第4章 第1节 电磁波的产生-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（鲁科版）

第1节　电磁波的产生 核心素养要求 核心素养呈现 1.了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及电磁波的预言. 2.了解赫兹发现电磁波的过程，体会电磁场的物质性. 3.理解LC回路中振荡电流的产生过程，会求LC电路的周期与频率. 　麦克斯韦的预言 1．变化的磁场周围会产生电场 麦克斯韦提出假设，在变化的磁场周围会激发出一种电场——涡旋电场(也称感生电场，如图所示)，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的涡旋电场总是存在的． 变化的磁场产生涡旋电场示意图 2．变化的电场周围会产生磁场 麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在其周围产生涡旋磁场，如图所示． 变化的电场产生涡旋磁场示意图 3．电磁波 (1)交变的电场和交变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．这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了电磁波． (2)自然界存在许多不同频率的电磁波，且它们都以光速在空间传播，可见光只不过是人眼可看得见的、频率范围很小的电磁波． 空间存在如图所示的电场，那么在空间能不能产生磁场？在空间能不能形成电磁波？ 提示：如题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，不会激发出新的电场，故不会产生电磁波． 　赫兹实验 1．赫兹实验原理图，如图所示： 赫兹实验原理示意图 2．实验现象：当感应线圈两极间有火花跳过时，环的间隙处也有火花跳过． 3．现象分析：火花在A、B间来回跳动时，在周围空间建立了一个迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播．当电磁波经过接收器时，导致接收器产生感应电动势，使接收器两球间隙处产生电压，当电压足够高时，两球之间就会产生火花放电现象． 4．实验结论：赫兹证实了电磁波的存在． 5．实验意义：证明了麦克斯韦的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础． 在赫兹之前，由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论，因为未经一系列的科学实验证明，始终处于“预想”阶段．把天才的预想变成世人公认的真理，是赫兹的功劳．赫兹在人类历史上首先捕捉到电磁波，使假说变成现实．赫兹的实验原理是什么？ 提示：当感应线圈两个金属球间有火花跳过时，立刻产生一个交变电磁场，形成电磁波在空间传播，经过导线环时激发出感应电动势，使得导线环中也产生了火花． 　电磁振荡 1．振荡电流：大小和方向都周期性变化的电流． 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所组成的一种基本的振荡电路为LC振荡电路，如图所示． 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，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的现象． 4．电磁振荡的周期和频率 (1)电磁振荡的周期T：完成一次周期性变化的时间． (2)电磁振荡的频率f：在一段时间内完成周期性变化的次数与这段时间之比． 5．LC振荡电路的周期和频率 (1)公式：T＝2π，f＝． (2)单位：周期T、频率f、自感系数L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)． (1)在LC振荡电路中，回路中电流值最大的时刻，回路中的磁场能最大．(√) (2)在LC振荡电路中，电容器放电完毕的时刻，回路中的磁场能最小．(×) (3)振荡电流的大小和方向均不断变化．(√) (4)振荡电流最大时，放电完毕．(√) 　麦克斯韦电磁理论的理解 [思考探究] 如图所示，磁铁相对闭合线圈上下运动时，闭合线圈中的自由电荷做定向移动，是受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电场？如果没有导体，情况会怎样？ 提示：磁铁上、下运动时，导体中自由电荷定向移动，说明电荷受到静电力作用，即导体处在电场中．磁铁的上、下运动使线圈处在变化的磁场中，这表明变化的磁场周围产生了电场．如果没有导体，该处仍会产生电场． [思维深化] 1．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 2.对电磁场的理解 (1)电磁场的产生：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，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场一环套一环，如图所示． (2)电磁场并非简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可分割的统一整体．在电磁场示意图中，电场E矢量和磁场B矢量，在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播． 　(多选)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