第1、2节　电磁振荡电磁波

核心素养导学物理观念(1)了解电磁振荡，知道LC振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化情况及电场能与磁场能的转化情况。(2)了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，知道电磁波的概念。(3)了解电磁场是物质的一种形式，会从电磁场的物质性与能量传播的观点解释电磁波的发射与接收。科学思维(1)知道电磁振荡的周期与频率，会用其分析、解释有关问题。(2)经历分析电磁振荡周期与L、C关系的过程，体会定性分析推理的方法。科学探究用赫兹实验证明电磁波的存在。科学态度与责任了解麦克斯韦对电磁学的贡献，领会物理实验对物理学发展的基础意义。一、电磁振荡1．振荡电流：大小和方向都随时间做________迅速变化的电流。2．振荡电路：能够产生__________的电路。由电感线圈L和电容器C组成最简单的振荡电路，称为______振荡电路。3．振荡过程：如图所示，先把开关置于电源一侧，为电容器______，稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈______。4．电磁振荡：电流、电容器极板上的电荷量、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度都在______地变化着。电场能和磁场能也会发生_________的转化。周期性振荡电流LC充电放电周期性周期性5．无阻尼振荡和阻尼振荡(1)无阻尼振荡：在电磁振荡中，没有能量损失，振荡电流的振幅永远保持______的振荡。(2)阻尼振荡：振荡电路中的能量逐渐损耗，振荡电流的振幅逐渐______的振荡。6．电磁振荡的周期和频率(1)周期：电磁振荡完成一次________变化需要的时间。(2)频率：电磁振荡完成周期性变化的______与所用_____之比，数值等于单位时间内完成的周期性变化的______。不变减小周期性次数时间次数二、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______。2．变化的电场能够在周围空间产生______。3．电磁场：变化的电场和变化的磁场交替产生，形成__________的统一体。三、电磁波1．定义：变化的________在空间中的传播，形成电磁波。2．特点(1)电磁波可以在真空中传播。(2)电磁波在真空中的传播速度等于光速c。(3)电磁波是横波，其电场方向与磁场方向相互垂直，且二者均与传播方向垂直。电场磁场不可分割电磁场3．麦克斯韦预言：麦克斯韦从理论上预见了电磁波的存在，并计算出其传播速度等于______，由此麦克斯韦认为光是电磁波的一种形态。4．赫兹实验：赫兹用实验证实了电磁波的存在，并观察到电磁波的反射、折射、干涉、衍射等现象。(1)麦克斯韦研究电磁场理论预言了电磁波的存在，而赫兹则用实验证实了电磁波的存在。(2)电磁波可以在真空中传播，即传播时不需要介质。

光速1.音叉的振动产生声音，但是要形成持续的声音，则需要不断地打击音叉。手机接收的是电磁波，要产生持续的电磁波，需要持续变化的电流。怎样才能产生这样的电流呢？提示：要产生持续变化的电流，可以通过线圈和电容器组成的电路实现。2.如图所示的振荡电路，要增大振荡电路的频率。判断下列方法是否正确。(1)减少电容器上所带的电荷量。

()(2)在线圈中放入软铁棒作铁芯。

()(3)减少线圈匝数。

()3.如图所示，为某电路的电场随时间变化的图像，那么，该变化的电场能否在空间产生电磁波？提示：电场均匀变化，产生的磁场恒定不变，故不会在空间产生电磁波。××√4．如图是一列电磁波，判断下列说法是否正确。(1)电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关。

()(2)周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波。

()(3)电磁波在传播过程中可以发生干涉、衍射，但不能发生反射和折射。()×√×新知学习(一)|电磁振荡过程分析[任务驱动]

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)在如图所示的电路中，如果仅更换自感系数L更大的线圈，线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？振荡周期T会怎样变化？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磁场能。(2)自感电动势更大，“阻碍”作用更大，振荡周期变长。

[重点释解]各物理量变化情况一览表[典例体验][典例]

(多选)如图(a)所示，在LC振荡电路中，通过P点的电流变化规律如图(b)所示，且把通过P点向右的方向规定为电流i的正方向，则

(

)A．0.5～1s时间内，电容器C在放电B．0.5～1s时间内，电容器C的上极板带正电C．1～1.5s时间内，Q点的电势比P点的电势高D．1～1.5s时间内，电场能正在转变成磁场能[解析]

0.5～1s时间内，振荡电流是充电电流，充电电流是由负极板流向正极板，A、B错误；1～1.5s时间内，振荡电流是放电电流，放电电流是由正极板流向负极板，由于电流为负值，所以由Q流向P，Q点的电势比P点的电势高，电场能正在转变成磁场能，C、D正确。[答案]

CD/方法技巧/LC振荡电路充、放电过程的判断方法(1)根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程。(2)根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量q(电压U、电场强度E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。(3)根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电。[针对训练]1．(多选)如图表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是

(

)A．电容器正在放电B．电感线圈中的磁场能正在减少C．电感线圈中的电流正在减小D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大解析：由题图中电容器的正负极、磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流向着电容器带负电的极板流动，也就是电容器处于放电过程中，这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流正在增大，线圈中磁场能正在增加，A正确，B、C错误；由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增大，D正确。答案：AD

2．如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定回路中振荡电流的方向为逆时针时为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是

(

)新知学习(二)|麦克斯韦电磁场理论的理解[重点释解]1．对麦克斯韦电磁场理论的理解电场磁场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．电磁场与静电场、磁场的比较三者可以在某空间混合存在，但由静电场和磁场混合的空间不属于电磁场。电磁场是电场、磁场相互激发，相互耦联形成的统一体。电磁场由近及远传播，形成电磁波，如图所示。[典例体验][典例]

(多选)

如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于玻璃圆环内径的带正电荷的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，设运动过程中小球所带电荷量不变，那么

(

)A．小球对玻璃圆环的压力不断增大B．小球受到的洛伦兹力不断增大C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动D．洛伦兹力对小球一直不做功[解析]

玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电荷的小球做功。由楞次定律，判断电场方向为顺时针方向。在电场力作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，后沿顺时针方向做加速运动。小球在水平面内沿玻璃圆环半径方向受两个力作用：环的弹力FN和磁场的洛伦兹力F＝Bqv，而且两个力的矢量和时刻等于小球做圆周运动的向心力。考虑小球速度大小、方向以及磁场强弱的变化，弹力FN和洛伦兹力F不一定始终在增大。洛伦兹力始终与小球做圆周运动的线速度方向垂直，所以洛伦兹力对小球不做功。[答案]

CD/方法技巧/(1)麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场。而产生的电场或磁场如何变化与原磁场或原电场的变化规律有关。(2)洛伦兹力对运动电荷永不做功，但变化的磁场产生的感应电场可以对运动电荷做功。

[针对训练]1．关于电磁场的理论，下列说法正确的是

(

)A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B．变化的磁场周围产生的电场一定是变化的C．均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的D．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的解析：非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场产生稳定的磁场，所以变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场，但不一定变化，故A、B错误；均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，故C错误；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故D正确。答案：D

2．下列关于电场与磁场的产生的理解正确的是

(

)3.某空间中出现了如图中虚线所示的一组闭合的电场线，这可能是

(

)A．在中心点O有一静止的点电荷B．沿AB方向有一段通有恒定电流的直导线C．沿BA方向的磁场在减弱D．沿AB方向的磁场在减弱解析：首先应知道闭合的电场线是由变化的磁场产生的，闭合的电场线类似于环形电流，根据楞次定律环形电流产生的磁场由B→A，阻碍原磁场的变化，所以BA方向的磁场在减弱，选C。答案：C

新知学习(三)|电磁波和机械波的对比[典例体验][典例]

(多选)水下机器人在水下开启寻鱼模式可以通过声呐技术(通过发射声波和接收回波判断目标物的距离、方位和移动速度等信息)准确探测鱼群。它也能将水下鱼群信息通过无线电波传输上岸，由于在水中衰减快，其最大传输距离为80m。下列分析合理的是

(

)A．声波和无线电波在水中的传播速度相等B．无线电波在水中衰减指的是其频率不断减小C．发射声波后能形成回波是波的反射现象D．若接收回波频率大于发射声波的频率，说明鱼正在靠近[解析]

声音进入水中传播速度会增大，无线电波进入水中速度会减小，但两者的速度不相等，A错误；无线电波进入水中时频率不变，波长变短，B错误；发射声波后能形成回波是波的反射现象，C正确；根据声音的多普勒效应可知，若接收回波频率大于发射声波的频率，说明声源接近观察者，即鱼正在靠近，D正确。[答案]

CD[系统归纳]电磁波与机械波的比较

机械波电磁波实质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传播特点传播需要介质，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续表[针对训练]1．下列说法正确的是

(

)A．电磁波在真空中以光速c传播B．在空气中传播的声波是横波C．声波只能在空气中传播D．光需要介质才能传播解析：电磁波在真空中的传播速度为光速c，选项A正确；在空气中传播的声波是纵波，选项B错误；声波可以在气体中传播，也可以在液体、固体中传播，选项C错误；光可以在真空中传播，因此，光不需要介质也能传播，选项D错误。答案：A

2．(多选)关于电磁波和机械波，下列说法正确的是

(

)A．电磁波和机械波的传播都需要借助于介质B．电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切相关C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场解析：机械波的传播需要借助于介质，但电磁波的传播不需要借助介质，A错误；电磁波和机械波的传播速度都与介质有关，B错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，C正确；变化的电场产生磁场，D正确。答案：CD

3．(多选)关于电磁波与声波，下列说法正确的是

(

)A．电磁波是由电磁场发生的区域向远处传播，声波是声源的振动向远处传播B．电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需要介质C．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D．由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波的波长变小解析：由电磁波和声波的概念可知，A正确；因为电磁波可以在真空中传播，而声波属于机械波，它的传播需要介质，在真空中不能传播，B错误；电磁波在空气中的传播速度近似等于真空中的速度，大于在水中的传播速度；声波在水中的传播速度大于在空气中的传播速度，C正确；无论是电磁波还是声波，从一种介质进入另一种介质时频率都不变，所以由波长λ＝及它们在不同介质中的传播速度可知，由空气进入水中时，电磁波的波长变短，声波的波长变长，D错误。答案：AC

一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

物理观念——麦克斯韦电磁场理论1．(选自沪科版新教材课后练习)(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场可以产生电场。当产生的电场的电场线如图所示时，可能是

(

)A．向上方向的磁场在增强B．向上方向的磁场在减弱C．向上方向的磁场先增强，然后反向减弱D．向上方向的磁场先减弱，然后反向增强解析：根据楞次定律可以确定，A、C正确，B、D错误。答案：AC

科学态度与责任——电磁波的产生2．(选自粤教版新教材课后练习)分析下列生活中的各种现象是否会产生电磁波，并说明原因。(1)开灯的一瞬间。(2)灯泡正常发光时。(3)关灯的一瞬间。(4)使用电吹风时。(5)电饭煲从加热状态自动跳转到保温状态时。