高二物理教案-知识讲解电磁波.doc

电磁波编稿：张金虎 审稿：李勇康 【学习目标】1．知道麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场． 2．知道电磁场在空间传播形成电磁波以及电磁波的基本特点． 3．知道赫兹实验以及它的重大意义．4．知道什么是LC振荡电路和振荡电流． 5．知道LC回路中振荡电流的产生过程． 6．知道产生电磁振荡过程中，LC回路中能量转换情况，知道阻尼振荡和无阻尼振荡． 7．知道什么是电磁振荡的周期和频率，知道己c回路的周期和频率公式，并能进行简单的计算．8．知道什么样的电磁振荡电路有利于向外发射电磁波． 9．了解无线电波的发射过程和调制的简单概念，了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理． 10．了解无线电波的波长范围．11．了解电视、雷达和移动的基本原理以及因特网．12．知道电磁波谱以及各组成部分． 13．知道无线电波、红外线、紫外线、可见光、X射线、射线的主要作用． 14．知道电磁波具有能量，是一种物质．【要点梳理】要点一、电磁波的发现【高清课堂：电磁波】 1．麦克斯韦电磁场理论 在19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象成果的基础上，建立了完整的电磁场理论，预言电磁波的存在。

（1）变化的磁场产生电场． 如图所示，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（导体环）是否存在无关．导体环的作用只是用来显示电场的存在． 要点诠释：在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的．（2）变化的电场产生磁场． 根据麦克斯韦理论，在电容器充放电的时候，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．（如图所示） 2．麦克斯韦电磁场理论的理解 （1）恒定的电场不产生磁场． （2）恒定的磁场不产生电场． （3）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场． （4）均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场． （5）振荡电场产生同频率的振荡磁场．（6）振荡磁场产生同频率的振荡电场．3．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．要点诠释：上述分析可看出，有单独存在的静电场，也有单独存在的静磁场，但没有静止的电磁场．4．电磁波 电磁场由近向远传播，形成电磁波． 电磁波具有以下特点： （1）电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波在与两者均垂直的方向传播．电磁波是横波． （2）相邻两个波峰（或波谷）之间的距离等于电磁波的波长，一个周期的时间，电磁波传播一个波长的距离． （3）电磁波的频率为电磁振荡的频率，由波源决定，与介质无关．在真空中的速度为． （4）电磁波与机械波一样，也能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，也是传播能量的一种形式．（5）电磁波传播不需要借助介质、在真空中也能传播．5．麦克斯韦的重大贡献 麦克斯韦集电磁学研究成果之大成，不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁理论．麦克斯韦电磁理论足以跟牛顿力学体系相媲美，它是物理学发展中一个划时代的里程碑． 6．赫兹发现了电磁波 （1）赫兹实验装置． （2）赫兹观察到：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花．据此实验，赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波． （3）在以后的实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射，并通过测量证明电磁波在真空中速度为．这样赫兹证实了麦克斯韦的电磁理论． 要点二、电磁振荡【高清课堂：电磁波】 1．电磁振荡 （1）振荡电流和振荡电路： ①振荡电流：大小和方向都作周期性变化的电流叫振荡电流． ②振荡电路：能够产生振荡电流的电路，叫振荡电路．最简单的振荡电路为LC回路． （2）电磁振荡：在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电压，电路中的电流，以及跟电荷相联系的电场，跟电流相联系的磁场都在发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡． （3）阻尼振荡和无阻尼振荡： ①阻尼振荡：在电磁振荡中，如果能量逐渐损耗，振荡电流的振幅会逐渐减小，直至停止振荡．②无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果无能量损失，振荡永远持续下去，这种振荡叫无阻尼振荡．2．电磁振荡过程分析振荡电流图像电路状态时刻电量最多最多最多电场能最大最大最大电流正向最大反向最大磁场能最大最大 回路中产生电磁振荡的过程：已充电的电容器刚要放电的瞬间，电路里没有电流，电容器两极板上的电荷最多．此时电场能最强，磁场能最弱． 电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，放电电流不能立即达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电压逐渐减少，到放电完毕的瞬间，电容器极板上没有电荷，放电电流达到最大值．在这个过程中，电容器里的电场能逐渐减弱，磁场能逐渐增强，到放电完毕的瞬间，电场能全部转化为磁场能． 电容器放电完毕的瞬间，电流要保持原方向继续流动并减小，电容器反方向继续充电，极板上的电荷逐渐增多，电场能逐渐增强，磁场能逐渐减弱，到充电完毕，电场能最强，磁场能最弱．此后，这样充电和放电的过程反复进行下去．3．回路的周期和频率 （1）影响因素：实验表明：电容或电感增加时，周期变长，频率变低；电容或电感增加时，周期变长，频率变低；电容或电感减小时，周期变短，频率变高． （2）公式：，． 其中：周期、频率、自感系数、电容的单位分别是秒、赫兹、亨利、法拉，符号分别是． （3）应用说明： 适当地选择电容器和线圈，就可以使振荡电路的周期和频率符合需要．在需要改变振荡电路的周期和频率时，可以用可变电容器和线圈组成电路，改变电容器的电容，振荡电路的周期和频率就随之改变．要点三、电磁波的发射和接收【高清课堂：电磁波】 1．若要有效向外发射电磁波，振荡电路必须具有的特点 （1）要有足够高的频率：发射电磁波的功率与振荡频率的四次方成正比．如果是低频信号，要用高频信号运载才能更有效地发射出去． （2）采用开放电路，使振荡电路的电磁场必须尽可能地分散到大的空间．天线和地线也可组成开放电路． 在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制．调制的装置如图所示． 2．电磁波的发射与调制（1）调幅：使高频振荡的振幅随信号而改变叫调幅．调幅作用如图所示． 甲：声音信号的波形． 乙：高频等幅振荡电流的波形． 丙：经过调幅的高频振荡电流的波形． （2）调频：使高频振荡的频率随信号而改变叫调频． 调频的作用如图所示． 甲：声音信号的波形． 乙：高频等幅振荡信号的波形． 丙：经过调频的高频振荡电流的波形． （3）电磁波的发射方框图． 3．无线电波的接收 （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，这种现象叫电谐振． （2）调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫调谐．能够调谐的接收电路叫调谐电路．调谐的方法一般是改变电路的或． （3）检波：从接收到高频振荡中“检”出所携带的波，叫检波．检波是调谐的逆过程，也叫解调．检波电路如图． 检波作用，如图． 甲：检波前的高频调幅电流，乙：检波后的单向脉动电流，丙：流过耳机的音频电流． 4．无线电波的分类 毫米的电磁波叫无线电波．无线电波可以分成若干波段．波段波长频率传播方式主要用途长波米千赫地波超远程无线电通讯和导航中波米千赫地波和天波无线电广播和电报通讯中短波米千赫短波米兆赫天波微波米波米兆赫近似直线传播无线电广播、电视、导航分米波分米兆赫直线传播电视、雷达、导航厘米波厘米兆赫毫米波毫米兆赫 5．电磁波的传播特性无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波，它们的波长在几毫米到几十千米之间．无线电波在沿地球表面、大气层中传播时，由于不同波长的电磁波衍射和波被吸收的情况各不相同，不同波长的电磁波在传播方式上也各不相同．无线电波主要的传播方式有：地波传播、天波传播和直线传播三种． （1）地波传播：沿地球表面空间传播的无线电波． 如图所示，由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障碍物，只有能绕过这些障碍物的无线电波，才能被各处的接收机所接收到，根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，就可以绕到障碍物的后面．地面上的障碍物一般都不是很大，长波能很好地绕过它们，中波和中短波也能较好地绕过．短波和微波由于波长短，绕过障碍物体的本领很差． 这种传播方式对长波、中波和中短波比较适宜，对短波和微波而言，被吸收损耗的能量较多，并且它们的衍射本领较差，故不适宜．（2）天波传播：依靠大气层中的电离层的反射来传播的无线电波叫做天波． 我们知道，地球被厚厚的大气包围着．地表千米到几百千米内的大气，由于太阳光的照射使大气中的一部分气体分子发生电离，这层大气就叫做电离层． 电离层对于不同波长的电磁波表示出不同的特性：对于波长短于的微波，电离层能让它穿过，飞向宇宙；对于长波，电离层基本把它吸收；对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸收得越少而反射得越多，因此短波最适宜以天波的形式传播．（3）直线传播：微波又叫超短波，它既不能以地波的形式传播（易被吸收），又不能依靠电离层的反射以天波的形式传播（能穿透），微波只能像光那样，沿直线传播．这种沿直线传播的电磁波叫空间波或视波． 要点四、电磁波与信息化社会【高清课堂：电磁波】 1．光缆传输电磁波可以通过无线传输，也可以通过有线传输．电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，而光的频率比无线电波的频率高得多．因此光缆可以传递大量信息．2．电视 （1）电视信号的采集． 摄像机采集图像信号，在内要传递帧画面，电视接收机也以相同的速度在荧光屏上显现这些画面，由于画面更换迅速和视觉暂留效应，我们感觉到的便是活动的图像． 声音信号由话筒采集． （2）电视信号的发射． （3）电视信号的接收． 3．雷达 （1）雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备． （2）雷达用的是通过转动的天线发射微波信号，这。