電磁波的產(chǎn)生同步解析

第1節(jié)電磁波的產(chǎn)生

1．知道LC振蕩電路．2．知道固有周期、頻率公式．3．知道麥克斯韋電磁場(chǎng)理論．4．知道電磁波的產(chǎn)生．5．知道赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在及意義.一、電磁振蕩的產(chǎn)生振蕩電流和振蕩電路

(1)振蕩電流：大小和

都做周期性迅速變化的電流．

(2)振蕩電路：產(chǎn)生

的電路．最簡(jiǎn)單的振蕩電路為L(zhǎng)C振蕩電路．方向振蕩電流電磁振蕩的過(guò)程放電過(guò)程：由于線圈的自感作用，放電電流由零逐漸增大，電容器極板上的電荷

，電容器里的電場(chǎng)逐漸減弱，線圈的磁場(chǎng)逐漸增強(qiáng)，電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為

，振蕩電流逐漸增大，放電完畢，電流達(dá)到最大，電場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能．逐漸減少磁場(chǎng)能充電過(guò)程：

電容器放電完畢后，由于線圈的自感作用，電流保持

逐漸減小，電容器將進(jìn)行

，線圈的磁場(chǎng)逐漸減弱，電容器里的電場(chǎng)逐漸增強(qiáng)，磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，振蕩電流逐漸減小，充電完畢，電流減小為零，磁場(chǎng)能全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能.此后，這樣充電和放電的過(guò)程反復(fù)進(jìn)行下去．原來(lái)的方向反向充電電磁振蕩的實(shí)質(zhì)在電磁振蕩過(guò)程中，電容器極板上的電荷量，電路中的電流，與振蕩電流相聯(lián)系的電場(chǎng)和磁場(chǎng)都在

，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能也隨著周期性的

．周期性變化轉(zhuǎn)化二、電磁振蕩的周期和頻率電磁振蕩的周期T：電磁振蕩完成一次

需要的時(shí)間． 電磁振蕩的頻率f：1s內(nèi)完成周期性變化的

．周期性變化次數(shù)三、偉大的預(yù)言變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)

(1)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：如圖3－1－1所示，在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路里將會(huì)產(chǎn)生

．圖3－1－1

感應(yīng)電流(2)麥克斯韋對(duì)現(xiàn)象的分析：回路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，一定是變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生了

，自由電荷在

作用下產(chǎn)生了

移動(dòng)．(3)麥克斯韋第一條假設(shè)：即使在變化的磁場(chǎng)周圍沒有

，同樣要產(chǎn)生

，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生

是一個(gè)普遍規(guī)律.

電場(chǎng)電場(chǎng)力定向閉合回路電場(chǎng)電場(chǎng)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)麥克斯韋確信自然規(guī)律的統(tǒng)一性、和諧性，相信電場(chǎng)和磁場(chǎng)的

之美．他大膽地假設(shè)，既然變化的

能產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)也會(huì)在空間產(chǎn)生

．對(duì)稱磁場(chǎng)磁場(chǎng)四、電磁波電磁波的產(chǎn)生 如果空間某區(qū)域存在不均勻變化的電場(chǎng)，那么它就在空間引起不均勻變化的

，這個(gè)不均勻變化的磁場(chǎng)又引起新的不均勻變化的

；于是

的電場(chǎng)和

的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)向周圍傳播，形成了

．電磁波是橫波 根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，電磁波中的

與

互相垂直，而且二者均與波的傳播方向垂直，因此電磁波是橫波．磁場(chǎng)電場(chǎng)變化變化電磁波電場(chǎng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度電磁波的速度麥克斯韋指出了光的

本質(zhì)，他預(yù)言電磁波的速度等于

.電磁光速c五、赫茲實(shí)驗(yàn)赫茲的實(shí)驗(yàn)裝置 如圖3－1－2所示：圖3－1－2

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過(guò)時(shí)，導(dǎo)線環(huán)兩個(gè)小球間也跳過(guò)火花．現(xiàn)象分析當(dāng)感應(yīng)圈使得與它相連的兩個(gè)金屬球間產(chǎn)生火花時(shí)，空間出現(xiàn)了迅速變化的

．這種電磁場(chǎng)以

的形式在空間傳播．當(dāng)電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí)，它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出

，使得導(dǎo)線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花．電磁場(chǎng)電磁波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論赫茲證實(shí)了

的存在．赫茲的其他實(shí)驗(yàn)成果赫茲做了一系列的實(shí)驗(yàn)，觀察到了電磁波的反射

、

、衍射和偏振現(xiàn)象，并通過(guò)測(cè)量，證明電磁波在真空中具有與

相同的速度，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的

.

電磁波折射干涉光電磁理論一、電磁振蕩中的對(duì)應(yīng)變化關(guān)系用圖象對(duì)應(yīng)分析i、q的變化關(guān)系

如圖3－1－3所示

圖3－1－3

相關(guān)量與電路狀態(tài)的對(duì)應(yīng)情況

二、LC回路中各量間的變化規(guī)律及對(duì)應(yīng)關(guān)系同步同變關(guān)系 在LC回路發(fā)生電磁振蕩的過(guò)程中，電容器上的物理量，電量q、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)能EE是同時(shí)同向變化的，即：

q↓—E↓—EE↓(或q↑—E↑—EE↑)

振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)能EB也是同步同向變化的，即：

i↑—B↑—EB↑(或i↓—B↓—EB↓)．三、對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解 電磁場(chǎng)的產(chǎn)生 如果在空間某處有周期性變化的電場(chǎng)，那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)——變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)．麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的要點(diǎn)(1)恒定的磁場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，同樣，恒定的電場(chǎng)也不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)；(2)均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，同樣，均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)；(3)振蕩變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的電場(chǎng)，同樣，振蕩變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場(chǎng)．四、電磁波的特點(diǎn) 電磁波是一種波，因此它具有一切波的共性，同時(shí)它又是一種特殊的波，有區(qū)別于其他波的不同之處．電磁波是橫波，電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互垂直，電磁波在與兩者均垂直的方向上傳播．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，電磁波在真空中的傳播速度與光速相同，即c＝3.00×108m/s，同一種電磁波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)頻率不變，波速、波長(zhǎng)改變，在介質(zhì)中速度比真空中速度?。?/p>

電磁波具有波的共性，能產(chǎn)生干涉，衍射等現(xiàn)象．電磁波傳播過(guò)程中也就是電磁能量傳播的過(guò)程．電磁波的波速、波長(zhǎng)與頻率滿足關(guān)系：c＝λf.

其中頻率f由波源決定，波速與介質(zhì)和頻率有關(guān)，不同電磁波在同一介質(zhì)中波速不同，頻率越高，波速越??；頻率越低，波速越大．

不同點(diǎn)

機(jī)械波電磁波研究對(duì)象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間和空間做周期性變化續(xù)表

傳播情況傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無(wú)關(guān)傳播無(wú)需介質(zhì)，在真空中波速總等于光速c，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)產(chǎn)生機(jī)理由(波源)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)產(chǎn)生由電磁振蕩(周期性變化的電流)激發(fā)是否橫波可以是是是否縱波可以是否【典例1】

如圖3－1－4所示為振蕩電路在某時(shí)刻的電容器的帶電情況和電感線圈中磁感線方向情況，由圖可知電容器在________電，電感線圈中的電流在________(填“增大”“減小”或“不變”)，如果振蕩電流的周期為π×10－4s，電容為C＝250μF，則自感系數(shù)L＝________H.電磁振蕩過(guò)程的分析

圖3－1－4

答案充減小10－5

借題發(fā)揮在電磁振蕩中各物理量變化是有規(guī)律的，我們要熟悉各物理量變化的特點(diǎn)，特別抓住關(guān)鍵的電量和電流，電量變大、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)能變大；電流則變小，磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)能變?。}中就是先根據(jù)右手螺旋定則(即安培定則)找到電流方向，知道是充電，電流變小，則其它量便可推得．【變式1】

如圖3－1－5所示，LC振蕩電路中振蕩電流的周期為2×10－2s，自振蕩電流沿逆時(shí)針?lè)较蜻_(dá)最大值時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)t＝3.4×10－2s時(shí)，電容器正處于______狀態(tài)(填“充電”“放電”“充電完畢”或“放電完畢”)，這時(shí)電容器的上極板________(填“帶正電”“帶負(fù)電”或“不帶電”)．圖3－1－5解析根據(jù)題意畫出此LC電路的振蕩電流的變化圖象如圖所示．結(jié)合圖象，t＝3.4×10－2s時(shí)刻設(shè)為圖象中的P點(diǎn)，則該時(shí)刻電路正處于反向電流減小過(guò)程中，所以電容器正處于反向充電狀態(tài)，上極板帶正電．答案充電帶正電

【典例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(duì)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(duì)面積并減少線圈的匝數(shù)LC振蕩電路周期、頻率公式的理解及應(yīng)用

答案D

【變式2】

在LC振蕩電路中，用以下的哪種辦法可以使振蕩頻率增大一倍 (

)．

A．自感L和電容C都增大一倍

B．自感L增大一倍，電容C減小一半

C．自感L減小一半，電容C增大一倍

D．自感L和電容C都減小一半答案D

【典例3】

下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法中，正確的是 (

)．

A．電磁波是電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播

B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3.0×108m/s C．電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí)，波長(zhǎng)將變短

D．電磁波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象對(duì)電磁波的產(chǎn)生及特點(diǎn)的理解

解析電磁波在真空中的傳播速度為光速c＝3.0×108m/s，且c＝λf，從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，頻率不變，但速度、波長(zhǎng)會(huì)變．電磁波仍具有波的特征，電磁波只有在真空中的速度才為3.0×108m/s，在其他介質(zhì)中的傳播速度小于3.0×108m/s.答案

AC

借題發(fā)揮對(duì)于電磁波除掌握其產(chǎn)生的基本原理外，還需注意：(1)電磁波可以在真空中傳播，不需要介質(zhì)；電磁波是一種物質(zhì)，可以傳遞能量，搭載信息．(2)電磁波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率不變．不同頻率的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，傳播速度不同，頻率越高波速越小，頻率越低波速越大．(3)在真空中傳播時(shí)，不同頻率的電磁波的速度相同：v＝c.在介質(zhì)中傳播時(shí)，電磁波與機(jī)械波不同，機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只與介質(zhì)有關(guān)，電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān)．【變式3】

關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波，下列敘述中正確的是

(

)．

A．恒定的電場(chǎng)能夠產(chǎn)生電磁波

B．電磁波的傳播需要介質(zhì)

C．電磁波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，頻率不變

D．電磁波傳播的過(guò)程中也傳遞了能量解析變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，恒定的電場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以不會(huì)產(chǎn)生電磁波，選項(xiàng)A錯(cuò)．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，在真空中也能傳播，選項(xiàng)B錯(cuò)．電磁波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，頻率不變，波長(zhǎng)和波速發(fā)生變化，選項(xiàng)C正確．電磁波傳播的過(guò)程也把電磁場(chǎng)的能量傳遞出去，選項(xiàng)D正確．答案

CD【典例4】

電磁波與機(jī)械波相比較有 (

)．

A．電磁波傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波傳播需要介質(zhì)

B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度都相同，機(jī)械波在 同一介質(zhì)中的傳播速度都相同

C．電磁波與機(jī)械波都不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象

D．電磁波與機(jī)械波都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象電磁波和機(jī)械波的區(qū)別

答案AD

【變式4】

(2012·山東濰坊聯(lián)考)有關(guān)電磁波和聲波，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 (

)．

A．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)

B．由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，電磁波的傳播速度變小， 聲波的傳播速度變大

C．電磁波是橫波，聲波也是橫波

D．由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，電磁波的波長(zhǎng)變短，聲波 的波長(zhǎng)變長(zhǎng)解析電磁波本身就是一種物質(zhì)，它的傳播不需要介質(zhì)，而聲波的傳播需要介質(zhì)，故選項(xiàng)A正確；電磁波由空氣進(jìn)入水中時(shí)，傳播速度變小，但聲波在水中的傳播速度比其在空氣中大，故選項(xiàng)B正確；電磁波的傳播方向與E、B兩個(gè)振動(dòng)矢量的方向都垂直，是橫波，而聲波是縱波，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電磁波由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，波速變小，波長(zhǎng)變短，而聲波由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，波速變大，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，故選項(xiàng)D正確．答案

C

電磁振蕩過(guò)程的分析

1.在LC振蕩電路中，某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖3－1－6所示，則下列說(shuō)法正確的是 (

)．

A．若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器 上極板帶正電

B．若電容器正在充電，則電容器下極板帶正電

C．若電容器上極板帶正電，則線圈中電流正在增大

D．若電容器正在放電，則自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流增大圖3－1－6解析由電流的磁場(chǎng)方向和安培定則可判斷振蕩電流的方向，由于題目中未標(biāo)明電容器兩極板帶電情況．可分兩種情況討論．(1)若該時(shí)刻電容器上極板帶正電，則可知電容器處于放電階段，電流增大，則C對(duì)、A錯(cuò)；(2)若該時(shí)刻電容器下極板帶正電，可知電容器處于充電狀態(tài)，電流在減小，則B對(duì)；由楞次定律可判定D對(duì)．答案

BCDLC振蕩電路周期、頻率公式的理解

2.在LC回路中，電容器兩端的電壓隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖3－1－7所示，則(

)．

A．在時(shí)刻t1，電路中的電流最大

B．在時(shí)刻t2，電路中的磁場(chǎng)能最大

C．在時(shí)刻t2至t3，電路的電場(chǎng)能不斷 增大

D．從時(shí)刻t3至t4，電容的帶電荷量不斷 增大圖3－1－7解析電磁振蕩中的物理量可分為兩組：①電容器帶電q、極板間電壓u、電場(chǎng)強(qiáng)度E及電場(chǎng)能為一組．②自感線圈中的電流i、磁感應(yīng)強(qiáng)度B及磁場(chǎng)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?yàn)榱阒担惤M量的