電流逐漸增大，放電完畢，電流達(dá)到最大，電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能充電過(guò)程：電容器放電完畢后，由于線圈的自感作用，電流保持原來(lái)的方向逐漸減小，電容器將進(jìn)行反向充電，線圈的磁場(chǎng)逐漸減弱，電容器里的電場(chǎng)逐漸增強(qiáng)，磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，振蕩電流逐漸減小，充電完畢，電流減小為零，磁場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能. 此后，這樣充電和放電的過(guò)程反復(fù)進(jìn)行下去2. 電磁振蕩中各物理量的變化情況如圖所示3電磁振蕩的周期和頻率(1)電磁振蕩的周期t：電磁振蕩完成一次 需要的時(shí)間(2)電磁振蕩的頻率f：1 s內(nèi)完成的周期性變化的次數(shù)(3)lc電路的周期t、頻率f與自感系數(shù)l、電容c的關(guān)系是t2、f典例1根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法正確的是()a有電場(chǎng)的空間一定存在磁場(chǎng)，有磁場(chǎng)的空間也一定能產(chǎn)生電場(chǎng)b在變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，在變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)c均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)d周期性變化的磁場(chǎng)周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)解析選d根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，只有變化的電場(chǎng)才能產(chǎn)生磁場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，只有d正確。典例2(多選)電磁波和聲波比較，下列說(shuō)法正確的是()a電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)b由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波的速度變小，聲波的速度變大c由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波的波長(zhǎng)變小，聲波的波長(zhǎng)變大d由空氣進(jìn)入水中時(shí)，電磁波的頻率變小，聲波的頻率變大解析選abc選項(xiàng)a、b與事實(shí)相符，電磁波本身是物質(zhì)的，傳播不需要介質(zhì)，而機(jī)械波的傳播必須借助介質(zhì)，機(jī)械波的波速由介質(zhì)決定，電磁波進(jìn)入介質(zhì)后的傳播遵守折射原理，a、b正確；不論是電磁波還是機(jī)械波，傳播過(guò)程中頻率是不變的，選項(xiàng)d錯(cuò)誤；由公式可知c正確。歸納總結(jié)：電磁波和機(jī)械波都遵守波長(zhǎng)、波速、頻率的關(guān)系公式，電磁波進(jìn)入介質(zhì)遵守公式n。典例3lc振蕩中，某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖所示，則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()a若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器上極板帶正電b若電容器正在放電，則電容器上極板帶負(fù)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(shì)正在阻礙電流增大解析選c該題圖中標(biāo)明了電流的磁場(chǎng)方向，由安培定則可判斷出振蕩電流在線圈中逆時(shí)針(俯視)流動(dòng)。若該時(shí)刻電容器上極板帶正電，則可知電容器處于充電階段，電流正在減小，知a選項(xiàng)正確；若該時(shí)刻電容器上極板帶負(fù)電，則可知電容器正在放電，電流正在增大，知b選項(xiàng)正確；由楞次定律知d選項(xiàng)正確。錯(cuò)誤選項(xiàng)只有c。典例4如圖所示是一個(gè)lc振蕩電路中電流的變化圖線，以下說(shuō)法正確的是()at1時(shí)刻電感線圈兩端電壓最大bt2時(shí)刻電容器兩極板間電壓為零ct1時(shí)刻電路中只有電場(chǎng)能dt1時(shí)刻電容器所帶電荷量為零解析選d由題圖可知t1時(shí)刻電流i最大，說(shuō)明放電結(jié)束，磁場(chǎng)能最大，電場(chǎng)能為零，電壓、電荷量均為零。t2時(shí)刻電流i最小，說(shuō)明還沒(méi)放電，則磁場(chǎng)能為零，電場(chǎng)能最大，電壓、電荷量均最大。綜上所述，只有d正確。課堂練習(xí)：1下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法正確的是()a均勻變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)b電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同c只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，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：選a由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論知a正確；電磁波在真空中傳播速度最大，為c3108 m/s，在介質(zhì)中傳播速度v，n為介質(zhì)折射率，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；均勻變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)，不能產(chǎn)生電磁波，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；電磁波只有在同種均勻介質(zhì)中才沿直線傳播，選項(xiàng)d錯(cuò)誤。2某同學(xué)對(duì)機(jī)械波和電磁波進(jìn)行類比，總結(jié)出下列內(nèi)容，其中不正確的是()a機(jī)械波的頻率、波長(zhǎng)和波速三者滿足的關(guān)系，對(duì)電磁波也適用b機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象c機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播d機(jī)械波既有橫波又有縱波，而電磁波只有縱波解析：選d波長(zhǎng)、波速、頻率的關(guān)系對(duì)任何波都是成立的，對(duì)電磁波也成立，故a正確；干涉和衍射是波的特性，機(jī)械波、電磁波都是波，這些特性都具有，故b正確；機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成的，所以機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，而電磁波是交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)的傳播形成的，所以電磁波傳播不需要介質(zhì)，故c項(xiàng)正確；機(jī)械波既有橫波又有縱波，但是電磁波只能是橫波，d項(xiàng)錯(cuò)誤。3(多選)lc振蕩電路中，通過(guò)p點(diǎn)的電流變化規(guī)律如圖乙所示(圖中周期為2 s)?，F(xiàn)規(guī)定沿順時(shí)針?lè)较虻碾娏鞣较驗(yàn)檎?，則()a0.5 s至1 s時(shí)間內(nèi)，電容器充電b0.5 s至1 s時(shí)間內(nèi)，電容器上極板帶的是正電c1 s至1.5 s時(shí)間內(nèi)，磁場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能d1 s至1.5 s時(shí)間內(nèi)，電容器下極板的電勢(shì)高解析：選ad由振蕩電流的圖象可知，在0.51 s的時(shí)間內(nèi)，電流為正方向，且電流值正在減小，由題意可知，lc回路中的電流是沿順時(shí)針?lè)较虻?，而且電容器c正在充電。由于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0.51 s的時(shí)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(cuò)誤；在11.5 s的時(shí)間內(nèi)，電流為負(fù)方向，且電流的值正在增大，由題意可知，此時(shí)間內(nèi)lc回路中的電流是沿逆時(shí)針?lè)较虻?，所以電容器下極板的電勢(shì)高，而且由于電流值正在增大，所以電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，選項(xiàng)c錯(cuò)誤，d正確。4要增大lc振蕩電路的頻率，可采取的辦法是()a增大電容器兩極板正對(duì)面積b減少極板帶電荷量c在線圈中放入軟鐵棒作鐵芯d減少線圈匝數(shù)解析：選d根據(jù)lc振蕩電路的頻率公式f和平行板電容器電容公式c知，當(dāng)增大電容器兩極板正對(duì)面積時(shí)，c增大，f減??；減少極板帶電荷量，不影響c，即f不變；在線圈中放入軟鐵棒作鐵芯，l增大，f減小；減少線圈匝數(shù)，l減小，f增大。故d正確。作業(yè)1建立完整的電磁場(chǎng)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麥克斯韋解析：選d麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論并且預(yù)言了電磁波的存在，選項(xiàng)d正確。2下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()a變化的磁場(chǎng)周圍一定存在著電場(chǎng)，與是否有閉合電路無(wú)關(guān)b恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)c穩(wěn)定電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)d均勻變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)解析：選c變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)電場(chǎng)中有閉合回路時(shí)，回路中有電流，若無(wú)閉合回路，電場(chǎng)仍然存在，a對(duì)；電場(chǎng)按其是否隨時(shí)間變化分為穩(wěn)定電場(chǎng)(靜電場(chǎng))和變化電場(chǎng)(如運(yùn)動(dòng)電荷形成的電場(chǎng))，穩(wěn)定電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)，只有變化的電場(chǎng)周圍空間才存在對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)，故c錯(cuò)，d對(duì)；恒定電流周圍存在穩(wěn)定磁場(chǎng)，b對(duì)。3關(guān)于lc振蕩電路中的振蕩電流，下列說(shuō)法中正確的是()a振蕩電流最大時(shí)，電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度最大b振蕩電流為零時(shí)，線圈中自感電動(dòng)勢(shì)為零c振蕩電流增大的過(guò)程中，線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成電場(chǎng)能d振蕩電流減小的過(guò)程中，線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能解析：選d振蕩電流最大時(shí)處于電容器放電結(jié)束瞬間，電場(chǎng)強(qiáng)度為零，a錯(cuò)誤；振蕩電流為零時(shí)，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，線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)最大，b錯(cuò)誤；振蕩電流增大時(shí)，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，c錯(cuò)誤；振蕩電流減小時(shí)，線圈中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，d正確。4在lc振蕩電路中，電容器上帶的電荷量從最大值變化到零所需的最短時(shí)間是()a. b.c d2解析：選blc振蕩電路的周期t2，其中電容器上的電荷量從最大值變到零所需的最短時(shí)間為t，只有選項(xiàng)b正確。5如圖所示的電路中，l是電阻不計(jì)的電感器，c是電容器，閉合開(kāi)關(guān)s，待電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s，lc電路中將產(chǎn)生電磁振蕩，如果規(guī)定電感器l中的電流方向從a到b為正，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的時(shí)刻為t0，那么選項(xiàng)圖中能正確表示電感器中的電流i隨時(shí)間t變化規(guī)律的是() 解析：選cs斷開(kāi)前，ab段短路，電流從ba，電容器不帶電；s斷開(kāi)時(shí)，ab中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流減小，給電容器充電，此時(shí)電流負(fù)向最大；給電容器充電過(guò)程，電容器充電量達(dá)到最大時(shí)，ab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(xiàng)c正確。6有一lc振蕩電路，能產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的電磁波，若要產(chǎn)生波長(zhǎng)比原來(lái)短一些的電磁波，可用的措施為()a增加線圈匝數(shù)b在線圈中插入鐵芯c減小電容器極板正對(duì)面積d減小電容器極板間距離解析：選c由于電磁波傳播過(guò)程中波速vf恒定，因此欲使波長(zhǎng)變短，必須使頻率f升高，由于頻率f，所以，增加線圈匝數(shù)和在線圈中插入鐵芯，將使線圈自感系數(shù)l增大而降低頻率f；減小電容器極板間距將使電容c增大而降低頻率f；減小電容器極板正對(duì)面積將使電容c減小而升高頻率f?？梢?jiàn)，選項(xiàng)c正確。二、多項(xiàng)選擇題7某lc回路電容器兩端的電壓u隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖所示，則()a在時(shí)刻t1，電路中的電流最大b在時(shí)刻t2，電路中的磁場(chǎng)能最大c從時(shí)刻t2至t3，電路的電場(chǎng)能不斷增大d從時(shí)刻t3至t4，電容器的電荷量不斷增大解析：選bc由lc回路中各物理量的變化規(guī)律可知，時(shí)刻t1電容兩端電壓最高時(shí)，電路中振蕩電流為零，時(shí)刻t2電容兩端電壓為零，電路中振蕩電流最強(qiáng)、磁場(chǎng)能最大，選項(xiàng)a錯(cuò)誤，b正確；在t2至t3的過(guò)程中，從題圖可知，電容器兩板電壓增大，故電場(chǎng)能增加，選項(xiàng)c正確；而在t3至t4的過(guò)程中，電容器兩板電壓減小，電荷量同時(shí)減少，選項(xiàng)d錯(cuò)誤。8一個(gè)lc振蕩電路中，線圈的自感系數(shù)為l，電容器電容為c，從電容器上電壓達(dá)到最大值u開(kāi)始計(jì)時(shí)，則有()a至少經(jīng)過(guò)，磁場(chǎng)能達(dá)到最大b至少經(jīng)過(guò)，磁場(chǎng)能達(dá)到最大c在時(shí)間內(nèi)，電路中的平均電流是d在時(shí)間內(nèi)，電容器放電量為cu解析：選bcdlc振蕩電路周期t2，電容器電壓最大時(shí)，開(kāi)始放電，至少經(jīng)時(shí)間，放電結(jié)束，此時(shí)電容器電荷量為零，電路中電流最大，磁場(chǎng)最強(qiáng)，磁場(chǎng)能最大。因?yàn)閝cu，所以電容器放電量qcu，由i，所以i 。三、非選擇題9實(shí)驗(yàn)室里有一水平放置的平行板電容器，其電容c1 f。在兩板帶有一定電荷時(shí)，發(fā)現(xiàn)一粉塵恰好靜止在兩板間。還有一個(gè)自感系數(shù)l0.1 mh的電感器，現(xiàn)連成如圖所示電路，試分析以下兩個(gè)問(wèn)題：(1)從s閉合時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)105 s時(shí)，電容器內(nèi)粉塵的加速度大小是多少？(2)當(dāng)粉塵的加速度為多大時(shí)，線圈中電流最大？解析：(1)s斷開(kāi)時(shí)，電容器內(nèi)帶電粉塵恰好靜止，說(shuō)明電場(chǎng)力方向向上，且f電mg，閉合s后，l、c構(gòu)成lc振蕩電路，t22105 s，經(jīng)過(guò)105 s時(shí)，電容器間的電場(chǎng)強(qiáng)度反向，電場(chǎng)力的大小不變，方向豎直向下，由牛頓第二定律得a2g。(2)線圈中電流最大時(shí)，電容器兩極間的電場(chǎng)強(qiáng)度為零，由牛頓第二定律可得ag，方向豎直向下。答案：(1)2g(2)g，方向豎直向下10如圖所示，線圈的自感系數(shù)l0.5 mh，電容器的電容c0.2 f，電源電動(dòng)勢(shì)e4 v，電阻的阻值r10 ，不計(jì)線圈和電源的內(nèi)阻，閉合開(kāi)關(guān)s，待電路中電