高中物理 第四章 电磁波及其应用章末小结知识整合与阶段检测课件 新人教版选修1-1.pptx

整合提升知识网络重点突破一、电磁波的发现1.麦克斯韦的电磁场理论麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场.2.电磁波变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波.（1）有效地发射电磁波的条件是：①频率足够高（单位时间内辐射出的能量P ∝4f ）；②形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去）.（2）电磁波的特点①电磁波是横波.在电磁波传播方向上的任一点，场强E 和磁感应强度B 均与传播方向垂直且随时间变化，因此电磁波是横波.②电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播.在真空中的波速为c=3.0×108m/s.③波速和波长、频率的关系：f c λ=注意：麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速c ，后由赫兹用实验证实了电磁波的存在.图4－1（3）电磁波和机械波有本质的不同.【例1】 图4－1中，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，正以速率0v 沿逆时针方向匀速转动.若在此空间突然加上竖直向上、磁感应强度B 随时间成正比例增加的变化磁场，设小球运动过程中的电量不变，那么（ ）A.小球对玻璃环的压力不断增大B.小球受到的磁场力不断增大C.小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动D.磁场力一直对小球不做功解析：因为玻璃环所处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电的小球做功，由楞次定律，判断电场方向为顺时针，在电场力的作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动.小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力：环的弹力N 和磁场的洛仑兹力f ，而且两个力的矢量和始终提供向心力，考虑到小球速度大小的变化和方向的变化以及磁场强弱的变化，弹力和洛仑兹力不一定始终在增大.洛仑兹力始终和运动方向垂直，所以磁场力不做功.正确选项为CD.答案：CD二、电磁振荡1.振荡电路大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做振荡电流，能够产生振荡电流的电路叫振荡电路，LC 回路是一种简单的振荡电路.2.LC 回路的电磁振荡过程可以用图象来形象分析电容器充、放电过程中各物理量的变化规律.3.LC 回路的振荡周期和频率LC T π2= LCf π21= 注意：（1）LC 回路的T 、f 只与电路本身性质L 、C 有关.（2）电磁振荡的周期很小，频率很高，这是振荡电流与普通交变电流的区别.4.分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突出能量守恒的观点）（1）理想的LC 回路中电场能电E 和磁场能磁E 在转化过程中的总和不变.（2）回路中电流越大时，L 中的磁场能越大（磁通量越大）.（3）极板上电荷量越大时，C 中电场能越大（板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大）.LC 回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数（见图4－2）.图4-2图4-3【例2】 某时刻LC 回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如图4-3所示.则这时电容器正在 （充电还是放电），电流大小正在 （增大还是减小）.解析：用安培定则可知回路中的电流方向为逆时针方向，而上极板是正极板，所以这时电容器正在充电；因为充电过程电场能增大，所以磁场能减少，电流在减小.答案：充电 减小【例3】 图44中电容器的电容都是C =4×10-6F ，电感都是L =9×10-4H ，左图中电键 K先接a ，充电结束后将K 扳到b ；右图中电键K 先闭合，稳定后断开.两图中LC 回路开始电磁振荡t =3.14×10－4s 时刻，1C 的上极板正在 电（充电还是放电），带电（正电还是负电）；2L 中的电流方向向 (左还是右)，磁场能正在（增大还是减小）.图4-4图4-5解析：先由周期公式求出LC T π2==1.2π×10－4s ，t =3.14×10－4s 时刻是开始振荡后的5[]6T.再看与左图对应的q －t 图象（以上极板带正电为正）和与右图对应的i －t 图象（以LC 回路中有逆时针方向电流为正），图象都为余弦函数图象.在T 65时刻，从左图对应的q －t 图象看出，上极板正在充正电；从右图对应的i －t 图象看出，2L 中的电流向左，正在增大，所以磁场能正在增大.答案：充 正 增大 左三、电磁波的应用广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用.雷达：无线电定位的仪器，波位越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能强，多数的雷达工作于微波波段.缺点，沿地面传播探测距离短.中、长波雷达沿地面的探测距离较远，但发射设备复杂.【例4】 一台收音机，把它的调谐电路中的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出，仍然收不到某一较高频率的电台信号.要想收到该电台信号，应该 （增加还是减少）电感线圈的匝数.解析：调谐电路的频率和被接受电台的频率相同时，发生电谐振，才能收到电台信号.由公式LC f π21=可知，L 、C 越小，f 越大.当调节C 达不到目的时，肯定是L 太大，所以应减少L ，因此要减少匝数.答案：减少【例5】 某防空雷达发射的电磁波频率为f =3×103 MH Z ，屏幕上尖形波显示，从发射到接受经历时间t ∆=0.4 ms ，那么被监视的目标到雷达的距离为 km.该雷达发出的电磁波的波长为 m.解析：由t c s ∆==1.2×105m=120 km. 这是电磁波往返的路程，所以目标到雷达的距离为60 km.由λf c =可得λ= 0.1m.答案：60 0.1四、传感器【例6】 如图4－6所示，厚度为h ，宽度为d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B 的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板上侧面A 和下侧面A ′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应.实验表明，当磁场不太强时，电势差U 、电流I 和B 的关系为U ＝dIB k ，式中的比例系数k 称为霍尔系数.霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差.图4－6设电流I 是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v ，电量为e ，回答下列问题：（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A 的电势 下侧面A ′的电势(填“高于”“低于”或“等于”).（2）电子所受的洛伦兹力的大小为 .（３）当导体板上下两侧之间的电势差为U 时，电子所受静电力的大小为 .（4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为nek 1=，其中n 代表导体单位体积中电子的个数.解析：(1)自由电荷为电子，由左手定则可知，达到稳定状态时，导体板上侧面A 的电势低于下侧面A ′的电势；(2)evB F ＝洛 (3) evB hU e F =＝电 (4)电子受到横向静电力与洛伦兹力的作用，两力平衡，有evB h U e=① 得evB U =②通过导体的电流强度nevdh I = 由d IB k U =，有d nevBdh k hvB =，得nek 1=.答案：（1）低于（2）evB（3）evB（4）证明见解析【例7】给你光电管、电磁继电器、直流电源、开关、照明电路、路灯及导线，设计一个用于街道的路灯自动控制开关，达到日出路灯熄，日落路灯亮的效果，并说明设计原理.图4-7解析：设计电路如图4-7，当光照加强时，光电管电阻变小，通过线圈的电流变大，电磁铁磁性变强，把衔铁吸下，脱离触点，照明电路断开，灯熄灭；当光照减弱时，光电管电阻变大，电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧弹回与触点接触，照明电路接通，灯亮.因此就可做到日出灯熄，日落灯亮.。