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文档简介
第第页高教版《技术物理上册》10—5电磁场和电磁波教案10—5电磁场和电磁波
一、教学目的:
1.了解麦克斯韦电磁场理论大意
2.理解电磁场的产生,掌握电磁波的特性及其波长、波速的关系
二、教学重点、难点:
重点:电磁波的特性波长、波速和周期、频率的关系LC电路的周期和频率
难点:麦克斯韦电磁场理论
三、教学建议:
教法建议:多媒体教学、讲授
教学设计方案:
(一)引入新课
人类认识客观世界,发现新的事物,常有二种方式,一种是从生产实践、科学实验中观察分析后发现新的事物。另一种是从科学理论出发,预言新的事物存在。电磁波的发现,属于后一种。麦克斯韦从电磁理论出发,运用了较为深奥的数学工具,得到了描述电磁场特性的规律,并预言了电磁波的存在。10年后,他的学生赫兹用实验方法证实了麦克斯韦的伟大预言,发射并接收了电磁波,从而开创了无线电技术的新时期。
我们现在粗略地介绍了一下麦克斯韦的这个理论。
(二)新课内容
1.麦克斯韦电磁理论
(1)变化的磁场产生电场
演示实验装置如图1所示,当穿过螺线管的磁场随时间变化时,线圈中产生感应电动势,引起感应电流使灯泡发光。
图1变化的磁场产生电场
麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场,正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向移动,引起了感应电流。
如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还会有电场和电流吗?引导学生思考后得到正确答案:有电场、无电流。
想象连塑料线绕制的线圈也不存在时,线圈所在处的空间还有电场吗?
麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在,线圈不存在时,变化的磁场同样在周围空间产生电场,跟闭合电路是否存在无关。
(2)变化的电场产生磁场
图2变化的电场产生磁场
我们知道,电流周围存在着磁场,麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和联系。经过反复思考提出一个假设:变化的电场产生磁场。
根据麦克斯韦的理论,在给电容器充电时,不仅导体中电流要产生磁场,而且在电容器两极板间变化着的电场周围也会产生磁场。这已为实验所证实。
3.电磁场
麦克斯韦根据自己的理论进一步预言,如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那么,这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场,变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……。可见,变化的电场和变化的磁场是相互联系的,形成一个不可分离的统一体,这就是电磁场,这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生,并且由发生的区域向周围空间传播。(见课本插图)
4.电磁波
电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波。
电磁波的特点
(1)电磁波是横波。
(2)电磁波真空中、在介质中都能传播。这一点与与机械波不同。
(3)电磁波具有反射、折射、干涉、衍射等波的一切特性。
(4)波长、波速和周期、频率的关系
=/T
式中:c为电磁波在真空中的速度,电磁波在真空中的速度等于光速。、f、T分别为电磁波的波长、频率和周期。
无线电技术中使用的电磁波称为无线电波,见课本表格介绍。
4.电磁振荡
要产生电磁波,需要在一个区域内有周期性变化的电场和磁场。由线圈L和电容器C
组成的振荡LC电路就能产生周期性变化的电场和磁场,因而能作为电磁波的波源。
振荡电路产生振荡电流的过程,也就是电场能和磁场能相互转化的过程。电容器充电后储存了电场能,电路中电流为零[如图3(a)所示]。电容器通过线圈放电时,电容器中的电场能逐渐转化为线圈中的磁场能。由于线圈的自感作用,电路中的电流只能逐渐增大。当电容器放电结束时,电流达到最大,电场能全部转化为磁场能[如图3(b)]。电容器放电结束后,由于线圈的自感作用,电路中的电流并不停止,而是按原来的方向继续流动,给电容器反向充电,这时电容器两极板间电场反向,磁场能逐渐转化为电场能。反向充电结束时,电路中电流变为零,磁场能全部转化为电场能[如图3(c)所示]。此后电容器又反向放电,线圈中磁场反向,反向电流逐渐增大,电场能逐渐转化为磁场能。反向放电结束时,电流达到最大值,电场能又全部转化为磁场能[如图3(d)所示]然后再接着给电容器(正向)充电,使磁场能再转化为电场能,再回到图(a)所示的情况,电路完成一次全振荡。在LC电路中,电场与磁场,电场能与磁场能周期性的交替变化,这种现象称为电磁振荡。
图3电磁振荡过程
在振荡过程中,如果没有任何能量耗散,它会永远振荡下去。实际上,能量耗散是不可避免的。振荡电流的振幅会逐渐减小,直至消失。在无线电技术中,人们通过振荡器把电源的能量补充到振荡电路中去,使电磁振荡一直持续下去。把LC电路产生的周期性交替变化的电场、磁场通过天线发射出去,就是无线电技术中的电磁波—无线电波。
LC振荡电路的周期和频率
(三)小结
1.变化的磁场能够在周围空间产生电场,变化的电场能够在周围空间产生磁场。
2.均匀变化的磁场,产生稳定的电场;均匀变化的电场,产生稳定的磁场。周期性变化的磁场产生周期性变化的电场,周期性变化的电场产生周期性变化的磁场。
3.变化的电场和变化的磁场总是相互联系着,形成一个不可分离的统一体,这就是电磁场。电磁场向周围空间传播形成电磁波。
4.波长、波速和周期、频率的关系=/T
LC振荡电路的周期和频率
(四)作业布置
p.1111、2、4、5题
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