1、课时14.4电磁波整合与评价1.初步了解麦克斯韦电磁场理论及在物理学发展史上的意义。2.了解电磁波的产生,通过电磁波体会电磁场的物质性。3.了解振荡电路的工作过程及其规律。4.了解电磁波的发射、传播和接收及在现实生活中的应用。5.通过实例认识电磁波谱及其应用,知道光是电磁波。重点难点:电磁场、电磁波及电磁振荡的规律。教学建议:本章在机械波和光波的基础上,进一步学习电磁波,学习中注意与机械波的比较。电磁波与光波本质相同,应了解电磁波各波段的特点。电磁振荡是本章的重点,要理解电磁振荡过程中各量的变化规律。对于电磁波的发射与接收, 也要有初步了解。主题1:电磁波与机械波的对比问题:(1)电磁波与机械
2、波各是怎么产生的?(2)电磁波与机械波的周期性是怎样体现的?(3)电磁波与机械波传播是否需要介质?传播速度与哪些因素有关?(4)电磁波与机械波有哪些相同特性? 解答:(1)电磁波是由电磁振荡激发的;机械波是由质点(波源)振动产生的。(2)电磁波中电场强度和磁感应强度随时间和空间做周期性变化;机械波中位移随时间和空间做周期性变化。(3)电磁波的传播不需要介质,在真空中的速度总是光速,在介质中的传播速度与介质及波的频率有关;机械波传播需要介质,波速与介质有关,与波的频率无关。(4)电磁波与机械波都有干涉、衍射等波的特性。另外,电磁波是横波,机械波可以是横波,也可以是纵波。知识链接:电磁波是电磁现象
3、,机械波是力学现象,二者虽然都具有波的特性,但有本质的不同。主题2:电磁振荡过程及其规律情景:某同学将电磁振荡的过程画成了如图所示的示意图,其中We表示电场能,Wm表示磁场能。问题:(1)请用概括性的文字对所处的状态做一说明。(2)振荡过程哪些物理量具有同步同变(相同变化趋势)关系?(3)振荡过程哪些物理量具有同步异变(相反变化趋势)关系?(4)电磁振荡可以怎样分类?解答:(1)放电过程中;放电完毕;反向充电过程中;反向充电完毕;反向放电过程中;反向放电完毕;充电过程中;充电完毕。(2)电容器对应的电荷量q、电场强度E、电场能We是同时同向变化的,即:qEWe(或qEWe);振荡线圈对应的电流
4、i、磁感应强度B、磁场能Wm也是同步同向变化的,即:iBWm(或iBWm)。(3)电容器上的三个物理量q、E、We与振荡线圈中三个物理量i、B、Wm是同步异向变化的,即q、E、We同时减小时,i、B、Wm同时增大,且它们的变化是同步的。(4)根据能量是否损失可分为阻尼振荡和无阻尼振荡。知识链接:1888年,赫兹根据电容器放电的振荡性质,设计制作了电磁波源和电磁波检测器,通过实验验证了麦克斯韦的理论。拓展一:电磁场理论变化的磁场产生电场,这个电场是旋涡电场,将自由电荷沿电场线移动一周,电场力做功,这一点不同于静电场;均匀变化的磁场产生稳定的电场(稳定的磁场不再产生电场),均匀变化的电场产生稳定的
5、磁场(稳定的电场不再产生磁场),周期性非均匀变化的磁场产生同频率周期性非均匀变化的电场,周期性非均匀变化的电场产生同频率周期性非均匀变化的磁场。交变的电场与磁场相互联系,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。1.下列方法中能使平行板电容器的极板间产生磁场的是()。A.把电容器接在稳恒电源的两端B.把电容器接在交流电源的两端C.给电容器充电后保持其电荷量不变,使两极板间的距离匀速增大D.给电容器充电后保持其电压不变,使两极板间的距离匀速增大问1:平行板电容器在哪种情况下产生磁场?答1:电容器产生的电场发生变化的情况下产生磁场。问2:哪种情况下电容器电场发生变化?答2:由E=可做出判断。【解析】若要
6、使平行板电容器极板间产生磁场,电容器内部应产生变化的电场。选项A中电容器内部只有稳定的电场,不能产生磁场,故A错。选项C中电荷量不变,板间电场稳定,故C也错。电容器接交流电源时,相当于不断地对电容器充放电,板间产生变化的电场,而若充电后电压不变,增大极板间距,会使电容减小,电场增大,故选项B、D正确。【答案】BD【点拨】麦克斯韦电磁场理论基本观点是“变化的磁场可以产生电场,变化的电场可以产生磁场”。注意不是“磁场能产生电场、电场能产生磁场”,也不是“变化的磁场可以产生变化的电场,变化的电场可以产生变化的磁场”。拓展二:电磁振荡振荡电路产生振荡电流的过程中,线圈中的电流、电容器极板上的电荷量及与
7、之相联系的磁场能、电场能也都做周期性变化,这种现象叫作电磁振荡。2.LC振荡电路在某时刻电感线圈中振荡电流产生的磁场的磁感线如图所示,此时电路中的电流正在增大。下列说法中正确的是()。A.电容器C中电场线方向从A板指向B板B.电容器C中电场线方向从B板指向A板C.电容器C中电场线密度在增大D.电容器C中电场线密度在减小问1:能否根据振荡电流产生的磁感线方向判断电流的方向?答1:能。电流方向为顺时针方向。问2:电容器极板的带电情况如何?答2:上极板带负电,下极板带正电。问3:电容器处于充电还是放电状态?答3:放电状态。【解析】由线圈L上的磁感线方向可得电路中的电流方向为顺时针方向,又因为此时电路
8、中的电流正增大,则电容器C正在放电,故此时A板上带负电,B板上带正电,电容器中电场线方向应该从B板指向A板,所以A错、B对;由于这个过程是一个放电的过程,所以电场强度应该是减弱的,电场线密度减小,所以C错、D对。【答案】BD【点拨】电磁振荡是电磁波产生的基础;电磁振荡过程是电流和电荷量交替变换的过程,是电容器不断充放电的过程;电磁振荡过程中的能量在理想情况下是守恒的,是电场能和磁场能之间的相互转化;电磁振荡的重点是利用图象分析电流变化和电荷量的变化情况。拓展三:电磁波的发射和接收有效发射电磁波的条件:高频振荡,开放电路。3.电磁波由电路产生,经后信号就“加”进高频电磁波中,再由发射到空中,在传
9、播过程中,遇到导体后能被接收,在先后经过和方能取出有用的信号。问1:电磁波的发射、接收过程是怎样的?答1:调制调谐解调。问2:电磁波的传播方式有哪几种?答2:天波、地波、直线传播波。【解析】电磁波遇到导体就能被接收,但是还不能还原成信号,还要经过调谐和解调过程。【答案】振荡调制天线调谐解调【点拨】电磁波的发射和接收的过程需要熟练地记忆,各个过程的名称和对应的功能需要了解;发射和接收是相对应的;解调是调制的逆过程。一、物理百科高空的“窃听能手”常规战争中,敌对双方常常捉“舌头”(即俘虏对方人员)来了解对方战术意图、兵力部署及武器装备等情报。随着航天技术的发展,人们采用更先进的方式,即利用人造地球
10、卫星窃取常规手段难以获得的敌方情报。1984年4月17日,在伦敦发生了利比亚人民办事处用轻机枪扫射游行队伍的事件。 这个事件的发生是有先兆的。据美国ABC电视台透露,事件发生前,利比亚政府曾指示利比亚驻伦敦人民办事处,“不能坐视反卡扎菲的示威游行”。美国很快就知道了这个指示,并通报英国政府,但在得到确切的情况之前,枪击事件就发生了,一名女警察被打死,许多参加游行的人负了伤。窃听这个“指示”的是美国电子侦察卫星。它监听了利比亚政府和驻伦敦人民办事处之间的电话。由此可见利用侦察卫星进行情报战的作用。在太空遨游的电子侦察卫星是窃听能手,它采用捕获无线电波的方式来获取情报。电子侦察卫星的任务主要有:一
11、是确定敌方地面防空雷达和反导弹雷达的精确位置、信号特性和作用距离,以便使轰炸机或弹道导弹不被雷达发现和跟踪;二是确定敌方军用电台的位置和信号特性,以便战时将其摧毁掉,而更重要的任务在于平时窃听军事通信中的重要情报。通常,雷达或军用电台的工作频率属高频段,因此,它的作用距离有一定限制。一个幅员辽阔的国家,为了保卫本国的安全,在远离疆界的腹地往往要布设许多防空雷达。如果在国外用舰船或飞机等一般的方法测量敌方防空雷达的位置和特性,那是极为困难,甚至无法办到的。但是,如果用卫星去侦察,就能打破国境线的障碍,“无忧无虑”地测定敌方雷达的位置和特性。二、备用试题1.建立完整电磁场理论并首先预言电磁波存在的
12、科学家是()。 A.法拉第B.奥斯特C.赫兹D.麦克斯韦【解析】麦克斯韦建立了完整的电磁场理论并预言了电磁波的存在,后来赫兹用实验证实了这一预言。【答案】D2.广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光,都是电磁波。它们的频率分别为f1、f2、f3、f4,则下列频率大小的排列顺序正确的是()。A.f1f2f3f4B .f1f3f2f4C.f1f2f3f3f2f4 【解析】比较各种电磁波的频率。【答案】C3.如图所示,L为电阻不计的自感线圈,已知LC电路振荡周期为T。开关S原来合上一段时间。现将S断开后开始计时,当t=时,线圈L内部磁感
13、应强度方向和电容器两极板间电场方向分别为()。A.向下,向下B.向上,向下C.向下,向上D.向上,向上【解析】S刚断开时,L中有电流,而C不带电,之后t=的时间内,L中的电流方向不变,C被充电且上极板为正极板,带正电,故A选项正确。【答案】A4.某LC振荡电路中电流随时间的变化规律为i=0.01sin 105t(A),如果该电路中电容器的电容为C,自感系数为L,则LC乘积的值为()。A.105B.1010C.10-5D.10-10【解析】根据电流的函数表达式知,=105 rad/s= 2f,再根据周期公式即可求得。【答案】D5.在LC振荡电路中,线圈的自感系数L=2.5 mH,电容C=4 F。
14、则:(1)该回路的周期多大?(2)设t=0时,电容器上电压最大,在t=9.010-3 s时,通过线圈的电流是增大还是减小?这时电容器是处在充电过程还是放电过程?【解析】(1)T=2=23.14 s=6.2810-4 s。(2)因为t=9.010-3 s相当于14.33个周期,0.33TT,所以当t=9.010-3 s时,LC回路中的电磁振荡正处在第二个的变化过程中。t=0时,电容器上电压最大,极板上电荷量最多,电路中电流值为零,回路中电流随时间的变化规律如图所示:第一个T内,电容器放电,电流由零增至最大;第二个T内,电容器被反向充电,电流由最大减小到零。显然,在t=9.010-3 s时,即在第二个T内,线圈中的电流在减小,电容器正处在反向充电过程中。【答案】(1)6.2810-4 s(2)线圈中的电流在减小,电容器正处在反向充电过程中
