1、物 理 选修3-4 人教版新课标导学第十四章 电磁波 情 景 切 入生活中的许多现象表明，我们周围存在着电磁波，如电视机、手机、通讯卫星等工具的信息传播都是靠电磁波进行传递的，电磁波的存在，使当代人“顺风耳，千里眼”的梦想成为了现实。知 识 导 航本章主要对电磁波的发现及应用做了详细的介绍。第一节介绍电磁理论的提出及产生，从此，人类的生活进入了一个新的时代；第二节讲电磁振荡及LC电路的周期及频率，让我们了解电磁波产生的原理；第三、四节讲电磁波在社会生活、科技等领域中的应用。本章的重点是电磁振荡，难点和核心是麦克斯韦的电磁场理论。学 法 指 导1.学习时体会科学家研究物理问题的思想方法。2.通过
2、阅读教材和课外书籍知道麦克斯韦电磁场理论的两个支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。变化的电场和磁场相互联系形成统一的电磁场；了解电磁波谱，知道它们的特点。3.注意了解向外发射的无线电波为什么要进行调制，接收无线电波时为什么要调谐、检波等。4.学习时，注意结合生活实际，感受电磁波在生产生活中的应用。要学会通过具体的调查研究，探究电磁波的应用对生产、科技和日常生活有越来越大的影响。第一节 电磁波的发现第二节 电磁振荡知道电磁波的产生条件和传播速度了解LC振荡电路中电磁振荡的产生过程 了解电磁振荡的周期和频率，会求LC电路的周期和频率1 课前预习反馈 2 课内互动探究 3 核心素养提升 4
3、 课内课堂达标 5 课后课时作业 课 前 预 习 反 馈传大的预言感应电流 1变化的磁场产生电场(1)实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生_。(2)麦克斯韦对该问题的见解：回路里有_产生，一定是变化的_产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了_移动。(3)该现象的实质：变化的_产生了电场。2变化的电场产生磁场麦克斯韦大胆地假设，既然变化的磁场能产生电场，变化的电场也会在空间产生_。感应电流 磁场 定向 磁场 磁场 1电磁波的产生如果空间某区域存在不均匀变化的电场，那么它就会在空间引起不均匀变化的_，这一不均匀变化的磁场又引起不均匀变化的_于是变化的电场和变化的磁场交
4、替产生，由近及远向周围传播，形成_。2电磁波是横波根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁场中的电场强度和磁感应强度互相_，而且二者均与波的传播方向_，因此电磁波是_波。3电磁波的速度麦克斯韦指出了光的电磁本性，他预言电磁波的速度等于_。电磁波磁场 电场 电磁波 垂直 垂直 横光速1886年，赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了电磁波。1赫兹的实验装置如图所示赫兹的电火花2实验现象当感应圈两个金属球间有_跳过时，导线环两个小球间也跳过_。3现象分析当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的_。这种电磁场以_的形式在空间传播。当_到达导线环时，它在导线环中激发出_，
5、使得导线环的空隙中也产生了火花。火花 火花电磁场 电磁波 电磁波 感应电动势 1振荡电流大小和方向都做_迅速变化的电流，叫做振荡电流。2振荡电路能产生振荡电流的电路叫做_。电磁振荡的产生周期性 振荡电路 3振荡过程如图所示，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，电容器要对线圈放电：(1)放电过程：由于线圈的_作用放电电流不能立刻达到最大值，由 0逐渐增大，同时电容器极板上的电荷_。放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到_。该过程电容器储存的_转化为线圈的_。自感减少最大电场能磁场能(2)充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的_作用，电流并不会立刻消失，而要保持原来
6、的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始_，极板上的电荷逐渐_，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到_。该过程线圈中的_又转化为电容器的_。此后电容器再放电、再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变化的振荡电流。(3)实际的LC振荡是阻尼振荡：电路中有电阻，振荡电流通过时会有_产生，另外还会有一部分能量以_的形式辐射出去。如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。自感 反向充电 增加 最大 磁场能 电场能 电热 电磁波 电磁振荡的周期和频率周期性变化 1周期电磁振荡完成一次_需要的时间叫做周期。2频率单位时间内完成的_变化的次数叫做频率。如果振荡电路没有能量损失，也不受外界影响，这
7、时的周期和频率分别叫做_周期和_频率。3周期和频率公式T_，f12 LC。周期性 固有 固有 2 LC判一判(1)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。()(2)电磁波中的电场与磁场互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。()(3)电磁波的速度等于光速c，光的本质是电磁波。()(4)LC振荡电路是最简单的振荡电路。()(5)在LC振荡电路里，随着电容器的充放电，电场能与磁场能不断地转化。()(6)改变振荡电路中电容器的电容或线圈的电感，就可以改变振荡电路的周期。()选一选(多选)一台电子钟，是利用LC振荡电路来制成的，在家使用一段时间后，发现每昼夜总是快1 min，造成
8、这种现象的可能原因是()AL不变C变大了 BL不变C变小了CL变小了C不变DL、C均减小了BCD 解析：钟走得偏快了是因为钟的 LC 振荡电路频率变大，周期变短，根据 T2 LC可以知道，周期变短可能是 LC 的值变小。想一想如图所示，某同学正在回答“神舟十号”航天员王亚平的问题，请问她们的通话是通过机械波进行的还是通过电磁波进行的？为什么？答案：电磁波。因为机械波的传播离不开介质，而电磁波可以在真空中传播。课 内 互 动 探 究如图所示是赫兹实验的装置示意图，请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题？提示：实验演示了电磁波的发射和接收，验证了麦克斯韦电磁场理论。探究一 对麦克斯韦电磁场理论及电磁
9、波的理解一、电磁场1电磁场理论的核心之一变化的磁场产生电场。2电磁场理论的核心之二变化的电场产生磁场。3麦克斯韦电磁波理论的理解(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。4电磁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。二、电磁波1电磁波的特点(1)电磁波是横波，在传播方向上的任一点E和B随时间做正弦规律变化，E与B彼此垂直且与传播方向垂直。(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中的电磁波
10、的传播速度跟光速相同，即c3.00108 m/s。(3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。电磁波与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象。2.电磁波的波速、波长与频率的关系cf cf说明：同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变。在介质中的速度都比真空中速度小。不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大。特别提醒：(1)变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。(2)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。(3)有单独存在的静电场，也有单独存
11、在的静磁场，但没有静止的电磁场。(2018吉林省扶余市第一中学高二下学期期中)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是()A有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场B在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场C均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D振荡的电场在周围空间一定产生同频率振荡的磁场D解题指导：在理解麦克斯韦电磁场理论时，要注意静电场(恒定磁场)不产生磁场(电场)，还要注意根据电场或磁场的变化情况来确定会产生什么样的磁场或电场。解析：根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的
12、磁场，只有选项D正确。对点训练1(多选)(2018山东济南市高三模拟)各磁场的磁感应强度B随时间t变化的情况如图所示，其中能产生持续电磁波的是()BD解析：根据麦克斯韦的电磁场理论，可知A图的磁场是恒定的，不能产生电场，更不能产生电磁波；B图的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生持续的电磁波；C图的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能再产生磁场，因此不能产生持续的电磁波；D图的磁场是周期性变化的，能产生周期性变化的电场，故能产生持续的电磁波。如图所示电路叫做电磁振荡电路，又叫做LC回路。给该电路提供能量后，利用电容器的充放电和线圈产生的自感作用，可以实现哪
13、两种能量之间的相互转化？探究二 振荡过程中各物理量的变化 提示：电场能和磁场能1电磁振荡的产生过程在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷量、通过线圈的电流以及跟电流和电荷量相联系的磁场和电场都发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡。振荡过程中的充放电过程如下图所示。2电磁振荡的周期和频率(1)决定因素LC 振荡电路的周期 T2 LC和频率 f12 LC只与自感系统 L 和电容 C有关，与其他因素无关。电容 C 与正对面积 S，板间距离 d 及介电常数 有关即根据 C S4kd判断；电感 L 与线圈的匝数、粗细、有无铁芯、长度等因素有关。(2)各物理量的变化规律LC 回路中的电流 i
14、、线圈中的磁感应强度 B、电容器极板间的电场强度 E 的变化周期就是 LC 回路的振荡周期 T2 LC，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期 T2 LC，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们是标量没有方向，所以变化周期 T是振荡周期 T 的一半，即 TT2 LC。特别提醒：(1)LC回路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定，与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关，所以称为LC电路的固有周期或固有频率。(2)使用周期公式时，一定要注意单位，T、L、C、f的单位分别是秒
15、(s)、亨(H)、法(F)、赫(Hz)。(多选)如图表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是()A电容器正在充电B电感线圈中的磁场能正在增加C电感线圈中的电流正在增大D此时刻自感电动势正在阻碍电流增大BCD 解题指导：自感电动势正在阻碍电流增大 由磁场方向结合电容器极板带电 电容器正在放电 电流增大，磁场能增强解析：由图中磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流向着电容器带负电的极板流动，也就是电容器处于放电过程中，这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流和线圈中磁场能处于增加过程，由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增加。综上所述，B、C、D正确。对点训练2(多选)要增
16、大如图所示振荡电路的频率，下列说法中正确的是()A减少电容器的带电荷量B将开关S从“1”位置拨到“2”位置C在线圈中插入磁铁棒芯D将电容器的动片旋出些BD解析：根据公式 f12 LC可知要增大 f，必须减小 L 和 C 二者之积。C 跟电容器的带电荷量无关，减小两极板的正对面积、增大两极板间的距离，从两极板间抽出电介质都可减小电容 C，因此，A 不正确，D 正确；线圈匝数越少，抽出铁芯，L 越小，可见 B 正确，C 不正确。核 心 素 养 提 升电磁波与机械波的区别与联系机械波电磁波对象研究力学现象研究电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周期性变化电场E和磁感应强度B随时间和空间做周期
17、性变化传播传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系产生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发联系都具有波的一切特性，例如干涉、衍射、反射、折射等性质，它们的波速、波长与频率的关系都是vf，都能传播能量。(多选)电磁波与声波比较，下列说法正确的是()A电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大D电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定，与频率无关ABC 解析：A、B 均与事实相符，所以 A、B 正确；由空气进入水中时，根据 vf，电磁波波速变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，所以 C 正确；电磁波在介质中的速度与介质有关，也与频率有关，在同一介质中，频率越大，波速越小，所以 D 错误。课 内 课 堂 达 标课 后 课 时 作 业