第3章 第1讲 电磁波的产生-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（鲁科版选修3-4）

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． 一、电磁振荡 1．振荡电流和振荡电路 (1)振荡电流：大小和方向都做周期性变化的电流． (2)振荡电路：产生振荡电流的电路．由电感线圈L和电容器C所组成的电路是一种基本的振荡电路，叫做LC振荡电路． 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，使电路中的电流由零逐渐增大，电场能逐渐转化为磁场能．当放电完毕，即Q＝0时，电路中的电流达到最大值，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，电路中的电流逐渐减小，电感线圈中的磁场逐渐减弱，电容器两极板所带的电荷逐渐增多，两极板间的电场也逐渐增强．电路中的磁场能逐渐转化成电场能． (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，电场能和磁场能交替相互转化，这个过程叫做电磁振荡． 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，由某方向的最大值再恢复到同一个方向的最大值，我们就说完成了一次全振荡． (2)周期：完成一次全振荡的时间． (3)频率：在1s内完成全振荡的次数． (4)LC振荡电路的固有周期(或频率)与自感系数L、电容C的关系：T＝2π或f＝ 二、麦克斯韦的预言 1．麦克斯韦电磁场理论的主要论点 (1)变化的磁场周围会产生电场． (2)变化的电场周围会产生磁场． 2．电磁场：变化的电场和变化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电磁场就形成了电磁波． 三、赫兹实验 1888年，物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，证明了麦克斯韦的预言． 图1 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？ 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　 图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 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，磁场能向电场能转化，所以A、D选项正确．[来源:Z.xx.k.Com] 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