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2013年沪科物理选修3-4同步课件:3.2电磁波的发现.ppt

2013年沪科物理选修3-4同步课件:3.2电磁波的发现

教育文库
2018-11-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《2013年沪科物理选修3-4同步课件:3.2电磁波的发现ppt》,可适用于高中教育领域

. 电磁波的发现核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案课标定位学习目标:知道赫兹实验以及它的重大意义..知道什么是振荡电路和振荡电流以及LC回路中振荡电流的产生过程..知道产生电磁振荡过程中LC振荡电路中的能量转换情况..知道什么样的电磁振荡和电路有利于向外发射电磁波..知道电磁波的基本特点.重点难点:LC电路产生的电磁振荡的周期和频率以及规律.一、电磁波预言的实现赫兹实验赫兹首先在实验中发现了用事实证明了理论的正确性.二、电磁振荡.电磁振荡的产生()振荡电流和振荡电路①振荡电流:大小和方向都做迅速变化的电流.②振荡电路:产生的电路.③LC振荡电路:由和组成是最简单的振荡电路.电磁波麦克斯韦电磁场周期性振荡电流线圈L电容器C()电磁振荡的产生①如图--所示电容器充电完毕后将开关S掷向b这一瞬间电容器开始放电电路中没有电流此时电容器里最强电路里的能量全部以的形式储存在电容器的电场中.图--电场电场能②电容器开始放电后由于线圈的自感作用放电电流由零逐渐增大此过程中电容器极板上的逐渐减小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振荡电流逐渐增大直到放电完毕电流达到最大.电荷磁场能③电容器放电完毕时由于线圈的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此过程中线圈的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直到充电完毕电流减小为零.自感磁场.电磁振荡的周期和频率()周期:电磁振荡完成需要的时间.()频率:s内完成的周期性变化的.()说明:如果没有能量损失也不受其他外界影响这时的周期和频率叫振荡电路的和简称振荡电路的周期和频率.一次周期性变化次数固有周期固有频率.LC电路的周期(频率)的决定因素电容越大线圈的自感系数越大时电容器充、放电的时间越长LC电路振荡的周期就越大理论分析表明LC电路的周期T与自感系数L、电容C的关系式是所以其振荡的频率可见用可变电容器或可变电感线圈组成电路就可以根据需要改变振荡电路的周期和频率.T=πeqr(LC)f=eqf(,πr(LC))三、电磁波的发射如图--所示是发射无线电波的装置虚线框内是发射无线电波的电路其中①是②是振荡器产生的高频振荡电流通过L与L的作用使L中产生同频率的高频振荡电流在虚线框内电路中激发出无线电波向周围空间发射.开放天线地线互感图--*能量四、电磁波的特点.电磁波中的电场强度、磁感应强度与波的传播方向两两垂直是横波..电磁波的传播不需要介质电磁波在真空中的传播速度为×msv=eqf(λ,T)对电磁波也适用..电磁波能产生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象..电磁波也具有.一、电磁振荡过程分析已充电的电容器刚要放电的瞬间电路里没有电流电容器两极板上的电荷量最多此时电场能最强磁场能最弱.电容器开始放电后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零逐渐增大同时电容器极板上的电压逐渐减少到放电完毕的瞬间电容器极板上没有电荷放电电流达到最大值在这个过程中电容器里的电场能逐渐减弱磁场能逐渐增强到放电完毕的瞬间电场能全部转化为磁场能.在电磁振荡过程中电容器极板上的电荷量、电路中的电流、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度都随时间做周期性变化电场能与磁场能发生周期性的相互转化如图--所示.图--二、LC振荡电路一个周期内的几个特别状态振荡电路的状态时刻t=t=eqf(T,)t=eqf(T,)T=eqf(,)TT电容器极板上的电量最大零最大零最大振荡电流ii=正向最大i=反向最大i=电场能最大零最大零最大磁场能零最大零最大零即时应用(即时突破小试牛刀).LC振荡电路中通过P点的电流变化规律如图--所示.现规定过P点向右的电流为正则(  )A.s至s时间内电容器充电B.s至s时间内电容器上极板带的是正电C.s至s时间内磁场能正在转化为电场能D.s至s时间内Q点的电势比P点的电势高图--解析:选AD由振荡电路的图像可知在s至s时间内电流为正方向且电流值正在减小所以依题规定的电流正方向知在s~s的时间内LC回路中的电流是顺时针的而且电容器C正在充电.由充电电流是由电容器C的负极板流出流向正极板可知在s~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LC振荡电路图像知在s至s时间内电流为负电流且电流的值正在增大由题所规定的电流正方向知此时间内LC回路中的电流是逆时针的即由Q点经电感L流向P点所以Q点电势比P点高而且由于电流值正在增大所以电场能正在转化为磁场能选项C错误选项D正确.故选A、D三、影响电磁振荡的周期和频率的因素.由电磁振荡的周期公式T=πeqr(LC)知要改变电磁振荡的周期和频率必须改变线圈的自感系数L或者电容器的电容C.影响线圈自感系数L的因素有:线圈的匝数、有无铁芯及线圈截面积和长度.匝数越多自感系数L越大有铁芯的线圈自感系数比无铁芯的线圈自感系数大..影响电容器的电容C的因素:两极板正对面积S、两板间介电常数ε以及两板间距d由C=eqf(εS,πkd)(平行板电容器的电容)不难判断ε、S、d变化时电容C变化.一般来说电容器两极板间的正对面积的改变较为方便只需要将可变电容器的动片旋出或旋入便可改变电容C的大小所以通常用改变电容器正对面积的方法改变LC振荡电路的振荡周期和频率.即时应用(即时突破小试牛刀).在LC振荡电路中用以下的哪种办法可以使振荡频率增加一倍(  )A.自感L和电容C都增大一倍B.自感L增大一倍电容C减小一半C.自感L减小一半电容C增大一倍D.自感L和电容C都减小一半解析:选D由LC振荡电路的频率f=eqf(,πr(LC))当自感系数L和电容C都减小一半时其振荡频率恰好增大一倍.四、电磁波与机械波的比较机械波电磁波研究对象力学现象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强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播途径传播需要介质波速与传播介质有关、与频率无关可分为横波和纵波传播不需要介质在真空中波速总是等于光速在介质中传播时波速与介质及频率都有关产生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发即时应用(即时突破小试牛刀).电磁波与机械波相比较有(  )A.电磁波传播不需要介质机械波传播需要介质B.电磁波在任何介质中传播速率都相同机械波在同一介质中传播速率都相同C.电磁波与机械波都不能产生干涉D.电磁波与机械波都能产生衍射解析:选AD电磁波与机械波都具有波的共性都可以发生反射、折射、干涉、衍射等现象但它们的性质是不同的产生的方法也不一样.机械波是振动在介质中的传播过程没有介质是不可能产生机械波的但电磁波可以不需要介质且在真空中传播的速度都是光速.在介质中机械波的波速由介质的性质决定与频率无关而电磁波在介质中的波速却和频率有关两种波由一种介质进入另一种介质频率是不变的.故正确答案为A、DLC振荡电路中电容器两极板上的电压u随时间t变化的图像如图--所示由图可知(  )A.在t时刻电路中的磁场能最小B.从t到t电路中的电流不断变小C.从t到t电容器极板上的带电荷量增多D.在t时刻电容器中的电场能最小图--【精讲精析】 电磁振荡中随振荡电流i同步变化的有磁感应强度B和磁场能随电容器上电荷量q同步变化的有板间电压U、场强E和电场能.当其中一组量变大时另一组量变小.在t时刻电容器两端的电压最大电场能最大磁场最小故A正确从t到t电容器两端的电压减小电容器极板上带电荷量减小因此电路中电流增大故B错误从t到t电容器两端电压增大因此带电荷量增加故C正确在t时刻电容器上电压为零场强也为零电场能最小故D正确.【答案】 ACD【方法总结】 由于欧姆定律形成的思维定势B选项中从t到t电路中电压变小误判电流也变小.注意LC电路与纯电阻电路的区别在同一电阻上U变大i也变大在LC电路上U变大i反而变小.变式训练 某时刻LC振荡电路的状态如图--所示则此时刻(  )A.振荡电流i在减小B.振荡电流i在增大C.电场能正在向磁场能变化D.磁场能正在向电场能变化图--解析:选AD由图中上极板带正电荷下极板带负电荷及电流的方向可判断出正电荷在向正极板聚集说明电容器极板上电荷在增加电容器正在充电.电容器充电的过程中电流减小磁场能向电场能转化.正确选项为A、D在LC振荡电路中线圈的自感系数L=mH电容C=μF()该回路的周期多大?()设t=时电容器上电压最大在t=×-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?【自主解答】 ()T=πeqr(LC)=××eqr(×-××-)s=×-s()因为t=×-s相当于个周期故eqf(T,)<T<eqf(,)T所以当t=×-s时LC回路中的电磁振荡正处在第二个eqf(T,)的变化过程中.图--t=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eqf(,)T内电容器放电电流由零增至最大第二个eqf(,)T内电容器被反向充电电流由最大减小到零.【答案】 见自主解答显然在t=×-s时即在第二个eqf(,)T内线圈中的电流在减小电容器正处在反向充电过程中.【方法总结】 ()分解过程:把整个振荡周期分成四个eqf(,)T分别研究每一个eqf(,)T内各量的变化情况.()电容器充、放电过程中电流的变化特征:电容器充电过程中电容器带电量越来越多电流越来越小充电完毕时电流为零电容器放电过程中电容器带电量越来越少电流越来越大放电完毕时电流最大.变式训练 一个LC振荡电路能与波长为λ的电磁波发生电谐振今若要接收波长为λ的电磁波保持线圈不变则其电容应变为原来的倍.答案:解析:由v=λf得f=vλ又知f=eqf(,πr(LC))故有eqf(v,λ)=eqf(,πr(LC))①eqf(v,λ)=eqf(,πr(LC))②联立方程①②求得C=C*

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