第4章 第1节 电磁波的产生-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

第1节　电磁波的产生 【核心素养目标】 物理观念 理解电磁振荡、电磁场理论。 科学思维 利用电感线圈与电容器的特点对振荡电路变化规律进行分析。 科学探究 用赫兹实验证明电磁波的存在。 科学态度与责任 体会电磁波对人类社会进步的重大促进作用，培养探索自然的能力和为人类造福的责任感。 一、麦克斯韦的预言和赫兹实验 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场周围会产生电场 麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场——涡旋电场，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。 (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，就会在其周围产生磁场。 2．电磁波 (1)电磁波的产生 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)电磁波的特点 ①电磁波是横波，电磁波在空间传播不需要介质。 ②电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108 m/s。 ③电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。 3．赫兹实验 (1)赫兹实验原理图(如图所示) (2)实验现象 当感应线圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也有火花跳过。 (3)现象分析 火花在A、B间来回跳动时，在周围空间激发出一个迅速变化的电磁场，这种电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波经过接收线圈时，导致接收线圈产生感应电动势，使接收线圈两球间隙处产生电压，当电压足够高时，两球之间产生火花放电现象。 (4)实验结论 赫兹证实了电磁波的存在。 学生用书第91页 (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。 二、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所组成的电路就是一种基本的振荡电路，叫作LC振荡电路。 3．电磁振荡的过程分析 (1)放电过程：在电容器放电过程中，电流通过电感器，在线圈中建立起磁场，电感器中的磁场能随电流的增大而增大，电场能逐渐转化为磁场能，当电容器放电完毕，即Q＝0时，电路中的电流达到最大值。这时，电场消失，磁场最强，电场能全部转化为磁场能。 (2)充电过程：当电容器放电完毕后，由于电感线圈的自感作用，电路中的电流并不立即停止，电流保持原来方向继续流动，并逐渐减小，电容器在反方向充电，随着电流的逐渐减小，线圈中的磁场逐渐减弱，电路中的磁场能又逐渐转化为电场能。 4．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。 5．电磁振荡的周期和频率 (1)一次全振荡：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，就完成了一次全振荡。 (2)电磁振荡的周期T：完成一次周期性变化的时间。 (3)电磁振荡的频率f：一段时间内完成周期性变化的次数与这段时间之比。 6．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(L)、电容(C)的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。 1．判断正误 (1)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。(　×　) (2)变化的磁场会产生变化的电场。(　×　) (3)赫兹用实验证实了电磁波的存在。(　√　) (4)麦克斯韦从理论上预言了电磁波在真空中的传播速度等于光速。(　√　) (5)LC振荡电路中，线圈中电流最大时，电容器所带电荷量为零。(　√　) (6)L和C越大，电磁振荡的频率越高。(　×　) (7)LC振荡电路中，电容器放电完毕时，电路中电流最大。(　√　) 2．链接实景 电子钟是利用LC振荡电路制成的，一台电子钟使用一段时间后，发现每昼夜总是快1分钟。造成这种现象的原因可能是什么？ 提示：　钟走得偏快了，是因为钟的LC振荡电路频率变大，周期变短，根据T＝2π可以知道，周期变短可能是电感L或电容C的值变小了。 学生用书第92页 知识点一　电磁振荡中各物理量的对应关系 如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2。 (1)电容器通过线圈放电过程中，线圈中的电流怎样变化？电容器的电场能转化为什么形式的能？ (2)在电容器反向充电过程中，线圈中电流如何变化？电容器和线圈中的能量是如何转化的？ (3)线圈中自感电动势的作用是什么？ 提示：　(1)电容器放电过程中，线圈中的电流逐渐增大，电容器的电场能转化为线圈的磁场能。 (2)在电容器反向充电过程中，线圈中电流逐渐减小，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。 (3)线圈中电流变化