(讲义)第4章 第1节 电磁波的产生-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(鲁科版2019)

第1节　电磁波的产生 1．理解电磁振荡、电磁场理论。 2．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。 3．了解赫兹发现电磁波的过程，体会电磁场的物质性。 4．了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及电磁波的预言。 知识点一　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，在变化的磁场周围会激发出一种电场——涡旋电场(也叫感生电场，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，它们都以光速在空间传播，可见光只不过是人眼可以看得见的、频率范围很小的电磁波。 　变化的磁场一定产生变化的电场吗？ 提示：不一定。均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场。 1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场。 (×) (2)周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场。 (√) 知识点二　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：当与感应线圈两极相连的金属球间有火花跳过时，环的间隙处也有火花跳过。 3．现象分析：当火花在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，按照麦克斯韦的理论，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。 　电磁场与静电场、静磁场相同吗？ 提示：不同。电磁场是动态的，并且电场和磁场不可分割；静电场、静磁场单独存在。 2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)当感应线圈两极间有火花跳过时，环的间隙处跳过的火花几乎是同时的。 (√) (2)麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验证实了电磁波的存在。 (×) 知识点三　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称为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(F)。 　在LC振荡过程中放电过程是电容器极板间的电场能转化为电感线圈中的磁场能；充电过程，电感线圈中的磁场能转化为电容器极板间的电场能。 3．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) 放电时，由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大。 (√) 4．填空 振荡电流最大时，放电完毕，当电流最小即为0时，充电完毕。 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。 考点1　麦克斯韦的预言 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．电磁场的产生及特点 (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。 【典例1】　根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　) A．恒定的电场周围产生恒定的磁