第1讲电磁振荡第2讲电磁场和电磁波 目标定位 1 了解振荡电流 振荡电路及LC振荡电路的振荡过程 会求LC振荡电路的周期与频率 2 了解阻尼振荡和无阻尼振荡 3 了解麦克斯韦电磁场理论的基本观点以及在物理学发展史上的意义 4 了解电磁波的特点及其发展过程 通过电磁波体会电磁场的物理性质 一 电磁振荡1 振荡电流的产生电磁振荡 1 振荡电流和振荡电路 振荡电流 大小和 都随时间做周期性迅速变化的电流 振荡电路 能够产生 的电路 由 和 组成的电路是最简单的振荡电路 称为LC振荡电路 方向 振荡电流 线圈L 电容器C 2 电磁振荡的过程放电过程 由于电感线圈对交变电流的阻碍作用 放电电流由零逐渐增大 线圈产生的磁场 电容器里的电场逐渐减弱 电场能逐渐转化为磁场能 放电完毕后 全部转化为 充电过程 电容器放电完毕后 由于线圈的自感作用 电流保持 继续流动 电容器将进行 线圈的磁场逐渐减弱 电容器里的电场 磁场能逐渐转化为电场能 充电完毕 电流减小为零 全部转化为 此后电容器再放电 再充电 逐渐增强 电场能 磁场能 原来的方向 反向充电 逐渐增强 磁场能 电场能 3 电磁振荡电容器不断地充电和放电 电路中就出现了 变化的振荡电流 这种现象叫做电磁振荡 周期性 2 无阻尼振荡和阻尼振荡 1 在电磁振荡中 如果没有 振荡将永远持续下去 振荡电流的振幅应该永远 这种振荡叫做无阻尼振荡 如图1甲 2 由于电路中有电阻 电路中的能量有一部分要转化成 还有一部分能量以电磁波的形式 到周围空间去了 这样 振荡电路中的能量逐渐损耗 振荡电流的振幅 直到停止振荡 这种振荡叫做阻尼振荡 如图乙 能量损失 保持不变 内能 辐射 逐渐减小 周期性变化 次数 无阻尼 二 电磁场和电磁波1 麦克斯韦电磁理论的两个基本假设 1 变化的磁场能够在周围空间产生电场 2 变化的电场能够在周围空间产生磁场 2 电磁场如果在空间某区域有 的电场 那么这个变化的电场就在它周围空间引起变化的 这个变化的磁场又在它周围空间引起变化的电场 于是 变化的电场和变化的磁场交替产生 形成不可分割的统一体 称为电磁场 不均匀变化 磁场 3 电磁波 1 产生 由 的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的 这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波 2 在1865年从理论上预见了电磁波的存在 1888年物理学家 第一次用实验证实了电磁波的存在 还运用自己精湛的实验技术测定了电磁波的波长和频率 得到了电磁波的传播速度 证实了这个速度等于 3 电磁波的波长 波速v和周期T 频率f的关系 vT 4 电磁波在真空中的传播速度v 变化 麦克斯韦 赫兹 赫兹 光速 c 3 108m s 如图2所示 一 电磁振荡中各物理量的变化情况 例1 多选 某时刻LC振荡电路的状态如图3所示 则此时刻 A 振荡电流i在减小B 振荡电流i在增大C 电场能正在向磁场能转化D 磁场能正在向电场能转化解析图中电容器上极板带正电荷 根据振荡电流方向可知负电荷向下极板聚集 所以电容器正在充电 电容器充电的过程中 电流减小 磁场能向电场能转化 所以A D选项正确 答案AD 1 恒定的磁场不会产生电场 同样 恒定的电场也不会产生磁场 2 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 同样 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 3 振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场 同样 振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场 二 对麦克斯韦电磁场理论的理解 例2 关于电磁场理论 下列说法正确的是 A 在电场周围一定产生磁场 磁场周围一定产生电场B 在变化的电场周围一定产生变化的磁场 变化的磁场周围一定产生变化的电场C 均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D 周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场解析根据麦克斯韦电磁场理论 只有变化的电场能产生磁场 均匀变化的电场产生稳定的磁场 非均匀变化的电场才产生变化的磁场 答案D 针对训练某电路中电场随时间变化的图像如图所示 能发射电磁波的电场是 解析图A中电场不随时间变化 不会产生磁场 图B和图C中电场都随时间做均匀的变化 只能在周围产生稳定的磁场 也不会产生和发射电磁波 图D中电场随时间做不均匀的变化 能在周围空间产生变化的磁场 进而能产生变化的电场 从而交织成一个不可分割的统一体 即形成电磁场 能发射电磁波 答案D 2 电磁波和机械波的区别 1 二者本质不同电磁波是电磁场的传播 机械波是质点机械振动的传播 2 传播机理不同电磁波的传播机理是电磁场交替感应 机械波的传播机理是质点间的机械作用 3 电磁波传播不需要介质 而机械波传播需要介质 4 电磁波是横波 机械波既有横波又有纵波 甚至有的机械波同时有横波和纵波 例如地震波 例3 多选 以下关于机械波与电磁波的说法中 正确的是 A 机械波和电磁波 本质上是一致的B 机械波的波速只与介质有关 而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关 而且与电磁波的频率有关C 机械波可能是纵波 而电磁波必定是横波D 它们都能发生反射 折射 干涉和衍射现象 解析机械波由振动产生 电磁波由周期性变化的电场 或磁场 产生 机械波是能量波 传播需要介质 速度由介质决定 电磁波是物质波 波速由介质和自身的频率共同决定 机械波有横波 也有纵波 而电磁波一定是横波 它们都能发生反射 折射 干涉和衍射等现象 故选项B C D正确 答案BCD借题发挥机械波的传播速度完全由介质决定 而电磁波的传播速度是由介质和频率共同决定