第四章 第一、二节电磁振荡 麦克斯韦电磁场理论（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

第一节　电磁振荡 第二节　麦克斯韦电磁场理论 课程内容要求 核心素养提炼 1．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求． 2．通过实验，了解电磁振荡 1．物理观念：知道什么是LC振荡电路和振荡电流． 2．物理观念：知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程，知道电磁振荡过程中能量转化情况． 3．物理观念：了解电磁波的基本特点及其发现过程． 4．科学思维：会求LC振荡电路的周期与频率． 5．科学探究：探究电磁振荡过程中各物理量的变化规律． 6．科学态度与责任：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 [对应学生用书P84] 1．振荡电流：大小和方向都做周期性变化的电流． 2．振荡电路：产生振荡电流的电路． 3．LC振荡电路的放电、充电过程 (1)电容器放电：如图中当开关从1接到2时，电容器开始放电，由于线圈有自感作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，电容器极板上的电荷逐渐减少，放电完毕时，电容器极板上没有电荷，放电电流达到最大值． (2)电容器充电：电容器放电完毕时，线圈有自感作用，电流并不会立刻减小为零，而会保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始反向充电，极板上的电荷逐渐增多，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到最大值． 4．电磁振荡：在整个过程中，电路中的电流、电容器极板上的电荷量、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度，都随时间周期性地变化． [判断] (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．(√) (1)电容器放电过程中，从能量的观点来看，电容器刚要放电时，电路里的能量全部储存在电容器的电场中，电容器放电的过程，就是电场能逐渐转化为磁场能的过程． (2)电容器充电过程中，从能量的观点来看，磁场能逐渐转化为电场能． (3)在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化．如果没有能量损失，振荡可以永远持续下去，振荡电流的振幅保持不变． [思考] 在电磁振荡的过程中，电场能与磁场能相互转化，什么时候磁场能最大？ 提示　电容器放电刚结束时，电场能全部转化成了磁场能． 1．周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间． 2．频率：单位时间内完成的周期性变化的次数． 3．固有周期和固有频率：如果振荡电路没有能量损失也不受其他外界条件影响，这时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率． 4．周期和频率公式：T＝2π，f＝ . [判断] (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．(√) 1．两个基本假设：假设一 变化的磁场周围会产生电场 (1)实验基础：如图所示，在变化的磁场中放置一个闭合电路，电路中将会产生感应电流． (2)麦克斯韦对现象的分析：回路中有感应电流产生，一定是变化的磁场产生了电场，自由电荷在电场力作用下产生了定向移动． (3)麦克斯韦第一条假设：即使在变化的磁场周围没有闭合电路，空间仍然存在电场． 假设二 变化的电场周围会产生磁场 从场的观点出发，麦克斯韦假设：变化的电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场． 2．伟大的预言 (1)麦克斯韦对电磁波的预言：如果在空间某区域有周期性变化的电场，这个变化的电场就会在周围空间产生周期性变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的磁场和电场．这样，变化的电场和磁场由近及远向周围传播，形成了电磁波． (2)电磁波的特点： ①电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与电磁波的传播方向垂直，因此电磁波是横波． ②电磁波中的电场强度与磁感应强度都随时间作周期性变化，电磁波的频率即为电磁振荡的频率，由波源决定． ③电磁波的速度等于光速，光的本质是电磁波． 3．赫兹实验： (1)如图是赫兹实验装置，该实验证实了电磁波的存在． (2)赫兹的其它实验成果：赫兹通过一系列实验，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速度，证实了麦克斯韦的电磁场理论． [思考] 空间存在如图所示的电场，那么在空间能不能产生磁场？在空间能不能形成电磁波？ 提示　如题图所示的电场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知会在空间激发出磁场，但磁场恒定，不会激发出新的电场，故不会产生电磁波． [对应学生用书P86] 探究点一　电磁振荡 如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充