1、1電磁振蕩 2電磁場和電磁波,第三章 電磁振蕩電磁波,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.了解振蕩電流、LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程，會求LC回路的周期與頻率. 2.了解阻尼振蕩和無阻尼振蕩. 3.了解麥克斯韋電磁理論的基礎(chǔ)內(nèi)容以及在物理學(xué)發(fā)展史上的意義. 4.了解電磁波的基本特點(diǎn)及其發(fā)展過程，通過電磁波體會電磁場的物理性質(zhì).,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 檢測評價 達(dá)標(biāo)過關(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),一、電磁振蕩 1.振蕩電流： 和 都隨時間做周期性迅速變化的電流. 2.振蕩電路：能夠產(chǎn)生 的電路. 3.LC振蕩電路及充、放電過程 (1)LC振蕩電路：由 和 組成的電路，是最簡單

2、的振蕩電路. (2)電容器放電：由于 對交變電流的阻礙作用，放電電流不能立即達(dá)到最大值，而是由零逐漸增大，線圈產(chǎn)生的磁場逐漸 ，電容器里的電場逐漸減弱， 能逐漸轉(zhuǎn)化為 能.放電完畢后， 能全部轉(zhuǎn)化為 能.,大小,方向,振蕩電流,線圈L,電容器C,電感線圈,增強(qiáng),電場,磁場,電場,磁場,(3)電容器充電：電容器放電完畢，由于線圈的 作用，電流并不立即消失，仍保持原來的方向繼續(xù)流動，電容器被反向充電.在這個過程中，線圈的磁場逐漸 ，電容器里的電場逐漸 ， 能逐漸轉(zhuǎn)化為_能，充電完畢時， 能全部轉(zhuǎn)化為 能.,減弱,增強(qiáng),磁場,電場,磁場,電場,自感,4.無阻尼振蕩和阻尼振蕩 (1)無阻尼振蕩：如圖1

3、所示，如果沒有 損失，振蕩電流的 永遠(yuǎn)保持不變的電磁振蕩.,圖1,能量,振幅,(2)阻尼振蕩：如圖2所示， 逐漸損耗，振蕩電流的 逐漸減小，直到停止振蕩的電磁振蕩.,圖2,能量,振幅,二、電磁振蕩的周期和頻率 1.周期：電磁振蕩完成一次 需要的時間. 頻率：1 s內(nèi)完成的周期性變化的 . 2.固有周期和頻率 振蕩電路里發(fā)生 振蕩時的周期和頻率叫做振蕩電路的固有周期、固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率 . 3.LC振蕩電路的周期T和頻率f跟電感線圈的電感L和電容器的電容C的關(guān) 系是T_、f_.,周期性變化,次數(shù),無阻尼,三、麥克斯韋電磁理論的兩個基本假設(shè) 1.變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生_ (1

4、)磁場隨時間變化快，產(chǎn)生的電場 ； (2)磁場隨時間的變化不均勻時，產(chǎn)生 的電場； (3) 的磁場周圍不產(chǎn)生電場. 2.變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生 . (1)電場隨時間變化快，則產(chǎn)生的磁場 ； (2)電場隨時間的變化不均勻，產(chǎn)生 的磁場； (3) 的電場周圍不產(chǎn)生磁場.,電場,強(qiáng),變化,穩(wěn)定,磁場,強(qiáng),變化,穩(wěn)定,四、電磁場和電磁波 1.電磁場 的電場和 的磁場交替產(chǎn)生，形成的不可分割的統(tǒng)一體. 2.電磁波的產(chǎn)生：由 的電場和磁場交替產(chǎn)生而形成的電磁場是由近及遠(yuǎn)傳播的，這種變化的電磁場在空間的傳播稱為電磁波. 3. 在1865年從理論上預(yù)見了電磁波的存在，1888年物理學(xué)家_第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)

5、了電磁波的存在. 還運(yùn)用自己精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)測定了電磁波的波長和頻率，得到了電磁波的傳播速度，證實(shí)了這個速度等于 .,變化,變化,變化,麥克斯韋,赫茲,赫茲,光速,4.電磁波的波長、波速v和周期T、頻率f的關(guān)系：vT_. 5.電磁波在真空中的傳播速度v .,c3108 m/s,1.判斷下列說法的正誤. (1)LC振蕩電路的電容器放電完畢時，回路中磁場能最小，電場能最大. () (2)要提高LC振蕩電路的振蕩頻率，可以減小電容器極板的正對面積. () (3)在變化的磁場周圍一定會產(chǎn)生變化的電場.() (4)電磁波是橫波.(),即學(xué)即用,答案,2.在LC振蕩電路中，電容器C帶的電荷量q隨時間t變化的

6、圖像如圖3所示.1106 s到2106 s內(nèi)，電容器處于 (填“充電”或“放電”)過程，由此產(chǎn)生的電磁波的波長為 m.,答案,圖3,充電,1200,重點(diǎn)探究,一、電磁振蕩的產(chǎn)生,導(dǎo)學(xué)探究如圖4所示，將開關(guān)S擲向1，先給電容器充電，再將開關(guān)擲向2.,答案電容器放電過程中，線圈中的電流逐漸增大，電容器的電場能轉(zhuǎn)化為磁場能.,答案,圖4,(1)在電容器通過線圈放電過程中，線圈中的電流怎樣變化？電容器的電場能轉(zhuǎn)化為什么形式的能？,(2)在電容器反向充電過程中，線圈中電流如何變化？電容器和線圈中的能量是如何轉(zhuǎn)化的？ 答案電容器反向充電過程中，線圈中電流逐漸減小，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電容器的電場能. (3

7、)線圈中自感電動勢的作用是什么？ 答案線圈中電流變化時，產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流的變化.,答案,知識深化振蕩過程各物理量的變化規(guī)律,例1(多選)如圖5所示，L為一電阻可忽略的線圈，D為一燈泡，C為電容器，開關(guān)S處于閉合狀態(tài)，燈泡D正常發(fā)光，現(xiàn)突然斷開S，并開始計時，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)定順時針方向?yàn)檎?隨時間變化的圖像是(圖中q為正值表示a極板帶正電),答案,解析,圖5,解析S斷開前，電容器C斷路，線圈中電流從上到下，電容器不帶電；S斷開時，線圈L中產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流減小，給電容器C充電，此時LC回路中電流i沿順時針方向(正向)最大；給電容器充電過程，電

8、容器帶電荷量最大時(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B、C正確.,LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法 1.根據(jù)電流流向判斷：當(dāng)電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉(zhuǎn)化，處于充電過程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，處于放電過程. 2.根據(jù)物理量的變化趨勢判斷：當(dāng)電容器的電荷量q(電壓U、場強(qiáng)E、電場能EE)增大或電流i(磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場能EB)減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程. 3.根據(jù)能量判斷：電場能增加時，充電；磁場能增加時，放電.,A.若磁場正在減弱，則電容器正在充電，

9、電流由b向a B.若磁場正在減弱，則電場能正在增加，電容器上極板帶負(fù)電 C.若磁場正在增強(qiáng)，則電場能正在減少，電容器上極板帶正電 D.若磁場正在增強(qiáng)，則電容器正在充電，電流方向由a向b,例2(多選)LC振蕩電路中，某時刻的磁場方向如圖6所示，則,答案,解析,圖6,解析若磁場正在減弱，則電流在減小，是充電過程，根據(jù)安培定則可確定電流由b向a，電場能增加，上極板帶負(fù)電，故選項A、B正確； 若磁場正在增強(qiáng)，則電流在增大，是放電過程，電場能正在減小，根據(jù)安培定則，可判斷電流由b向a，上極板帶正電，故選項C正確，D錯誤.,二、電磁振蕩的周期和頻率,2.L、C的決定因素 L一般由線圈的長度、橫截面積、單位

10、長度上的匝數(shù)及有無鐵芯決定，電容C由公式 可知，與電介質(zhì)的介電常數(shù)r、極板正對面積S及板間距離d有關(guān).,例3要想增大LC振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率，可采用的方法是 A.增大電容器兩極板的間距 B.升高電容器的充電電壓 C.增加線圈的匝數(shù) D.在線圈中插入鐵芯,答案,解析,升高電容器的充電電壓，電容不變，B錯誤； 增加線圈的匝數(shù)、在線圈中插入鐵芯，電感L增大，故C、D錯誤.,三、麥克斯韋電磁場理論,導(dǎo)學(xué)探究 (1)電子感應(yīng)加速器就是用來獲得高速電子 的裝置，其基本原理如圖7所示，上、下為電磁鐵的兩 個磁極，磁極之間有一個環(huán)形真空室，電磁鐵線圈中通 入變化的電流，真空室中的帶電粒子就會被加速，

11、其速 率會越來越大.請思考：帶電粒子受到什么力的作用而被 加速？如果線圈中通以恒定電流會使粒子加速嗎？這個現(xiàn)象告訴我們什么道理？,答案帶電粒子受到電場力作用做加速運(yùn)動.線圈中通入恒定電流時，帶電粒子不會被加速.變化的磁場能產(chǎn)生電場.,答案,圖7,(2)用導(dǎo)線將手搖發(fā)電機(jī)與水平放置的平行板電容器兩極相連，平行板電容器兩極板間的距離為4 cm左右，在下極板邊緣放上幾個帶絕緣底座的可轉(zhuǎn)動小磁針，當(dāng)搖動發(fā)電機(jī)給電容器充電或放電時，小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動，充電結(jié)束或放電結(jié)束后，小磁針靜止不動.請思考：小磁針受到什么力的作用而轉(zhuǎn)動？這個現(xiàn)象告訴我們什么道理？,答案小磁針受到磁場力的作用而轉(zhuǎn)動.變化的電場可以產(chǎn)生磁

12、場.,答案,知識深化對麥克斯韋電磁場理論的理解 (1)變化的磁場產(chǎn)生電場 均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場. 非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場. 周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場. (2)變化的電場產(chǎn)生磁場 均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場. 非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場. 周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場.,解析圖A中電場不隨時間變化，不會產(chǎn)生磁場； 圖B和圖C中電場都隨時間做均勻的變化，只能在周圍產(chǎn)生恒定的磁場，也不會產(chǎn)生和發(fā)射電磁波； 圖D中電場隨時間做不均勻的變化，能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，而這個磁場的變化也是不均勻的，又能產(chǎn)生變化的電場，從而交織成一個不可分割的統(tǒng)一

13、體，即形成電磁場.,例4某電路中電場隨時間變化的圖像如下列各圖所示，能產(chǎn)生電磁場的是,答案,解析,四、電磁波,導(dǎo)學(xué)探究如圖8所示是赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)裝置，當(dāng)接在高壓感應(yīng)圈上的兩金屬球間有電火花時，檢波器上兩銅球間也會產(chǎn)生電火花，這是為什么？這個實(shí)驗(yàn)證實(shí)了什么問題？,答案當(dāng)A、B兩金屬球間產(chǎn)生電火花時就會產(chǎn)生變化的電磁場，這種變化的電磁場傳播到檢波器時，它在檢波器中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使檢波器上兩銅球間也會產(chǎn)生電火花.這個實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在.,答案,圖8,知識深化電磁波與機(jī)械波的比較,例5(多選)以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法中，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

14、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,解析機(jī)械波由波源的振動產(chǎn)生；電磁波由周期性變化的電場(或磁場)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B、C、D正確.,達(dá)標(biāo)檢測,1,2,3,4,1.(電磁振蕩)如圖9所示的LC振蕩電路中，已知某時刻電流i的方向如圖所示，且正在增大，則此時 A.A板帶正電 B.線圈L兩

15、端電壓在增大 C.電容器C正在充電 D.電場能正在轉(zhuǎn)化為磁場能,答案,解析,圖9,1,2,3,4,解析電路中的電流正在增大，說明電容器正在放電，選項C錯誤； 電容器放電時，電流從帶正電的極板流向帶負(fù)電的極板，則A板帶負(fù)電，選項A錯誤； 電容器放電，電容器兩板間的電壓減小，線圈兩端的電壓減小，選項B錯誤； 電容器放電，電場能減小，電流增大，磁場能增大，電場能正在轉(zhuǎn)化為磁場能，選項D正確.,解析電容器放電一次經(jīng)歷四分之一個周期，而周期T T是由振蕩電路的電容C和電感L決定的，與充電電壓、帶電荷量、放電電流等無關(guān).故選D.,1,2,3,4,2.(電磁振蕩的周期和頻率)在LC振蕩電路中，電容器放電時間

16、的長短決定于 A.充電電壓的大小 B.電容器帶電荷量的多少 C.放電電流的大小 D.電容C和電感L的數(shù)值,答案,解析,1,2,3,4,3.(麥克斯韋電磁場理論)下列說法中正確的是 A.任何變化的磁場都要在周圍空間產(chǎn)生變化的電場，振蕩磁場在周圍空 間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場 B.任何電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場，振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率 的振蕩磁場 C.任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場，振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生 同頻率的振蕩磁場 D.電場和磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場,答案,解析,1,2,3,4,解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，如果電場(磁場)的變化是均勻的，產(chǎn)生的磁場(電場)是恒定的；如果電場(磁場)的變化是不均勻的，產(chǎn)生的磁場(電場)是變化的；振蕩電場(磁場)在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(電場)；周期性變化的電場和周期性變化的磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場.故選C.,1,2,3,4,解析電磁波在真空中的傳播速度為光速c3.0