第四章 第一节&第二节 电磁振荡 麦克斯韦电磁场理论-【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（粤教版）

第一节　电磁振荡 第二节　麦克斯韦电磁场理论 核心素养要求 核心素养呈现 1.知道什么是振荡电流和振荡电路． 2.知道LC振荡电路中振荡电流的产生过程，知道电磁振荡过程中能量转化情况． 3.知道LC电路的周期和频率公式． 4.理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点． 5.了解赫兹实验的原理及意义. 　振荡电流的产生 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：能产生振荡电流的电路．由电感线圈L和电容器C所组成的电路就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路(如图所示)． 　电磁振荡中能量的转化 1．放电过程 (1)开关抛向线圈一侧的瞬间，电路中没有电流，电容器两极板上的电荷最多，电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少．放电完毕时，放电电流达到最大值，电容器极板上没有电荷． (2)电容器放电过程中，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能，放电完毕瞬间，电场能全部转化为磁场能． 2．充电过程 (1)电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为零，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小．由于电流继续流动，电容器充电，电容器两极板带上与原来相反的电荷，并且电荷逐渐增多，充电完毕瞬间，电流减小为零，电容器极板上的电荷最多． (2)电容器充电过程中，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能，充电完毕瞬间，磁场能全部转化为电场能． 3．电磁振荡：在LC振荡电路中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都存在周期性变化的现象． (1)在LC振荡电路中，回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大．(√) (2)在LC振荡电路中，电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小．(×) (3)振荡电流的大小和方向均不断变化．(√) 　电磁振荡的周期和频率 1．周期：电磁振荡完成一次周期性变化所用的时间． 2．频率：电磁振荡在一段时间内做周期性变化的次数与所用时间之比． 3．周期和频率公式：T＝2π，f＝. (1)LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板充满负电荷为止，这一段时间为一个周期．(×) (2)要提高LC振荡电路的振荡频率，可以减小电容器极板的正对面积．(√) (3)LC振荡电路线圈的自感系数增大为原来的4倍，振荡周期增大为原来的2倍．(√) 　两个基本假设 1．变化的磁场周围会产生电场(如图所示)． 2．变化的电场周围会产生磁场(如图所示)． 3．电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场． 　伟大的预言 1．电磁波：变化的电场和磁场在较远的空间引起新的变化的电场和磁场，这样变化的电场和磁场由近及远向周围传播，形成了电磁波． 2．电磁波的特点 (1)在电磁波传播过程中，空间中任意一点的电场强度E与磁感应强度B相互垂直，并且都和电磁波的传播方向垂直，因此电磁波是横波． (2)在电磁波传播过程中，空间中任意一点的电场强度E和磁感应强度B都随时间作周期性变化，电磁波的频率即为电磁振荡的频率，它由波源决定，与介质无关． (3)电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，光波的本质是电磁波． 　赫兹实验 1．赫兹实验装置(如图所示)． 2．实验现象：当发射器两个金属球间有火花跳过时，接收器两个小球间也跳过火花． 3．现象分析：当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现了迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播．当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得接收器的空隙中也产生了火花． 4．实验结论：赫兹证实了电磁波的存在． 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． 电磁振荡的产生及能量变化 [思维深化] 1．各物理量随时间的变化图像：振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能EE和磁场能EB之间的对应关系．(如图) 2．相关量与电路状态的对应情况 电路状态 a b c d e 时刻t 0 T 电荷量q 最多 0 最多 0 最多 电场能EE 最大 0 最大 0 最大 电流i 0 正向最大 0 反向最大 0 磁场能EB 0 最大 0 最大 0 3.(1)在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，与电容器有关的物理量：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↑)．