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第十四章电磁波1电磁波的发现2电磁振荡[学习目标]1.了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学发展史上的意义.2.了解电磁波的基本特点及其发现过程，通过电磁波体会电磁场的物质性．(重点)3.理解振荡电流、振荡电路及LC电路的概念，了解LC回路中振荡电流的产生过程．(难点)4.了解电磁振荡的周期与频率，会求LC电路的周期与频率．自主探新知预习一、电磁场和电磁波1．麦克斯韦电磁理论的两个基本假设(1)变化的磁场能够在周围空间产生____(如图所示)．(2)变化的电场能够在周围空间产生____(如图所示)．电场磁场变化的磁场在其周围空间产生电场变化的电场在其周围空间产生磁场2．电磁场：变化的电场和变化的磁场____产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场．3．电磁波(1)电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的，这种变化的______在空间的传播称为电磁波．交替电磁场(2)电磁波的特点：①电磁波是____，电磁波在空间传播不需要____；②电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝____，在真空中，电磁波的速度c＝______________m/s.(3)电磁波能产生反射、____、干涉和____等现象．横波介质λf3.0×108折射衍射4．赫兹的电火花(1)赫兹实验的分析和高压感应线圈相连的抛光金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的______，这种变化的电磁场以电磁波的形式传到了导线环，导线环中激发出__________，使与导线环相连的金属球间也产生了电火花．这个导线环实际上是电磁波的检测器．结论：赫兹实验证实了______的存在，检验了麦克斯韦电磁场理论的正确性．电磁场感应电动势电磁波(2)赫兹的其他成果赫兹观察到了电磁波的反射、____、____、偏振和衍射等现象．测量证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度c，证实了麦克斯韦关于光的电磁场理论．折射干涉二、电磁振荡1．振荡电流：大小和____都随时间做周期性迅速变化的电流．2．振荡电路：能够产生________的电路．最基本的振荡电路为____振荡电路．3．电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量，电路中的电流，电场和磁场周期性相互转变的过程也就是电场能和磁场能______相互转化的过程．方向振荡电流LC周期性4．电磁振荡的周期与频率(1)周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的____．(2)频率：1s内完成周期性变化的____．振荡电路里发生无阻尼振蒎时的周期和频率分别叫作____周期、____频率．(3)周期和频率公式：T＝_________，f＝_________.时间次数固有固有2πLC12πLC1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)变化的电场一定产生变化的磁场．()(2)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108m/s.()(3)在振荡电路中，电容器充电完毕磁场能全部转化为电场能．()(4)电容器放电完毕，电流最大．()(5)L和C越大，电磁振荡的频率越高．()×√√√×2．关于电磁场理论的叙述，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ABC[]3.LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法正确的是()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BCD[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E错．故正确答案为BCD.]合作攻重难探究电磁场和电磁波1．电磁场的产生如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场．2．对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场3.机械波与电磁波的比较机械波电磁波研究对象力学现象电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系产生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发干涉可以发生可以发生衍射可以发生可以发生横波可以是是纵波可以是不是【例1】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3×108m/sC．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ACE[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3×108m/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v＝λf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．]电磁波的特点1．电磁波有波的一切特点：能发生反射、折射现象；能产生干涉、衍射等现象．2．电磁波是横波．在电磁波中，每处的电场强度和磁感应强度方向总是互相垂直的，并且都跟那里的电磁波的传播方向垂直．3．电磁波可以在真空中传播，向外传播的是电磁能．1．麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，______用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了________，测定了电磁波的________和________，得到了电磁波的________，证实在真空中它等于________．[解析]赫兹用实验验证了麦克斯韦电磁场理论的正确性，研究出电磁波的特点及其性质，揭示了光的本质是电磁波．[答案]赫兹电磁波波长频率波速光速电磁振荡1．各物理量变化情况一览表时刻(时间)工作过程qEiB能量0→T4放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁T4→T2充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电T2→3T4放电过程qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁3T4→T充电过程0→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电2．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图象(如图所示)3．板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图象(如图所示)u、EE规律与qt图象相对应；EB规律与it图象相对应．4．分类分析(1)同步关系在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)(2)同步异变关系在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的，也即：q、E、EE↑同步异向变化,i、B、EB↓.注意：自感电动势E的变化规律与qt图象相对应．【例2】如图所示，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随时间变化的图象(q为正值表示a极板带正电)．[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T4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T4时间里，电容器下极板b带正电，所以此T4时间内，a极板带负电，由0增为最大．[答案]解决电磁振荡问题的基本思路分析电磁振荡的过程时，可以结合图象，这样会使问题更直观．首先依据题意找出振荡图象的初状态，然后画出其电流或电荷量随时间变化的图象，根据时间关系，可以大体找出该时刻在图象上对应的位置，从而确定处于充电还是放电状态，最后再依据充、放电过程中各物理量的变化规律求解具体问题．2．如图所示，LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，且正在增大，则()A．B板带正电B．A、B两板间的电压在减小C．电容器C正在充电D．电场能正在转化为磁场能E．磁场能正在转化为电场能ABD[电流i正在增大，磁场能增大，电容器在放电，电场能减小，电场能转化为磁场能，选项C、E错误，D正确；由题图中i方向可知B板带正电，选项A正确；由于电容器放电，电荷量减少，两板间的电压在减小，选项B正确．]课堂小结知识脉络1.麦克斯韦电磁场理论的主要观点．2．电磁波的概念及电磁场的物质性．3．LC电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及相关物理量的变化情况．4．LC振荡电路固有周期和固有频率的公式.