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1、第十四章,电磁波,目标定位 1.了解麦克斯韦电磁场理论的基本观点以及在物理学发展史上的意义. 2.了解电磁波的特点及其发展过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质. 3.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.,第1讲电磁波的发现电磁振荡,一、电磁波的发现 1.伟大的预言 (1)麦克斯韦电磁场理论的基本观点： 的磁场产生电场， 的电场产生磁场.,变化,变化,(2)如果在空间某区域中有 变化的电场，那么它就在空间引起 变化的磁场；这个 的磁场又引起新的 的电场于是，变化的 和变化的 交替产生，由近及远向周围传播，形成了 .,周期性,周期性,变化,变化,电场,磁场,电磁波
2、,2.电磁波 (1)根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度互相 ，而且二者均与波的传播方向 ，因此电磁波是 . (2)电磁波在真空中传播的速度等于 ，麦克斯韦指出了光的 本质.,垂直,垂直,横波,光速c,电磁,3.赫兹的电火花 赫兹做了一系列的实验，观察到了电磁波的反射、 、 、衍射和偏振等现象.并通过测量证明，电磁波在真空中具有与 相同的速度.这样，赫兹证实了麦克斯韦关于光的 ，赫兹在人类历史上首先捕捉到了 .,折射,干涉,光,电磁理论,电磁波,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？在空间能不能形成电磁波？,图1,答案如图所示的电场是均匀变
3、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，不会激发出新的电场，故不会产生电磁波.,二、电磁振荡 1.电磁振荡的产生 (1)振荡电流和振荡电路 振荡电流：大小和 都做周期性迅速变化的电流. 振荡电路：产生 的电路.最简单的振荡电路为LC振荡电路.,方向,振荡电流,(2)电磁振荡的过程 放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大，电容器极板上的电荷 ，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为 ，振荡电流逐渐增大，放电完毕，电流达到最大，电场能全部转化为磁场能.,逐渐减少,磁场能,充电过程：电容器放电完毕后，由于线圈的自感作用，电流保持 逐渐减小，电
4、容器将进行 ，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能，振荡电流逐渐减小，充电完毕，电流减小为零，磁场能全部转化为电场能. 此后，这样充电和放电的过程反复进行下去.,原来的方向,反向充电,2.电磁振荡的周期和频率 (1)电磁振荡的周期T：电磁振荡完成一次 需要的时间. (2)电磁振荡的频率f：1 s内完成的周期性变化的 . (3)LC电路的周期T、频率f与自感系数L、电容C的关系是T2 、f .,周期性变化,次数,一、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
5、场在周围空间产生恒定的电场； 3.周期性变化的磁场在周围空间产生同频率周期性变化的电场，同样，周期性变化的电场在周围空间产生同频率周期性变化的磁场.,例1 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. 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
6、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C中电场都随时间做均匀的变化，只能在周围产生稳定的磁场，也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,二、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. (3)二者都满足波的公式v f.,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
7、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)电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质. (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2 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
8、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. 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.,三、电磁振荡中各物理量的变化情况 如图2所示,图2,例3 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
9、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的变化.电量变大、电场强度、电场能变大；电流则变小，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.,麦克斯韦电磁场理论 1.下列说法中正确的是() A.任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场 B.任何电场都要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.任何变化的电场都要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 D.电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一
10、体，即电磁场,解析根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是稳定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场.故选C. 答案C,2.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图错误； B图中的左图是均匀变化的电场，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
11、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 ，C图正确，D图错误. 答案C,电磁波的特点 3.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,电磁振荡 4.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.在时刻t1，电路中的电流最大 B.在时刻t2，电路中的磁场能最大 C.从时刻t2至t3，电路的电场能不断增大 D.从时刻t3至t4，电容器的带电荷量不断增大,图4,解析电磁振荡中的物理量可分为两组：电容器带电量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.异组量的大小变化规律相反，若q、E、u等量按正弦规律变化，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,
