十電磁場和電磁波

1、、電磁振蕩教學(xué)目標：1. 知道什么是LC振蕩電路和電磁振蕩.了解LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程 .2. 知道產(chǎn)生電磁振蕩過程中 丄C振蕩電路中的能量轉(zhuǎn)換情況.3. 了解阻尼振蕩和無阻尼振蕩重、難點：LC回路中振蕩電流產(chǎn)生過程及回路中能量轉(zhuǎn)換情況教 具：電磁振蕩演示儀、電流表、LC振蕩幻燈片教學(xué)過程：（一）、弓I入新課我們知道廣播、電視、雷達等信號要依靠電磁波傳送，那么電磁波是如何產(chǎn)生的 ？有哪些性質(zhì)？是否具有波的共同特性？如何利用它發(fā)送信號？這章我們就來學(xué)習(xí)和了解相關(guān)的知識。請同學(xué)們回憶機械波是怎樣產(chǎn)生的引出電磁波是利用電磁振蕩產(chǎn)生的 （二八進行新課電磁振蕩是怎樣產(chǎn)生的呢 ？一、電磁振蕩的產(chǎn)生我

2、們一起觀察下面的實驗：簡單地給學(xué)生說明電路組成，畫出示意圖演示：先給電容器充電，稍后再讓電容器通過線圈放電現(xiàn)象：電流表的指針左右擺動結(jié)論：1）電路里產(chǎn)生了大小和方向做周期性變化的（振蕩）電流2）產(chǎn)生振蕩電流的電路是 LC振蕩電路。1. 振蕩電流和振蕩電路說明：我們做實驗?zāi)苡^察到電流計指針左右擺動，表明這個電路中振蕩電流的頻率是很低的.這種大電感和大電容組成的LC回路僅供演示，不能實用.在無線電技術(shù)中實際使用的振蕩電流的頻率是 很高的，要用示波器觀察.可以發(fā)現(xiàn)丄C回路里產(chǎn)生的振蕩電流跟正弦交流電一樣，也是按正弦規(guī)律變化.LC回路中的振蕩電流是怎樣產(chǎn)生的呢？'放電過程：i 放/, q （

3、U、（E=U/q） E 電）E磁（B）/放電結(jié)束：i mac缶auE 磁 maUE 電=0宀 U=qE=CHq=0，此時 i/ t=0 te=U=02. 過程:反向充電：i沖q （U、E電）/, E磁（B）充電結(jié)束： q maxUnaxE 電 maxE磁（B） =0t i=0，但厶i/ t最大t e最大=U注：教師可以分析前半周期，后半周期讓學(xué)生分析.教師著重指出，理解LC回路產(chǎn)生振蕩電流的過程 ，關(guān)鍵是理解線圈的自感作用和電容器的充放電作用.幾個特殊狀態(tài)見下表：（學(xué)生畫q-t、i-t圖）時間tt=Ot=T/4t=T/2t=3T/4t=T電容器上的電量q最大A+、B-零最大A-、B+零最大A+

4、、B-電感L上的電流i零最大b零最大a零電場能最大零最大零最大磁場能零最大零最大零3. 電磁振蕩：振蕩電路中，電容器極板上的電荷，通過線圈的電流，以及磁場和電場都發(fā)生周期性的變化的現(xiàn)象機械振動和電磁振蕩有本質(zhì)的不同，但它們有共同的變化規(guī)律.比如，都是周期性運動，都有一些物理量隨時間做周期性變化；都有不同形式的能量發(fā)生周期性的相互轉(zhuǎn)化4. 機械振動和電磁振蕩的比較：運動范疇周期性變化的物理量間諧振動機械運動s、v、a、Ek、Ep電磁振蕩電磁運動q、E (U)、i、B E電、E磁在機械振動中，如果沒有能量損失，振動會永遠進行下去同樣，在電磁振蕩中，如果沒有能量損失, 振蕩也會永遠持續(xù)下去，振蕩電流

5、的A保持不變，這種振蕩叫做無阻尼振蕩 但是，實際中任何電路都有 電阻，電路中有一部分能量要轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，同時，還有部分能量以電磁波的形式輻射出去因此，振蕩電路中的能量會逐漸損耗，振蕩電流的振幅會逐漸減小 ，直到停止振蕩，這種振蕩叫阻尼振蕩如果能在阻尼 振蕩中適時地補充能量損耗，也可以得到A不變的等幅振蕩。二、阻尼振蕩和無阻尼振蕩(類比于機械振動)、電磁振蕩的周期和頻率三、電磁場教學(xué)目標：1. 知道什么是電磁振蕩的周期和頻率 .2. 知道 LC 回路的周期和頻率公式，會利用公式進行相關(guān)問題的定性分析。3. 知道麥克斯韋電磁場理論的兩個支柱。教 具 : 電磁振蕩演示儀、鐵芯、線圈、滑動變阻器、電池、

6、導(dǎo)線、靈敏電流計、電鍵 . 教學(xué)過程：（一）、引入新課我們在上一節(jié)課學(xué)習(xí)了電磁振蕩的產(chǎn)生 , 知道電磁振蕩過程具有周期性 . 這節(jié)課我們先一起認識電 磁振蕩的周期和頻率 .（二）、進行新課一、周期和頻率（與機械振動的周期和頻率概念類似）1. 周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間。2. 頻率：一秒內(nèi)完成的周期性變化的次數(shù)。LC 回路的周期、頻率由回路本身的特性 , 即本身的電容和電感線圈的自感系數(shù)決定 , 所以叫做振蕩 電路的固有周期和固有頻率 , 簡稱振蕩電路的周期和頻率 .問題： LC 回路的周期和頻率與哪些因素有關(guān)呢 ?演示：接上一節(jié)課實驗，改變電容器的C或線圈自感系數(shù)L的大小，觀察

7、電流表指針的擺動情況現(xiàn)象： 1）電容或電感增加時 , 周期變長 , 頻率變低 ;2 ）電容或電感減小時 , 周期變短 , 頻率變高3. 公式：T=2 n （ LC） "2 或f=1/2 n （LC） "2問題：q、E （ U）、i、B、E電、E磁的周期分別是多少？（類比機械振動）可見 , 適當(dāng)?shù)剡x擇電容器和線圈 , 可使振蕩電路的周期和頻率符合我們的需要 . 電磁振蕩中損失的能量一部分以電磁波的形式傳播出去的。1 9世紀60年代英國物理學(xué)家麥克斯韋系統(tǒng)地總結(jié)了從庫侖到安培、 法拉第等人電磁學(xué)說的全部成就 , 并在此基礎(chǔ)上加以發(fā)展 ,提出了“渦旋電場” 和“位移電流”的假說

8、,由此預(yù)言了電磁波的存在 .由于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識和物理基礎(chǔ)知識的關(guān)系我們不講“渦旋電場”和“位移電流”. 只介紹麥克斯韋電磁理論的基本思想 .二、電磁場1. 麥克思維電磁場理論：1 ）內(nèi)容：變化的磁場產(chǎn)生電場（電磁感應(yīng)） ；變化的電場產(chǎn)生磁場（電流的磁效應(yīng)）2 ）含義：（ 1）變化的電、磁場產(chǎn)生磁、電場； （電流的磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)）2）均勻變化的電、磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁、電場。實例）3）周期性變化的電、磁場產(chǎn)生同頻率的磁、電場。（變壓器、LC振蕩電路）演示：將線圈A、電源、滑動變阻器、電鍵組成閉合電路.導(dǎo)線B與靈敏電流計組 成閉合回路打開和閉合電鍵K或滑動變阻器滑動時,回路B中將有感生電流分析1：這個

9、現(xiàn)象是我們學(xué)過的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 .麥克斯韋從場的觀點研究了電磁感應(yīng)現(xiàn)象 ,認為電路里能 夠產(chǎn)生電流 , 是因為變化的磁場產(chǎn)生了一個電場 , 這個電場驅(qū)使導(dǎo)體中的自由電荷做定向的移 動.分析 2：麥克斯韋還把這種用場來研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的觀點推廣到不閉合電路的情形化的磁場周圍產(chǎn)生 電場,是一種普遍的現(xiàn)象 ,跟閉合回路是否存在無關(guān) .問題 : 既然變化的磁場可以產(chǎn)生電場 , 那么變化的電場是否可以產(chǎn)生磁場呢 ?分析1：運動的電荷產(chǎn)生變化的電場 :一個靜止的電荷 , 它產(chǎn)生的是靜電場 ,即空間各點的電場強度不隨時 間而變化 . 這個電荷一旦運動起來 , 電場就發(fā)生變化 , 即空間各點的電場強度將隨著時間

10、而變化 運動的電荷在周圍空間要產(chǎn)生磁場 .分析2：用場的觀點來分析 : 這個磁場是由變化的電場產(chǎn)生的 .例如:在電容器充放電的時候 , 不僅導(dǎo)體中 的電流產(chǎn)生磁場 , 而且在電容器兩極板間周期性變化的電場也產(chǎn)生磁場 .2. 電磁場：變化的電場和磁場相互聯(lián)系形成的一個不可分離的統(tǒng)一的場.四、電磁波 五、無線電波的發(fā)射和接收六、電視 雷達教學(xué)目標：1. 理解電磁波的產(chǎn)生，掌握電磁波的特性及波長、波速、頻率三著的關(guān)系。2. 了解無線電波的波長范圍極其發(fā)射過程。3. 了解調(diào)諧、檢波及無線電波的接收的基本原理 .4. 了解電視和雷達的基本原理，學(xué)會閱讀查找學(xué)習(xí)材料 .教具 : 電池、導(dǎo)線、銼、收音機、

11、、電磁波發(fā)送器、電磁波接收器、鬧鐘、真空泵、簡單的無線電發(fā)射、接收的實驗裝置 .重 點：電磁波的特性及波長、波速、頻率三著的關(guān)系。難 點：電磁波的產(chǎn)生過程。教學(xué)過程：（一）、引入新課1. 麥克思維電磁場理論：1 ）變化的磁場（電場）產(chǎn)生電場（磁場） ；（電流的磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)）2 ）均勻變化的磁場（電場）產(chǎn)生穩(wěn)定的電場（磁場） 。（實例）3 ）非均勻變化的磁場（電場）產(chǎn)生變化的電場（磁場）。（變壓器、LC振蕩電路）a. 周期性變化的振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場；b. 周期性變化的振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場。2. 電磁場：變化的電場和磁場相互聯(lián)系形成的 一個不可分離的統(tǒng)一的場 .（二）、進行新

12、課一、電磁波1. 電磁波的產(chǎn)生 : 電磁場由近及遠地傳播 , 形成電磁波 . 傳播的是電磁能。問題：為什么普通的LC振蕩電路不能有效地發(fā)送電磁波？（閱讀P242圖18-8 ）（ 1 ）開放電路的特點 :1 ）要有足夠高的振蕩頻率.E x f42 ）振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間 .（ 2）由閉合回路變成開放電路.如圖 18-10所示 ,像圖乙、丙那樣 , 增大電容器極板間的距離 ,減少極板間的面積 , 同時減小自感線圈 的匝數(shù),以便減小 L 、 C 的值,增大振蕩頻率 ,最后開放電路可以演化成一條導(dǎo)線 . 演示：由電池、導(dǎo)線、鏗組成的電路 , 看作一個振蕩電路 ,導(dǎo)線頭在鏗的表面

13、滑動時在電路中產(chǎn)生振蕩 電流 , 發(fā)射出電磁波被收音機接收 , 發(fā)出“喀、喀”的聲音 .2. 電磁波的特點1) 電磁波是橫波1) 電磁場中的電場和磁場互相垂直, 電磁波在與二者均垂直的方向傳播 .2) 相鄰的兩個波峰或相鄰的兩個波谷之間的距離等于電磁波的波長.3 )在傳播方向上任一點,E和B都隨時間作正弦變化，它們彼此垂直，而且都跟波的傳播方向垂 直.8(2)電磁波 u、入、？、T的關(guān)系：u =入？=入 /T=C=3.0 X 10 m/s說明： 1) T、? 由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)。2 )不同介質(zhì)中u、入不同；同一介質(zhì)中越？高，入越短。83 )真空中 C=3.0X 108m/s。這個預(yù)見后來得

14、到了證實(閱讀赫茲用實驗證實了麥克斯韋電磁理論的正確性這部分課本) 問題：在麥克斯韋發(fā)現(xiàn)電磁理論 20多年后 ， 赫茲用實驗證實了什么 ?( 3)電磁波的傳播不需要介質(zhì)。( 4)具有折射、反射、干涉、衍射等一切波的特性。在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天 ， 電磁波對我們來說越來越重要 . 無論是廣播、 電視還是無線電通信以及 航空、航天中的自動控制和通信聯(lián)系 ，都離不開電磁波 .在無線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無線電波 ，那 么無線電波是怎樣發(fā)射和接收的呢 ?二、無線電波1. 波長：從幾毫米到幾十干米(P245表格)通常根據(jù)波長或頻率把無線電波分成長波、中波、中短波、短波和微波等幾個波段.結(jié)合教材上的表

15、格 ， 提示學(xué)生比較各個波段的波長大小和頻率高低 ， 簡述各波段無線電波的傳播方式以及主要用途 . 可 以適當(dāng)補充一些實例 .2. 發(fā)射( 1 )由開放電路發(fā)射出去 . 實際發(fā)射無線電波的裝置中還需在開放電路旁加一個振蕩器電路與之藕合， 如圖18-15 所示. 振蕩器電路產(chǎn)生的高頻率振蕩電流通過L2與L1的互感作用，使L1也產(chǎn)生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開放電路中激發(fā)出無線電波 ，向四周發(fā)射 .(2)調(diào)制 :使電磁波隨各種信號而改變 ;調(diào)幅：使高頻振蕩的振幅隨信號而改變；調(diào)幅廣播(AM)般使用中波和短波波段調(diào)頻：使高頻振蕩的頻率隨信號而改變調(diào)頻廣播(FM)通常使用微波中的甚高頻和超高頻波段.

16、3. 無線電波的接收 處在電磁波傳播空間中的導(dǎo)體 ， 會產(chǎn)生感應(yīng)電流 ， 導(dǎo)體中感應(yīng)電流的頻率與激起它的電磁波頻率相 同，利用這個原理可以接收電磁波 .(1)在無線電技術(shù)中 ， 用天線和地線組成的接收電路來接收電磁波 ., 在無線電技術(shù)中 , 是通過接收電磁波時 , 首先需要選臺 , 就是要從許多的電磁波中把我們需要的選出來 電諧振來做到的2）電諧振 : 當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時, 接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強的現(xiàn)象 , 相當(dāng)于機械振動中的共振 .3）調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程 .4）檢波 : 從接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號調(diào)制的逆過程），也叫解調(diào) .檢波之后的信號還需再經(jīng)過放大、重現(xiàn)才可以使我們聽到或看到人類認識電磁波到現(xiàn)在不過一百年, 但電磁波在科學(xué)技術(shù)上已經(jīng)得到十分廣泛的應(yīng)用, 下面介紹無線電波的現(xiàn)代應(yīng)用一一電視和雷達 .三、電視請同學(xué)閱讀課文后 , 分組討論后回答問題1. 在電視的發(fā)射端需要什么儀器 , 各起什么作用 ?2. 電子槍的掃描路線是怎樣的 ?3. 在電視的接收端需要有什么儀器 ? 各起什么作用 ?4. 你能說說調(diào)諧、檢波的基本工作原理嗎 ?5. 顯像管里的電子槍發(fā)射電子束的強弱受什么