高二物理电磁波讲解

高中物理新人教版 选修- 4系列课件 第十四章 电磁波 14.1电磁波的发现 教学目标 1、知识与技能： 知道麦克斯韦电磁理论的主要内容；知道电磁波的形 成和特点；知道赫兹的贡献 2、过程与方法： 了解联想、推理、类比、对称等物理学的思想了解用 实验来验证理论的方法 3、情感态度与价值观： 体会电磁场理论建立的过程；体会自然界对称、和谐 之美 【重点难点】 1、重点：麦克斯韦电磁理论、电磁波的形成和电磁 波的特点 2、难点：麦克斯韦电磁理论的理解 电磁场理论的核心之一 变化的磁场产生电场 实验为证 如右图,交流电产生了周期变化的 磁场,上面的线圈中产生电流使灯 泡发光 讨论: 如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电 流电场吗? 线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗? 若改成恒定的直流电,还有电场吗? 有电场,无电流 有 无 麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场, 是一种普遍存在的现象,跟闭合电路是否存 在无关,导体环只是用来显示电流的存在 说明:在变化的磁场中所 产生的电场的电场线是 闭合的 (涡旋电场) 电场线 电磁场理论的核心之二: 变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设:变化的电场就像导线中的电流一 样,会在空间产生磁场,即变化的电场产生磁场 根据麦克斯韦理论,在给电容器充电的时候,不仅导体中的 电流要产生磁场,而且在电容器两极板间变化着的电场周 围也要产生磁场 理解: (1) 电场均匀变化产生稳定磁场 (2) 非均匀变化产生变化磁场 麦克斯韦电磁场理论的理解 : 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场 非均匀 变化磁 场 激发 变化电场 均 匀 变 化 激发 稳 定 磁 场 不 在 激 发 若非 均匀 变化 激发 变化磁场 均匀变化 激发 稳定电场 非均匀变化 电场和磁场的变化关系 电磁波 1 电磁场: 如果在空间某区域中有周期性变化的 电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周 期性变化的磁场;这个变化的磁场又在它周围空间 产生新的周期性变化的电场, 变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不 可分割的统一体,这就是电磁场 2电磁波: 电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波. 电磁波的特点: (1) 电磁波是横波,电场强度E 和磁感应强 度 B做正弦规律,二者相互垂直,均与波的 传播方向垂直 (2)电磁波可以在真空中传播,速度和光速 相同. v=f (3) 电磁波具有波的特性 电磁波的实验证明 赫兹的电火花实验 赫兹观察到了电磁波的反射,折射,干涉,偏 振和衍射等现象. 他还测量出电磁波和光有相同的速度. 这样赫兹了麦克斯韦关于光的电磁理论. 赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波 14.2电磁振荡 教学目标 1、知识与技能：理解LC回路中产生振荡电流的过程 掌握分析电磁振荡过程及变化的规律。 知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别 2、过程与方法：了解物理过程的一般推理方法 3、情感态度与价值观：体会动态和暂态的辨证关系 【重点难点】 1、重点：对振荡电路，振荡电流基本概念的理解和电 磁振荡现象的认识 电场能和磁场能的转化过程 2、难点：LC回路产生电磁振荡是本章本单元的重点， 也是难点。 复习电磁波的发现 麦克斯韦的电磁场理论 电磁波 L C K 电 路 图G C L K G L C K 电 路 图 + + + + _ _ _ _ G L C K 电 路 图 + + + + _ _ _ _ G L C K 电 路 图G + + + + _ _ _ _ 实验演示.wmv 大小和方向都做周期 性变化的电流叫振荡电流 产生振荡电流的电路 叫振荡电路 振荡电流: 振荡电路: LC回路：由线圈L和电容C组成的 最简单振荡电路。 理想的LC振荡电路:只考虑电感、电 容的作用，而忽略能量损耗 L C LC振荡电路 大小和方向都做周期 性变化的电流叫振荡电流 产生振荡电流的电路 叫振荡电路 振荡电流: 振荡电路: L C _ _ _ + + + A C B L L C_ _ _ + + + C C L D 放电 充电 放电 充电 _ _ + + + + _ _ L C I 磁 场 能 q 电 场 能 小 结 B U E 第二 第一 L C _ _ _ + + + L C _ + 电源 用电器 用电器 放电 ： 电场能磁场能 磁场能电场能充电 ： 例:1 此图正处充电过程还是放电过程？ _ + + + + + _ _ _ _ _ 例:1 此图正处充电过程还是放电过程？ 答: 放电 _ _ _ _ + + + _ + + + + + _ _ _ _ _ 例2： 此图是处充电过程，则电容器上极板带正 电还是负电？ 例2： 此图是处充电过程，则电容器上极板带正 电还是负电？ 答：正电 _+ + _ _ i t i t （1） （2） B、阻尼振荡,任何振荡电路中,总存在能量损耗, 使振荡电流 i 的振幅逐渐减小,这种振荡叫阻尼振荡 .如图(2) A、振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流 的振幅将不变 ，这种振荡叫无阻尼振荡。如图 ：(1) 无阻尼振荡和阻尼振荡 + _ _ + + 势能 动能势能 动能 电场能磁场能 电场能磁场能 + + _ _ 势能 0 i t T T 3TT 42 4 电场能 电磁振荡过程演示.exe 1、如图所示为振荡电路在某一时刻的电 容器情况和电感线圈中的磁感线方向情况 ，由图可知，以下说法正确得是 C L + + + (A C) A、电容器正在充电 B、电感线圈的电流正在增大 C、电感线圈中的磁场能正在 转变为电容器的电场能 D、自感电动势正在阻碍电流 增加 1、如图所示为振荡电路在某一时刻的电 容器情况和电感线圈中的磁感线方向情况 ，由图可知，以下说法正确得是 A、电容器正在充电 B、电感线圈的电流正在增大 C、电感线圈中的磁场能正在 转变为电容器的电场能 D、自感电动势正在阻碍电流 增加 C L + + + 2、如图所示，L是电阻可以不计的纯电感 线圈，开关S闭合后电路中有恒定电流通过 ，今将开关S断开，同时开始计时，则电容 器上极板A的电量q随时间变化的图象是下 图中的哪一项？ 3 C L A B 0 A 0 B 0 CD t t t qq q q S 注：上极板带负电荷为正 3、如图所示，LC电路中电流 随时间变化的曲线做出的判断 正确的是 A、在 时刻电容器两端电压最小 B、在 时刻电容器带的电量为零 C、在 时刻电路中只有电场能 D、在 时刻电路中只有磁场能 t 1 t1 t 2 t2 I 0tt1t2 答：ABC 3、如图所示，LC电路中电流 随时间变化的曲线做出的判断 正确的是 A、在 时刻电容器两端电压最小 B、在 时刻电容器带的电量为零 C、在 时刻电路中只有电场能 D、在 时刻电路中只有磁场能 t 1 t1 t 2 t2 I 0tt1t2 4.已知LC振荡电路中电容器极板1上的电量随时 间变化的曲线如图所示，则（ ） A.a、c两时刻电路中电流最大，方向相同 B.a、c两时刻电路中电流最大，方向相反 C.b、d两时刻电路中电流最大，方向相同 D.b、d两时刻电路中电流最大，方向相反 5.当LC振荡电路中电流达到最大值时，下列叙 述中正确的是（ ）。 A.磁感应强度和电场强度都达到最大值 B.磁感应强度和电场强度都为零 C.磁感应强度最大而电场强度为零 D.磁感应强度是零而电场强度最大 6.下图为LC振荡电路中电容器板上的电量q随 时间t变化的图线，由图可知（ ）。 A.在t1时刻，电路中的磁场最小 B.从t1到t2，电路中的电流值不断变小 C.从t2到t3，电容器不断充电 D.在t4时刻，电容器的电场能最小 7.在LC振荡电路中,某时刻的磁场方向如图所示. A.若磁场正在减弱,则电容器的A板带负电. B.若电容器正在放电,则电容器A板带负电. C.若电路中电流正在增大,则电容器A板电量正在减 少. D.若电容器正在放电, 则自感电动势正在阻碍电流 减小. 14.3电磁波的 发射和接收 教学目标 1、知识与技能： 了解无线电波的波长范围 了解无线电波的发射过程和调制的简单概念 了解调谐、检波及无线电波的接收的基本原理 2、过程与方法： 理解无线电波发射的过程 3、情感态度与价值观： 体会科学与技术的结合之美 【重点难点】 1、重点：调制、调幅、调频、调谐和解调 2、难点：调制、调幅、调频、调谐和解调 复习 1 1、麦克斯韦的电磁场理论的两大观点、麦克斯韦的电磁场理论的两大观点 2 2、怎样变化的电场才能发射电磁波？、怎样变化的电场才能发射电磁波？ 3、电磁波的频率和波长之间的关系 4.电磁振荡的过程 无线电波的波段分布（根据：波长/频率） 无线电波的传播方式： 长波 短波 微波微波 问题讨论: 为什么不同波段的无线电电波采用 不同的传播方式? 知识拓展 长波: 波长较长，容易产生衍射现象。 长波在地面传播时能绕过障碍物 （大山、高大建筑物） 长波 长波容易被电离层吸收； 短波容易被电离层反射； 微波容易穿过电离层。 短波 微波: 频率很高； 直线传播。 微波 微波 中国实用通信广播卫星 中国试验通信卫星“东方红2号” 无线电波的发射与接收: 发 射 端 接 收 端 问题：我们要传递的讯号不是等幅高频振荡电流 ，而是一些低频讯号（如：声音讯号频率只有几 百至几千赫兹，图象讯号频率也不过上万赫兹） 能否把它们直接发送出去？ 类比：(电磁波发射汽车运货) “货物”要传送的声音、图象等讯号 “装上货物”的过程调制信号过程 无线电波的发射： 调制 调频 调幅 声音信号的调制过程： 调幅波的形成： 在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信 号而改变叫调制。 使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅； 使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频 调幅广播(AM)：中波和短波波段； 调频广播(FM)：微波（甚高频和超高频波段） 发射过程: 无线电波的接收： 接收电路 在无线电技术中，用天线和地线组成的接收 电路来接收电磁波 选台 （电谐振 ） 调谐 调谐利用“电谐振” 现象 检波（解调） 接收 1）电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的 电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡 电流最强，这种现象叫做电谐振，相当于机械 振动中的共振。 2）使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐， 能够调谐的接收电路叫做调谐电路。 3）检波：从接收到的高频振荡中“检”出所 携带的信号，叫做检波，它是调制的逆过程， 因此也叫解调。 接收过程: 14.4电磁波与 信息化社会 教学目标 知识与能力： 1、了解光信号和电信号的转换过程，了 解电视信号的录制、发射和接收过程，了 解雷达的定位原理 教学重点： 电磁波在信息社会的作用 教学难点： 电磁波在信息社会的作用 电磁波与我们的生活 电视台通过电磁波，将精彩的电视节目展现给 我们。 电磁波与我们的生活 移动通信设备极大的方便了我们的联系。 电磁波与我们的生活 收音机 电磁波与我们的生活 无线上网设备 电磁波与我们的生活 雷达设备在军事、气象等方面有广泛的应用。 汽车的防盗器汽车的防盗器 通信卫星 通信卫星已经渗入到 生活的各个部分。 电磁波的发射与接收 电磁波的产生： i t 缺点：信号的频率太低，不适于电磁波的发射。 电磁波的发射与接收 利用振荡电路形成高频的振荡电流，这种振荡 电流形成的电磁波能够有效地发射。 i t