高二物理選修3-4-14-1-電磁波的發(fā)現(xiàn)-LI

高二物理選修3-4-14-1-電磁波的發(fā)現(xiàn)-LI第一頁，共40頁。

學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.描述電磁振蕩產(chǎn)生的過程，解釋麥克斯韋電磁場理論的基本思想2.說出電磁波的形成及電磁波的基本特點(diǎn)，寫出LC電路的振蕩周期和頻率與電感電容的關(guān)系。3.感受科學(xué)家認(rèn)識(shí)事物的科學(xué)精神和科學(xué)研究方法。第一頁第二頁，共40頁。完成情況4班優(yōu)秀小組4,10優(yōu)秀個(gè)人趙妍，梁雨曦，賀夢薇，高琪，楊迪，楊丹，周晶，彭小紅，雒聰，王招學(xué)案反饋————可圈可點(diǎn)第二頁第三頁，共40頁。完成情況1班優(yōu)秀小組2,5,3,4，7優(yōu)秀個(gè)人景萃，王林慶，馬敏，鬲芒，王欣，丁莎，劉任盼，姚家明，王引，劉雨柔，龔曉寧，黃潔，李嬌，席墅學(xué)案反饋————可圈可點(diǎn)第三頁第四頁，共40頁。一、麥克斯韋的電磁場理論1、變化的磁場產(chǎn)生電場問題：閉合線圈放在磁場中如何產(chǎn)生電流?穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)質(zhì):環(huán)內(nèi)產(chǎn)生了電場，電場驅(qū)使電子定向移動(dòng)而產(chǎn)生了電流，電場的方向與電流方向相同。

將金屬環(huán)拿走，當(dāng)磁場變化時(shí)的電場仍然存在英國物理學(xué)家經(jīng)典電磁理論的奠基人。1831年6月13日出生于愛丁堡。15歲那年他的一篇關(guān)于卵形曲線畫法的論文發(fā)表在《愛丁堡皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊》上，比笛卡爾的方法還簡便。16歲進(jìn)入愛丁堡大學(xué)聽課，專攻數(shù)學(xué)，很重視實(shí)驗(yàn)。19歲考入劍橋大學(xué)，23歲以優(yōu)異的成績畢業(yè)，并留校工作。29歲起任倫敦皇家學(xué)院物理學(xué)和天文學(xué)教授。1871年起負(fù)責(zé)籌劃卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。1879年因癌癥逝世，終年48歲。第四頁第五頁，共40頁。恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場一、麥克斯韋的電磁場理論1、變化的磁場產(chǎn)生電場EtOBtOtBOEOt正弦曲線振蕩磁場振蕩電場E與B頻率相同第五頁第六頁，共40頁。2、變化的電場產(chǎn)生磁場一、麥克斯韋的電磁場理論恒定的電場不產(chǎn)生磁場均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場第六頁第七頁，共40頁。二、電磁場：

變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系的,形成不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場。說明：①電磁場是特殊的物質(zhì)形態(tài)，具有能量，能相互疊加②是空間立體的第七頁第八頁，共40頁。（麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在）三、電磁波1、定義：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由發(fā)生區(qū)域向四周由近及遠(yuǎn)地傳播，形成電磁波。第八頁第九頁，共40頁。2、電磁波的特點(diǎn)1）電磁波是橫波：

E⊥B⊥V波速：v=λ/T=λf3)電磁波的頻率由振源決定，同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播，v和λ變化，v介<C2）電磁波可以在真空中傳播速度等于光速c=3×108m/s5）電磁波具有波的共性，能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應(yīng)和偏振現(xiàn)象。6）電磁波有能量。4)不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播，速度不同，f越高，v越??；f越低，v越大第九頁第十頁，共40頁。3、赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在：令人振奮的電火花1）觀察到了電磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等現(xiàn)象.2）還測量出光的λ和f，算出電磁波和光有相同的速度.3）奠定了無線電技術(shù)基礎(chǔ)赫茲在人類歷史上首先捕捉到了電磁波第十頁第十一頁，共40頁。4.電磁波與機(jī)械波比較：1）傳播條件：2）傳播規(guī)律：3）傳播本質(zhì)：4）產(chǎn)生本質(zhì)不同：機(jī)械波傳播需要介質(zhì)，而電磁波不需要介質(zhì)也能傳播。都遵循“V=λf=λ/T”這個(gè)關(guān)系式；且電磁波也能發(fā)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。機(jī)械波傳播的是機(jī)械能，電磁波傳播的是電磁能。機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生，電磁波是電磁振蕩產(chǎn)生。第十一頁第十二頁，共40頁。四、麥克斯韋的電磁場理論的意義1、實(shí)現(xiàn)了電磁光的統(tǒng)一，被認(rèn)為是19世紀(jì)科學(xué)史上最偉大的統(tǒng)一2、實(shí)現(xiàn)了從經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物理學(xué)的重大轉(zhuǎn)折第十二頁第十三頁，共40頁。非均勻變化的磁場變化電場若是均勻變化穩(wěn)定磁場不再激發(fā)若非均勻變化變化磁場若是均勻變化穩(wěn)定電場若非均勻變化電磁波形成示意圖：電磁波的特性：a.不需要傳播介質(zhì),可以在真空中傳播。b.傳播速度等于光速。c.光是一種電磁波。激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)第十三頁第十四頁，共40頁。第十四章電磁波

14.2電磁振蕩+?+?+?第十四頁第十五頁，共40頁。1.振蕩電流:

這種電路產(chǎn)生

的大小和方向做周期性變

化的電流,叫振蕩電流.2.

能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路.如圖

示是一種簡單的振蕩電路,稱LC振蕩電路.

說明:

由LC回路產(chǎn)生的振蕩電流也是一種交變電流,只是它的頻率比照明用交變電流的頻率高得多.3.

LC回路產(chǎn)生的振蕩電流按正弦規(guī)律變化.CSLG一、電磁振蕩的產(chǎn)生第十五頁第十六頁，共40頁。電容器具有充、放電作用線圈具有自感作用L－－－－

++++CUC＝UL＝εLUCULεL二、過程分析第十六頁第十七頁，共40頁。電磁振蕩中電流i、極板間的電壓u、極板上的電量q、電場能和磁場能之間的對應(yīng)關(guān)系第十七頁第十八頁，共40頁。(1)、兩個(gè)物理過程：放電過程；電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，q↓→i↑充電過程：磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，q↑→i↓充電完畢狀態(tài)：磁場能向電場能轉(zhuǎn)化完畢，電場能最大，磁場能最小。放電完畢狀態(tài)：電場能向磁場能轉(zhuǎn)化完畢，磁場能最大，電場能最小。LC回路工作過程具有對稱性和周期性，可歸結(jié)為：(2)、兩個(gè)特殊狀態(tài)：1、電磁振蕩的特點(diǎn)：第十八頁第十九頁，共40頁。2、電磁振蕩的變化規(guī)律：電場能磁場能放電充電電容器電壓ｕ（E）電容器帶電量ｑ電路中電流ｉ同步變化同步變化步調(diào)相反磁感應(yīng)強(qiáng)度B第十九頁第二十頁，共40頁。3、變化規(guī)律的圖象描述：qtot電場能oito注意：（1）圖像應(yīng)用時(shí)充分利用“同步、異步”（2）EL（UL）的變化規(guī)律磁場能t（EU）（B）第二十頁第二十一頁，共40頁。4、電磁振蕩的物理實(shí)質(zhì)：（1）q、i、E(U)、B都在發(fā)生周期性的變化；（2）電場能磁場能發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。第二十一頁第二十二頁，共40頁。3.等幅振蕩（實(shí)際應(yīng)用）1.無阻尼振蕩（理想）ito2.阻尼振蕩（實(shí)際）ito三、阻尼振蕩和無阻尼振蕩第二十二頁第二十三頁，共40頁。

電磁振蕩與簡諧運(yùn)動(dòng)有很多相似之處，它們的運(yùn)動(dòng)都有周期性，我們知道自由振動(dòng)的周期只與振動(dòng)系統(tǒng)本身的特性有關(guān)，那么電磁振蕩的周期或頻率是由什么因素決定的呢？四、電磁振蕩的周期和頻率第二十三頁第二十四頁，共40頁。1．周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時(shí)間叫做周期，一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做頻率．

LC回路的周期和頻率由回路本身的特性決定．這種由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期（或頻率）叫做振蕩電路的固有周期（或固有頻率），簡稱振蕩電路的周期（或頻率）．2．在一個(gè)周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場能（或磁場能）完成兩次周期性變化．第二十四頁第二十五頁，共40頁。大量實(shí)驗(yàn)表明：（1）電容增大時(shí)，周期變長（頻率變低）；（2）電感增大時(shí)，周期變長（頻率變低）；（3）電壓升高時(shí)，周期不變（頻率不變）．結(jié)果表明，LC回路的周期和頻率只與電容C和自感L有關(guān)，跟電容器的帶電多少和回路電流大小無關(guān)．第二十五頁第二十六頁，共40頁。定性解釋：

電容越大，電容器容納電荷就越多，充電和放電所需的時(shí)間就越長，因此周期越長，頻率越低；自感越大，線圈阻礙電流變化的作用就越大，使電流的變化越緩慢，因此周期越長，頻率越低．第二十六頁第二十七頁，共40頁。

LC回路的周期和頻率公式

（1）式中各物理量T、L、C、f的單位分別是s、H、F、Hz．（2）適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線圈，可使振蕩電路物周期和頻率符合我們的需要．（3）電場能、磁場能變化的周期為Tˊ=T/2第二十七頁第二十八頁，共40頁?？偨Y(jié)與拓展第二十八頁第二十九頁，共40頁。電磁振蕩與機(jī)械振動(dòng)類比：i－v

q(u)－h(huán)E磁－

EkE電－

Ep振蕩電路+?+?+?放電放電充電充電單擺第二十九頁第三十頁，共40頁。第一類：電容器的電荷q、電壓u、電場E、

電場能E電、線圈的自感電動(dòng)勢e自第二類：線圈的電流i、磁場B、磁場能E磁兩類量的變化規(guī)律相反.即第一類增大時(shí)

第二類減小;第一類達(dá)最大時(shí)第二類為零.兩類量:第三十頁第三十一頁，共40頁。

LC振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的物理原因是電容器的充放電作用和線圈的自感作用；

LC振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的物理實(shí)質(zhì)是電場能和磁場能的周期性轉(zhuǎn)換。在解決振蕩電路問題時(shí),電場能與磁場能的交替轉(zhuǎn)化是解決問題的線索和關(guān)鍵;與電場能和磁場能相關(guān)的各量的變化規(guī)律是解決問題的依據(jù);q-t和i-t圖線及其相互轉(zhuǎn)化是解決問題的直觀手段.小結(jié)第三十一頁第三十二頁，共40頁。1、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是（）A、恒定的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場B、變化的磁場在周圍產(chǎn)生變化的電場C、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變化的電場D、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場例與練均勻變化的磁場（電場）產(chǎn)生恒定的電場（磁場）D第三十二頁第三十三頁，共40頁。2、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中不正確的是（）A、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場B、振蕩的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變化的電場C、振蕩的電場在周圍產(chǎn)生不同頻率的振蕩磁場D、振蕩的電場在周圍產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場例與練振蕩磁場（電場）產(chǎn)生同頻率的振蕩電場（磁場）D第三十三頁第三十四頁，共40頁。3、關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是A、均勻變化的電場和均勻變化的磁場互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成電磁波B、振蕩電場和振蕩磁場互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成電磁波C、電磁波的振蕩電場和振蕩磁場方向互相垂直，且與傳播方向互相垂直D、電磁波能夠發(fā)生反射、干涉、衍射、偏振現(xiàn)象例與練電磁波是橫波BCD第三十四頁第三十五頁，共40頁。4、比較電磁波和機(jī)械波，下列說法中正確的是（）A、電磁波和機(jī)械波都可以在真空中傳播B、電磁波和機(jī)械波都是傳遞能量的一種形式C、電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生反射、干涉、衍射、偏振現(xiàn)象D、電磁波和聲波都是縱波例與練機(jī)械波只能在介質(zhì)中傳播電磁波是橫波，聲波是縱波BC第三十五頁第三十六頁，共40頁。5、任何電磁波在真空中都具有相同的（

）(A)頻率(B)波長(C)波速(D)能量C第三十六頁第三十七頁，共40頁。1、已知LC振蕩電路中電容器極板1上的電量隨時(shí)間變化的曲線如圖所示則（）A.a、c兩時(shí)刻電路中電流最大，方向相同B.a、c兩時(shí)刻電路中電流最大，方向相反C.b、d兩時(shí)刻電路中電流最大