电磁波的产生同步解析

第1节电磁波的产生

1．知道LC振荡电路．2．知道固有周期、频率公式．3．知道麦克斯韦电磁场理论．4．知道电磁波的产生．5．知道赫兹用实验证实了电磁波的存在及意义.一、电磁振荡的产生振荡电流和振荡电路

(1)振荡电流：大小和

都做周期性迅速变化的电流．

(2)振荡电路：产生

的电路．最简单的振荡电路为LC振荡电路．方向振荡电流电磁振荡的过程放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大，电容器极板上的电荷

，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

，振荡电流逐渐增大，放电完毕，电流达到最大，电场能全部转化为磁场能．逐渐减少磁场能充电过程：

电容器放电完毕后，由于线圈的自感作用，电流保持

逐渐减小，电容器将进行

，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，振荡电流逐渐减小，充电完毕，电流减小为零，磁场能全部转化为电场能.此后，这样充电和放电的过程反复进行下去．原来的方向反向充电电磁振荡的实质在电磁振荡过程中，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都在

，电场能和磁场能也随着周期性的

．周期性变化转化二、电磁振荡的周期和频率电磁振荡的周期T：电磁振荡完成一次

需要的时间． 电磁振荡的频率f：1s内完成周期性变化的

．周期性变化次数三、伟大的预言变化的磁场产生电场

(1)实验基础：如图3－1－1所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里将会产生

．图3－1－1

感应电流(2)麦克斯韦对现象的分析：回路中有感应电流产生，一定是变化的磁场产生了

，自由电荷在

作用下产生了

移动．(3)麦克斯韦第一条假设：即使在变化的磁场周围没有

，同样要产生

，变化的磁场产生

是一个普遍规律.

电场电场力定向闭合回路电场电场变化的电场产生磁场麦克斯韦确信自然规律的统一性、和谐性，相信电场和磁场的

之美．他大胆地假设，既然变化的

能产生电场，变化的电场也会在空间产生

．对称磁场磁场四、电磁波电磁波的产生 如果空间某区域存在不均匀变化的电场，那么它就在空间引起不均匀变化的

，这个不均匀变化的磁场又引起新的不均匀变化的

；于是

的电场和

的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成了

．电磁波是横波 根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波中的

与

互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波．磁场电场变化变化电磁波电场强度磁感应强度电磁波的速度麦克斯韦指出了光的

本质，他预言电磁波的速度等于

.电磁光速c五、赫兹实验赫兹的实验装置 如图3－1－2所示：图3－1－2

实验现象当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花．现象分析当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生火花时，空间出现了迅速变化的

．这种电磁场以

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

，使得导线环的空隙中也产生了火花．电磁场电磁波感应电动势实验结论赫兹证实了

的存在．赫兹的其他实验成果赫兹做了一系列的实验，观察到了电磁波的反射

、

、衍射和偏振现象，并通过测量，证明电磁波在真空中具有与

相同的速度，证实了麦克斯韦关于光的

.

电磁波折射干涉光电磁理论一、电磁振荡中的对应变化关系用图象对应分析i、q的变化关系

如图3－1－3所示

图3－1－3

相关量与电路状态的对应情况

二、LC回路中各量间的变化规律及对应关系同步同变关系 在LC回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量，电量q、电场强度E、电场能EE是同时同向变化的，即：

q↓—E↓—EE↓(或q↑—E↑—EE↑)

振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步同向变化的，即：

i↑—B↑—EB↑(或i↓—B↓—EB↓)．三、对麦克斯韦电磁场理论的理解 电磁场的产生 如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场．麦克斯韦电磁场理论的要点(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．四、电磁波的特点 电磁波是一种波，因此它具有一切波的共性，同时它又是一种特殊的波，有区别于其他波的不同之处．电磁波是横波，电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波在与两者均垂直的方向上传播．电磁波的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度与光速相同，即c＝3.00×108m/s，同一种电磁波在不同介质中传播时频率不变，波速、波长改变，在介质中速度比真空中速度小．

电磁波具有波的共性，能产生干涉，衍射等现象．电磁波传播过程中也就是电磁能量传播的过程．电磁波的波速、波长与频率满足关系：c＝λf.

其中频率f由波源决定，波速与介质和频率有关，不同电磁波在同一介质中波速不同，频率越高，波速越小；频率越低，波速越大．

不同点

机械波电磁波研究对象力学现象电磁现象周期性位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化续表

传播情况传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关产生机理由(波源)质点的振动产生由电磁振荡(周期性变化的电流)激发是否横波可以是是是否纵波可以是否【典例1】

如图3－1－4所示为振荡电路在某时刻的电容器的带电情况和电感线圈中磁感线方向情况，由图可知电容器在________电，电感线圈中的电流在________(填“增大”“减小”或“不变”)，如果振荡电流的周期为π×10－4s，电容为C＝250μF，则自感系数L＝________H.电磁振荡过程的分析

图3－1－4

答案充减小10－5

借题发挥在电磁振荡中各物理量变化是有规律的，我们要熟悉各物理量变化的特点，特别抓住关键的电量和电流，电量变大、电场强度、电场能变大；电流则变小，磁感应强度、磁场能变小．题中就是先根据右手螺旋定则(即安培定则)找到电流方向，知道是充电，电流变小，则其它量便可推得．【变式1】

如图3－1－5所示，LC振荡电路中振荡电流的周期为2×10－2s，自振荡电流沿逆时针方向达最大值时开始计时，当t＝3.4×10－2s时，电容器正处于______状态(填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)，这时电容器的上极板________(填“带正电”“带负电”或“不带电”)．图3－1－5解析根据题意画出此LC电路的振荡电流的变化图象如图所示．结合图象，t＝3.4×10－2s时刻设为图象中的P点，则该时刻电路正处于反向电流减小过程中，所以电容器正处于反向充电状态，上极板带正电．答案充电带正电

【典例2】

为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是 (

)．

A．增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯

B．减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数

C．减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯

D．减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数LC振荡电路周期、频率公式的理解及应用

答案D

【变式2】

在LC振荡电路中，用以下的哪种办法可以使振荡频率增大一倍 (

)．

A．自感L和电容C都增大一倍

B．自感L增大一倍，电容C减小一半

C．自感L减小一半，电容C增大一倍

D．自感L和电容C都减小一半答案D

【典例3】

下列关于电磁波的说法中，正确的是 (

)．

A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播

B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108m/s C．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短

D．电磁波不能产生干涉、衍射现象对电磁波的产生及特点的理解

解析电磁波在真空中的传播速度为光速c＝3.0×108m/s，且c＝λf，从一种介质进入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变．电磁波仍具有波的特征，电磁波只有在真空中的速度才为3.0×108m/s，在其他介质中的传播速度小于3.0×108m/s.答案

AC

借题发挥对于电磁波除掌握其产生的基本原理外，还需注意：(1)电磁波可以在真空中传播，不需要介质；电磁波是一种物质，可以传递能量，搭载信息．(2)电磁波在不同介质中传播时，频率不变．不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大．(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度相同：v＝c.在介质中传播时，电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关．【变式3】

关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是

(

)．

A．恒定的电场能够产生电磁波

B．电磁波的传播需要介质

C．电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变

D．电磁波传播的过程中也传递了能量解析变化的电场产生磁场，恒定的电场不会产生磁场，所以不会产生电磁波，选项A错．电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播，选项B错．电磁波从一种介质进入另一种介质时，频率不变，波长和波速发生变化，选项C正确．电磁波传播的过程也把电磁场的能量传递出去，选项D正确．答案

CD【典例4】

电磁波与机械波相比较有 (

)．

A．电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质

B．电磁波在任何介质中的传播速度都相同，机械波在 同一介质中的传播速度都相同

C．电磁波与机械波都不能产生干涉现象

D．电磁波与机械波都能产生衍射现象电磁波和机械波的区别

答案AD

【变式4】

(2012·山东潍坊联考)有关电磁波和声波，下列说法错误的是 (

)．

A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质

B．由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小， 声波的传播速度变大

C．电磁波是横波，声波也是横波

D．由空气进入水中传播时，电磁波的波长变短，声波 的波长变长解析电磁波本身就是一种物质，它的传播不需要介质，而声波的传播需要介质，故选项A正确；电磁波由空气进入水中时，传播速度变小，但声波在水中的传播速度比其在空气中大，故选项B正确；电磁波的传播方向与E、B两个振动矢量的方向都垂直，是横波，而声波是纵波，故选项C错误；电磁波由空气进入水中传播时，波速变小，波长变短，而声波由空气进入水中传播时，波速变大，波长变长，故选项D正确．答案

C

电磁振荡过程的分析

1.在LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图3－1－6所示，则下列说法正确的是 (

)．

A．若磁场正在减弱，则电容器 上极板带正电

B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电

C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大

D．若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大图3－1－6解析由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流的方向，由于题目中未标明电容器两极板带电情况．可分两种情况讨论．(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C对、A错；(2)若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B对；由楞次定律可判定D对．答案

BCDLC振荡电路周期、频率公式的理解

2.在LC回路中，电容器两端的电压随时间t变化的关系如图3－1－7所示，则(

)．

A．在时刻t1，电路中的电流最大

B．在时刻t2，电路中的磁场能最大

C．在时刻t2至t3，电路的电场能不断 增大

D．从时刻t3至t4，电容的带电荷量不断 增大图3－1－7解析电磁振荡中的物理量可分为两组：①电容器带电q、极板间电压u、电场强度E及电场能为一组．②自感线圈中的电流i、磁感应强度B及磁场能为一组．同组量的大小变化规律一致；同增同减同为最大或为零值．异组量的