人教版選修11電磁波的發(fā)現(xiàn) 第1課時 教案.doc

4.1電磁波的發(fā)現(xiàn)教學目標：1、理解麥克斯韋電磁場理論的兩個支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的電場產(chǎn)生磁場。了解變化的電場和磁場相互聯(lián)系形成同一的電磁場。2、 了解電磁場在空間傳播形成電磁波。3、 了解麥克斯韋電磁場理論以及赫茲實驗在物理學發(fā)展中的貢獻。體會兩位科學家研究物理問題的思想方法。重點：理解麥克斯韋電磁場理論的兩個支柱難點：了解麥克斯韋電磁場理論以及赫茲實驗在物理學發(fā)展中的貢獻教學過程：導入新課:如果說廣播、電視給人們帶來了休閑和娛樂,那么迅猛發(fā)展的移動通訊更加方便了人們的生活,它以通訊方式縮短了人們之間的距離,同時還兼容了休閑娛樂功能來豐富人們的生活。當你在享受科技給生活帶來的便捷時,你是否思考過電視廣播、移動通訊的工作原理?你是否知道電磁波是怎樣發(fā)現(xiàn)的?1.電磁波的發(fā)現(xiàn)(1)電磁波的預言第一個預言電磁波的是英國(填一國家名)物理學家麥克斯韋。麥克斯韋在法拉第等前人的基礎上建立了完整的電磁場理論,它的兩個基本觀點:變化的磁場產(chǎn)生電場;變化的電場產(chǎn)生磁場。(2)電磁波根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,周期性變化的電場和磁場相互聯(lián)系,形成電場和磁場的統(tǒng)一體,它由近及遠地向周圍傳播,這就是電磁波。根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,電磁波在真空中傳播時,它的電場強度和磁感應強度是相互垂直的,且二者均與波的傳播方向垂直。因此電磁波是橫波(填“橫波”或“縱波”)。麥克斯韋指出電磁波的傳播速度等于光速,反映了光的電磁本性。第一個通過實驗證明電磁波存在的是德國科學家赫茲(填一人名)。2.電磁振蕩(1)電磁振蕩的產(chǎn)生振蕩電流:大小和方向都做周期性迅速變化的電流叫振蕩電流。振蕩電路:能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路。由電感線圈和電容組成的電路是最簡單的振蕩電路,稱為lc振蕩電路。電磁振蕩:在振蕩電路里產(chǎn)生振蕩電流的過程中,電容器極板上的電荷量q、電路中的電流i、電容器里的電場強度e、線圈里的磁感應強度b都發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象。(2)電磁振蕩的周期和頻率電磁振蕩的周期是指電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間。對于lc振蕩電路,其固有周期表達式:t=2lc,固有頻率表達式:f=12lc。學習交流1.麥克斯韋提出“變化的磁場產(chǎn)生電場”是基于電磁感應,提出“變化的電場產(chǎn)生磁場”是基于什么原因?解答: 基于自然規(guī)律的對稱性。2.是誰證實了麥克斯韋的理論?解答: 德國科學家赫茲。3.機械振動與電磁振蕩有什么共同特點?解答: 描述振動的各個物理量都呈周期性變化問題:(1)恒定的電場(磁場)能產(chǎn)生磁場(電場)嗎?(2)均勻變化的電場(磁場)產(chǎn)生什么性質(zhì)的磁場(電場)?(3)周期性變化的電場(磁場)產(chǎn)生什么性質(zhì)的磁場(電場)?解答:(1)恒定的電場(磁場)不能產(chǎn)生磁場(電場)。(2)均勻變化的電場(磁場)產(chǎn)生恒定的磁場(電場)。(3)周期性變化的電場(磁場)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場(電場)。知識鏈接:牛頓把天上和地上的運動規(guī)律統(tǒng)一起來,麥克斯韋把電、光統(tǒng)一起來,他們實現(xiàn)了科學史上的兩次大綜合。電磁振蕩情景:圖示是電磁振蕩的原理示意圖,根據(jù)所給的示意圖回答以下問題。問題:(1)當開關處于圖示位置時,電流表有沒有示數(shù)?電容器極板上的電荷量的分布情況如何?(2)當開關打到左邊的瞬間,電流表的示數(shù)和電容器極板上的電荷量的分布情況又如何?(3)當振蕩電路開始工作后,電路中的電流是怎樣變化的?為什么?(4)振蕩電路的周期和頻率由什么因素決定?為什么又叫電路的固有周期、固有頻率?解答:(1)電流表示數(shù)為零,電容器所帶電荷量最大。(2)電荷量還沒有來得及變化,所以電流表示數(shù)仍然為零。(3)電流由零變大,再變小至零,由零再變大如此做周期性變化,是因為線圈能夠起到阻礙電流變化的作用。(4)lc回路的周期、頻率都由電路本身的特性(l、c值)決定。由于與電容器極板上電荷量的多少、板間電壓的高低、是否接入電路中等因素無關,所以稱為電路的固有周期和固有頻率。知識鏈接:振蕩電路中電流是高頻率、低功率的正弦(余弦)交變電流。課堂練習1.(考查麥克斯韋電磁場理論)關于麥克斯韋電磁場理論,下列說法正確的是()。a.在電場周圍一定存在著磁場b.任何變化的電場周圍一定存在著變化的磁場c.均勻變化的磁場周圍一定存在著變化的電場d.振蕩電場在它周圍的空間一定產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場【解析】在變化的電場周圍才存在磁場,振蕩的電場(非均勻變化的)會產(chǎn)生同頻率周期性振蕩的磁場。均勻變化的磁場周圍存在著穩(wěn)定的電場。【答案】d【點評】磁場或電場不同的變化形式導致產(chǎn)生的電場或磁場不同。2.(考查電磁波和聲波的區(qū)別)電磁波與聲波相比較,下列說法正確的是()。a.電磁波的傳播不需要介質(zhì),聲波的傳播需要介質(zhì)b.由空氣進入水中時,電磁波速度變小,聲波速度變大c.由空氣進入水中時,電磁波波長變小,聲波波長變大d.電磁波和聲波在介質(zhì)中的傳播速度,都是由介質(zhì)決定的,與頻率無關【解析】a、b均與事實相符,所以a、b正確。由空氣進入水中時,根據(jù)=,電磁波波速變小,頻率不變,波長變小;聲波速度變大,頻率不變,波長變大,所以c正確。電磁波在介質(zhì)中的速度與介質(zhì)有關,也與頻率有關,在同一介質(zhì)中,頻率越大,波速越小,所以d錯誤?！敬鸢浮縜bc【點評】注意理解機械波與電磁波的區(qū)別。3.(考查電磁振蕩過程)圖示是lc振蕩電路中振蕩電流與時間的關系圖線,若電容器開始放電的時刻為t=0,則下列說法中正確的是()。a.在t=0時,線圈中的磁場能最小b.在t=1 s時,電容器中電場能最大c.在t=2 s時,電容器放電結(jié)束d.在t=3 s時,電容器充電結(jié)束【解析】電流增大的過程中磁場能增加,電場能減少,所以電容器放電,也就是磁場能的大小由電流的大小決定?！敬鸢浮縜【點評】在電磁振蕩過程中,電場能與磁場能不斷相互轉(zhuǎn)化。4.(考查電磁振蕩的周期)如圖所示,這是某電器元件廠生產(chǎn)的可調(diào)電容器,把它接在l不變的lc振蕩電路中,為了使振蕩的頻率從700 hz變?yōu)?400 hz,可采取的辦法有()。a.電容增大到原來的4倍b.電容增大到原來的2倍 c.電容減小到原來的d.電容減小到原來的【解析】由題意,頻率變?yōu)樵瓉淼?倍,則周期就變?yōu)樵瓉淼?由t=2lc 可知,l不變,當c=c0時才符合要求?！敬鸢浮縟【點評】根據(jù)振蕩電路的周期公式進行分析,當周期變化時,電容不是成倍地增加或減小的。作業(yè)：1.在如圖甲所示的lc振蕩電路中,通過p點的電流變化規(guī)律如圖乙所示,且把通過p點向右的電流方向規(guī)定為圖乙縱坐標電流i的正方向,則()。a.0.5 s1 s內(nèi),電容器c在充電b.0.5 s1 s內(nèi),電容器c的上極板帶正電c.1 s1.5 s內(nèi),電路中q點比p點電勢高d.1 s1.5 s內(nèi),磁場能向電場能轉(zhuǎn)化【分析】本題考查電磁振蕩的過程。要注意電流圖象所表示的電流與振蕩電路中的電流的對應關系?！窘馕觥?0.5 s內(nèi),電流正在增大,電容器正在放電;0.5 s1 s內(nèi),電流正在減小,電容器正在充電,且電容器的下極板為正極板,帶正電。1 s1.5 s內(nèi),電路中的電流反向增大,電容器放電,q點電勢比p點高,電流增大,磁場能增大,電場能向磁場能轉(zhuǎn)化?！敬鸢浮縜c【點撥】電流大小和電容器上的電荷量相對應,當電路中的電流增大時,處于放電過程,電容器上的電荷量減少,電流最大時電荷量最少。2.要增大如圖所示的振蕩電路的頻率,下列說法中正確的是()。a.減少電容器帶的電荷量b.將開關s從1撥到2c.將鐵芯插入線圈中d.將電容器的上極板旋出一些【分析】振蕩電路左邊是帶鐵芯的線圈,并且鐵芯可移動,線圈匝數(shù)可調(diào);右邊是電容器,極板可調(diào)節(jié);調(diào)節(jié)頻率就是調(diào)節(jié)周期?！窘馕觥扛鶕?jù)公式f=12lc可知f1lc,要增大f,必須減小l和c二者之積。c跟電容器帶的電荷量無關,減小兩極板的正對面積和從兩極板間抽出介質(zhì)都可減小電容c,故a錯、d對;線圈越細、越短,匝數(shù)越少,l越小;插入鐵芯,l將變大,故b對、c錯?！敬鸢浮縝d【點撥】電磁振蕩的周期(頻率)與線圈的自感系數(shù)和電容器的電容有關,與電荷量的多少無關。3.某電路中電場隨時間變化的圖象如圖所示,能發(fā)射電磁波的電場是()?！窘馕觥繄Da中電場不隨時間變化,不會產(chǎn)生磁場。圖b和c中電場都隨時間均勻變化,只能在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,也不會產(chǎn)生和發(fā)射電磁波。圖d中電場隨時間做不均勻的變化,能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場,而這磁場的變化也是不均勻的,又能產(chǎn)生變化的電場,從而交織成一個不可分割的統(tǒng)一體,即形成電磁場,才能發(fā)射電磁波?！敬鸢浮縟4.如圖所示,lc振蕩電路中電容器的電容為c,線圈的自感系數(shù)為l,電容器在圖示時刻的電荷量為q。若圖示時刻電容器正在放電,至放電完畢所需時間為lc;若圖示時刻電容器正在充電,則充電至最大電荷量時間為()。a.lcb.lcc.lcd.lc【解析】 lc振蕩電路在一個周期內(nèi)電容器會兩次充電、兩次放電,每次充電或放電時間均為t=lc。據(jù)題意,電容器電荷量由q減小到零,需時間為lc=t,說明電容器由最大電荷量放電到q需時間為t-t=112t=lc,由電荷量q充電至最大電荷量所需時間同樣為lc?！敬鸢浮縞5.如圖所示,l為一電阻可忽略的線圈,d為一燈泡,c為電容器,開關s處于閉合狀態(tài),燈d正常發(fā)光,現(xiàn)突然斷開s,并開始計時,能正確反映電容器a極板上電荷量q隨時間變化的圖象是(圖中q為正值表示a極板帶正電)()?！窘馕觥看_定a極板上電荷量q的起始狀態(tài),再確定第一個四分之一周期內(nèi)的變化情況。s處于接通狀態(tài)時,電流穩(wěn)定,因忽略l的電阻,電容器兩極板間的電壓為零,電荷量為零。s斷開,d燈熄滅,lc組成的回路將產(chǎn)生電磁振蕩。由于線圈的自感作用,在0t時間段內(nèi),線圈產(chǎn)生的自感電動勢給電容器充電,電流方向與原線圈中的電流方向相同,電流值從最大逐漸減小到零,但電荷量卻從零逐漸增加到最大,在時刻充電完畢,電流值為零而極板上的電荷量最大,b板帶正電,a板帶負電,所以選項b正確?！敬?