高中物理人教版4第十四章電磁波2電磁振蕩 優(yōu)秀

電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁振蕩導(dǎo)學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.了解麥克斯韋電磁場理論的基本內(nèi)容以及在物理學(xué)發(fā)展史上的意義．2．了解電磁波的基本特點(diǎn)及其發(fā)現(xiàn)過程，通過電磁波體會(huì)電磁場的物質(zhì)性．(重點(diǎn))3．理解振蕩電流、振蕩電路及LC電路的概念，了解LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程．(難點(diǎn))4．了解電磁振蕩的周期與頻率，會(huì)求LC電路的周期與頻率.電磁場和電磁波eq\a\vs4\al([先填空])1．麥克斯韋電磁理論的兩個(gè)基本假設(shè)(1)變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場(如圖14-1-1所示)．(2)變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(如圖14-1-2所示)．eq\a\vs4\al(圖14-1-1變化的磁場在其周圍空間產(chǎn)生電場)eq\a\vs4\al(圖14-1-2變化的電場在其周圍空間產(chǎn)生磁場)2．電磁場：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，形成不可分割的統(tǒng)一體，稱為電磁場．3．電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生：變化的電場和磁場交替產(chǎn)生而形成的電磁場是由近及遠(yuǎn)地傳播的，這種變化的電磁場在空間的傳播稱為電磁波．(2)電磁波的特點(diǎn)：①電磁波是橫波，電磁波在空間傳播不需要介質(zhì)；②電磁波的波長、頻率、波速的關(guān)系：v＝λf，在真空中，電磁波的速度c＝×108m/s.(3)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象．4．赫茲的電火花(1)赫茲實(shí)驗(yàn)的分析和高壓感應(yīng)線圈相連的拋光金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí)，空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場，這種變化的電磁場以電磁波的形式傳到了導(dǎo)線環(huán)，導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢，使與導(dǎo)線環(huán)相連的金屬球間也產(chǎn)生了電火花．這個(gè)導(dǎo)線環(huán)實(shí)際上是電磁波的檢測器．結(jié)論：赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，檢驗(yàn)了麥克斯韋電磁場理論的正確性．(2)赫茲的其他成果赫茲觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象．測量證明了電磁波在真空中具有與光相同的速度c，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁場理論．eq\a\vs4\al([再判斷])1．變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場．(×)2．恒定電流周圍產(chǎn)生磁場，磁場又產(chǎn)生電場．(×)3．電磁波和光在真空中的傳播速度都是×108m/s.(√)4．麥克斯韋預(yù)言并驗(yàn)證了電磁波的存在．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．變化的磁場一定產(chǎn)生變化的電場嗎？【提示】不一定．均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場，不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場．2．電磁場與靜電場、靜磁場相同嗎？【提示】不同．電磁場是動(dòng)態(tài)的，并且電場和磁場不可分割；靜電場、靜磁場單獨(dú)存在．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])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(gè)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(gè)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．2．對(duì)麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場3.機(jī)械波與電磁波的比較機(jī)械波電磁波研究對(duì)象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性變化的物理量位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間和空間做周期性變化傳播傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播無需介質(zhì)，在真空中波速總是c，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)系產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生由周期性變化的電流(電磁振蕩)激發(fā)干涉可以發(fā)生可以發(fā)生衍射可以發(fā)生可以發(fā)生橫波可以是是縱波可以是不是1．關(guān)于電磁場理論的敘述，正確的是()A．變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關(guān)B．周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率變化的電場C．變化的電場和變化的磁場相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)統(tǒng)一的場，即電磁場D．電場周圍一定存在磁場E．磁場周圍一定存在電場【答案】ABC2．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(yuǎn)處的傳播B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3×108m/sC．電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí)，波長變短D．電磁波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象E．電磁波具有波的一切特征【答案】ACE3．麥克斯韋建立了完整的電磁場理論，______用實(shí)驗(yàn)證明了麥克斯韋預(yù)言的正確性，第一次發(fā)現(xiàn)了________，測定了電磁波的________和________，得到了電磁波的________，證實(shí)在真空中它等于________．【答案】赫茲電磁波波長頻率波速光速電磁波的特點(diǎn)1．電磁波有波的一切特點(diǎn)：能發(fā)生反射、折射現(xiàn)象；能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象．2．電磁波是橫波．在電磁波中，每處的電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向總是互相垂直的，并且都跟那里的電磁波的傳播方向垂直．3．電磁波可以在真空中傳播，向外傳播的是電磁能．電磁振蕩eq\a\vs4\al([先填空])1．振蕩電流：大小和方向都隨時(shí)間做周期性迅速變化的電流．2．振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路．最基本的振蕩電路為LC振蕩電路．3．電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器極板上的電荷量，電路中的電流，電場和磁場周期性相互轉(zhuǎn)變的過程也就是電場能和磁場能周期性相互轉(zhuǎn)化的過程．4．電磁振蕩的周期與頻率(1)周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時(shí)間．(2)頻率：1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)．振蕩電路里發(fā)生無阻尼振蒎時(shí)的周期和頻率分別叫做固有周期、固有頻率．(3)周期和頻率公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC)).eq\a\vs4\al([再判斷])1．在振蕩電路中，電容器充電完畢磁場能全部轉(zhuǎn)化為電場能．(√)2．電容器放電完畢，電流最大．(√)3．L和C越大，電磁振蕩的頻率越高．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．在LC振蕩電路一次全振動(dòng)的過程中，電容器充電幾次？它們的充電電流方向相同嗎？【提示】充電兩次，充電電流方向不相同．2．在電磁振蕩的過程中，電場能與磁場能相互轉(zhuǎn)化，什么時(shí)候磁場能最大？【提示】放電剛結(jié)束時(shí)，電場能全部轉(zhuǎn)化成了磁場能．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．各物理量變化情況一覽表時(shí)刻(時(shí)間)工作過程qEiB能量0→eq\f(T,4)放電過程qm→0Em→00→im0→BmE電→E磁eq\f(T,4)→eq\f(T,2)充電過程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E電eq\f(T,2)→eq\f(3T,4)放電過程qm→0Em→00→im0→BmE電→E磁eq\f(3T,4)→T充電過程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E電2.振蕩電流、極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖象(如圖14-1-3所示)圖14-1-33．板間電壓u、電場能EE、磁場能EB隨時(shí)間變化的圖象(如圖14-1-4所示)圖14-1-4u、EE規(guī)律與q-t圖象相對(duì)應(yīng)；EB規(guī)律與i-t圖象相對(duì)應(yīng)．4．分類分析(1)同步關(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：電量q、電場強(qiáng)度E、電場能EE是同步變化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場能EB也是同步變化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)(2)同步異變關(guān)系在LC振蕩過程中，電容器上的三個(gè)物理量q、E、EE與線圈中的三個(gè)物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、EE同時(shí)減小時(shí)，i、B、EB同時(shí)增大，且它們的變化是同步的，也即：q、E、EE↑同步異向變化,i、B、EB↓.注意：自感電動(dòng)勢E的變化規(guī)律與q-t圖象相對(duì)應(yīng)．振蕩電路中，某時(shí)刻磁場方向如圖14-1-5所示，則下列說法正確的是()圖14-1-5A．若磁場正在減弱，則電容器上極板帶正電B．若電容器正在充電，則電容器下極板帶正電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)勢正在阻礙電流增大E．若電容器正在充電，則自感電動(dòng)勢正在阻礙電流增大【答案】BCD5.如圖14-1-6所示，LC電路的L不變，C可調(diào)，要使振蕩的頻率從700Hz變?yōu)?400Hz，則把電容________到原來的________.圖14-1-6【答案】減小eq\f(1,4)6.如圖14-1-7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(guān)S處于閉合狀態(tài)，燈D正常發(fā)光，現(xiàn)突然斷開S，并開始計(jì)時(shí)，畫出反映電容器a極板上電