2022年秋新教材高中物理第四章电磁振荡与电磁波第一二节电磁振荡麦克斯韦电磁场理论课件粤教版选择性必修第二册

第四章电磁振荡与电磁波第一、二节　电磁振荡　麦克斯韦电磁场理论核心素养点击物理观念(1)了解电磁振荡，知道LC振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化情况及电场能与磁场能的转化情况。(2)了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，知道电磁波的概念。(3)了解电磁场是物质的一种形式，会从电磁场的物质性与能量传播的观点解释电磁波的发射与接收。科学思维(1)知道电磁振荡的周期与频率，会用其分析、解释有关问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。(2)经历分析电磁振荡周期与L、C关系的过程，体会定性分析推理的方法。科学探究实验观察电磁振荡中各物理量的变化过程。科学态度与责任了解麦克斯韦对电磁学的贡献，领会物理实验对物理学发展的基础意义。续 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 一、电磁振荡1．填一填(1)振荡电流：大小和方向都做变化的电流。(2)振荡电路：能产生的电路。(3)LC振荡电路：由线圈和电容器组成的振荡电路。(4)电磁振荡过程中能量的转化如图所示，先把开关置于电源一侧，为电容器充电，稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。周期性振荡电流①放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由0逐渐增大，同时电容器极板上的带电量逐渐。到放电完毕时，电容器极板上没有电荷，放电电流达到。此过程中，电容器储存的能逐渐转化为线圈的能。②充电过程：电容器放电完毕时，由于线圈的作用，电流并不会立即减小为0，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。此过程中线圈中的能逐渐转化为电容器的能。减少最大值电场磁场自感充电增多最大值磁场电场2．判一判(1)在LC振荡电路中，回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大。()(2)在LC振荡电路中，电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小。()(3)振荡电流的大小和方向均不断变化。()周期性次数√×√3．选一选要增大LC振荡电路的频率，可采取的办法是(　　)A．增大电容器两极板正对面积B．减少电容器的带电荷量C．在线圈中放入软铁棒作铁芯D．减少线圈匝数二、麦克斯韦电磁场理论1．填一填(1)19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦建立了完整的理论，并预言了_______的存在。(2)麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设①变化的磁场周围会产生。②变化的电场周围会产生。(3)电磁场：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，形成一个不可分离的统一体，称为电磁场。电磁场电磁波电场磁场联系(4)伟大的预言①电磁波：变化的电场和磁场由近及远地向周围空间形成电磁波。②电磁波的特点：a．电磁波是波。b．电磁波的频率由决定，与介质无关。c．电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，光波的本质是波。传播横波源电磁(5)赫兹实验①1888年，赫兹利用如下实验装置证实了的存在。②赫兹还观察到电磁波的反射、、干涉、衍射和偏振等现象，证明了电磁波在真空中的传播速度就是。2．判一判(1)电磁波在真空中和介质中传播的速度相同。()(2)只要有电场和磁场，就能产生电磁波。()(3)不同频率的电磁波在空间传播的速度是不同的。()电磁波折射光速×××3．想一想如图所示，为某电路的电场随时间变化的图像，那么，该变化的电场能否在空间产生电磁波？提示：电场均匀变化，产生的磁场恒定不变，故不会在空间产生电磁波。探究(一)　　电磁振荡过程分析[问题驱动]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。(1)电容器通过线圈放电过程中，线圈中的电流怎样变化？电容器的电场能转化为什么形式的能？(2)在如图所示的电路中，如果仅更换自感系数L更大的线圈，线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？振荡周期T会怎样变化？提示：(1)电容器放电过程中，线圈中的电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能。(2)自感电动势更大，“阻碍”作用更大，振荡周期变长。　　　　【重难释解】1．电磁振荡过程各物理量的变化规律续表2．振荡电流、极板带电量随时间的变化图像(如图所示)3．板间电压u(图1)、电场能EE(图2)、磁场能EB(图3)随时间变化的图像4．分类分析(1)同步关系：在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)线圈上的物理量：电流i、线圈里的磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)(2)同步异变关系：在LC振荡电路变化过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的，即：q、E、EE↑，i、B、EB↓。典例1　(多选)如图(a)所示，在LC振荡电路中，通过P点的电流变化规律如图(b)所示，且把通过P点向右的方向规定为电流i的正方向，则(　　)A．0.5～1s时间内，电容器C在放电B．0.5～1s时间内，电容器C的上极板带正电C．1～1.5s时间内，Q点的电势比P点的电势高D．1～1.5s时间内，电场能正在转变成磁场能[解析]　0.5～1s时间内，振荡电流是充电电流，充电电流是由负极板流向正极板，故A、B错误；1～1.5s时间内，振荡电流是放电电流，放电电流是由正极板流向负极板，由于电流为负值，所以由Q流向P，Q点的电势比P点的电势高，电场能正在转变成磁场能，故C、D正确。[答案]　CD【素养训练】1．(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．电容器正在放电B．电感线圈中的磁场能正在减少C．电感线圈中的电流正在减小D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大解析：由题图中电容器的正负极、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，而电流正在增大，线圈中磁场能正在增加，A正确，B、C错误；由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增大，D正确。答案：AD　2．(多选)要增大如图所示振荡电路的周期，下列说法中正确的是(　　)A．增加电容器的带电荷量B．将开关S从“1”位置拨到“2”位置C．在线圈中插入铁芯D．缩小电容器的两极板间的距离3．如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定回路中振荡电流的方向为逆时针时为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是(　　)探究(二)　　对麦克斯韦电磁场理论的理解[问题驱动](1)麦克斯韦根据什么认为“变化的磁场产生电场”？(2)关于“变化的电场产生磁场”的观点，麦克斯韦是在什么情况下提出的？提示：(1)麦克斯韦是基于电磁感应现象提出“变化的磁场产生电场”的假设。(2)“变化的电场产生磁场”，是麦克斯韦出于对自然规律的洞察力，很大胆的假设，也是更具创造性的假设。他认为：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场。　　　　【重难释解】1．对麦克斯韦电磁场理论的理解电场磁场恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场2.对电磁场的理解(1)电磁场的产生如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，形成了不可分割的统一体，这就是电磁场。(2)电磁场与静电场、磁场的比较三者可以在某空间混合存在，但由静电场和磁场混合的空间不属于电磁场。电磁场是电场、磁场相互激发，相互耦连形成的统一体。电磁场由近及远传播，形成电磁波，如图所示。典例2　(多选)如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于玻璃圆环内径的带正电荷的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，设运动过程中小球所带电荷量不变，那么(　　)A．小球对玻璃圆环的压力不断增大B．小球受到的磁场力不断增大C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动D．磁场力对小球一直不做功[解析]　玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电荷的小球做功。由楞次定律，判断电场方向为顺时针方向。在电场力作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，后沿顺时针方向做加速运动。小球在水平面内沿玻璃圆环半径方向受两个力作用：环的弹力FN和磁场的洛伦兹力F＝Bqv，而且两个力的矢量和时刻等于小球做圆周运动的向心力。考虑小球速度大小、方向以及磁场强弱的变化，弹力FN和洛伦兹力F不一定始终在增大。磁场力始终与小球做圆周运动的线速度方向垂直，所以磁场力对小球不做功。[答案]　CD(1)麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场。而产生的电场或磁场如何变化与原磁场或原电场的变化规律有关。(2)洛伦兹力对运动电荷永不做功，但变化的磁场产生的感应电场可以对运动电荷做功。【素养训练】1．关于电磁场的理论，下列说法正确的是(　　)A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B．变化的磁场周围产生的电场一定是变化的C．均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的D．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的解析：非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场产生稳定的磁场，所以变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场，但不一定变化，故A、B错误；均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，故C错误；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故D正确。答案：D　2．(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)的关系图像中(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(　　)3.(多选)某空间出现了如图所示的一组闭合的电场线，这可能是(　　)A．沿AB方向磁场在迅速减弱B．沿AB方向磁场在迅速增强C．沿BA方向磁场在迅速增强D．沿BA方向磁场在迅速减弱解析：根据电磁感应现象，闭合回路中的磁通量变化时，使闭合回路中产生感应电流，该电流可用楞次定律判断。根据麦克斯韦电磁场理论，闭合回路中产生感应电流，是因为闭合回路中受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空间内磁场变化产生的电场方向，仍然可用楞次定律判断，四指环绕方向即为感应电场的方向，由此可知A、C正确。答案：AC　探究(三)　　电磁波与机械波的比较[问题驱动]如图所示，2020年10月11日，嫦娥四号着陆器受光照成功自主唤醒，进入第23月昼工作期，并不断向控制中心发来图片。请问嫦娥四号发给地面控制中心的信息是通过机械波传播的还是通过电磁波传播的？为什么？提示：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。【重难释解】电磁波与机械波的比较 机械波电磁波实质力学现象电磁现象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特点传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关续表典例3　(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]　机械波由波源振动产生，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【素养训练】1．下列说法正确的是(　　)A．电磁波在真空中以光速c传播B．在空气中传播的声波是横波C．声波只能在空气中传播D．光需要介质才能传播解析：电磁波在真空中的传播速度为光速c，选项A正确；在空气中传播的声波是纵波，选项B错误；声波可以在气体中传播，也可以在液体、固体中传播，选项C错误；光可以在真空中传播，因此，光不需要介质也能传播，选项D错误。答案：A　2．(多选)关于电磁波和机械波，下列说法正确的是(　　)A．电磁波和机械波的传播都需要借助于介质B．电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切相关C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场解析：机械波的传播需要借助于介质，但电磁波的传播不需要借助介质，选项A错误；电磁波和机械波的传播速度都与介质有关，选项B错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，选项C正确；变化的电场产生磁场，选项D正确。答案：CD　3．(多选)关于电磁波与声波，下列说法正确的是(　　)A．电磁波是由电磁场发生的区域向远处传播，声波是声源的振动向远处传播B．电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需要介质C．由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大D．由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波的波长变小一、培养创新意识和创新思维1．(多选)如图所示是水下机器人PowerRay“小海鳐”，它在水下开启寻鱼模式可以通过声呐技术(通过发射声波和接收回波判断目标物的距离、方位和移动速度等信息)准确探测鱼群。它也能将水下鱼群信息通过无线电波传输上岸，由于在水中衰减快，其最大传输距离为80m。下列分析合理的是(　　)A．声波和无线电波在水中的传播速度相等B．无线电波在水中衰减指的是其频率不断减小C．发射声波后能形成回波是波的反射现象D．若接收回波频率大于发射声波的频率，说明鱼正在靠近解析：声音进入水中传播速度会增大，无线电波进入水中传播速度会减小，但两者的速度不相等，故A错误；无线电波进入水中时频率不变，波长变短，故B错误；发射声波后能形成回波是波的反射现象，故C正确；根据波的多普勒效应可知，若接收回波频率大于发射声波的频率，说明声源接近观察者，即鱼正在靠近，故D正确。答案：CD