滬科物理選修3-4 第3章3.2《電磁波的發(fā)現(xiàn)》

歡迎進入物理課堂 3 2電磁波的發(fā)現(xiàn) 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 3 2 課前自主學案 課標定位 課標定位 學習目標 1 知道赫茲實驗以及它的重大意義 2 知道什么是振蕩電路和振蕩電流以及LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程 3 知道產(chǎn)生電磁振蕩過程中 LC振蕩電路中的能量轉(zhuǎn)換情況 4 知道什么樣的電磁振蕩和電路有利于向外發(fā)射電磁波 5 知道電磁波的基本特點 重點難點 LC電路產(chǎn)生的電磁振蕩的周期和頻率以及規(guī)律 課前自主學案 一 電磁波預(yù)言的實現(xiàn) 赫茲實驗赫茲首先在實驗中發(fā)現(xiàn)了 用事實證明了 理論的正確性 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 大小和方向都做 迅速變化的電流 振蕩電路 產(chǎn)生 的電路 LC振蕩電路 由 和 組成 是最簡單的振蕩電路 電磁波 麥克斯韋電磁場 周期性 振蕩電流 線圈L 電容器C 2 電磁振蕩的產(chǎn)生 如圖3 2 1所示 電容器充電完畢后 將開關(guān)S擲向b 這一瞬間 電容器開始放電 電路中沒有電流 此時電容器里 最強 電路里的能量全部以 的形式儲存在電容器的電場中 圖3 2 1 電場 電場能 電容器開始放電后 由于線圈的自感作用 放電電流由零逐漸增大 此過程中 電容器極板上的 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 振蕩電流逐漸增大 直到放電完畢 電流達到最大 電荷 磁場能 電容器放電完畢時 由于線圈的 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 此過程中 線圈的 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 振蕩電流逐漸減小 直到充電完畢 電流減小為零 自感 磁場 2 電磁振蕩的周期和頻率 1 周期 電磁振蕩完成 需要的時間 2 頻率 1s內(nèi)完成的周期性變化的 3 說明 如果沒有能量損失 也不受其他外界影響 這時的周期和頻率叫振蕩電路的 和 簡稱振蕩電路的周期和頻率 一次周期性變化 次數(shù) 固有周期 固有頻率 3 LC電路的周期 頻率 的決定因素電容越大 線圈的自感系數(shù)越大時 電容器充 放電的時間越長 LC電路振蕩的周期就越大 理論分析表明 LC電路的周期T與自感系數(shù)L 電容C的關(guān)系式是 所以其振蕩的頻率 可見 用可變電容器或可變電感線圈組成電路 就可以根據(jù)需要改變振蕩電路的周期和頻率 三 電磁波的發(fā)射如圖3 2 2所示是發(fā)射無線電波的裝置 虛線框內(nèi)是發(fā)射無線電波的 電路 其中 是 是 振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩電流通過L2與L1的 作用 使L1中產(chǎn)生同頻率的高頻振蕩電流 在虛線框內(nèi)電路中激發(fā)出無線電波 向周圍空間發(fā)射 開放 天線 地線 互感 圖3 2 2 能量 核心要點突破 一 電磁振蕩過程分析已充電的電容器剛要放電的瞬間 電路里沒有電流 電容器兩極板上的電荷量最多 此時電場能最強 磁場能最弱 電容器開始放電后 由于線圈的自感作用 放電電流不能立刻達到最大值 而是由零逐漸增大 同時電容器極板上的電壓逐漸減少 到放電完畢的瞬間 電容器極板上沒有電荷 放電電流達到最大值 在這個過程中 電容器里的電場能逐漸減弱 磁場能逐漸增強 到放電完畢的瞬間 電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能 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 如圖3 2 3所示 圖3 2 3 二 LC振蕩電路一個周期內(nèi)的幾個特別狀態(tài) 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 1 LC振蕩電路中 通過P點的電流變化規(guī)律如圖3 2 4所示 現(xiàn)規(guī)定過P點向右的電流為正 則 A 0 5s至1s時間內(nèi) 電容器充電B 0 5s至1s時間內(nèi) 電容器上極板帶的是正電C 1s至1 5s時間內(nèi) 磁場能正在轉(zhuǎn)化為電場能D 1s至1 5s時間內(nèi) Q點的電勢比P點的電勢高 圖3 2 4 解析 選AD 由振蕩電路的圖像可知 在0 5s至1s時間內(nèi) 電流為正方向 且電流值正在減小 所以依題規(guī)定的電流正方向知 在0 5s 1s的時間內(nèi) LC回路中的電流是順時針的 而且電容器C正在充電 由充電電流是由電容器C的負極板流出 流向正極板可知 在0 5s 1s的時間內(nèi)電容器C的上極板帶負電 下極板帶正電 選項A正確 B錯誤 再由LC振蕩電路圖像知 在1s至1 5s時間 內(nèi) 電流為負電流 且電流的值正在增大 由題所規(guī)定的電流正方向知 此時間內(nèi)LC回路中的電流是逆時針的 即由Q點經(jīng)電感L流向P點 所以Q點電勢比P點高 而且由于電流值正在增大 所以電場能正在轉(zhuǎn)化為磁場能 選項C錯誤 選項D正確 故選A D 四 電磁波與機械波的比較 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 3 電磁波與機械波相比較有 A 電磁波傳播不需要介質(zhì) 機械波傳播需要介質(zhì)B 電磁波在任何介質(zhì)中傳播速率都相同 機械波在同一介質(zhì)中傳播速率都相同C 電磁波與機械波都不能產(chǎn)生干涉D 電磁波與機械波都能產(chǎn)生衍射 解析 選AD 電磁波與機械波都具有波的共性 都可以發(fā)生反射 折射 干涉 衍射等現(xiàn)象 但它們的性質(zhì)是不同的 產(chǎn)生的方法也不一樣 機械波是振動在介質(zhì)中的傳播過程 沒有介質(zhì)是不可能產(chǎn)生機械波的 但電磁波可以不需要介質(zhì) 且在真空中傳播的速度都是光速 在介質(zhì)中機械波的波速由介質(zhì)的性質(zhì)決定 與頻率無關(guān) 而電磁波在介質(zhì)中的波速卻和頻率有關(guān) 兩種波由一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)頻率是不變的 故正確答案為A D 課堂互動講練 LC振蕩電路中電容器兩極板上的電壓u隨時間t變化的圖像如圖3 2 5所示 由圖可知 A 在t1時刻 電路中的磁場能最小B 從t1到t2 電路中的電流不斷變小C 從t2到t3 電容器極板上的帶電荷量增多D 在t4時刻 電容器中的電場能最小 圖3 2 5 精講精析 電磁振蕩中 隨振蕩電流i同步變化的有磁感應(yīng)強度B和磁場能 隨電容器上電荷量q同步變化的有板間電壓U 場強E和電場能 當其中一組量變大時 另一組量變小 在t1時刻 電容器兩端的電壓最大 電場能最大 磁場最小 故A正確 從t1到t2 電容器兩端的電壓減小 電容器極板上帶電荷量減小 因此電路中電流增大 故B錯誤 從t2到t3 電容器兩端電壓增大 因此帶電荷量增加 故C正確 在t4時刻 電容器上電壓為零 場強也為零 電場能最小 故D正確 答案 ACD 方法總結(jié) 由于歐姆定律形成的思維定勢 B選項中從t1到t2 電路中電壓變小 誤判電流也變小 注意LC電路與純電阻電路的區(qū)別 在同一電阻上 U變大 i也變大 在LC電路上 U變大 i反而變小 變式訓練1某時刻LC振蕩電路的狀態(tài)如圖3 2 6所示 則此時刻 A 振蕩電流i在減小B 振蕩電流i在增大C 電場能正在向磁場能變化D 磁場能正在向電場能變化 圖3 2 6 解析 選AD 由圖中 上極板帶正電荷 下極板帶負電荷及電流的方向可判斷出正電荷在向正極板聚集 說明電容器極板上電荷在增加 電容器正在充電 電容器充電的過程中電流減小 磁場能向電場能轉(zhuǎn)化 正確選項為A D 在LC振蕩電路中 線圈的自感系數(shù)L 2 5mH 電容C 4 F 1 該回路的周期多大 2 設(shè)t 0時 電容器上電壓最大 在t 9 0 10 3s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 圖3 2 7 答案 見自主解答 變式訓練2一個LC振蕩電路能與波長為 的電磁波發(fā)生電諧振 今若要接收波長為2 的電磁波 保持線圈不變 則其電容應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?倍 答案 4 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全