2017-2018学年同步备课套餐之物理教科版选修3-4课件：第3章电磁振荡 电磁波 1~2

1、第三章,1 电磁振荡 2 电磁场和电磁波,学习目标 1.了解振荡电流、LC回路中振荡电流的产生过程，会求LC回路的周期与频率. 2.了解阻尼振荡和无阻尼振荡. 3.了解麦克斯韦电磁理论的基础内容以及在物理发展史上的物理意义. 4.了解电磁波的基本特点及其发展过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、电磁振荡,如图1所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，从此时起，电容器通过线圈放电，放电过程中，电容器的电场能转化为什么形式的能？线圈中的电流发生变化时，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？当线圈中的电流减小时，是否会对电容器充电？此时线圈中的磁场能转化为什么形式的能？,图1,答案,答案 电容器的放电过程中电场能转化为磁场能.线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化；线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能.,1.振荡电流和振荡电路 (1)振荡电流： 和 都随时间做周期性迅速变化的电流. (2)振荡电路：能够产生 的电路. (3)LC振荡电路：由 和 组成

2、的电路，是最简单的振荡电路.,大小,方向,振荡电流,线圈L,电容器C,2.电磁振荡过程分析,3.无阻尼振荡和阻尼振荡 (1)无阻尼振荡：如图2所示，如果没有 _损失，振荡电流的 永远保持不变的电磁振荡.,能量,振幅,图2,图3,(2)阻尼振荡：如图3所示， 逐渐损耗，振荡电流的 逐渐减小，直到停止振荡的电磁振荡.,能量,振幅,判断下列说法的正误. (1)LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小. ( ) (2)LC振荡电路的电容器极板上电荷量最多时，电场能最大. ( ) (3)LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷一定减少. ( ) (4)LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大. ( ),二、电磁振荡的周期和频率,如图4所示的电路，(1)如果仅更换自感系数L更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？由于延缓了振荡电流的变化，振荡周期T会怎样变化？,答案 自感电动势更大，阻碍作用更大，周期变长.,答案,图4,(2) 如果仅更换电容C更大的电容器，将开关S掷向1，先给电

3、容器充电，电容器的带电荷量是否增大？再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，放电时间是否相应地变长？振荡周期T是否变长？,答案 带电荷量增大，放电时间变长，周期变长.,答案,1.周期：电磁振荡完成一次 需要的时间. 频率：1 s内完成的周期性变化的 . 2.固有周期和频率 振荡电路里发生 振荡时的周期和频率叫做振荡电路的固有周期、固有频率，简称振荡电路的周期和频率. 3.LC振荡电路的周期T和频率f跟电感线圈的电感L和电容器的电容C的 关系是,周期性变化,次数,无阻尼,判断下列说法的正误. (1)LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板充满负电荷为止，这一段时间为一个周期. ( ) (2)要提高LC振荡电路的振荡频率，可以减小电容器极板的正对面积. ( ) (3)LC振荡电路线圈的自感系数增大为原来的4倍，振荡周期增大为原来的2倍. ( ) (4)提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大. ( ),(1)如图5甲所示，磁铁相对闭合线圈上下运动时，闭合线圈中的电荷做定向移动，是因为受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电场？如果没有导体，会产生电场吗

4、？,三、麦克斯韦电磁理论,答案 电荷受到电场力作用做定向移动.电场力是由电场施加的，这说明变化的磁场产生了电场.如果没有导体，仍会产生电场，与有没有闭合线圈无关.,图5,答案,(2)如图乙所示，用手摇发电机给电容器充电或电容器放电时，电容器周围的小磁针发生摆动，小磁针受到什么力的作用？这能否说明变化的电场产生了磁场？如果没有小磁针，磁场是否也存在？,答案 小磁针受到磁场力作用而摆动，磁场力是由磁场产生的，这说明变化的电场产生了磁场.没有小磁针，磁场仍然存在.,答案,1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设 (1)变化的磁场能够在周围空间产生 . 如图6所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生 . (2)变化的电场能够在周围空间产生 ，如图7所示.,电场,感应电流,磁场,图6,图7,2.均匀变化的磁场产生 的电场，振荡变化的磁场产生变化的电场；均匀变化的电场产生 的磁场，振荡变化的电场产生变化的磁场. 3.周期性变化的磁场产生 的电场，周期性变化的电场又会产生 的磁场，因此变化的磁场和变化的电场会交替产生，形成不可分离的统一体，即电磁场.,恒定,恒定,周期性变化,周期性变化,判断下列

5、说法的正误. (1)在电场周围，一定存在着和它联系着的磁场. ( ) (2)在变化的电场周围，一定存在着和它联系着的磁场. ( ) (3)在磁场周围一定存在着和它联系着的电场. ( ) (4)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场. ( ) (5)在变化的磁场周围可能会产生恒定的电场. ( ),如图8所示是赫兹证明电磁波存在的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么问题？,四、电磁波,答案 当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也会产生电火花.这个实验证实了电磁波的存在.,图8,答案,1.电磁波的产生：由 的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波. 2. 在1865年从理论上预见了电磁波的存在，1888年物理学家_第一次用实验证实了电磁波的存在. 还运用自己精湛的实验技术测定了电磁波的波长和频率，得到了电磁波的传播速度，证实了这个速度等于 . 3.电磁波的波长、波速v和周期

6、T、频率f的关系：vT_. 4.电磁波在真空中的传播速度v .,变化,麦克斯韦,赫兹,赫兹,光速,c3108 m/s,判断下列说法的正误. (1)电磁波的传播速度等于声速. ( ) (2)电磁波不能在真空中传播. ( ) (3)电磁波的电场强度和磁场强度相互垂直，且二者与波的传播方向垂直. ( ) (4)电磁波是横波. ( ),题型探究,一、电磁振荡中各物理量的变化情况,如图9所示,图9,例1 (多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图10所示，则 A.若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流 由b向a B.若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容 器上极板带负电 C.若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容 器上极板带正电 D.若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b,解析,答案,图10,解析 若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a，电场能增大，上极板带负电，故选项A、B正确； 若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误.,针对训练 (多选)在如图11(a)所示

7、的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图(b)所示，若把通过P点向右的电流规定为i的正方向，则 A.0至0.5 ms内，电容器C正在充电 B.0.5 ms至1 ms内，电容器上极板带正电 C.1 ms至1.5 ms内，Q点比P点电势高 D.1.5 ms至2 ms内，磁场能在减少,解析,答案,图11,解析 由题图(b)知0至0.5 ms内i在增大，应为放电过程，A错误. 0.5 ms至1 ms内，电流在减小，应为充电过程，电流方向不变，电容器上极板带负电，B错误. 在1 ms至1.5 ms内，为放电过程，电流方向改变，Q点比P点电势高，C正确. 1.5 ms至2 ms内为充电过程，磁场能在减少，D正确.,二、电磁振荡的周期和频率,1.由公式 可知T、f取决于L、C，与极板所带电荷量、两板间电压无关. 2.L、C的决定因素 L一般由线圈的长度、横截面积、单位长度上的匝数及有无铁芯决定，电 容C由公式C 可知，与电介质的介电常数r、极板正对面积S及板间距离d有关.,例2 为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是 A.增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯 B.减

8、小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数 C.减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯 D.减小电容器两极板的正对面积并减小线圈的匝数,解析 本题考查LC振荡电路的频率公式 f .由此式可知增大固有频 率f的办法是减小L或减小C或同时减小L和C.增大电容器两极板的正对面积或减小电容器两极板的距离，则C增大，减小正对面积或增大电容器两极板的距离，则C减小.在线圈中放入铁芯或增加线圈的匝数则L增大，减小线圈的匝数则L减小，故选项D正确.,解析,答案,三、麦克斯韦电磁理论,1.恒定的磁场不会产生电场；同样，恒定的电场也不会产生磁场. 2.均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场. 3.振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场；同样，振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡变化的磁场.,例3 (多选)应用麦克斯韦的电磁理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是,解析,答案,解析 A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁理论可知周围空间不会产生电场，A图中的下图是错误的. B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生恒定的磁场，下图的磁场是恒定的，所以B图正确. C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差 ，C图是正确的. D图的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差，故不正确，所以只有B、C两图正确.,四、电磁波与机械波的比较,1.电磁波和机械波的共同点 (1)二者都能产生干涉和衍射. (2)二者在不同介质中传播时频率不变. (3)二者都满足波的公式v f.,2.电磁波和机械波的区别 (1)二者本质不同 电磁波是电磁场的传播，机械波是质点机械振动的传播. (2)传播机理不同 电磁波的传播机理是电磁场交替感应，机械波的传播机理是质点间的机械作用. (3)电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质. (4)电磁波是横波，机械波既有横波又有纵波，甚至有的机械波同时有横波和纵波，例如地震波.,解析,答案,例4 (

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