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第1节电磁波的发现第2节电磁振荡学习目标素养提炼1.了解麦克斯韦电磁场理论的基础内容以及在物理学发展史上的物理意义．2.了解电磁波的基本特点及其发展过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质．3.理解振荡电磁波、振荡电路及LC电路的概念，了解LC回路中振荡电流的产生过程．4.了解电磁振荡的周期与频率，会求LC电路的周期与频率.物理观念：电磁波、振荡电路、振荡电流科学思维：麦克斯韦电磁场理论、电磁振荡的周期与频率01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、伟大的预言1．变化的磁场产生电场(1)实验基础：如图甲所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生____________．甲感应电流(2)麦克斯韦对该问题的见解：电路里有____________产生，一定是变化的________产生了电场，如图乙所示，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动．该现象的实质：变化的________产生了电场．乙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，那么，变化的电场也会在空间产生________．感应电流磁场磁场磁场[思考]麦克斯韦提出“变化的电场产生磁场”这一假说的依据是什么？法拉第在知道了奥斯特发现了电流的磁效应之后，为什么坚信磁生电？提示：麦克斯韦和法拉第都是因为确信自然规律应当是和谐统一的，具有对称性．二、电磁波1．电磁波的产生：变化的电场和变化的磁场交替产生，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，电磁波在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相________，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质，他预言电磁波的速度等于________．电磁波垂直垂直横光速4．电磁波的实验证实(1)赫兹利用如图所示的实验装置，证实了________的存在．(2)赫兹的其他实验成果：赫兹通过一系列的实验，观察到了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，并通过测量证明，电磁波在真空中具有与光相同的________，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论．电磁波速度c[判断正误](1)电磁波在真空和介质中传播速度相同．()(2)只要有电场和磁场，就能产生电磁波．()(3)电磁波在同种介质中只能沿直线传播．()三、电磁振荡的产生1．振荡电流：大小和方向都做________迅速变化的电流．2．振荡电路：能产生____________的电路．×××周期性振荡电流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S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，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐________．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．自感充电增加最大磁场能电场能热量电磁波[判断正误](1)LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小．()(2)LC振荡电路的电容器极板上电荷量最多时，电场能最大．()(3)LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷一定减少．()(4)LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大．()四、电磁振荡的周期和频率1．周期：电磁振荡完成一次____________需要的时间．2．频率：1s内完成的______________的次数．如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分别叫作________周期、________频率．×√√√周期性变化周期性变化固有固有3．周期和频率公式：T＝2πLC，f＝12πLC.[判断正误](1)LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板充满负电荷为止，这一段时间为一个周期．()(2)要提高LC振荡电路的振荡频率，可以减小电容器极板的正对面积．()(3)LC振荡电路线圈的自感系数增大为原来的4倍，振荡周期增大为原来的2倍．()(4)提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大．()×√√×要点一对麦克斯韦电磁场理论的理解[探究导入]电子感应加速器就是用来获得高速电子的装置，其基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电磁铁线圈中通入变化的电流，真空室中的带电粒子就会被加速，其速率会越来越大．请思考：带电粒子受到什么力的作用而被加速？如果线圈中通以恒定电流会使粒子加速吗？这个现象告诉我们什么道理？提示：电荷受到电场力作用做加速运动．线圈中通入恒定电流时，粒子不会被加速．变化的磁场能产生电场．1．电磁场的产生：如果在空间某处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．2．麦克斯韦电磁场理论的要点(1)恒定的磁场不会产生电场．同样，恒定的电场也不会产生磁场．(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场．(3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场，同样，振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场．[典例1]根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是()A．恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场B．变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场D．均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场[解析]麦克斯韦的电磁场理论的核心内容是：变化的电场周围产生磁场；变化的磁场周围产生电场．对此理论全面正确的理解为：不变化的电场周围不产生磁场；变化的电场周围可以产生变化的磁场，也可以产生不变化的磁场；均匀变化的电场周围产生恒定的磁场．变化的磁场产生电场的规律与以上类似，故正确答案为D.[答案]D[规律总结]麦克斯韦电磁场理论的关键是理解掌握四个关键词：“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的”，这些都是对时间来说的，是时间的函数．1．(多选)关于电磁场理论的叙述正确的是()A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B．周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场C．变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D．电场周围不一定存在磁场，磁场周围不一定存在电场解析：变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路电场仍然存在，A对．若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C错．电场(或磁场)周围不一定存在磁场(或电场)，D对．答案：ABD2．(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是()解析：A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A图中的下图是错误的．B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生恒定的磁场，下图的磁场是恒定的，所以B图正确．C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差π2，C图是正确的．D图的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图象与上图相比较，相位相差π，故不正确，所以只有B、C两图正确．答案：BC要点二电磁波与机械波的对比[探究导入]新华社北京2019年6月18日电国家主席习近平18日应约同美国总统特朗普通电话．特朗普表示，我期待着同习近平主席在二十国集团领导人大阪峰会期间再次会晤，就双边关系和我们共同关心的问题进行深入沟通．(1)习总书记的声音是怎样传递给特朗普的？提示：(2)介质对声波和电磁波的传播速度的影响有什么不同？提示：声波的传播速度由介质决定，与频率无关，即同种介质不同频率的声波传播速度相同．电磁波在真空中传播速度相同，均为3×108m/s.在同种介质中不同频率的电磁波传播速度不同，频率越大传播速度越小．(3)机械波和电磁波的传播本质区别是什么？提示：声波不能在真空中传播，电磁波能在真空中传播，其原因是：声波传播的是振动形式，通过振动形式传递能量，其本身不是物质，故不能在真空中传播；而电磁波是电磁场在空间的传播，本身就是物质，在真空中可以传播．电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两种波因产生机理不同，除具有波的共性外，还有不同之处.机械波电磁波周期性位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播情况传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播不需要介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质及频率有关机械波电磁波产生机理由(波源)质点的振动产生由电磁振荡(周期性变化的电流)激发是否横波可以是是是否纵波可以是否干涉现象满足干涉条件时均能发生干涉现象衍射现象满足明显衍射条件时均能发生明显衍射[典例2](多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是()A．机械波与电磁波本质上是一致的B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，还与电磁波的频率有关C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象[解析]机械波由振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生；机械波传播需要介质，波速由介质决定；电磁波的传播不需要介质，波速由介质和本身频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，故选项B、C、D正确．[答案]BCD[规律总结](1)电磁波和机械波都遵循波长、波速、频率的关系公式λ＝vf，电磁波进入介质遵循公式n＝cv.(2)机械波的传播需要介质，电磁波的传播不需要介质．3．(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，电磁波波长变短，声波波长变长D．由空气进入水中时，电磁波波长变长，声波波长变短解析：电磁波传播不需要介质，而声波属于机械波，声波传播离不开介质，A正确；电磁波在空气中的速度接近光在真空中的速度，进入水中速度变小，而声波进入水中速度反而比空气中大，B正确；由v＝λf，电磁波或声波由一种介质进入另一种介质时，频率不变，可见波速v与波长λ成正比，C正确，D错误．答案：ABC4．(多选)电磁波与机械波相比较，下列说法正确的是()A．电磁波传播不需要介质，机械波传播也不需要介质B．电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质C．电磁波在任何介质中传播速度都相同，机械波的速度大小取决于介质D．机械波有横波、纵波，而电磁波只有横波解析：电磁波传播不需要介质，而机械波的传播需要介质，A错误，B正确．不同频率的机械波在同一种介质中传播速度相同(例如男女声大合唱)，不同频率的电磁波在同一种介质中传播速度不同(例如光的色散)，C错误．由二者的特性可知D正确．答案：BD要点三电磁振荡中对应变化的关系[探究导入]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，电容器通过线圈放电，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生