第三章

1電磁振蕩2電磁場和電磁波學習目標1.了解振蕩電流、LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程，會求LC回路的周期與頻率.2.了解阻尼振蕩和無阻尼振蕩.3.了解麥克斯韋電磁理論的基礎內(nèi)容以及在物理發(fā)展史上的物理意義.4.了解電磁波的基本特點及其發(fā)展過程，通過電磁波體會電磁場的物理性質(zhì).內(nèi)容索引知識探究題型探究達標檢測知識探究一、電磁振蕩如圖1所示，將開關S擲向1，先給電容器充電，再將開關擲向2，從此時起，電容器通過線圈放電，放電過程中，電容器的電場能轉化為什么形式的能？線圈中的電流發(fā)生變化時，線圈中是否會產(chǎn)生自感電動勢？自感電動勢產(chǎn)生什么效果？當線圈中的電流減小時，是否會對電容器充電？此時線圈中的磁場能轉化為什么形式的能？

導學探究圖1答案答案

電容器的放電過程中電場能轉化為磁場能.線圈中的電流發(fā)生變化時，線圈中會產(chǎn)生自感電動勢，阻礙線圈中電流的變化；線圈中電流減小時，對電容器充電，線圈中的磁場能轉化為電容器的電場能.1.振蕩電流和振蕩電路(1)振蕩電流：

和

都隨時間做周期性迅速變化的電流.(2)振蕩電路：能夠產(chǎn)生

的電路.(3)LC振蕩電路：由

和

組成的電路，是最簡單的振蕩電路.知識梳理大小方向振蕩電流線圈L電容器C2.電磁振蕩過程分析振蕩電流圖像電路狀態(tài)時刻t0T電量q最多0最多0最多電場能最大0最大0最大電流i0正向最大0反向最大0磁場能0最大0最大03.無阻尼振蕩和阻尼振蕩(1)無阻尼振蕩：如圖2所示，如果沒有

______損失，振蕩電流的

永遠保持不變的電磁振蕩.能量振幅圖2圖3(2)阻尼振蕩：如圖3所示，

逐漸損耗，振蕩電流的

逐漸減小，直到停止振蕩的電磁振蕩.能量振幅即學即用判斷下列說法的正誤.(1)LC振蕩電路的電容器放電完畢時，回路中磁場能最小.()(2)LC振蕩電路的電容器極板上電荷量最多時，電場能最大.()(3)LC振蕩電路中電流增大時，電容器上的電荷一定減少.()(4)LC振蕩電路的電流為零時，線圈中的自感電動勢最大.()√×√√二、電磁振蕩的周期和頻率如圖4所示的電路，(1)如果僅更換自感系數(shù)L更大的線圈，將開關S擲向1，先給電容器充電，再將開關擲向2，電容器通過線圈放電，線圈因自感現(xiàn)象產(chǎn)生的自感電動勢是否更大？“阻礙”作用是否也更大？由于延緩了振蕩電流的變化，振蕩周期T會怎樣變化？導學探究答案

自感電動勢更大，阻礙作用更大，周期變長.答案圖4(2)如果僅更換電容C更大的電容器，將開關S擲向1，先給電容器充電，電容器的帶電荷量是否增大？再將開關擲向2，電容器通過線圈放電，放電時間是否相應地變長？振蕩周期T是否變長？答案

帶電荷量增大，放電時間變長，周期變長.答案1.周期：電磁振蕩完成一次

需要的時間.頻率：1s內(nèi)完成的周期性變化的

.2.固有周期和頻率振蕩電路里發(fā)生

振蕩時的周期和頻率叫做振蕩電路的固有周期、固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率.3.LC振蕩電路的周期T和頻率f跟電感線圈的電感L和電容器的電容C的關系是

知識梳理周期性變化次數(shù)無阻尼即學即用判斷下列說法的正誤.(1)LC振蕩電路中，電容器的某一極板，從帶最多的正電荷放電到這一極板充滿負電荷為止，這一段時間為一個周期.()(2)要提高LC振蕩電路的振蕩頻率，可以減小電容器極板的正對面積.

()(3)LC振蕩電路線圈的自感系數(shù)增大為原來的4倍，振蕩周期增大為原來的2倍.()(4)提高充電電壓，極板上帶更多的電荷時，能使振蕩周期變大.()××√√(1)如圖5甲所示，磁鐵相對閉合線圈上下運動時，閉合線圈中的電荷做定向移動，是因為受到什么力的作用？這能否說明變化的磁場產(chǎn)生了電場？如果沒有導體，會產(chǎn)生電場嗎？三、麥克斯韋電磁理論導學探究答案

電荷受到電場力作用做定向移動.電場力是由電場施加的，這說明變化的磁場產(chǎn)生了電場.如果沒有導體，仍會產(chǎn)生電場，與有沒有閉合線圈無關.圖5答案(2)如圖乙所示，用手搖發(fā)電機給電容器充電或電容器放電時，電容器周圍的小磁針發(fā)生擺動，小磁針受到什么力的作用？這能否說明變化的電場產(chǎn)生了磁場？如果沒有小磁針，磁場是否也存在？答案

小磁針受到磁場力作用而擺動，磁場力是由磁場產(chǎn)生的，這說明變化的電場產(chǎn)生了磁場.沒有小磁針，磁場仍然存在.答案1.麥克斯韋電磁理論的兩個基本假設(1)變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生

.如圖6所示，在變化的磁場中放一個閉合電路，電路里就會產(chǎn)生

.(2)變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生

，如圖7所示.知識梳理電場感應電流磁場圖6圖72.均勻變化的磁場產(chǎn)生

的電場，振蕩變化的磁場產(chǎn)生變化的電場；均勻變化的電場產(chǎn)生

的磁場，振蕩變化的電場產(chǎn)生變化的磁場.3.周期性變化的磁場產(chǎn)生

的電場，周期性變化的電場又會產(chǎn)生

的磁場，因此變化的磁場和變化的電場會交替產(chǎn)生，形成不可分離的統(tǒng)一體，即電磁場.恒定恒定周期性變化周期性變化即學即用判斷下列說法的正誤.(1)在電場周圍，一定存在著和它聯(lián)系著的磁場.()(2)在變化的電場周圍，一定存在著和它聯(lián)系著的磁場.()(3)在磁場周圍一定存在著和它聯(lián)系著的電場.()(4)在變化的磁場周圍一定會產(chǎn)生變化的電場.()(5)在變化的磁場周圍可能會產(chǎn)生恒定的電場.()√××√×如圖8所示是赫茲證明電磁波存在的實驗裝置，當接在高壓感應圈上的兩金屬球間有電火花時，導線環(huán)上兩小球間也會產(chǎn)生電火花，這是為什么？這個實驗證實了什么問題？四、電磁波導學探究答案

當A、B兩金屬球間產(chǎn)生電火花時就會產(chǎn)生變化的電磁場，這種變化的電磁場傳播到導線環(huán)時，它在導線環(huán)中激發(fā)出感應電動勢，使導線環(huán)上兩小球間也會產(chǎn)生電火花.這個實驗證實了電磁波的存在.圖8答案1.電磁波的產(chǎn)生：由

的電場和磁場交替產(chǎn)生而形成的電磁場是由近及遠傳播的，這種變化的電磁場在空間的傳播稱為電磁波.2.

在1865年從理論上預見了電磁波的存在，1888年物理學家______第一次用實驗證實了電磁波的存在.

還運用自己精湛的實驗技術測定了電磁波的波長和頻率，得到了電磁波的傳播速度，證實了這個速度等于

.3.電磁波的波長λ、波速v和周期T、頻率f的關系：λ＝vT＝___.4.電磁波在真空中的傳播速度v＝

.知識梳理變化麥克斯韋赫茲赫茲光速c≈3×108m/s即學即用判斷下列說法的正誤.(1)電磁波的傳播速度等于聲速.()(2)電磁波不能在真空中傳播.()(3)電磁波的電場強度和磁場強度相互垂直，且二者與波的傳播方向垂直.

()(4)電磁波是橫波.()√××√題型探究一、電磁振蕩中各物理量的變化情況如圖9所示圖9例1

(多選)LC振蕩電路中，某時刻的磁場方向如圖10所示，則A.若磁場正在減弱，則電容器正在充電，電流

由b向aB.若磁場正在減弱，則電場能正在增大，電容

器上極板帶負電C.若磁場正在增強，則電場能正在減小，電容

器上極板帶正電D.若磁場正在增強，則電容器正在充電，電流方向由a向b解析答案圖10√√√解析若磁場正在減弱，則電流在減小，是充電過程，根據(jù)安培定則可確定電流由b向a，電場能增大，上極板帶負電，故選項A、B正確；若磁場正在增強，則電流在增大，是放電過程，電場能正在減小，根據(jù)安培定則，可判斷電流由b向a，上極板帶正電，故選項C正確，D錯誤.針對訓練

(多選)在如圖11(a)所示的LC振蕩電路中，通過P點的電流隨時間變化的圖線如圖(b)所示，若把通過P點向右的電流規(guī)定為i的正方向，則A.0至0.5ms內(nèi)，電容器C正在充電B.0.5ms至1ms內(nèi)，電容器上極板帶正電C.1ms至1.5ms內(nèi)，Q點比P點電勢高D.1.5ms至2ms內(nèi)，磁場能在減少解析答案圖11√√解析由題圖(b)知0至0.5ms內(nèi)i在增大，應為放電過程，A錯誤.0.5ms至1ms內(nèi)，電流在減小，應為充電過程，電流方向不變，電容器上極板帶負電，B錯誤.在1ms至1.5ms內(nèi)，為放電過程，電流方向改變，Q點比P點電勢高，C正確.1.5ms至2ms內(nèi)為充電過程，磁場能在減少，D正確.二、電磁振蕩的周期和頻率1.由公式

可知T、f取決于L、C，與極板所帶電荷量、兩板間電壓無關.2.L、C的決定因素L一般由線圈的長度、橫截面積、單位長度上的匝數(shù)及有無鐵芯決定，電容C由公式C＝

可知，與電介質(zhì)的介電常數(shù)εr、極板正對面積S及板間距離d有關.例2為了增大LC振蕩電路的固有頻率，下列辦法中可采取的是A.增大電容器兩極板的正對面積并在線圈中放入鐵芯B.減小電容器兩極板的距離并增加線圈的匝數(shù)C.減小電容器兩極板的距離并在線圈中放入鐵芯D.減小電容器兩極板的正對面積并減小線圈的匝數(shù)√解析本題考查LC振蕩電路的頻率公式

f＝

.由此式可知增大固有頻率f的辦法是減小L或減小C或同時減小L和C.增大電容器兩極板的正對面積或減小電容器兩極板的距離，則C增大，減小正對面積或增大電容器兩極板的距離，則C減小.在線圈中放入鐵芯或增加線圈的匝數(shù)則L增大，減小線圈的匝數(shù)則L減小，故選項D正確.解析答案三、麥克斯韋電磁理論1.恒定的磁場不會產(chǎn)生電場；同樣，恒定的電場也不會產(chǎn)生磁場.2.均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場；同樣，均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場.3.振蕩變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的電場；同樣，振蕩變化的電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩變化的磁場.例3

(多選)應用麥克斯韋的電磁理論判斷下列表示電場產(chǎn)生磁場(或磁場產(chǎn)生電場)的關系圖像中(每個選項中的上圖是表示變化的場，下圖是表示變化的場產(chǎn)生的另外的場)，正確的是解析答案√√解析

A圖中的上圖磁場是穩(wěn)定的，由麥克斯韋的電磁理論可知周圍空間不會產(chǎn)生電場，A圖中的下圖是錯誤的.B圖中的上圖是均勻變化的電場，應該產(chǎn)生恒定的磁場，下圖的磁場是恒定的，所以B圖正確.C圖中的上圖是振蕩的磁場，它能產(chǎn)生同頻率的振蕩電場，且相位相差

，C圖是正確的.D圖的上圖是振蕩的電場，在其周圍空間產(chǎn)生振蕩的磁場，但是下圖中的圖像與上圖相比較，相位相差π，故不正確，所以只有B、C兩圖正確.四、電磁波與機械波的比較1.電磁波和機械波的共同點(1)二者都能產(chǎn)生干涉和衍射.(2)二者在不同介質(zhì)中傳播時頻率不變.(3)二者都滿足波的公式v＝

＝λf.2.電磁波和機械波的區(qū)別(1)二者本質(zhì)不同電磁波是電磁場的傳播，機械波是質(zhì)點機械振動的傳播.(2)傳播機理不同電磁波的傳播機理是電磁場交替感應，機械波的傳播機理是質(zhì)點間的機械作用.(3)電磁波傳播不需要介質(zhì)，而機械波傳播需要介質(zhì).(4)電磁波是橫波，機械波既有橫波又有縱波，甚至有的機械波同時有橫波和縱波，例如地震波.解析答案例4

(多選)以下關于機械波與電磁波的說法中，正確的是A.機械波和電磁波，本質(zhì)上是一致的B.機械波的波速只與介質(zhì)有關，而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有

關，而且與電磁波的頻率有關C.機械波可能是縱波，而電磁波必定是橫波D.它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象

√√√解析機械波由振動產(chǎn)生；電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產(chǎn)生，機械波是能量波，傳播需要介質(zhì)，速度由介質(zhì)決定，電磁波是物質(zhì)波，波速由介質(zhì)和自身的頻率共同決定；機械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象，故選項B、C、D正確.總結提升機械波的傳播速度完全由介質(zhì)決定，而電磁波的傳播速度是由介質(zhì)和頻率共同決定.達標檢測1.(多選)在LC回路中，電容器兩端的電壓u隨時間t變化的關系如圖12所示，則A.在時刻t1，電路中的電流最大B.在時刻t2，電路中的磁場能最大C.從時刻t2至t3，電路的電場能不斷增大D.從時刻t3至t4，電容器的帶電荷量不斷增大解析答案1234圖12√√解析電磁振蕩中的物理量可分為兩組：①電容器帶電荷量q、極板間電壓u、電場強度E及電場能為一組.②自感線圈中的電流i、磁感應強度B及磁場能為一組.同組量的大小變化規(guī)律一致，同增同減同為最大或為零；異組量的大小