2018-2019版高中物理 第3章 電磁場(chǎng)與電磁波 3.1 麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論 3.2 電磁波的發(fā)現(xiàn)課件 滬科版選修3-4.ppt

第3章 電磁場(chǎng)與電磁波,3.1 麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論 3.2 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)理論的兩大基本論點(diǎn)，能從這兩個(gè)基本論點(diǎn)出發(fā)分析簡(jiǎn)單問(wèn)題. 2.知道麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在及其在物理學(xué)發(fā)展史上的意義. 3.知道赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在. 4.了解什么叫電磁振蕩，了解LC回路中電磁振蕩的產(chǎn)生過(guò)程及其固有周期(頻率). 5.了解有效發(fā)射電磁波的兩個(gè)條件，知道電磁波的特點(diǎn)及其與機(jī)械波的異同.,內(nèi)容索引,重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),1.法拉第創(chuàng)造性地用“ ”和“ ”的概念來(lái)描述電荷之間、磁體之間以及電與磁之間的相互作用. 2.電磁場(chǎng)理論的兩大支柱：(1) ；(2)_ . 3.赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了麥克斯韋 的正確性. 4.電磁振蕩 (1)振蕩電流：大小和 都做周期性變化的電流.,力線,場(chǎng),變化的電場(chǎng)產(chǎn),變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),生磁場(chǎng),電磁場(chǎng)理論,方向,(2)振蕩電路：能夠產(chǎn)生 的電路.圖1就是一種基本的振蕩電路，稱(chēng)為L(zhǎng)C振蕩電路. (3)電磁振蕩：在振蕩電路中，電路中的 、電容器極板上的 、電容器中的 和線圈中的 都要發(fā)生 的變化，這種現(xiàn)象叫做電磁振蕩.,振蕩電流,電流,電荷,電場(chǎng)強(qiáng)度,磁感應(yīng)強(qiáng)度,周期性,圖1,5.電磁波的特點(diǎn) (1)電磁波是 ； (2)電磁波在真空中的傳播速度等于 ，約為 m/s； (3)電磁波具有波的一般特征，波長(zhǎng)、頻率f、周期T和波速v之間的關(guān) 系為v ； (4)電磁波也具有 .,橫波,3.0108,光在真空中的傳播速度c,能量,f,重點(diǎn)探究,一、電磁場(chǎng)理論的兩大支柱,導(dǎo)學(xué)探究 1.如圖2所示，當(dāng)磁棒相對(duì)一閉合線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中的電荷做定向移動(dòng)，是因?yàn)槭艿绞裁戳Φ淖饔?？若把閉合線 圈換成一個(gè)內(nèi)壁光滑的絕緣環(huán)形管，管內(nèi)有 直徑略小于環(huán)內(nèi)徑的帶正電的小球，則磁棒 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)有什么現(xiàn)象？小球受到的是什 么力？,答案 電荷受到電場(chǎng)力作用做定向移動(dòng).當(dāng)磁棒運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶電小球會(huì)做定向滾動(dòng)，小球受到的仍然是電場(chǎng)力.,圖1,答案,2.以上現(xiàn)象說(shuō)明什么問(wèn)題？,答案 空間磁場(chǎng)變化，就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，與有沒(méi)有閉合線圈無(wú)關(guān).,答案,3.在如圖3所示的含有電容器的交流電路中，電路閉合時(shí)，電路中有交變電流，導(dǎo)線周?chē)嬖诖艌?chǎng).那么在這個(gè)閉合電路的電容器中有電流嗎？電容器兩極板間存在磁場(chǎng)嗎？,答案 電容器中無(wú)電流，兩極板間存在磁場(chǎng).,答案,圖3,知識(shí)深化 1.電磁場(chǎng)理論的兩大支柱 (1)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)； (2)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng).,2.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解,例1 (多選)根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法正確的是 A.在電場(chǎng)的周?chē)臻g，一定存在著和它聯(lián)系著的磁場(chǎng) B.在變化的電場(chǎng)周?chē)臻g，一定存在著和它聯(lián)系著的磁場(chǎng) C.恒定電流在其周?chē)淮嬖诖艌?chǎng) D.恒定電流周?chē)嬖谥€(wěn)定的磁場(chǎng),解析,答案,解析 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?chē)臻g才存在對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)，故B對(duì)，A錯(cuò)； 恒定電流周?chē)嬖诜€(wěn)定磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向可由安培定則判斷，D對(duì)，C錯(cuò).,二、電磁振蕩,導(dǎo)學(xué)探究 把自感線圈、可變電容器、示波器、電源和單刀雙擲開(kāi)關(guān)按圖4連成電路.先把開(kāi)關(guān)置于電源一邊，為電容器充電，稍后再把開(kāi)關(guān)置于線圈一邊，使電容器通過(guò)線圈放電.,圖4,1.在示波器顯示屏上看到的是電流的圖像還是線圈兩端電壓的圖像？是什么形狀的圖像？,答案 示波器呈現(xiàn)的是線圈兩端電壓的圖像.圖像呈周期性變化，類(lèi)似家庭電路所用的交流電.,答案,2.調(diào)節(jié)電容器電容的大小，圖像如何變化？,答案 電容變小時(shí)，圖像周期變小；電容變大時(shí)，圖像周期變大.,答案,知識(shí)深化 1.電磁振蕩的過(guò)程如圖5所示，圖6是電路中的振蕩電流、電容器極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖像.,圖5,圖6,2.各物理量的變化情況,延伸思考 為什么放電完畢時(shí)，電流反而最大？,答案 開(kāi)始放電時(shí)，由于線圈的自感作用，放電電流不能瞬間達(dá)到最大值，而是逐漸增大，隨著線圈的阻礙作用減弱，放電電流增加變快，當(dāng)放電完畢時(shí)，電流達(dá)到最大值.,答案,例2 如圖7所示為L(zhǎng)C振蕩電路中電容器的極板帶電荷量隨時(shí)間變化曲線，下列判斷中正確的是 在b和d時(shí)刻，電路中電流最大 在ab時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌?chǎng)能 a和c時(shí)刻，磁場(chǎng)能為零 在Oa和cd時(shí)間內(nèi)，電容器被充電 A.只有和 B.只有和 C.只有 D.只有和,圖7,答案,解析,解析 a和c時(shí)刻是充電結(jié)束時(shí)刻，此時(shí)刻電場(chǎng)能最大，磁場(chǎng)能最小為零，正確； b和d時(shí)刻是放電結(jié)束時(shí)刻，此時(shí)刻電路中電流最大，正確； ab是放電過(guò)程，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，正確； Oa是充電過(guò)程，而cd是放電過(guò)程，錯(cuò)誤.,三、電磁波的發(fā)射,導(dǎo)學(xué)探究 如今在我們周?chē)臻g充滿了各種頻率不同、傳遞信息各異的電磁波，你知道這些電磁波是如何發(fā)射出去的嗎？,答案 由巨大的開(kāi)放電路發(fā)射出去的.,答案,知識(shí)深化 1.有效地向外發(fā)射電磁波時(shí)，振蕩電路必須具有的兩個(gè)特點(diǎn)： (1)利用開(kāi)放電路發(fā)射電磁波. (2)提高振蕩頻率. 2.實(shí)際應(yīng)用的開(kāi)放電路(如圖8)，線圈的一端用導(dǎo)線與大地相連，這條導(dǎo)線叫地線；線圈的另一端與高高地架在空中的天線相連.,圖8,例3 要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領(lǐng)，應(yīng)該采取的措施是 A.增加輻射波的波長(zhǎng) B.使振蕩電容的正對(duì)面積足夠小 C.盡可能使電場(chǎng)和磁場(chǎng)分散開(kāi) D.增加回路中的電容和電感,解析,答案,四、電磁波及其與機(jī)械波的比較,導(dǎo)學(xué)探究 電磁波是電磁現(xiàn)象，機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象，兩者都具有波的特性，但它們具有本質(zhì)的不同，你能舉例說(shuō)明嗎？,答案 例如機(jī)械波的傳播依賴(lài)于介質(zhì)的存在，但電磁波的傳播則不需要介質(zhì).,答案,知識(shí)深化 電磁波與機(jī)械波的比較,例4 (多選)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,答案,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.,解析,課堂要點(diǎn)小結(jié),1.麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論,法拉第的貢獻(xiàn),電磁場(chǎng)理論 的兩大支柱,場(chǎng) 力線,預(yù)言：空間存在電磁波,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.電磁波的發(fā)現(xiàn),赫茲實(shí)驗(yàn)：證明了電磁場(chǎng)理論的正確性,電磁振蕩,有效發(fā)射電磁波時(shí)電路具備的兩個(gè)特點(diǎn),LC振蕩電路,LC振蕩電路的周期和頻率,T=2,f=,振蕩過(guò)程,充電過(guò)程,電荷量逐漸減少 電流逐漸增大,放電過(guò)程,電荷量逐漸增多 電流逐漸減小,開(kāi)放電路 高頻振蕩,電磁波的特點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè),1,2,3,1.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)?間產(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),答案,解析,1,2,3,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))是恒定的；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.,2.(多選)關(guān)于電磁波的特點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是 A.電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相垂直，電磁波沿與二者垂直的方向傳播 B.電磁波是橫波 C.電磁波的傳播不需要介質(zhì)，是電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間的相互感應(yīng) D.電磁波不具有干涉和衍射現(xiàn)象,1,2,3,答案,解析,解析 電磁波是橫波，其E、B、v三者互相垂直.電磁波也是一種波，它具有波的特性，因此A、B、C正確，D錯(cuò).,1,2,3,3.(多選)如圖9所示，L為一電阻可忽略的線圈，D為一燈泡，C為電容器，開(kāi)關(guān)S處于閉合狀態(tài)，燈泡D正常發(fā)光，現(xiàn) 突然斷開(kāi)S，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，能正確反映電容器a 極板上電荷量q及LC回路中電流i(規(guī)定順時(shí)針?lè)?向?yàn)檎?隨時(shí)間變化的圖像是(圖中q為正值表示 a極板帶正電),解析,圖9,答案,1,2,3,解析 S斷開(kāi)前，電容器C短路，線圈中電流從上到下，電容器不帶電；S斷開(kāi)時(shí)，線圈L中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流減小，給電容器C充電，此時(shí)LC回路中電流i沿順時(shí)針?lè)较?正向)最大；給電容器充電過(guò)程，電容器帶電荷量最大時(shí)(a板帶負(fù)電)，線圈L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)B、C正確.,