2009屆高三第一輪復(fù)習(xí)-電磁場和電磁波教案18

電磁場和電磁波知識網(wǎng)絡(luò)：單元切塊：依據(jù)考綱的要求，本章內(nèi)容均為Ⅰ級要求，在復(fù)習(xí)過程中，不再細(xì)分為幾個單元。本章重點(diǎn)是認(rèn)識交變電場和交變磁場的互相聯(lián)系，定性理解麥克斯韋的電磁場理論。教課目的：1．認(rèn)識交變電場和交變磁場的互相聯(lián)系，定性理解麥克斯韋的電磁場理論．2．認(rèn)識電磁場和電磁波看法，記著真空中電磁波的流傳速度．3．認(rèn)識我國廣播電視事業(yè)的發(fā)展．教課重點(diǎn)：認(rèn)識交變電場和交變磁場的互相聯(lián)系，定性理解麥克斯韋的電磁場理論教課難點(diǎn)：定性理解麥克斯韋的電磁場理論教課方法：講練聯(lián)合，計算機(jī)協(xié)助教課教課過程：一、電磁振蕩1．振蕩電路：大小和方向都隨時間做周期性變兒的電流叫做振蕩電流，能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路，LC回路是一種簡單的振蕩電路。2．LC回路的電磁振蕩過程：能夠用圖象來形象剖析電容器充、放電過程中各物理量的變化規(guī)律，以下圖3．LC回路的振蕩周期和頻次注意：（1）LC回路的T、f只與電路自己性質(zhì)L、C相關(guān)2）電磁振蕩的周期很小，頻次很高，這是振蕩電流與一般交變電流的差別。剖析電磁振蕩要掌握以下三個重點(diǎn)（突出能量守恒的觀點(diǎn)）：⑴理想的LC回路中電場能E電和磁場能E磁在轉(zhuǎn)變過程中的總和不變。iL中的磁場能越大（磁通量越大）。ot⑵回路中電流越大時，放電充電放電充q⑶極板上電荷量越大時，C中電場能越大（板間場強(qiáng)越大、兩ot板間電壓越高、磁通量變化率越大）。LC回路中的電流圖象和電荷圖象老是互為余函數(shù)（見右圖）?！纠?】某時刻LC回路中電容器中的電場方向和線圈中的磁場方向如右圖所示。則這時電容器正在_____（充電仍是放電），C電流大小正在______（增大仍是減?。?。L解：用安培定章可知回路中的電流方向為逆時針方向，而上極板是正極板，所以這時電容器正在充電；因為充電過程電場能增大，所以磁場能減小，電流在減小?！纠?】右側(cè)兩圖中電容器的電容都是L2C=4×10-6－4aKF，電感都是L=9×10H，左圖中電鍵K先接a，充電結(jié)束后將K扳到b；右圖C1L1中電鍵K先閉合，穩(wěn)固后斷開。兩圖中LC回C2K路開始電磁振蕩t=3.14×10－4s時刻，C1的上極板正在____電（充電仍是放電）,帶_____電（正電仍是負(fù)電）；L2中的電流方向向____(左仍是右)，磁場能正在_____（增大仍是減?。?。解：先由周期公式求出T2LC=1.2π×10－－4s時刻是開始振蕩后4s，t=3.14×10的5T。再看與左圖對應(yīng)的q-t圖象（以上極板帶正電為正）和與右q，i6圖對應(yīng)的i-t圖象（以LC回路中有逆時針方向電流為正），圖象都為5T/6余弦函數(shù)圖象。在5T時刻，從左圖對應(yīng)的q-t圖象看出，上極板正6在充正電；從右圖對應(yīng)的i-t圖象看出，L2中的電流向左，正在增大，所以磁場能正在增大。二、電磁場1．麥克斯韋的電磁場理論要深刻理解和應(yīng)用麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。1）變化的磁場（電場）能夠在四周空間產(chǎn)生電場（磁場）；2）平均變化的磁場（電場）能夠在四周空間產(chǎn)生穩(wěn)固的電場（磁場）；3）振蕩的磁場（電場）能夠在四周空間產(chǎn)生同頻次的振蕩電場（磁場）；能夠證明：振蕩電場產(chǎn)生同頻次的振蕩磁場；振蕩磁場產(chǎn)生同頻次的振蕩電場。評論：變化的磁場在四周空間激發(fā)的電場為渦旋電場，渦旋電場與靜電場同樣，對電荷有力的作用，但渦旋電場又于靜電場不一樣，它不是靜電荷產(chǎn)生的，它的電場線是閉合的，在渦旋電場中挪動電荷時，電場力做的功與路徑相關(guān)，所以不可以引用“電勢”、“電勢能”等看法。此外要用聯(lián)系的看法認(rèn)識規(guī)律，變化的磁場產(chǎn)生電場是電磁感覺現(xiàn)象的實質(zhì)?！纠?】右圖中，內(nèi)壁圓滑、水平擱置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有向來徑略小于B環(huán)口徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動。若在此空間忽然加上豎直向上、磁感覺強(qiáng)度B隨時間成正比率增添的變化磁場，設(shè)小球運(yùn)動過程中的電量不變，那么（）v0A.小球?qū)ΣＡЛh(huán)的壓力不停增大B.小球遇到的磁場力不停增大C.小球先沿逆時針方向做減速運(yùn)動，過一段時間后，沿順時針方向做加快運(yùn)動D.磁場力向來對小球不做功剖析：因為玻璃環(huán)所處有平均變化的磁場，在四周產(chǎn)生穩(wěn)固的渦旋電場，對帶正電的小球做功，由楞次定律，判斷電場方向為順時針，在電場力的作用下，小球先沿逆時針方向做減速運(yùn)動，過一段時間后，沿順時針方向做加快運(yùn)動。小球在水平面內(nèi)沿軌跡半徑方向受兩個力：環(huán)的彈力N和磁場的洛侖茲力f，并且兩個力的矢量和一直供給向心力，考慮到小球速度大小的變化和方向的變化以及磁場強(qiáng)弱的變化，彈力和洛侖茲力不必定一直在增大。洛侖茲力一直和運(yùn)動方向垂直，所以磁場力不做功。正確為CD。2．電磁場：依據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場和磁場老是互相聯(lián)系的，形成一個不行分別的一致場，稱為電磁場。電場和磁場不過這個一致的電磁場的兩種詳細(xì)表現(xiàn)。理解電磁場是一致的整體：依據(jù)麥克斯韋電磁場理論的兩個重點(diǎn)：在變化的磁場的四周空間將產(chǎn)生渦漩電場，在變化的電場的四周空間將產(chǎn)生渦漩磁場．當(dāng)變化的電場加強(qiáng)時，磁感線沿某一方向旋轉(zhuǎn)，則在磁場減弱時，磁感線將沿相反方向旋轉(zhuǎn)，假如電場不改變是靜止的，則就不產(chǎn)生磁場．同理，減弱或加強(qiáng)的電場四周也將產(chǎn)生不一樣旋轉(zhuǎn)方向的磁場．所以，變化的電場在其四周產(chǎn)生磁場，變化的磁場在其四周產(chǎn)生電場，一種場的忽然減弱，致使另一種場的產(chǎn)生．這樣，周期性變化的電場、磁場互相激發(fā)，形成的電磁場鏈一環(huán)套一環(huán)，以以下圖所示．需要注意的是，這里的電場和磁場一定是變化的，形成的電磁場鏈環(huán)不行能是靜止的，這類電磁場是無源場（即：不是由電荷激發(fā)的電場，也不是由運(yùn)動電荷-電流激發(fā)的磁場．），并不是簡單地將電場、磁場相加，而是互相聯(lián)系、不行切割的一致整體．在電磁場表示圖中，電場E矢量和磁場B矢量，在空間互相激發(fā)時，互相垂直，以光速c在空間流傳．3．電磁波變化的電場和磁場從產(chǎn)生的地區(qū)由近及遠(yuǎn)地向四周空間流傳開去，就形成了電磁波。（1）有效地發(fā)射電磁波的條件是：①頻次足夠高（單位時間內(nèi)輻射出的能量P∝f4）；②形成開放電路（把電場和磁場分別到盡可能大的空間里去）。（2）電磁波的特色：①電磁波是橫波。在電磁波流傳方向上的任一點(diǎn)，場強(qiáng)

E和磁感覺強(qiáng)度

B均與流傳方向垂直且隨時間變化，所以電磁波是橫波。②電磁波的流傳不需要介質(zhì)，在真空中也能流傳。在真空中的波速為

c=3.0×108m/s。③波速和波長、頻次的關(guān)系：

c＝λf注意：麥克斯韋依據(jù)他提出的電磁場理論預(yù)知了電磁波的存在以及在真空中波速等于光速c，后由赫茲用實考證明了電磁波的存在3）電磁波和機(jī)械波有實質(zhì)的不一樣4．無線電波的發(fā)射和接收1）無線電波：無線電技術(shù)中使用的電磁波2）無線電波的發(fā)射：以下圖。①調(diào)制：使電磁波隨各樣信號而改變②調(diào)幅和調(diào)頻3）無線電波的接收①電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻次跟接收到的電磁波的頻次同樣時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這類現(xiàn)象叫做電諧振。②調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程。調(diào)諧電路以下圖。經(jīng)過改變電容器電容來改變調(diào)諧電路的頻次。③檢波：從接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號。4.電磁波的應(yīng)用廣播、電視、雷達(dá)、無線通訊等都是電磁波的詳細(xì)應(yīng)用。雷達(dá)：無線電定位的儀器，波位越短的電磁波，流傳的直線性越好，反射性能強(qiáng)，多半的雷達(dá)工作于微波波段。弊端，沿地面流傳探測距離短。中、長波雷達(dá)沿地面的探測距離較遠(yuǎn)，但發(fā)射設(shè)施復(fù)雜?！纠?】一臺收音機(jī)，把它的調(diào)諧電路中的可變電容器的動片從完整旋入到完整旋出，仍舊收不到某一較高頻次的電臺信號。要想收到該電臺信號，應(yīng)當(dāng)______（增大仍是減小）電感線圈的匝數(shù)。解：調(diào)諧電路的頻次和被接受電臺的頻次同樣時，發(fā)生電諧振，才能收到電臺信號。由公式f1可知，L、C越小，f越大。當(dāng)調(diào)理C達(dá)不到目的時，必定是L太大，所以LC2應(yīng)減小L，所以要減小匝數(shù)。【例5】某防空雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻次為f=3×103MHZ，屏幕上尖形波顯示，從發(fā)射到接受經(jīng)歷時間t=0.4ms，那么被監(jiān)督的目標(biāo)到雷達(dá)的距離為______km。該雷達(dá)發(fā)出的電磁波的波長為______m。解：由s=ct=1.2×105m=120km。這是電磁波來回的行程，所以目標(biāo)到雷達(dá)的距離為60km。由c=fλ可得λ=0.1m【例6】電子感覺加快器是利用變化磁場產(chǎn)生的電場來加快電子的。以下圖，在圓形磁鐵的兩極之間有一環(huán)形真空室，用交變電流勵磁的電磁鐵在兩極間產(chǎn)生交變磁場，進(jìn)而在環(huán)形室內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的電場，使電子加快．被加快的電子同時在洛倫茲力的作用下沿圓形軌道運(yùn)動。想法把高能電子引入靶室，就能進(jìn)一步進(jìn)行實驗工作。已知在一個軌道半徑為r=0.84m的電子感覺加快器中，電子在被加快的4.2ms內(nèi)獲取的能量為120MeV．設(shè)在這時期電子軌道內(nèi)的高頻交變磁場是線性變化的，磁通量的最小值為零，最大值為1.8Wb，試求電子在加快器中共繞行了多少周？解：依據(jù)法拉第電磁感覺定律，環(huán)形室內(nèi)的感覺電動勢為E==429V，設(shè)電子在加t速器中繞行了N周，則電場力做功NeE應(yīng)當(dāng)?shù)扔陔娮拥膭幽蹺K，所以有N=EK/Ee，帶入數(shù)據(jù)可得N=2.8×105周。【例7】以下圖，半徑為r且水平擱置的圓滑絕緣的環(huán)形管道內(nèi)，有一個電荷量為e，質(zhì)量為m的電子。此裝置放在勻強(qiáng)磁場中，其磁感覺強(qiáng)度隨時間變化的關(guān)系式為B=B0+kt（k>0）。依據(jù)麥克斯韋電磁場理論，平均變化的磁場將產(chǎn)生穩(wěn)固的電場，該感覺電場對電子將有沿圓環(huán)切線方向的作使勁，使其獲取加速。設(shè)t=0時刻電子的初速度大小為v0，方向順時針，此后開始后運(yùn)動一周后的磁感覺強(qiáng)度為B1，則此時電子的速度大小為B1re22r2keB0re22r2keA.mB.v0mC.mD.v0m解：感覺電動勢為E=kπr2，電場方向逆時針，電場力對電子做正功。在轉(zhuǎn)動一圈過程中對電子用動能定理：kπr2e=1mv2-1mv02，得答案B。22【例8】以下圖，平行板電容器和電池組相連。用絕緣工具將電容器兩板間的距離漸漸增大的過程中，對于電容器兩極板間的電場和磁場，以下說法中正確的選項是兩極板間的電壓和場強(qiáng)都將漸漸減小兩極板間的電壓不變，場強(qiáng)漸漸減小C.兩極板間將產(chǎn)生順時針方向的磁場D.兩極板間將產(chǎn)生逆時針方向的磁場解：因為極板和電源保持連結(jié)，所以兩極板間電壓不變。兩極板間距離增大，所以場強(qiáng)E=U/d將減小。因為電容器帶電量Q=UC，d增大時，電容C減小，所以電容器帶電量減小，即電容器放電。放電電流方向為逆時針。在引線四周的磁場方向為逆時針方向，所以在兩極板間的磁場方向也是逆時針方向。選BD。【例9】以下圖，氫原子中的電子繞核逆時什迅速旋轉(zhuǎn)，勻強(qiáng)磁場垂直于軌道平面向外，電子的運(yùn)動軌道半徑r不變，若使磁場平均增添，則電子的動能（）A．不變B．增大C．減小D．沒法判斷分析：正確答案為B電子在庫侖力F和洛倫茲力f作用下做勻速圓周運(yùn)動，用左手定章判斷f和F方向一直同樣，二者之和為向心力。當(dāng)磁場平均增添時，依據(jù)麥克斯韋理論，將激起一穩(wěn)固電場，由楞次定律及安培定章可判出上述電場的方向為順時針，這時電子除遇到上述兩力外，又遇到一個逆時針方向的電場力作用，該力對電子做正功，所以電子的動能將增大，故答案B正確。三、針對性練習(xí)：1．對處于圖所示時刻的LC振蕩電路，以下說法正確的選項是（）A、電容器正在放電，電場能正轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿?；B、電容器正在充電，電場能正轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿埽唬瑿、電容器正在放電，磁場能正轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿埽籐Ci＋D、電容器正在充電，磁場能正轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿埽?.以下對于電磁波的表達(dá)中，正確的選項是A.電磁波是電磁場由發(fā)生地區(qū)向遠(yuǎn)處的流傳B.電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)流傳時，波長將變長C.電磁波不可以產(chǎn)生干預(yù)、衍射現(xiàn)象D.雷達(dá)是利用自己發(fā)射的電磁波來對目標(biāo)進(jìn)行定位的3．在我們的四周空間存在著各樣不一樣頻次的電磁波，它的存在為人類的信息溝通帶來了極大的方便：（1）是誰第一預(yù)知了電磁波的存在？答：

．（2）是誰用實驗的方法證明了電磁波的存在？答：

．（3）無線電波按波長從大到小可分為長波、中波、中短波、短波等，按流傳方式可分為天波流傳、地波流傳和直線流傳，此中地波是依賴波的衍射作用沿地球表面流傳的，上邊提到的四種無線電波中哪一種最適合地波流傳．答：．

那么4．在聽收音機(jī)時，經(jīng)常要從一個電臺調(diào)到另一個電臺，去收聽自己喜愛的節(jié)目；假如你正在收聽中央人民廣播電臺頻次為1035KHz的節(jié)目。此刻你想改聽北京人民廣播電臺頻率為828KHz的節(jié)目，那么：（1）在對收音機(jī)進(jìn)行調(diào)諧時，你應(yīng)把調(diào)諧電路中的可變電容器的動片旋進(jìn)一些，仍是旋出一些？為何？（提示：旋進(jìn)時電容器兩極板的正對面積增大，當(dāng)收音機(jī)的調(diào)諧電路的頻次與電臺發(fā)射頻次同樣時，就能清楚地收到該電臺的節(jié)目）．答：．（2）若北京人民廣播電臺正在實況廣播一場音樂會，試問離舞臺30米遠(yuǎn)的現(xiàn)場觀眾甲和遠(yuǎn)在現(xiàn)場3000公里外的聽眾乙比較，誰先聽到歌手的聲音？答：．5．電磁波碰到某些阻礙物會發(fā)生反射，雷達(dá)就是依據(jù)這一原理制成的，某雷達(dá)站正在察看一飛機(jī)飛翔，若飛機(jī)正向雷達(dá)站飛來，某一時刻雷達(dá)第一次發(fā)出電磁波到接收到反射波歷時200微秒，第二次發(fā)出電磁波到接收到反射波歷時186微秒，第一次發(fā)射到第二次發(fā)射的時間差為4秒鐘，則刻飛機(jī)的飛翔速度為m/s．6．麥克斯韋的電磁場理論有兩個重點(diǎn)：（1）；（2）．7．電磁場：．電磁波：．8．電磁波在真空中的波速是m/s．電磁波的波速、波長、周期、頻次的關(guān)系用公式表示是v＝=．流傳過程中電磁波的不變．9．某收音機(jī)可變電容器的電容量為C時能收到無線電波的彼長是λ，當(dāng)電容量為C211時，能收到的無線電波的波長是λ2，若把電容量調(diào)為C1＋C2，則能收到的電磁波的波長是．10．2008年奧運(yùn)會將在中國北京進(jìn)行，為了實現(xiàn)全世界的電視轉(zhuǎn)播，我國政府將進(jìn)行設(shè)計多種方案，下邊正確的一種是（）只要運(yùn)用一顆同步衛(wèi)星，在赤道平面上空運(yùn)轉(zhuǎn)B.起碼需運(yùn)用三顆同步衛(wèi)星，在赤道平面上空運(yùn)轉(zhuǎn)C.只要運(yùn)用一顆同步衛(wèi)星，繞著經(jīng)過南北極的上空運(yùn)轉(zhuǎn)D.起碼需運(yùn)用三顆同步衛(wèi)星，繞著經(jīng)過南北極的上空運(yùn)轉(zhuǎn)11．2003年10月16日我國成功發(fā)射了“神州五號”載人飛船，這標(biāo)記著我國的航天航空事業(yè)居于世界前列。（1）如圖是A“神州五號”的火箭發(fā)射場，B為山區(qū)，C為城市，發(fā)射場正在進(jìn)行發(fā)射，若該火箭騰飛時質(zhì)量為2.02×105kg，騰飛推力2.75×106N，火箭發(fā)射塔高100m，則該火箭騰飛的加快度大小為，在火箭推力不變的狀況下，若不考慮空氣阻力和火箭質(zhì)量的變化，火箭騰飛后經(jīng)飛離發(fā)射塔。（2）為了轉(zhuǎn)播發(fā)射實況，我國科技工作者在發(fā)射場成立了發(fā)射臺用于發(fā)射廣播與電視信號。已知傳輸無線電廣播所用的電磁波波長為550m，而傳輸電視信號所用的電磁波波長為0.556m，為了不讓山區(qū)擋住信號的流傳，使城市居民能聽到和收看實況，一定經(jīng)過在山頂?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)（填無線電廣播信號或電視信號），這是因為

。12．按相關(guān)規(guī)定，工作場所所受的電磁波輻射強(qiáng)度（單