电磁波的产生PPT课件免费下载2023

鲁科版 (2019)高中物理选择性必修 第二册课文《电磁波的产生》,完整版PPT课件免费下载，优秀PPT背景图搭配，精美的免费ppt模板。轻松备课，欢迎免费下载使用。

一、【课程的主要内容】

一、电磁振荡【思考】音叉的振动产生声音，但是要形成持续的声音，则需要不断地打击音叉。手机接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？
提示：要产生持续变化的电流，可以通过线圈和电容器组成的电磁振荡电路实现。
1.振荡电流：大小和方向都_______变化的电流。2.振荡电路：产生_________的电路。由__________和________所组成的电路就是一种基本的振荡电路，叫作___________。
3.电磁振荡的过程分析：(1)放电过程：在电容器放电过程中，电流通过电感器，在线圈中建立起磁场，电感器中的磁场能随电流的增大而增大，电场能逐渐转化为_______，当电容器放电完毕，即Q=0时，电路中的电流___________。这时，_________，磁场最强，电场能全部转化为磁场能。(2)充电过程：当电容器放电完毕后，由于电感线圈的_________，电路中的电流并不立即停止，电流保持_________继续流动，并_________，电容器在反方向充电，随着电流的逐渐减小，线圈中的磁场逐渐减弱，电路中的磁场能又逐渐转化为_______。
4.电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量，电路中的电流，与振荡电流相联系的电场和磁场也周期性_________，电场能和磁场能_________。5.电磁振荡的周期和频率：(1)一次全振荡：发生电磁振荡时，通过电路中某一点的_____，由某方向的最大值再恢复到_______方向的_______，就完成了一次全振荡。(2)电磁振荡的周期T：完成一次_______的时间。(3)电磁振荡的频率f：在1 s内完成_______的次数。
6.LC振荡电路的周期和频率：(1)公式：T=______，f=______。(2)单位：周期T、频率f、自感系数L、电容C的单位分别是___________________________。
二、麦克斯韦的预言和赫兹实验【思考】电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的？提示：如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。
1.麦克斯韦电磁场理论：(1)变化的磁场周围产生电场。麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场——_________，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的涡旋电场总是_______。(2)变化的电场周围产生磁场。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_____________，就会在其周围产生_________。(3)变化的电场和磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一场，这就是_______。
2.电磁波：(1)电磁波的产生。变化的_____和变化的_____相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场。这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了_______。
(2)电磁波的特点。①电磁波是_____，电磁波在空间传播_______介质。②电磁波的波长、频率、波速的关系：v=λf，在真空中，电磁波的速度c=________m/s。③电磁波能产生反射、折射、_____和_____等现象。
3.赫兹实验：(1)赫兹实验原理图(如图所示)。
(2)实验现象。当感应线圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间_____________。(3)现象分析。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_______，这种电磁场以_______的形式在空间传播。当电磁波经过接收线圈时，导致接收线圈产生___________，使接收线圈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。
(4)实验结论。赫兹证实了_______的存在。(5)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。
一 电磁振荡中各物理量的对应关系1.用图像对应分析i、q的变化关系，如图：
2.振荡过程中相关物理量的对应关系：
3.几个关系：(1)同步同变关系。在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量q、板间电压U、电场强度E、电场能EE是同步同向变化的，即：q↓→U↓→E↓→EE↓(或q↑→U↑→E↑→EE↑)振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步同向变化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。
(2)同步异变关系。在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的，即：q、E、EE↑ i、B、EB↓。
4.电磁振荡过程实质上是电场能和磁场能的转化过程。5.电磁振荡中各物理量的变化周期：(1)LC回路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期就是LC回路的振荡周期，即 。在一个周期内上述各量方向改变两次。
(2)电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期 ，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次。(3)电场能、磁场能也在做周期性变化，但它们是标量，没有方向，所以变化周期T′是振荡周期T的一半，即 。
【特别提醒】 (1)在LC振荡电路完成一次全振动的过程中，电容器充电两次且充电电流相反。(2)振荡电流 ，其大小由极板上电荷量的变化率决定，如放电结束的瞬间，极板电荷量为零，而振荡电流最大。

二、【思考与探究】
【思考·讨论】按如图所示的装置连接好电路。先把开关扳到电池组一边，给电容器充电，稍后再把开关扳到线圈一边。(1)此后电路中有哪些物理量发生了变化？(物理观念)(2)电路中的能量是怎样转化的？(物理观念)
提示：(1)电容器极板上的电荷量、极板电压、板间电场强度、电场能、电感线圈中的电流、磁感应强度、磁场能均发生周期性的变化。(2)放电过程：电容器极板间的电场能转化为电感线圈中的磁场能；充电过程：电感线圈中的磁场能转化为电容器极板间的电场能。
【典例示范】(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则( )A.若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向aB.若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带正电C.若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电D.若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
【解析】选A、C。若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a，电场能增大，上极板带负电，故选项A正确，B错误；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误。
【规律方法】LC振荡电路充、放电过程的判断方法(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，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，处于放电过程。(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、电场强度E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。(3)根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电。
【素养训练】1.(母题追问)(多选)在【典例示范】情境中，已知电容器上极板带正电，如图所示，以下说法正确的是( )A.电容器正在充电B.电容器两极板间的电压正在增大C.电感线圈中的电流正在增大D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
【解析】选C、D。由电流的磁场方向可判断线圈中电流从上往下看是逆时针方向，又电容器上极板带正电，可知电容器在放电，两极板间电压减小，电路中的电流在增大，此时刻自感电动势阻碍电流增大，故A、B错误，C、D正确。
2.如图是一个LC振荡电路中的电流变化图线，根据图线可判断( )A.t1时刻电感线圈两端电压最大B.t2时刻电容器两极板间电压为零C.t1时刻电路中只有电场能D.t1时刻电容器带电荷量为零
【解析】选D。由图像知，计时开始时，电容器两极板间带电荷量最大，电流为零，电容器开始放电，根据电流随时间的变化规律可以在图中画出q-t图像(在解析图中用虚线表示)，根据图像分析可知：t1时刻，电容器上电荷量为零，电势差为零，电场能为零，故D对，A、C皆错。t2时刻电容器上电荷量q最大，两板间电势差最大，B错，故选D。
【补偿训练】1.某时刻LC振荡电路的状态如图所示，图中的箭头方向表示此时电流的方向，则下列说法中正确的是( )A.电容器正处于放电过程中B.振荡电流在增大C.电容器上电荷量正在减少D.磁场能正在向电场能转化
【解析】选D。由题图可知，电容器正在充电，电容器上的电荷量、电场能增加；回路中电流正在减小，磁场能正在减小，磁场能正向电场能转化，故A、B、C项都错，D项对。
2.某LC振荡电路中，振荡电流变化规律为i=0.14sin(1 000t) A，已知电路中线圈的自感系数L=50 mH，则电容器的电容C=_________，该振荡电流的有效值为_________。 
【解析】由 ，得 ，又因 ，得 F=2.0×10-5 F，因振荡电流最大值Im=0.14 A，所以有效值为 =0.10 A。答案：2.0×10-5 F 0.10 A

三、【拓展学习】
二 麦克斯韦电磁场理论1.对麦克斯韦电磁场理论的理解：(1)恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。(3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场，同样，振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场。
2.对电磁场的认识：(1) 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，以光速(真空中)在空间传播，传播方向上的任一点， E与B彼此垂直且与传播方向垂直，如图所示。(2)电磁场是动态的，并且电场和磁场不可分割，磁感线、电场线都是闭合的曲线；静电场、静磁场是单独存在的，且电场线是非闭合曲线，静止的电场和磁场不是电磁场。
3.机械波与电磁波的比较：
【特别提醒】麦克斯韦电磁场理论依据是电磁感应。理解时要注意静电场(或静磁场)不产生磁场(或电场)，其核心在于“变化”，要根据电场(或磁场)的变化情况来确定所产生的磁场(或电场)。
【思考·讨论】(1)变化的磁场一定产生变化的电场吗？请解释下原因。(科学思维)提示：不一定。均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场。(2)电磁场与静电场、静磁场相同吗？为什么？(科学思维)提示：不同。电磁场是动态的，并且电场和磁场不可分割；静电场、静磁场单独存在。
【典例示范】有关电磁场理论的下列说法中，正确的是( )A.任何磁场都会在空间产生电场B.任何电场都会在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场C.电磁振荡可以产生电磁波，若波源的电磁振荡停止，其发射到空间的电磁波随即消失D.周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
【解析】选D。根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场才会在周围空间产生电场，选项A错；同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，说法B前半句错；当发射电路的电磁振荡停止时，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，选项C错误；根据电磁波知识知，选项D正确。

四、【典例剖析】
【素养训练】1.关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是( )A.电磁波有横波，也有纵波B.电磁波不可能在墙体内传播C.发射电路的电磁振荡停止，则传播出去的电磁波立即消失D.电磁波中电场和磁场的方向处处垂直
【解析】选D。电磁波中，电场强度和磁感应强度均与传播方向相互垂直，电磁波是横波，没有纵波，A错误，D正确；电磁波在真空和介质中均能传播，B错误；发射电路的电磁振荡停止时，虽不再发射电磁波，但已发射出去的电磁波还要继续传播，C错误。
2.(多选)如图所示，有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管，半径为R，有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处于竖直向上的磁场中，要使带电粒子由静止开始沿管做圆周运动，所加磁场可能是( )A.匀强磁场B.均匀增加的磁场C.均匀减少的磁场D.由于洛伦兹力不做功，不管加什么磁场都不能使带电粒子绕管运动
【解析】选B、C。磁场对静止的电荷不产生力的作用，但当磁场变化时可产生电场，电场对带电粒子产生电场力的作用，带电粒子在电场力作用下可以产生加速度，故选B、C。
【补偿训练】(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是 ( )A.机械波和电磁波，本质上是一致的B.机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关C.机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D.它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
【解析】选B、C、D。机械波由振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生，机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定，电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，故选项B、C、D正确。
【拓展例题】考查内容：LC振荡电路分析【典例示范】在LC振荡电路中，若已知电容C，并测得电路的固有振荡周期T，即可求得自感系数L，为了提高测量精度，需多次改变C值并测得相应的T值，现将测得的六组数据标示在以C为横坐标，T2为纵坐标的坐标纸上，即如图所示用“×”表示的点。
(1)T、L、C的关系为_________。 (2)根据图中给出的数据画出T2与C的关系图线。(3)求得的L值是_________。 
【解析】(1)由周期公式 得T2=4π2LC(2)由T2=4π2LC，在L不变的情况下，T2为C的正比例函数，因此T2-C图线为过原点(0，0)的直线，图线如图所示。
(3)在如图所示的直线上任取两点，为减小误差，所取的两点间隔应尽可能大，由 得 ，代入数据得L=36.8 mH(在35.1～38.9 mH之间均正确)。答案：(1)T2=4π2LC (2)见解析图(3)36.8 mH(35.1～38.9 mH之间均正确)

五、【课堂练习】
1.关于LC振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是( )A.振荡电流最大时，电容器两极板间的场强最大B.振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零C.振荡电流增大的过程中，线圈中的磁场能转化成电场能D.振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能
【解析】选D。振荡电流最大时为电容器放电结束瞬间，场强为零，A错；振荡电流为零时，LC回路振荡电流改变方向，这时的电流变化最快，电流强度变化率最大，线圈中自感电动势最大，B错误；振荡电流增大时，线圈中电场能转化为磁场能，C错误；振荡电流减小时，线圈中磁场能转化为电场能，D正确。
2.关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是( )A.变化的磁场一定会产生变化的电场B.电磁波在真空中和介质中传播速度相同C.电磁波能产生干涉和衍射现象D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播【解析】选C。均匀变化的磁场产生稳定的电场，故A项错误；电磁波在介质中传播速度比真空中的小，故B项错误；电磁波能产生干涉和衍射现象，故C项正确，D项错误。
3.如图所示，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器的上极板A带正电荷，则该瞬间( )A.电流i正在增大，线圈L中的磁场也正在增大B.电容器两极板间的电压正在增大C.电容器带电荷量正在减小D.线圈中电流产生的磁感应强度正在增强
【解析】选B。根据电流方向可知电容器正处于充电状态，电容器充电过程中，回路中电流减小，磁场能减小，电场能增大，电容器带电荷量正在增大，电压正在增大，线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减弱，故只有B正确。
4.用如图所示的LC电路，可以产生电磁振荡。设其中所用电容器的电容为C、线圈的自感系数为L，则该电路辐射电磁波的频率为_________。若将所用电容器的电容变为4C，线圈的自感系数不变，则电容器的带电量由最多逐渐减少到零所经历的时间t=_________。 
【解析】电磁波的频率为 。电容变为4C时，振荡电流的周期为 电容器的带电量由最多到零的时间为 个周期，则 。答案：
【新思维·新考向】IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路，公交车上的读卡机(刷卡时“嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。