4.1 电磁波的产生（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

第1节　电磁波的产生 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 栏目索引 必备知识 自主学习 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 必备知识 自主学习 涡旋电场 感生电场 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 变化 涡旋磁场 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 电磁场 电磁波 频率 光速 电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 间隙处 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 电磁波 麦克斯韦 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 × √ 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 方向 振荡电流 变化 转化 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 周期性 周期性变化 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 × √ × 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 谢谢观看！ 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第4章　电磁波 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 能初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，了解电磁振荡的内涵，知道场的统一性与多样性。 会分析电磁振荡过程中极板上的电荷量、板间电场强度、电场能和线圈中的电流、磁感应强度、磁场能等物理量的变化规律。 了解赫兹发现电磁波过程，能用自己的语言解释赫兹实验。 能体会物理学对统一性的追求，能体会理论预言在科学发展中的作用，以及实验证据对新理论的支撑作用；能体会麦克斯韦电磁场理论的基本思想，感受麦克斯韦电磁场理论的美妙。 知识点一 麦克斯韦的预言、赫兹实验 1.变化的磁场周围会产生电场 麦克斯韦提出假设：在变化的磁场周围会激发出一种电场——____________(也叫____________，如图所示)，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的涡旋电场总是存在的。 2．变化的电场周围会产生磁场 麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生______，就会在其周围产生____________，如图所示。 3．电磁波 (1)交变的电场和交变的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的_________。这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了_________。 (2)自然界存在许多不同______的电磁波，它们都以______在空间传播，可见光只不过是人眼可以看得见的、频率范围很小的_________。 4．赫兹实验 (1)赫兹实验原理示意图： (2)实验现象❶：当感应线圈两极相连的金属球间有火花跳过时，环的_________也有火花跳过。 (3)实验结论：赫兹证实了_________的存在。 (4)实验意义：证明了____________的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。 1．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场。(　 　) 2．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场。(　 　) 知识点二 电磁振荡❷ 1.振荡电流：大小和______都周期性变化的电流。 2．振荡电路：产生____________的电路。 3．LC振荡电路：由电感线圈L和电容器C所组成的一种基本的振荡电路。 4．电磁振荡：在LC振荡电路中，与振荡电流相联系的电场和磁场发生周期性交替______，电场能和磁场能相互______的现象。 5．电磁振荡的周期和频率 (1)周期T：完成一次_________变化的时间，T＝_________。 (2)频率f：在一段时间内完成_______________的次数与这段时间之比，f＝ _____________。 2π eq \r(LC) eq \f(1,2π\r(LC)) 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振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大。(　 　) 3．通过减小电容器的电容可以使电磁振荡的频率减小。(　 　) 批注❶：火花在A、B间来回跳动时，在周围空间建立了一个迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波经过接收器时，导致接收器产生感应电动势，使接收器两球间隙处产生电压，当电压足够高时，两球之间产生火花放电现象。 批注❷：如何理解电磁振荡中的“电”和“磁”？ 提示：电磁振荡中的“电”不仅指电容器两极板上的电荷，也指该电荷产生的电场(电场强度、电势差、电场能)；“磁”不仅指线圈中的电流，也指该电流产生的磁场(磁场能、磁感应强度)。电磁振荡是指这些电荷、电场、电流、磁场都随时间做周期性迅速变化的现象。 探究点一　麦克斯韦的电磁场理论　(科学思维之提升) ►情境探究 若某一空间存在按如图所示规律变化的电场，那么在该空间 (1)能否产生磁场？为什么？ (2)会不会形成电磁波？ 提示：(1)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。 (2)因磁场恒定，不会激发出新的电场，故不会产生电磁波。 ►探究归纳 1．电磁场的产生：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，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场一环套一环，如图所示。 2．对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场产生恒定的磁场 均匀变化的磁场产生恒定的电场 不均匀变化的电场产生变化的磁场 不均匀变化的磁场产生变化的电场 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 ►对点例练 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 D　解析：麦克斯韦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；不均匀变化的电场周围产生变化的磁场；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，D正确。 [练1] 下列是一些磁场的磁感应强度B随时间t变化的图像，请问能够产生稳定电场的是哪个？并说明理由。 INCLUDEPICTURE "C:\\program files\\tencent\\qq\\users\\307483249\\filerecv\\WLXB2545A.TIF" \* MERGEFORMATINET 答案：乙，见解析 解析：由麦克斯韦电磁场理论可知，变化的磁场产生电场，因此恒定的磁场周围不产生电场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场。由图可知，只有乙中磁场是均匀变化的，故乙能在磁场周围产生稳定的电场。 探究点二　电磁振荡的变化规律　(科学思维之提升) ►情境探究 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，使电容器通过线圈放电。 (1)电容器通过线圈放电的过程中，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)在电容器反向充电的过程中，线圈中的电流如何变化？电容器和线圈中的能量是如何转化的？ (3)线圈中自感电动势的作用是什么？ 提示：(1)电容器放电的过程中，线圈中的电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能。 (2)在电容器反向充电的过程中，线圈中的电流逐渐减小，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。 (3)自感电动势的作用是阻碍线圈中电流的变化。 ►探究归纳 1．用图像对应i、q的变化关系(如图所示) 2．相关量与电路状态的对应情况 电路状态 a b c d e 时刻t 0 eq \f(T,4) eq \f(T,2) eq \f(3T,4) T 电荷 量q 最多 0 最多 0 最多 电场能 最大 0 最大 0 最大 电流i 0 正向最大 0 反向最大 0 磁场能 0 最大 0 最大 0 3.几个关系 (1)同步同变关系 在LC振荡过程中： 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↑)。 振荡电流i、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振荡过程中，q、E、EE增大时，线圈中的三个物理量i、B、EB减小，且它们的变化是同步的，也即同步异向变化，则有q、E、EE↑→i、B、EB↓。 ►对点例练 A．在t1时刻，线圈中的磁场能最大 B．在t2时刻，电容器的电场能最大 C．0到t1时间内，电容器正在充电，上极板带正电 D．t1到t2时间内，电容器正在放电，上极板带负电 D　解析：0到t1时间内，电流为正，且正在减小，即电流为逆时针方向减小，说明电容器正在充电，电流方向为正电荷的运动方向，所以上极板带负电。在t1时刻，电流最小，而线圈中的磁场能与电流同步变化，则在t1时刻，线圈中的磁场能最小，A、C错误；t1到t2时间内，电流为负，且正在增加，即电流为顺时针方向增加，说明电容器正在放电，电流方向为正电荷的运动方向，所以上极板带负电。在t2时刻，电流最大，电流的变化率为零，电容器的电荷量为零，电场能最小，B错误，D正确。 [练2] (2021·浙江慈溪高二期末)如图为LC振荡电路在t＝0时刻的状态，该时刻电容器放电刚结束，已知线圈的自感系数为0.4 H，电容器的电容为40 μF，下列说法正确的是(　　) A．t＝π×10－3 s时，线圈中的自感电动势在减小 B．t＝3π×10－3 s时，电容中的电场方向向下，电场强度逐渐减小 C．t＝5π×10－3 s时，线圈中的磁感应强度逐渐增大，方向向下 D．t＝7π×10－3 s时，电容中的电场方向向下，电路中电流逐渐增大 D　解析：由T＝2π eq \r(LC) ，代入数据可得电磁振荡的周期T＝8π×10－3 s，t＝0时刻，电容器放电刚结束，电路中的电流和线圈中的磁感应强度最大；t＝π×10－3 s时，电路中的电流在减小，磁通量的变化量减小，由楞次定律得，线圈中的自感电动势增大，A错误；t＝2π×10－3 s时，电路中的电流为0，此时电容器上极板带负电，下极板带正电，在2π×10－3 s<t<4π×10－3 s时，电路中的电流增大，电容器反向放电，因此电场强度减小，且方向向上，B错误；t＝5π×10－3 s时，电路中的电流为负值，回路中电流方向为顺时针，电流大小在减小，根据安培定则判断，线圈中的磁感应强度方向向下，大小逐渐减小，C错误；t＝7π×10－3 s时，电流正向增大，则上极板带正电，下极板带负电，电场方向向下，D正确。 LC振荡电路充、放电的判断方法 (1)根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，电路处于充电状态；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，电路处于放电状态。 (2)根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁感应强度B)减小时，电路处于充电状态；反之，电路处于放电状态。 (3)根据能量判断：电场能增加时，电路处于充电状态；磁场能增加时，电路处于放电状态 eq \o(。,\s\do4(　,)) 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练3] (科技情境)(2021·江苏盐城时杨中学高二期中)如图所示是我国500 m口径球面射电望远镜(FAST)，它可以接收来自宇宙深处的电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是(　　) A．赫兹预言了电磁波的存在 B．麦克斯韦通过实验捕捉到了电磁波 C．频率越高的电磁波，波长越长 D．电磁波可以传递信息和能量 D　解析：赫兹证明了电磁波的存在，A错误；赫兹是最早用实验证实电磁波存在、证明麦克斯韦电磁场理论的科学家，B错误；频率越高的电磁波，波长越短，C错误；电磁波可以传递信息和能量，D正确。 [练4] (生活情境)(多选)(2021·浙江湖州高二期末)某中、短波双波段收音机的接收电路(部分)如图甲所示，乙图是该电路的原理图，通过切换开关S可使可变电容C分别与L1(线圈ad)和L2(线圈bd)组成LC回路，下列判断正确的是(　　) A．要接收短波电台应将S拨到a B．S接a后将可变电容动片旋入一些可接收更高频率的信号 C．要接收短波电台应将S拨到b D．S接b后将可变电容动片旋入一些可接收波长更长的信号 AD　解析：振荡电路的周期公式为T＝2π eq \r(LC) ，将S拨到a，L变小，T变小，适合接收短波，A正确，C错误；S接a后将可变电容动片旋入一些，使电容正对面积S变大，由C＝ eq \f(εS,4πkd) 可知，C变大，振荡周期T变大，频率f变小，故可接收更低频率的信号，B错误；S接b后L变大，将可变电容动片旋入一些，C变大，振荡周期T变大，故可接收波长更长的信号，D正确。 $$