1、第3章,电磁波,第1讲 电磁波的产生,目标定位 1.了解振荡电流、振荡电路及LC电路的振荡过程，会求LC电路的周期与频率. 2.了解麦克斯韦电磁场理论的基本观点及其在物理学发展史上的意义. 3.知道电磁波的产生. 4.知道赫兹用实验证实了电磁波的存在及意义,栏目索引 CONTENTS PAGE,一、电磁振荡,1振荡电流和振荡电路 (1)振荡电流：大小和 都做周期性变化的电流 (2)振荡电路：产生 的电路由 和 所组成的电路是一种基本的振荡电路，叫做LC振荡电路,方向,振荡电流,电感线圈L,电容器C,2电磁振荡的过程 (1)放电过程：线圈自感作用阻碍电流的变化，使电路中的电流由u 逐渐 ， 能逐
2、渐转化为 能当放电完毕，即0时，电路中的 达到最大值，电场消失，磁场最强，电场能全部转化为磁场能 (2)充电过程：由于电感线圈的自感作用，电路中的电流逐渐 ，电感线圈中的磁场逐渐 ，电容器两极板所带的电荷逐渐 ，两极板间的电场也逐渐 电路中的磁场能逐渐转化成 能,零,增大,电场,磁场,Q,电流,减小,减弱,增多,增强,电场,(3)电磁振荡：上述过程周而复始地进行，就产生了方向和大小周期性变化的振荡电流，与振荡电流相联系的电场和磁场也周期性交替变化， 能和 能交替相互转化，这个过程叫做电磁振荡,电场,磁场,3电磁振荡的周期和频率 (1)全振荡：发生电磁振荡时，通过电路中某一点的电流，由某方向的最
3、大值再恢复到 的最大值，我们就说完成了一次全振荡 (2)周期：完成 全振荡的时间 (3)频率：在1 s内完成全振荡的 .,同一个方向,一次,次数,二、麦克斯韦的预言,1麦克斯韦电磁场理论的主要论点 (1) 的磁场周围会产生电场 (2) 的电场周围会产生磁场 2电磁场： 的电场和 的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场 3电磁波：在空间交替变化并传播出去的 就形成了电磁波,变化,变化,变化,变化,电磁场,三、赫兹实验,1888年，物理学家 第一次用实验证实了电磁波的存在，证明了 的预言,图1,麦克斯韦,赫兹,想一想 空间存在如图1所示的电场，那么在空间能不能产生磁场？在
4、空间能不能形成电磁波？ 答案 如图所示的电场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知会在空间激发出磁场，但磁场恒定，不会再在较远处激发起电场，故不会产生电磁波.,一、电磁振荡中各物理量的变化情况,如图2所示,图2,由甲、乙两图象可以看出：在电磁振荡过程中，(1)线圈中的电流i、磁感应强度B及磁场能EB的变化规律一致(2)电容器的带电量q，两极板间的场强E及电场能EE的变化规律一致，并且与i、B、EB的变化总是反向的,例1 某时刻LC振荡电路的状态如图3所示，则此时刻( ) A振荡电流i在减小 B振荡电流i在增大 C电场能正在向磁场能转化 D磁场能正在向电场能转化,图3,解析 题图中电容器上极板
5、带正电荷，图中给出的振荡电流方向，说明负电荷向下极板聚集，所以电容器正在充电，电容器充电的过程中，电流减小，磁场能向电场能转化，所以A、D选项正确 答案 AD,借题发挥 在电磁振荡中各物理量变化是有规律的，我们要熟悉各物理量变化的特点，特别抓住关键的电量和电流，电量变大、电场强度、电场能变大；电流变小，磁感应强度、磁场能变小判断出充、放电情况是解决问题的关键,二、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
6、荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场,例2 关于电磁场理论，下列说法正确的是( ) A在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场 C均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场,解析 根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场，故D对，A、B、C错 答案 D,针对训练 某电路中电场随时间变化的图象如下列各图所示，能发射电磁波的电场是( ),解析 图A中电场不随时间变化，不会产生磁场； 图B和图C电场都随
7、时间做均匀变化，只能在周围产生稳定的磁场，不会产生和发射电磁波； 图D中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而这磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场，能发射电磁波 答案 D,三、电磁波与机械波的比较,1电磁波和机械波的共同点 (1)二者都能产生干涉和衍射 (2)二者在不同介质中传播时频率不变,2电磁波和机械波的区别 (1)二者本质不同 电磁波是电磁场的传播，机械波是质点机械振动的传播 (2)传播机理不同 电磁波的传播机理是电磁场交替感应，机械波的传播机理是质点间的机械作用 (3)电磁波传播可以不需要介质，而机械波传播需要介质
8、 (4)电磁波是横波，机械波既有横波又有纵波，甚至有的机械波同时有横波和纵波，例如地震波,例3 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 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
9、B、C、D正确 答案 BCD,借题发挥 机械波的传播速度完全由介质决定，而电磁波的传播速度是由介质和频率共同决定.,1.在LC回路中，电容器两端的电压随时间t变化的关系如图4所示，则( ) A在t1时刻，电路中的电流最大 B在t2时刻，电路中的磁场能最大 C从t2时刻至t3时刻，电路的电场能不断增大 D从t3时刻至t4时刻，电容的带电荷量不断增大,电磁振荡,图4,解析 电磁振荡中的物理量可分为两组：电容器带电q，极板间电压u，电场强度E及电场能为一组自感线圈中的电流i，磁感应强度B及磁场能为一组同组量的大小变化规律一致，同增同减同为最大或为零值异组量的大小变化规律相反若q、E、u等量按正弦规律
10、变化，则i、B等量必按余弦规律变化 根据上述分析由题图可以看出，本题正确选项为A、D. 答案 AD,2.如图5所示为振荡电路在某时刻的电容器的带电情况和电感线圈中磁感线方向情况，由图可知电容器在_电，电感线圈中的电流在_(填“增大”“减小”或“不变”)，如果振荡电流的周期为104 s，电容为C250 F，则自感系数L_ H.,图5,答案 充 减小 105,麦克斯韦电磁场理论,3用麦克斯韦的电磁场理论判断，图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图象是( ),解析 A图中的左图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，A图中的右图是错误的；B图中的左图是均匀变化的电
11、场，应该产生稳定的磁场，右图的磁场应是稳定的，所以B图错误； C图中的左图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差/2 ，C图是正确的；,D图中的左图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是右图中的图象与左图相比较，相位相差2，故D图错误 答案 C,电磁波的特点,4下列关于电磁波的说法中，正确的是( ) A电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播 B电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0108 m/s C电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短 D电磁波不能产生干涉、衍射现象,解析 电磁波在真空中的传播速度为光速c3.0108 m/s，且cf，从一种介质进入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变电磁波仍具有波的特征，电磁波只有在真空中的速度才为3.0108 m/s，在其他介质中的传播速度小于3.0108 m/s. 答案 AC,
