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1、14.1、2电磁波的发现、电磁振荡 教学目标： 1.熟记麦克斯韦电磁场理论的基本内容，知道其在物理学发展史上的意义 2.能说出电磁波的基本特点，能从电磁波体会电磁场的物质性 3.会分析LC振荡回路中振荡电流的产生过程 4.会计算LC振荡电路的周期和频率 重点：了解电磁场和电磁波的概念及应用，了解电磁振荡的周期与频率，会求LC电路的周期与频率. 难点：电磁振荡过程中各物理量的变化规律及各物理量变化之间的关系 进行新课： （一）引入 学习电磁振荡和电磁波的重要性。 无线电广播是利用电磁波传播的，电视广播也是利用电磁波传播的，导弹，人造地球卫星的控制以及宇宙飞船跟地面的通信联系都是利用电磁波。那么，
2、电磁波是什么呢？它是怎样产生的，有些什么性质以及怎样利用它来传递各种信号呢？这一章就要研究这些问题。要了解电磁波，首先就要了解什么是电磁振荡，我们就从电磁振荡开始学习。 （二）新课教学 1、实验：将电键K扳到1，给电容器充电，然后将电键扳到2，此时可以见到G表的指针来回摆动。 1 K 2 C L G 2、总结：能产生大小和方向都都作周期发生变化的电流叫振荡电流。能产生振荡电流的电路叫振荡电路。其中最简单的振荡电路叫LC回路。 3、振荡电流是一种交变电流，是一种频率很高的交变电流，它无法用线圈在磁场中转动产生，只能是由振荡电路产生。 4、那么振荡电路中的交变电流有一些什么样的性质： （1）介绍振
3、荡电路中交变电流的一些重要性质： 甲 乙 丙 丁 戊 对应的电流图像： 对应电容器所带的电量： （2）电路分析： 甲图：电场能达到最大，磁场能为零，电路感应电流i=0 甲乙：电场能，磁场能，电路中电流i，电路中电场能向磁场能转化，叫放电过程。 乙图：磁场能达到最大，电场能为零，电路中电流I达到最大。 乙丙：电场能，磁场能，电路中电流i，电路中电场能向磁场能转化，叫充电过程。 丙图：电场能达到最大（与甲图的电场反向），磁场能为零，电路中电流为零。 丙丁：电场能，磁场能，电路中电流i，电路中电场能向磁场能转化，叫放电过程。 丁图：磁场能达到最大，电场能为零，回路中电流达到最大（方向与原方向相反），
4、 丁戊：电场能，磁场能，电路中电流i，电路中电场能向磁场能转化，叫充电过程。 戊与甲是重合的，从而振荡电路完成了一个周期。 综述： 第一、充电完毕（充电开始）：电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0。 第二、放电完毕（放电开始）：电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大。 第三、充电过程：电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电量在增加。从能量看：磁场能在向电场能转化。 第四、放电过程：电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。从能量看：电场能在向磁场能转化。 归纳：在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电
5、流，以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡。 例题1、在LC振荡电路中，某时刻若磁场B正在增加，则电容器处于（放）电状态, 电场能正在（减小） 磁场能正在（增加） 能量转变状态为（电场能正在向磁场能转化）电容器上板带（正）电。 B a b C 例题2、在LC的回路中，电流it的关系如图所示，若规定逆时针方向为电流的正方向，说明t0时刻电路中能量变化情况，及电场能、磁场能、充放电等情况。下列分析情况正确的是：（D） A、t1时刻电路的磁场能正在减小。 B、t1t2时间电路中的电量正在不断减少。 C、t2t3时间电容器正在充电。 D、t4时刻电容中的电场能最大。 i
6、 t 0 t1 t0 t2 t3 t4 5、阻尼振荡与无阻尼振荡。 （1）阻尼振荡：在振荡电路中由于能量被逐渐消耗，振荡电路中的电流要逐渐减小，直到最后停下来。 （2）无阻尼振荡：在电磁振荡的电路中，如果没有能量损失，振荡应该永远地持续下去，电路中振荡电流的振幅应该永远保持不变，这种振荡叫无阻尼振荡。 例题2：如图14111所示的电路中，电容器的电容C1 F，线圈的自感系数L0.1 mH，先将开关S拨至a，这时电容器内有一带电油滴恰能保持静止然后将开关S拨至b，经过t3.14105 s，油滴的加速度是多少？当油滴的加速度为何值时，LC回路中的振荡电流有最大值？(g取10 m/s2，取3.14，
7、研究过程中油滴不与极板接触) 图14111 【解析】 当S拨至a时，油滴受力平衡，显然油滴带负电，有mgq，当S拨至b后，LC回路中有振荡电流，振荡周期为T223.14 s6.28105s，当t3.14105 s时，电容器恰好反向充电结束，两极板间场强与t0时等大反向由牛顿第二定律得qmgma，联立式解得a20 m/s2，当振荡电流最大时，电容器处于放电完毕状态，两极板间无电场，油滴仅受重力作用，此时有mgma，解得a10 m/s2.即当油滴的加速度为10 m/s2时，LC回路中的振荡电流有最大值 【答案】 20 m/s2 当a10 m/s2时LC回路中的振荡电流有最大值. 课堂练习 1.关于
8、电磁场理论的叙述，正确的是( ) A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关 B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场 C.变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场 D.电场周围一定存在磁场 E.磁场周围一定存在电场 【解析】 【答案】 ABC 2.根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是( ) A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场 B.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场 C.稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场 D.电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直 E.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 【解析】 教
9、室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器用的振荡电流，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C错误；电磁波是横波，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确.均匀变化的电场周围会产生恒定不变的磁场，E错误. 【答案】 ABD 3.如图311所示，在变化的磁场中放置一个闭合线圈. 图311 (1)你能观察到什么现象？ (2)这种现象说明了什么？ 【解析】 (1)灵敏电流计的指针发生偏转，有电流产生. (2)变化的磁场产生了电场，使闭合线圈的自由电荷发生了定向运动而形成了电流. 【答案】 见解析 4.LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图314所示，则下列
10、说法正确的是( ) 图314 A.若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电 B.若电容器正在充电，则电容器下极板带正电 C.若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大 D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大 E.若电容器正在充电，则自感电动势正在阻碍电流增大 【解析】 本题考查各物理量发生变化的判断方法.由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板的带电情况，可分两种情况讨论：(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C对，A错；(2)若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B对，由楞次定律可判定D对
11、，E错.故正确答案为B、C、D. 【答案】 BCD 5.如图315所示，LC电路的L不变，C可调，要使振荡的频率从700 Hz变为1 400 Hz，则把电容_到原来的_. 图315 【解析】 由题意，频率变为原来的2倍，则周期就变为原来的，由T2，L不变，当CC0时符合要求. 【答案】 减小 作业： 1.如图316所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯D正常发光，现突然断开S，并开始计时，画出反映电容器a极板上电荷量q随时间变化的图像(q为正值表示a极板带正电). 图316 【解析】 开关S处于闭合状态时，电流稳定，又因L电阻可忽略，因此电容器C两极板间电
12、压为0，所带电荷量为0，S断开的瞬间，D灯立即熄灭，L、C组成的振荡电路开始振荡，由于线圈的自感作用，此后的时间内，线圈给电容器充电，电流方向与线圈中原电流方向相同，电流从最大逐渐减为0，而电容器极板上电荷量则由0增为最大，根据电流流向，此时间里，电容器下极板b带正电，所以此时间内，a极板带负电，由0增为最大. 【答案】 2.某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中正确的是( ) A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用 B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象 C.机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播 D.机械波只有横波 E.电磁波只有纵波 【解析】
13、 机械波和电磁波有相同之处，也有本质区别，但vf都适用，A说法对；机械波和电磁波都具有干涉和衍射现象，B说法对；机械波的传播依赖于介质，电磁波可以在真空中传播，C说法对；机械波有横波和纵波，而电磁波是横波，D、E说法错. 【答案】 ABC 3.下列关于电磁波的叙述中，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3108 m/s C.电磁波由真空进入介质传播时，波长变短 D.电磁波不能产生干涉、衍射现象 E.电磁波具有波的一切特征 【解析】 电磁波是交替产生呈周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生，故A项正确；电磁波只有在真空中传播时，其速度为3108 m/s，故B项不正确；电磁波在传播过程中其频率f不变，由波速公式vf知，由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小，所以可得此时波长变短，故C正确；电磁波是一种波，具有波的一切特性，能产生干涉、衍射等现象，故E项正确，D项不正确. 【答案】 ACE
