粤教版物理选修3-4同步教学课件：3.1-3.2 电磁振荡 电磁场与电磁波

课件28张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、电磁振荡的产生
1.振荡电流和振荡电路
(1)振荡电流:大小和方向都做周期性迅速变化的电流。
(2)振荡电路:产生振荡电流的电路。
(3)LC回路:由自感线圈和电容器组成的最简单的振荡电路。LC回路里产生的振荡电流是按正弦或余弦规律变化的。目标导航预习导引一二三2.电磁振荡的过程
放电过程:由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大,电容器极板上的电荷逐渐减少,电容器里的电场逐渐减弱,线圈的磁场逐渐增强,电场能逐渐转化为磁场能,振荡电流逐渐增大,放电完毕,电流达到最大,电场能全部转化为磁场能。
充电过程:电容器放电完毕后,由于线圈的自感作用,电流保持原来的方向逐渐减小,电容器将进行反向充电,线圈的磁场逐渐减弱,电容器里的电场逐渐增强,磁场能逐渐转化为电场能,振荡电流逐渐减小,充电完毕,电流减小为零,磁场能全部转化为电场能。
此后,这样充电和放电的过程反复进行下去。目标导航预习导引一二三3.电磁振荡的实质
在电磁振荡过程中,电容器极板上的电荷量,电路中的电流,与振荡电流相联系的电场和磁场都在周期性地变化,电场能和磁场能周期性地转化。目标导航预习导引一二三打开收音机的开关,转动选台旋钮,旋到使收音机收不到电台的频道,然后开大音量。在收音机附近,将电池盒的两根引线反复碰撞,你会听到收音机中发出“喀喀”的响声。为什么会产生这种现象呢?打开电扇,将它靠近收音机,看看又会怎样。
提示 电磁波是由电磁振荡产生的,在收音机附近,将电池盒两引线反复碰触,变化的电流产生变化的磁场,变化的磁场产生变化的电场,这样会发出电磁波,从而导致收音机中发出“喀喀”声。若将转动的电扇靠近收音机,因为电扇中电动机内通有交变电流,电动机的运行同样会引起收音机发出“喀喀”声。目标导航预习导引一二三二、电磁振荡的周期和频率
1.电磁振荡的周期T:电磁振荡完成一次周期性变化所用的时间。
2.电磁振荡的频率f:1 s内完成周期性变化的次数。
3.LC回路的周期(频率)公式。
周期、频率公式: 。其中,周期T、频率f、自感系数L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。目标导航预习导引一二三三、麦克斯韦的电磁场理论及对电磁波的预言
1.麦克斯韦电磁场理论的基本思想
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。可定性表述为变化的磁场产生电场,
变化的电场产生磁场,变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分离的统一场,这就是电磁场。
2.电磁波的产生
如果在空间某区域有周期性变化的电场,这个变化的电场就会在周围空间产生周期性变化的磁场;这个变化的磁场又会在较远的空间引起周期性变化的电场……于是,变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播,形成了电磁波。目标导航预习导引一二三3.电磁波的特点
(1)电磁波中电场和磁场相互垂直,电磁波在与两者均垂直方向传播。因此,电磁波是横波。
(2)电磁波的传播不需要介质,电磁波在真空中传播的速度等于
光速c,光的本质是电磁波。
(3)机械波的一些规律也适用于电磁波,如,波长的定义,波长、频率(周期)和波速的关系,反射、折射、干涉、衍射等现象。目标导航预习导引一二三4.电磁场的物质性
电磁场没有固定的形状和体积,也没有静止的质量,几个电磁场可以同时占有同一空间;但电磁场具有运动质量、能量以及与其他物质相互作用的属性。尽管电磁场看不见、摸不着,但它的确是一种特殊的物质,它既具有物质一般的属性,也具有特殊的性质。
5.麦克斯韦电磁场理论的意义:实现了从经典物理学向现代物理学的重大转折。一二三知识精要典题例解迁移应用一、电磁振荡的过程
1.各物理量变化情况一览表一二三知识精要典题例解迁移应用2.振荡电流、极板带的电荷量随时间的变化图象 一二三知识精要典题例解迁移应用3.LC振荡电路的周期和频率
LC振荡电路的周期T和频率f只与自感系数L和电容C有关,与其他因素无关。
式中的T、f、L、C的单位分别是秒、赫兹、亨利、法拉。一二三知识精要典题例解迁移应用【例1】 (多选)LC振荡电路中,通过P点的电流变化规律如图乙所示(图中周期为2 s)。现规定沿顺时针方向的电流方向为正,则(　　) (导学号51150044)
A.0.5 s至1 s时间内,电容器充电
B.0.5 s至1 s时间内,电容器上极板带的是正电
C.1 s至1.5 s时间内,磁场能正在转化为电场能
D.1 s至1.5 s时间内,下极板的电势高一二三知识精要典题例解迁移应用思路分析解答本题的关键是充分理解振荡电流的图象及电容器充电、放电的特点。
解析:由振荡电流的图象可知,在0.5~1 s的时间内,电流为正方向,且电流值正在减小,由题意可知,顺时针方向为电流的正方向,则在0.5~1 s的时间内,LC回路中的电流是沿顺时针方向的,而且电容器C正在充电。可知在0.5~1 s的时间内电容器C的上极板带负电,下极板带正电,选项A正确,B错误;再由振荡电流的图象知,在1~1.5 s的时间内,电流的方向为负,且电流的值正在增大,由题意可知,此时间内LC回路中的电流是沿逆时针方向的,所以下极板的电势高,电场能正在转化为磁场能,选项C错误,D正确。
答案:AD一二三知识精要典题例解迁移应用一二三知识精要典题例解迁移应用如图所示为某时刻LC振荡电路中电容器电场的方向和电流的方向,则下列说法中正确的是(　　)
A.电容器正在放电
B.电感线圈的磁场能正在减少
C.电感线圈中的电流正在增大
D.电容器的电场能正在减少
答案:B
解析:由题图知,电路中电流方向为逆时针方向,电容器被充电,电场能增加,电感线圈中的电流正在减小,电感线圈的磁场能正在减少,A、C、D错误。一二三知识精要典题例解迁移应用二、麦克斯韦电磁场理论
对麦克斯韦电磁场理论的理解
1.恒定的电场不产生磁场;恒定的磁场不产生电场。
2.均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场;均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。
3.周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场;周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。一二三知识精要典题例解迁移应用【例2】 关于电磁场理论,以下说法正确的是(　　) (导学号51150045)
A.在电场周围一定会产生磁场
B.任何变化的电场周围空间一定会产生变化的磁场
C.均匀变化的电场会产生变化的磁场
D.周期性变化的电场会产生周期性变化的磁场
思路分析记住并理解麦克斯韦电磁场理论是解决本问题的关键。
解析:变化的电场周围一定产生磁场,但若电场不发生变化,则不能在周围空间产生磁场,选项A错误;均匀变化的电场只能在周围空间产生稳定的磁场,只有不均匀变化的电场才能在周围空间产生变化的磁场,选项B、C错误;周期性变化的电场(或磁场)在周围空间产生周期性变化的磁场(或电场),选项D正确。
答案:D一二三知识精要典题例解迁移应用一二三知识精要典题例解迁移应用(多选)根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是(　　)
A.在电场的周围空间,一定存在着和它联系着的磁场
B.在变化的电场周围空间,一定存在着和它联系着的磁场
C.恒定电流在其周围不产生磁场
D.恒定电流周围存在着稳定的磁场
答案:BD
解析:电场按其是否随时间变化分为稳定电场(静电场)和变化电场(如运动电荷形成的电场),稳定电场不产生磁场,只有变化的电场周围空间才存在对应的磁场,故B选项对,A选项错;恒定电流周围存在稳定磁场,磁场的方向可由安培定则判断,D选项对,C选项错。故正确选项为B、D。一二三知识精要典题例解迁移应用三、电磁波
机械波与电磁波的比较一二三知识精要典题例解迁移应用一二三知识精要典题例解迁移应用【例3】 下列关于电磁波的说法正确的是(　　) (导学号51150046)
A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B.电磁波在真空和介质中的传播速度相同
C.只要有电场和磁场,就能产生电磁波
D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
思路分析解答本题的关键是能够理解电磁波的形成和特点。一二三知识精要典题例解迁移应用解析:如果电场(或磁场)是均匀变化的,产生的磁场(或电场)是恒定的,不能产生新的电场(或磁场),因而不能产生电磁波,选项A正确,C错误;电磁波的传播速度跟介质有关,频率由波源决定,同一频率的电磁波在不同介质中波长不同,由v=λf知不同介质中波的传播速度不同,选项B错误;波发生衍射现象时不再沿直线传播,波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸大小跟光的波长差不多或比波长还要小,选项D错误。
答案:A一二三知识精要典题例解迁移应用一二三知识精要典题例解迁移应用下列关于电磁波的说法中,正确的是(　　)
A.电磁波只能在真空中传播
B.电场随时间变化时一定产生电磁波
C.做变速运动的电荷会在空间产生电磁波
D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
答案:C
解析:电磁波在真空和介质中都可以传播,A错;均匀变化的电场不会产生电磁波,B错;做变速运动的电荷,形成变化的磁场,如果电荷的运动满足一定的条件,则变化的磁场可以产生变化的电场,从而产生电磁波,C对;麦克斯韦只是预言了电磁波的存在,赫兹第一次用实验证明了电磁波的存在,D错。