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

4.1電磁波的發(fā)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)：1、理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)支柱：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)、變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。了解變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系形成同一的電磁場(chǎng)。2、 了解電磁場(chǎng)在空間傳播形成電磁波。3、 了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論以及赫茲實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展中的貢獻(xiàn)。體會(huì)兩位科學(xué)家研究物理問(wèn)題的思想方法。重點(diǎn)：理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)支柱難點(diǎn)：了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論以及赫茲實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展中的貢獻(xiàn)進(jìn)行新課：導(dǎo)入新課:如果說(shuō)廣播、電視給人們帶來(lái)了休閑和娛樂(lè),那么迅猛發(fā)展的移動(dòng)通訊更加方便了人們的生活,它以通訊方式縮短了人們之間的距離,同時(shí)還兼容了休閑娛樂(lè)功能來(lái)豐富人們的生活。當(dāng)你在享受科技給生活帶來(lái)的便捷時(shí),你是否思考過(guò)電視廣播、移動(dòng)通訊的工作原理?你是否知道電磁波是怎樣發(fā)現(xiàn)的?1偉大的預(yù)言(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?chē)鷤鞑ィ纬闪穗姶挪ā?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，因此電磁波是橫波。(2)電磁波在真空中傳播的速度等于光速c，麥克斯韋指出了光的電磁本質(zhì)。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(lèi)歷史上首先捕捉到了電磁波。即 學(xué) 即 練關(guān)于電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法正確的是()a在電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生電場(chǎng)b在變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的電場(chǎng)c均勻變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)d周期性變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)解析根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，只有變化的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，非均勻變化的電場(chǎng)才產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。答案d基 礎(chǔ) 梳 理1電磁振蕩的產(chǎn)生(1)振蕩電流和振蕩電路振蕩電流：大小和方向都做周期性迅速變化的電流。振蕩電流：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電磁振蕩的周期和頻率(1)電磁振蕩的周期t：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時(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。要 點(diǎn) 精 講要點(diǎn)1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)(1)二者都能產(chǎn)生干涉和衍射。(2)二者在不同介質(zhì)中傳播時(shí)頻率不變。(3)二者都滿足波的公式vf。2電磁波和機(jī)械波的區(qū)別(1)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。(2)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。(3)電磁波傳播不需要介質(zhì)，而機(jī)械波傳播需要介質(zhì)。(4)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。【例1】 以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說(shuō)法中，正確的是()a機(jī)械波和電磁波，本質(zhì)上是一致的b機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān)，而且與電磁波的頻率有關(guān)c機(jī)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(xiàn)象解析機(jī)械波由振動(dòng)產(chǎn)生；電磁波由周期性變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))產(chǎn)生，機(jī)械波是能量波，傳播需要介質(zhì)，速度由介質(zhì)決定，電磁波是物質(zhì)波，波速由介質(zhì)和自身的頻率共同決定；機(jī)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(xiàn)象，故選項(xiàng)b、c、d正確。答案bcd要點(diǎn)2電磁振蕩中各物理量的變化情況如圖1所示圖1【例2】 某時(shí)刻lc振蕩電路的狀態(tài)如圖2所示，則此時(shí)刻()圖2a振蕩電流i在減小b振蕩電流i在增大c電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化d磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化解析題圖中電容器上極板帶正電荷，圖中給出的振蕩電流方向，說(shuō)明負(fù)電荷向下極板聚集，所以電容器正在充電，電容器充電的過(guò)程中，電流減小，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，所以a、d選項(xiàng)正確。答案ad名師點(diǎn)睛在電磁振蕩中各物理量變化是有規(guī)律的，我們要熟悉各物理量變化的特點(diǎn)，特別抓住關(guān)鍵的電量和電流的變化。電量變大、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)能變大；電流則變小，磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)能變小。判斷出充、放電情況是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。課堂練習(xí)：1下列說(shuō)法中正確的是()a任何變化的磁場(chǎng)都要在周?chē)臻g產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，振蕩磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)b任何電場(chǎng)都要在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)，振蕩電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)c任何變化的電場(chǎng)都要在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)，振蕩電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)d電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)解析根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，如果電場(chǎng)(磁場(chǎng))的變化是均勻的，產(chǎn)生的磁場(chǎng)(電場(chǎng))是穩(wěn)定的；如果電場(chǎng)(磁場(chǎng))的變化是不均勻的，產(chǎn)生的磁場(chǎng)(電場(chǎng))是變化的；振蕩電場(chǎng)(磁場(chǎng))在周?chē)臻g產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)(電場(chǎng))；周期性變化的電場(chǎng)和周期性變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)。故選c。答案c2用麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論判斷，圖中表示電場(chǎng)(或磁場(chǎng))產(chǎn)生磁場(chǎng)(或電場(chǎng))的正確圖象是()解析a圖中的左圖磁場(chǎng)是穩(wěn)定的，由麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論可知，其周?chē)臻g不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，a圖錯(cuò)誤；b圖中的左圖是均勻變化的電場(chǎng)，應(yīng)該產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，右圖的磁場(chǎng)應(yīng)是穩(wěn)定的，所以b圖錯(cuò)誤；c圖中的左圖是振蕩的磁場(chǎng)，它能產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)，且相位相差，c圖正確，d圖錯(cuò)誤。答案c3下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法中，正確的是()a電磁波是電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)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(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí)，波長(zhǎng)將變短d電磁波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象解析電磁波在真空中的傳播速度為光速c3.0108 m/s，且cf，從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，頻率不變，但速度、波長(zhǎng)會(huì)變。電磁波仍具有波的特征，電磁波只有在真空中的速度才為3.0108 m/s，在其他介質(zhì)中的傳播速度小于3.0108 m/s。答案ac4在lc回路中，電容器兩端的電壓隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖3所示，則()圖3a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，電容器的帶電荷量不斷增大解析電磁振蕩中的物理量可分為兩組：電容器帶電量q，極板間電壓u，電場(chǎng)強(qiáng)度e及電場(chǎng)能為一組；自感線圈中的電流i，磁感應(yīng)強(qiáng)度b及磁場(chǎng)能為一組。同組量的大小變化規(guī)律一致，同增同減同為最大或?yàn)榱恪．惤M量的大小變化規(guī)律相反，若q、e、u等量按正弦規(guī)律變化，則i、b等量必按余弦規(guī)律變化。根據(jù)上述分析由題圖可以看出，本題正確選項(xiàng)為a、d。答案ad選擇題(在每小題給出的四個(gè)備選項(xiàng)中至少有一個(gè)是符合題目要求的。)1建立了完整的電磁場(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。答案d2按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，以下說(shuō)法正確的是()a恒定的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，恒定的磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生恒定的電場(chǎng)b變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的電場(chǎng)c均勻變化的電場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)，均勻變化的磁場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生均勻變化的電場(chǎng)d正弦規(guī)律變化的電場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生正弦規(guī)律變化的磁場(chǎng)，正弦規(guī)律變化的磁場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生正弦規(guī)律變化的電場(chǎng)答案d3下列說(shuō)法中正確的是()a電磁波只能在真空中傳播b麥克斯韋第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在c電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播就是電磁波d頻率為750 khz的電磁波在真空中傳播時(shí)，其波長(zhǎng)為400 m解析電磁波不僅可以在真空中傳播，還可以在介質(zhì)中傳播，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；電磁場(chǎng)的傳播就是電磁波，選項(xiàng)c正確；頻率為750 khz的電磁波的波長(zhǎng)為： m400 m，選項(xiàng)d正確。答案cd4當(dāng)電磁波的頻率減小時(shí)，它在真空中的波長(zhǎng)將()a不變 b增大 c減小 d無(wú)法確定解析電磁波的波長(zhǎng)為：，頻率減小，波長(zhǎng)增大，選項(xiàng)b正確。答案b5有關(guān)電磁波和聲波，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)入水中傳播時(shí)，電磁波的傳播速度變小，聲波的傳播速度變大c電磁波是橫波，聲波也是橫波d由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，電磁波的波長(zhǎng)變短，聲波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)解析電磁波本身就是一種物質(zhì)，它的傳播不需要介質(zhì)，而聲波的傳播需要介質(zhì)，故選項(xiàng)a正確；電磁波由空氣進(jìn)入水中時(shí)，傳播速度變小，但聲波在水中的傳播速度比其在空氣中大，故選項(xiàng)b正確；電磁波的傳播方向與e、b的方向都垂直，是橫波，而聲波是縱波，故選項(xiàng)c錯(cuò)誤；電磁波由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，波速變小，波長(zhǎng)變短，而聲波由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，波速變大，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，故選項(xiàng)d正確。答案abd6關(guān)于lc振蕩電路中電容器兩極板上的電荷量，下列說(shuō)法正確的是()a電荷量最大時(shí)，線圈中振蕩電流也最大b電荷量為零時(shí)，線圈中振蕩電流最大c電荷量增大的過(guò)程中，電路中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能d電荷量減少的過(guò)程中，電路中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能解析電容器電荷量最大時(shí)，振蕩電流為零，a錯(cuò)；電荷量為零時(shí)，放電結(jié)束，振蕩電流最大，b對(duì)；電荷量增大時(shí)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，c對(duì)；同理可判斷d錯(cuò)。答案bc7如圖1所示的lc振蕩電路中，已知某時(shí)刻電流i的方向指向a板，且正在增大，則此時(shí)()圖1aa板帶正電b線圈l兩端電壓在增大c電容器c正在充電d電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能解析電路中的電流正在增大，說(shuō)明電容器正在放電，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；電容器放電時(shí)，電流從帶正電的極板流向帶負(fù)電的極板，則a板帶負(fù)電，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；電容器放電，電容器兩板間的電壓減小，線圈兩端的電壓減小，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；電容器放電，電場(chǎng)能減少，電流增大，磁場(chǎng)能增大，電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，選項(xiàng)d正確。答案d8在lc回路中發(fā)生電磁振蕩時(shí)，以下說(shuō)法正確的是()a電容器的某一極板，從帶最多的正電荷放電到這一極板充滿負(fù)電荷為止，這一段時(shí)間為一個(gè)周期b當(dāng)電容器放電完畢瞬間，回路中的電流為零c提高充電電壓，極板上帶更多的電荷時(shí)，能使振蕩周期變大d要提高振蕩頻率，可減小電容器極板間的正對(duì)面積解析電容器某一極板從帶最多的正電荷到帶最多的負(fù)電荷這段時(shí)間，電容器完成了放電和反向充電過(guò)程，時(shí)間為半個(gè)周期，a錯(cuò)誤；電容器放電完畢瞬間，電路中電場(chǎng)能最小，磁場(chǎng)能最大，故電路中的電流最大，b錯(cuò)誤；振蕩周期僅由電路本身決定，與充電電壓等無(wú)關(guān)，c錯(cuò)誤；提高振蕩頻率，就是減小振蕩周期，可通過(guò)減小電容器極板正對(duì)面積減小電容c，達(dá)到增大振蕩頻率的目的，d正確。答案d9在lc振蕩電路中，用以下的哪種方法可以使振蕩頻率增大一倍()a自感l(wèi)和電容c都增大一倍b自感l(wèi)增大一倍，電容c減小一半c自感l(wèi)減小一半，電容c增大一倍d自感l(wèi)和電容c都減小一半解析據(jù)lc振蕩電路頻率公式f，當(dāng)l、c都減小一半時(shí)，f增大一倍，故選項(xiàng)d是正確的。答案d10lc振蕩電路中，某時(shí)刻的磁場(chǎng)方向如圖2所示，則()圖2a若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器正在充電，電流由b向ab若磁場(chǎng)正在減弱，則電場(chǎng)能正在增大，電容器上極板帶負(fù)電c若磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，則電場(chǎng)能正在減少，電容器上極板帶正電d若磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，則電容器正在充電，電流方向由a向b解析若磁場(chǎng)正在減弱，則電流在減小，是充電過(guò)程，根據(jù)安培定則可確定電流由b向a，電場(chǎng)能增大，上極板帶負(fù)電，故選項(xiàng)a、b正確；若磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，則電流在增大，是放電過(guò)程，電場(chǎng)能正在減小，根據(jù)安培定則，可判斷電流由b向a，上極板帶正電，故選項(xiàng)c正確，d錯(cuò)誤。答案abc11如圖3所示為一個(gè)lc振蕩電路中電流變化的圖線，根據(jù)圖線可判斷()圖3at1時(shí)刻電感線圈兩端電壓最大bt2時(shí)刻電容器兩板間電壓為零ct1時(shí)刻電路中只有電場(chǎng)能dt1時(shí)刻電容器帶電荷量為零答案d12如圖4所示，lc電路的l不變，c可調(diào)，要使振蕩的頻率從700 hz變?yōu)? 400 hz，則可以采用的辦法有()圖4a把電容增大到原來(lái)的4倍b把電容增大到原來(lái)的2倍c把電容減小到原來(lái)的d把電容減小到原來(lái)的解析由題意，頻率變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，