2. 电磁波的产生与发射（导学案）物理沪科版选择性必修第二册

第2节 电磁波的产生与发射 1.物理观念：理解电磁振荡的概念，体会其中的电荷量、电流及能量的变化，能看懂无线电波发射和接收示意图。 2.科学思维：通过对振荡电路的分析,找到振荡电流变化过程中电场能与磁场能相互转化的规律，学会分析无线电波发射、接收的工作原理，养成科学思维的习惯。 3.科学探究：通过实物展示电视广播的发射和接收过程,锻炼学生对实际问题的研讨能力，培养学生实验探求知识的意识,增强求知欲望。 4.科学态度与责任：理解电磁振荡在人们生活中的作用，认识到物理学是基于人类有意识的探索而形成的对自然现象的描述与解释，体会科技的发展对社会的推动作用。 1.知道什么是振荡电流和振荡电路，知道有效发射电磁波的两个条件(重点)。 2.了解无线电波的特点及传播规律(重点)。 3.知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程、电磁振荡过程中的能量转化情况及LC振荡电路的周期和频率公式，并会进行相关的计算(难点)。 【知识回顾】 第八章 电磁振荡与电磁波 第1节 麦克斯韦电磁场理论 一、电磁场理论建立的基础 1.奥斯特：电流的 ，即“电生磁”； 2.法拉第： 现象，即“磁生电”。 3.基于统一和对称的假设，麦克斯韦提出了 理论。 二、麦克斯韦电磁场理论的主要观点 1.变化的磁场产生电场 (1)实验基础：在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生 。 (2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的 产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动。 (3)实质：变化的 产生了电场。 2.变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设，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 。 3.变化的电场和磁场总是 ，形成一个不可分割的统一的 。 三、电磁场理论的意义 1.变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它们形成一个不可分离的 ，这就是电磁场。 2.对麦克斯韦电磁理论的理解 四、电磁波的验证 1.麦克斯韦预言光是 ，即光是按电磁波规律传播的一种电磁振荡——光是一种电磁波。 2.德国物理学家 通过实验证实了电磁波的存在。 【自主预习】 第2节 电磁波的产生与发射 一、电磁振荡 1.振荡电流： 和 都做周期性迅速变化的电流。振荡电流实际上是指频率很高的交变电流。 2.振荡电路：产生 的电路。 3.LC振荡电路：由 和 组成的最简单的振荡电路。 4.电磁振荡：在LC振荡电路中，电路的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在 地变化。这种现象就是电磁振荡。 5.振荡规律： 6.LC电路的周期和频率公式：T= ，f= 。 二、电磁波的发射 有效发射电磁波的两个条件：1. 电路 2. 提高振荡 。 思考与讨论1 一、电磁振荡 1.归纳总结电磁振荡有关知识 2.分析电磁振荡规律，完成表格。 3.电容较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些?线圈的自感系数较大时,电容器充电、放电的时间会长些还是短些?根据讨论结果,定性分析LC电路的周期(频率)与电容C、电感L的关系。 示例1 在LC振荡电路中，某时刻线圈中电流产生的磁场方向和电容器极板的带电情况如图所示，则图示状态(　　) A.电容器刚好充电完毕 B.电容器的带电荷量在减小 C.线圈中的电流正在减小 D.磁场能正在向电场能转化 思考与讨论2 二、电磁波的发射 1.在如图所示的普通LC振荡电路中能否有效地发射电磁波？ 2.要想有效地将电磁波发射出去，需要具备以下条件： 示例2 (多选)如图所示为无线电波实际发射过程的示意图，如图甲、乙、丙所示为发射过程产生的电流图像，关于这三种图像，下列说法中正确的是(　　) A.图甲为高频振荡器产生的高频等幅振荡电流 B.图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号 C.图丙表示高频电磁波的振幅随信号的强弱而变 D.图丙表示高频电磁波的频率随信号的强弱而变 课堂小结： 1.LC振荡电路是一种简单且常见电路，在测量、自动控制、无线电通信及遥控等许多领域有着广泛的应用。如图甲所示，规定回路中顺时针方向的电流为正，电流i随时间t变化的规律如图乙所示。某时刻t电容器中向下的电场最强。则下列说法正确的是(　　) A.t时刻可能是t1时刻 B.t2时刻，电容器极板不带电 C.在t1~t2时间内，电容器正在放电 D.在t2~t3时间内，振荡电路中电场能正在向磁场能转化 2.要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是(　　) A.增大电容器两极板的间距 B.升高电容器的充电电压 C.增加线圈的匝数 D.在线圈中插入铁芯 3.某个智能玩具的声响开关与LC电路中的电流有关，如图所示为玩具内的LC振荡电路部分。已知线圈自感系数L=2.5×10-3 H，电容器电容C=4 μF，在电容器开始放电时(取t=0)，上极板带正电，下极板带负电，则(　　) A.LC振荡电路的周期T=π×10-4 s B.当t=π×10-4 s时，电容器上极板带正电 C.当t=×10-4 s时，电路中电流方向为顺时针 D.当t=×10-4 s时，电场能正转化为磁场能 4.(多选)为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了使用开放电路，还可以(　　) A.增大电容器极板间的距离 B.减小电容器极板的正对面积 C.减少线圈的匝数 D.采用低频振荡电流 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2节 电磁波的产生与发射 1.物理观念：理解电磁振荡的概念，体会其中的电荷量、电流及能量的变化，能看懂无线电波发射和接收示意图。 2.科学思维：通过对振荡电路的分析,找到振荡电流变化过程中电场能与磁场能相互转化的规律，学会分析无线电波发射、接收的工作原理，养成科学思维的习惯。 3.科学探究：通过实物展示电视广播的发射和接收过程,锻炼学生对实际问题的研讨能力，培养学生实验探求知识的意识,增强求知欲望。 4.科学态度与责任：理解电磁振荡在人们生活中的作用，认识到物理学是基于人类有意识的探索而形成的对自然现象的描述与解释，体会科技的发展对社会的推动作用。 1.知道什么是振荡电流和振荡电路，知道有效发射电磁波的两个条件(重点)。 2.了解无线电波的特点及传播规律(重点)。 3.知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程、电磁振荡过程中的能量转化情况及LC振荡电路的周期和频率公式，并会进行相关的计算(难点)。 【知识回顾】 第八章 电磁振荡与电磁波 第1节 麦克斯韦电磁场理论 一、电磁场理论建立的基础 1.奥斯特：电流的磁效应，即“电生磁”； 2.法拉第：电磁感应现象，即“磁生电”。 3.基于统一和对称的假设，麦克斯韦提出了电磁场理论。 二、麦克斯韦电磁场理论的主要观点 1.变化的磁场产生电场 (1)实验基础：在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。 (2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动。 (3)实质：变化的磁场产生了电场。 2.变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设，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磁场。 3.变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场。 三、电磁场理论的意义 1.变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它们形成一个不可分离的统一场，这就是电磁场。 2.对麦克斯韦电磁理论的理解 四、电磁波的验证 1.麦克斯韦预言光是电磁波，即光是按电磁波规律传播的一种电磁振荡——光是一种电磁波。 2.德国物理学家赫兹通过实验证实了电磁波的存在。 【自主预习】 第2节 电磁波的产生与发射 一、电磁振荡 1.振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。振荡电流实际上是指频率很高的交变电流。 2.振荡电路：产生振荡电流的电路。 3.LC振荡电路：由电感线圈L和电容C组成的最简单的振荡电路。 4.电磁振荡：在LC振荡电路中，电路的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化。这种现象就是电磁振荡。 5.振荡规律： 6.LC电路的周期和频率公式：T=2π，f=。 二、电磁波的发射 有效发射电磁波的两个条件：1. 开放电路 2. 提高振荡频率。 思考与讨论1 一、电磁振荡 1.归纳总结电磁振荡有关知识 （1）振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。振荡电流实际上是指频率很高的交变电流。 （2）振荡电路：产生振荡电流的电路。 （3）LC振荡电路：由电感线圈L和电容C组成的最简单的振荡电路。 （4）电磁振荡：在LC振荡电路中，电路的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化。这种现象就是电磁振荡。 2.分析电磁振荡规律，完成表格。 答案 3.电容较大时，电容器充电、放电的时间会长些还是短些?线圈的自感系数较大时,电容器充电、放电的时间会长些还是短些?根据讨论结果,定性分析LC电路的周期(频率)与电容C、电感L的关系。 答案 电容越大,电容器能容纳的电荷就越多,充电、放电所需的时间就越长,因此周期越大,频率越小;线圈的自感系数越大，线圈阻碍电流变化的作用就越大,使电流的变化越缓慢,因此周期越大,频率越小。 示例1 在LC振荡电路中，某时刻线圈中电流产生的磁场方向和电容器极板的带电情况如图所示，则图示状态(　　) A.电容器刚好充电完毕 B.电容器的带电荷量在减小 C.线圈中的电流正在减小 D.磁场能正在向电场能转化 答案　B 解析　根据安培定则知，电流方向如图所示，则可知，此时电容器放电，电容器的带电荷量在减小，A错误，B正确；电容器放电，线圈中的电流正在增大，C错误；电容器放电，电场能正在向磁场能转化，D错误。 思考与讨论2 二、电磁波的发射 1.在如图所示的普通LC振荡电路中能否有效地发射电磁波？ 答案　在普通LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部。在电 磁振荡过程中，周围空间的电磁场很弱，辐射出去的能量很少，不能有效地发射电磁波。 2.要想有效地将电磁波发射出去，需要具备以下条件： 答案　(1)开放电路。(2)提高的振荡频率。 示例2 (多选)如图所示为无线电波实际发射过程的示意图，如图甲、乙、丙所示为发射过程产生的电流图像，关于这三种图像，下列说法中正确的是(　　) A.图甲为高频振荡器产生的高频等幅振荡电流 B.图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号 C.图丙表示高频电磁波的振幅随信号的强弱而变 D.图丙表示高频电磁波的频率随信号的强弱而变 答案　ABC 解析　由高频振荡器产生的高频振荡电流如题图甲所示，选项A正确；题图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号，选项B正确；题图丙的调制方法是调幅，可以使载波的振幅随信号的强弱而变，选项C正确，D错误。 课堂小结： 1.LC振荡电路是一种简单且常见电路，在测量、自动控制、无线电通信及遥控等许多领域有着广泛的应用。如图甲所示，规定回路中顺时针方向的电流为正，电流i随时间t变化的规律如图乙所示。某时刻t电容器中向下的电场最强。则下列说法正确的是(　　) A.t时刻可能是t1时刻 B.t2时刻，电容器极板不带电 C.在t1~t2时间内，电容器正在放电 D.在t2~t3时间内，振荡电路中电场能正在向磁场能转化 答案　D 解析　某时刻t电容器中向下的电场最强，可知电容器上极板带正电，且带电荷量最大，回路的电流为零，则t时刻不可能是t1时刻，选项A错误；t2时刻电流为零，电容器极板带电荷量最大，选项B错误；在t1~t2时间内，电流从最大减小到零，可知电容器正在充电，选项C错误；在t2~t3时间内，电流从零增加到最大，可知电容器放电，振荡电路中电场能正在向磁场能转化，选项D正确。 2.要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是(　　) A.增大电容器两极板的间距 B.升高电容器的充电电压 C.增加线圈的匝数 D.在线圈中插入铁芯 答案　A 解析　LC振荡电路中产生的振荡电流的频率f=，要想增大频率，应该减小电容C或减小线圈的电感L，再根据C=，增大电容器两极板的间距，电容减小，A正确；升高电容器的充电电压，电容不变，B错误；增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，自感系数均增大，故C、D错误。 3.某个智能玩具的声响开关与LC电路中的电流有关，如图所示为玩具内的LC振荡电路部分。已知线圈自感系数L=2.5×10-3 H，电容器电容C=4 μF，在电容器开始放电时(取t=0)，上极板带正电，下极板带负电，则(　　) A.LC振荡电路的周期T=π×10-4 s B.当t=π×10-4 s时，电容器上极板带正电 C.当t=×10-4 s时，电路中电流方向为顺时针 D.当t=×10-4 s时，电场能正转化为磁场能 答案　C 解析　LC振荡电路的周期T=2π=2π× s=2π×10-4 s，选项A错误；当t=π×10-4 s=时，电容器反向充满电，所以电容器上极板带负电，选项B错误；当t=×10-4 s时，即0<t<，电容器正在放电，电路中电流方向为顺时针方向，故C正确；当t=×10-4 s时，即<t<，电容器处于反向充电过程，磁场能正在转化为电场能，D错误。 4.(多选)为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了使用开放电路，还可以(　　) A.增大电容器极板间的距离 B.减小电容器极板的正对面积 C.减少线圈的匝数 D.采用低频振荡电流 答案　ABC 解析　使用开放电路和提高发射频率是提高电磁波发射能力的两种有效方法；由f=、C=可知，选项A、B、C正确，D错误。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $