第十四章電磁波學(xué)案1電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁振蕩目標(biāo)定位1.知道麥克斯韋電磁場(chǎng)理論及其在物理學(xué)發(fā)展史上的物理意義.2.了解電磁波的基本特點(diǎn)、發(fā)現(xiàn)過(guò)程及傳播規(guī)律.3.了解振蕩電流、振蕩電路及LC電路的概念，了解LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過(guò)程.4.了解電磁振蕩的周期與頻率，會(huì)求LC電路的周期與頻率.知識(shí)探究自我檢測(cè)一、電磁波的發(fā)現(xiàn) 問(wèn)題設(shè)計(jì)知識(shí)探究如圖1所示，當(dāng)磁鐵相對(duì)閉合線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中的電荷做定向移動(dòng)，是因?yàn)槭艿绞裁戳Φ淖饔?？若把閉合線圈換成一個(gè)內(nèi)壁光滑的絕緣環(huán)形管，管內(nèi)有直徑略小于環(huán)內(nèi)徑的帶正電的小球，則磁鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)有什么現(xiàn)象？小球受到的是什么力？以上現(xiàn)象說(shuō)明什么問(wèn)題？圖1答案電荷受到電場(chǎng)力的作用做定向移動(dòng).磁鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，帶電小球會(huì)做定向滾動(dòng)，小球受到的仍然是電場(chǎng)力.空間磁場(chǎng)變化，就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，與有沒(méi)有閉合線圈無(wú)關(guān).要點(diǎn)提煉1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)基本觀點(diǎn)(1)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：如圖2所示，在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路里就會(huì)產(chǎn)生 .麥克斯韋認(rèn)為該現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)：變化的 產(chǎn)生了電場(chǎng)(跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān))，自由電荷在電場(chǎng)的作用下發(fā)生了定向移動(dòng)從而形成電流.圖2感應(yīng)電流電場(chǎng)磁場(chǎng)(2)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生 ，如圖3所示.圖3麥克斯韋大膽地假設(shè)：既然變化的磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生電場(chǎng)，那么變化的電場(chǎng)也會(huì)在空間產(chǎn)生 .磁場(chǎng)磁場(chǎng)2.電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生：變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周?chē)鷤鞑?，形?.(2)電磁波是 .(3)電磁波在真空中的速度等于 .3.電磁波和機(jī)械波的比較電磁波是電磁現(xiàn)象，機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象，兩者都具有波的特性：干涉、衍射等，但它們具有本質(zhì)的不同，如機(jī)械波的傳播依賴(lài)于介質(zhì)，但電磁波的傳播則不需要介質(zhì).電磁波橫波光速二、電磁振蕩1.LC振蕩電路及其電流、電荷隨時(shí)間變化的圖象(如圖4所示)：圖42.線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通量、磁場(chǎng)能E磁與電流i的變化規(guī)律相同；電容器極板間的電壓U、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電場(chǎng)能E電、線圈自感電動(dòng)勢(shì)E線的變化規(guī)律與電荷量q的變化規(guī)律相同.3.LC電路的周期、頻率公式：T ，f .典例精析一、電磁場(chǎng)理論例1關(guān)于電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法中正確的是()A.在電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生電場(chǎng)B.在變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng) 周?chē)欢óa(chǎn)生變化的電場(chǎng)C.均勻變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)D.周期性變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)解析根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，只有變化的電場(chǎng)才產(chǎn)生磁場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng).答案D二、電磁波例2下列關(guān)于電磁波的敘述中，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3108 m/sC.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)象解析電磁波只有在真空中的傳播速度才為3108 m/s，在其他介質(zhì)中的傳播速度均小于3108 m/s，當(dāng)電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí)，頻率不變，由vf知，波長(zhǎng)變短，電磁波與其他波一樣具有干涉、衍射等波的特性.故選A、C.答案AC三、電磁振蕩的產(chǎn)生例3LC振蕩電路中，某時(shí)刻的磁場(chǎng)方向如圖5所示，則()A.若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器正在充電，電流由b向aB.若磁場(chǎng)正在減弱，則電場(chǎng)能正在增大，電容器上極板帶負(fù)電C.若磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，則電場(chǎng)能正在減小，電容器上極板帶正電D.若磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，則電容器正在充電，電流方向由a向b圖5解析若磁場(chǎng)正在減弱，則電流在減小，是充電過(guò)程，根據(jù)安培定則可確定電流由b向a，電場(chǎng)能增大，上極板帶負(fù)電，故選項(xiàng)A、B正確；若磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，則電流在增大，是放電過(guò)程，電場(chǎng)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(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤.答案ABC四、電磁振蕩的周期和頻率例4在LC振蕩電路中，可以使振蕩頻率增大一倍的方法是()A.自感系數(shù)L和電容C都增大一倍B.自感系數(shù)L增大一倍，電容C減小一半C.自感系數(shù)L減小一半，電容C增大一倍D.自感系數(shù)L和電容C都減小一半解析根據(jù)LC振蕩電路頻率公式f 得，當(dāng)L、C都減小一半時(shí)，f增大一倍，故選項(xiàng)D正確.答案D課堂要點(diǎn)小結(jié)1.(電磁場(chǎng)理論)根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng).當(dāng)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線如圖6所示時(shí)，可能是()A.方向向上的磁場(chǎng)在增強(qiáng)B.方向向上的磁場(chǎng)在減弱C.方向向上的磁場(chǎng)先增強(qiáng)，然后反向減弱D.方向向上的磁場(chǎng)先減弱，然后反向增強(qiáng)自我檢測(cè)圖6解析判斷電場(chǎng)與磁場(chǎng)變化的關(guān)系仍可利用楞次定律，只不過(guò)是用電場(chǎng)線方向代替了電流方向.方向向上的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙原磁場(chǎng)的增強(qiáng)而方向向下，根據(jù)安培定則知感應(yīng)電流方向如題圖中電場(chǎng)線的方向所示，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤.同理，當(dāng)磁場(chǎng)反向即向下減弱時(shí)，也會(huì)得到如題圖所示方向的電場(chǎng)，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤，故選A、C.答案AC2.(電磁振蕩的周期和頻率)在LC回路產(chǎn)生電磁振蕩的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A.電容器放電完畢時(shí)，回路中磁場(chǎng)能最小B.回路中電流值最大時(shí)，磁場(chǎng)能最大C.電容器極板上電荷最多時(shí)，電場(chǎng)能最大D.回路中電流值最小時(shí)，電場(chǎng)能最小解析電容器放電完畢時(shí)，q0，i最大，磁場(chǎng)能最大，A錯(cuò)，B對(duì)；電流最小時(shí)，i0，電容器極板上電荷q最多，極板間電場(chǎng)最強(qiáng)，電場(chǎng)能最大，C對(duì)，D錯(cuò).答案BC3.(電磁振蕩的周期和頻率)要想增大LC振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率，可采用的方法是()A.增大電容器兩極板的間距B.升高電容器的充電電壓C.增加線圈的匝數(shù)D.在線圈中插入鐵芯解析振蕩電流的頻率由LC振蕩電路本身的特性決定，即f .增大電容器兩極板的間距，電容減小，振蕩電流的頻率升高，A對(duì)；升高電容器的充電電壓不能改變振蕩電流的頻率，B錯(cuò)；增加線圈匝數(shù)或在線圈中插入鐵芯，電感L均增大，振蕩電流的頻率降低，C、D錯(cuò).答案A