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1、第1节电磁波的产生第4章 电磁波 1820 年，丹麦物理学家奥斯特奥斯特发现了通电导线会使磁针偏转，揭示了电流的磁效应电流的磁效应。1831 年，英国物理学家法拉第法拉第发现电磁感应现象电磁感应现象，表明磁也会“生电”。电“生”磁磁“生”电 19 世纪 60 年代，在总结法拉第等人电磁现象研究成果的基础上，英国物理学家麦克斯韦麦克斯韦建立了完整的电磁完整的电磁场理论场理论，精辟地揭示了电场与磁场之间的联系，预言了电预言了电磁波的存在磁波的存在，并提出了重要假设。变化的磁场变化的磁场周围产生电场周围产生电场在变化的磁场周围会激发出一种电场涡旋电场磁场随时间不均匀变化，则激发的涡旋电场随时间变化磁
2、场随时间均匀变化，则激发的涡旋电场是稳定的周期性变化变化的磁场变化的磁场周围产生电场周围产生电场变化的变化的电电场场周围产生磁场周围产生磁场从场的观点出发，麦克斯韦提出：电荷的定向运动导致周围电场的变化，电流周围的磁场是由变化的电场产生的。麦克斯韦推论：即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，也会在其周围产生涡旋磁场。麦克斯韦的假设麦克斯韦的假设电容器在充电过程充电过程中，随着电荷的增加，电容器两极板间的电场发生变化电场发生变化，就会在周围产生涡旋磁场涡旋磁场。若电场随时间若电场随时间均匀变化均匀变化，则激发的磁场是，则激发的磁场是稳定稳定的；的；若电场随时间若电场随时间不均匀变化不均匀
3、变化，则激发的磁场，则激发的磁场随时间变化随时间变化。注意：恒定电流内定向移动的电荷产生是均匀变化的电场，因此再其周围会产生稳定的磁场变化变化的电场的电场变化变化的磁场的磁场变化变化的电场的电场产生产生变化变化的磁场的磁场产生形成关于电磁波关于电磁波电磁波是一种物质，本质是在空间中传播的变化的电磁场可见光、无线电波、紫外线、红外线、x射线、射线等都是电磁波电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。在真空中，不同频率的电磁波传播速度都等于光速。判断下列说法是否正确。(1)变化的电场一定产生变化的磁场。()(2)恒定电流周围产生磁场，磁场又产生电场。()(3)电磁波在真空中的传播速度是3.0108m
4、/s。()(4)周期性变化的电场和磁场互相激发由近及远地传播形成电磁波()(5)静止的电荷能够在周围空间产生稳定的磁场()(6)稳定的磁场能够在周围空间产生稳定的电场()能产生电磁波的是1888 1888 年，德国物理学家年，德国物理学家赫兹赫兹注意到感应线圈高压注意到感应线圈高压电极间的空隙处有时会产生火花放电现象。他对电极间的空隙处有时会产生火花放电现象。他对这种放电现象进行了深入研究，这种放电现象进行了深入研究，第一次用实验证第一次用实验证实了电磁波的存在。实了电磁波的存在。灵敏电流计的指针左右摆动，摆幅逐渐减小，最后指针停在零点位置。现象现象现象现象电容是以电场的形式储存电场能电感是以
5、磁场的形式储存磁场能大小和方向都周期性变化的电流称为振荡电流电磁振荡1 1、振荡电流：、振荡电流：产生振荡电流的电路称为振荡电路2 2、振荡电路：、振荡电路：由电感线圈 L 和电容器 C 所组成的电路就是一种基本的振荡电路，称为 LC 振荡电路。3 3、LCLC振荡电路：振荡电路：CL高频的交变电流开关未闭合，已充完电的电容器未放电电路中电流I=0，线圈中没有磁场B=0，磁场能E磁=0电容器的电荷量q最大，两极板间的电压U最大，电场强度E最大，电容器储存的电场能E电最大闭合开关，电容器开始放电电容器电荷量q减少，两极板的电压U减少，电场强度E减少由于线圈自感的阻碍作用，电流I逐渐增大，B也逐渐
6、增大电容器的电场能E电逐渐转化为磁场能E磁放电完毕瞬间线圈中：I最大，B最大，E磁最大电容器：Q=0，U=0，E=0，E电=0由于线圈的自感作用，线圈中的电流继续保持原来的方向并且逐渐减小，同时给电容器反向充电反向充电过程中，电容器：q增加，U增加，E增加线圈中：I逐渐减小，B也逐渐减小磁场能E磁逐渐转化为电容器的电场能E电反向充电完毕瞬间 线圈：I=0，B=0，E磁=0电容器：q最大，U最大，E最大，E电最大电容器又开始反向放电过程中，电容器：q减少，U减少，E减少线圈：I逐渐增大，B也逐渐增大电容器的电场能E电逐渐转化为磁场能E磁反向放电完毕瞬间线圈中：I最大，B最大，E磁最大电容器：Q=
7、0，U=0，E=0，E电=0放电充电放电充电电场能电场能磁场能磁场能电场能电场能磁场能磁场能电场能电场能上述过程周而复始地进行，就产生了方向和大小随时间做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，电场能和磁场能相互转化。这种现象称为电磁振荡。在实际的充、放电过程中，由于电感线圈和电路中存在电阻，电路中有能量损失，灵敏电流计指针摆动一会儿就停止。振荡电路的周期是由振荡电路中电感线圈的自感和电容器的电容决定的。电感线圈的自感越大，电容器的电容越大，振荡电路的周期就越长。电磁振荡的周期与频率完成一次周期性变化的时间称为电磁振荡的周期。1 1、周期：、周期：2 2、频率频率：
8、一段时间内完成周期性变化的次数与这段时间之比。电磁振荡的周期和频率称为振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。如果没有能量损失，也没有外界影响，大量的实验表明：LC 电路的周期T与电感L、电容C的关系是只要改变只要改变 LC LC 电路中电感线圈的自感或者电容器电路中电感线圈的自感或者电容器的电容，就能改变振荡电路的周期和频率。的电容，就能改变振荡电路的周期和频率。一个周期内，经历两次放电、两次充电例题(多选)要增大LC振荡电路的频率，下列方法正确的是()A将正对着的电容器的两个极板错开些B增大电容器的充电电荷量C减少自感线圈的匝数D抽出自感线圈中的铁芯ACDACD充电过程：q
9、、U、E、E电都变大，I、B、E磁都变小两个过程：放电过程：q、U、E、E电都变小，I、B、E磁都变大电流从电容器的正极流出电流从电容器的正极流入放电完成瞬间：q、U、E、E电都最小=0，I、B、E磁都最大充电完成瞬间：q、U、E、E电都最大，I、B、E磁都最小=0两个瞬间：电容器的物理量线圈的物理量放电充电放电充电+-+2.电磁振荡的变化规律(1)总能量守恒：电场能与磁场能之和不变。(2)电场与磁场交替变化同步关系。LC电磁振荡的过程中，电容器上的物理量同步变化，即qEE电(或qEE电)；线圈上的物理量同步变化，即iBE磁(或iBE磁)。同步异变关系。在LC振荡过程中，电容器上的物理量与线圈
10、上的物理量是同步异向变化的，即q、E、E电同时减小时，i、B、E磁同时增大，且它们的变化是同步的。优化大本P105充电过程：q、U、E、E电都变大，I、B、E磁都变小两个过程：放电过程：q、U、E、E电都变小，I、B、E磁都变大优化大本P105上极板从带最多的正电荷到带最多的负电荷经历半个周期放电充电放电充电B、E、U+-注意：电场能和磁场能没有负的LC电路的固有周期为T、固有频率为f，则 i、B、q、E、U的周期均为T，频率为 f但电场能、磁场能的变化周期为0.5T，频率为 2f5(电磁振荡的周期和频率)(多选)LC振荡电路的固有频率为f，则()A电容器内电场变化的频率为fB电容器内电场变化
11、的频率为2fC电场能和磁场能转化的频率为fD电场能和磁场能转化的频率为2fADAD优化大本P1095.(多选)在LC回路中，电容器两端的电压随时间t变化的关系如图（AD）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顶尖小本作业P378.(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则(ABC)A若磁感应强度正在减弱，则电容器正在充电，电流方向由b向aB若磁感应强度正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电C若磁感应强度正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电D若磁感应强度
12、正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b顶尖小本作业P38图甲为电容器上极板电荷量q随时间t在一个周期内的变化图像，图乙为LC振荡电路的某一状态，则()At1时刻线圈中自感电动势为零Bt1到t2时间内回路内的电流为顺时针Ct2到t3中某时刻与图乙状态相对应D图乙中电容器极板间电场能逐渐减小优化大本优化大本P107P107如图所示的是由线圈L和电容器C组成的最简单的LC振荡电路。先把电容器充满电。t0时如图(a)所示，电容器两板间的电势差最大，电容器开始放电。t0.005s时如图(b)所示，LC回路中线圈上的电流第一次达到最大值，则()A.此LC振荡电路的周期T0.01sBt0.025s时，回路电流方向与图(b)中所示电流方向相反Ct0.035s时，线圈中的磁场能最大Dt0.040s至t0.045s时，线圈中的电流逐渐减小CC优化大本优化大本P106P1068在如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定电路中振荡电流逆时针方向为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是()优化小本P167优化小本P168
