2017-2018学年高中物理 第3章 电磁波 第1节 电磁波的产生 鲁科版选修3-4

E 电最小
0
im
Bm
E 磁最大
时刻(时间) 工作过程 q
E
i
B
能量
34T→T
充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E 磁→E 电
E 电最大
T
充电结束 qm
Em
0
0 E 磁最小
[特别提醒] 振荡电流 i＝ΔΔqt ，由极板上电荷量的变化率决 定，与电荷量的多少无关，如放电结束的瞬间，电荷量为零，而 电流最大。
全振荡。 (2)电磁振荡的周期 T：完成一次 全振荡 的时间。 (3)电磁振荡的频率 f：在 1 s 内完成 全振荡 的次数。 5．LC 振荡电路的周期和频率
1
(1)公式：T＝2π LC，f＝ 2π LC。 (2)单位：周期 T、频率 f、自感系数 L、电容 C 的单位分别 是 秒(s) 、赫兹(Hz)、 亨利(H) 、法(F)。
T 4
放电结束 0
E 电最小
0
im
Bm E 磁最大
时刻(时间) 工作过程 q
E
i
B
能量
T4→T2
充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E 磁→E 电
T 2
充电结束 qm
Em
0
E 电最大 0
E 磁最小
T2→34T
放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E 电→E 磁
3T 4
放电结束 0
图 3-1-1 3．电磁振荡 在 LC 振荡电路中，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也周期性交替 变化 ，电场能和 磁场能相互 转化 。
4．电磁振荡的周期和频率 (1)一次全振荡：发生电磁振荡时，通过电路中某一点的电流 ， 由某方向的最大值再恢复到 同一个 方向的最大值，就完成了一次
解析：振荡电流最大时，处于电容器放电结束瞬间，电场强度为 零，A 错；振荡电流为零时，LC 回路振荡电流改变方向，这时 的电流变化最快，电流变化率最大，线圈中自感电动势最大，B 错；振荡电流增大时，电容器中的电场能转化为磁场能，C 错； 振荡电流减小时，线圈中的磁场能转化为电场能，D 对。 答案：D
3．麦克斯韦建立了基本的电磁场理论，即变化 的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，据 此麦克斯韦预言了电磁波的存在。
4．赫兹通过感应圈放电现象，证明了电磁波的 存在。
电磁振荡
[自读教材·抓基础] 1．振荡电流 大小和 方向 都周期性变化的电流。 2．振荡电路 产生 振荡电流 的电路。由电感线圈 L 和电容器 C 所组成 的一种基本的振荡电路为 LC 振荡电路 ，如图 3-1-1 所示。
对麦克斯韦理论的考查 [典题例析]
2．按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法正确的是( ) A．恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生 恒定的电场 B．任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场 C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的 磁场周围产生均匀变化的电场 D．均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场 周围产生稳定的电场
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
电磁场理论预言的电磁波是谁验证的
()
wk.baidu.com
A．法拉第
B．赫兹
C．麦克斯韦
D．安培
解析： 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电
磁波。 答案：B
LC 振荡电路的分析与计算
[典题例析] 1．图 3-1-6 中画出一个 LC 振荡电路中
的电流变化图线，根据图线可判断 ( )
[思路点拨] 电磁场理论中的“变化”分为均匀变化，不 均匀变化。
解析：由麦克斯韦电磁场理论可知，不变的电场周围不产 生磁场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，振荡电场周围 产生振荡磁场。故 D 选项正确。
答案：D
[探规寻律] 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。需要着重对 以下两点加以理解： (1)均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，均匀变化的电场 周围产生稳定的磁场； (2)不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场 产生变化的磁场。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
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
A．t1 时刻电感线圈两端电压最大 B．t2 时刻电容器两极板间电压为零 C．t1 时刻电路中只有电场能 D．t1 时刻电容器带电荷量为零
图3-1-6
解析：本题考查认识 i-t 图像和利用图线 分析问题的能力。由图像知，计时开始时， 电容器两极板带电荷量最大，电流为零，电 容器放电开始，根据电流随时间的变化规律，可以在题图中画出 q-t 图像(在图中用虚线表示)。由图像分析可知：t1 时刻，电容器 上电荷量为零，电势差为零，电场能为零，故 D 对，A、C 皆错； t2 时刻电容器电荷量 q 最大，两极板间电势差最大，B 错。
t 变化的关系如图 3-1-7 所示，则( )
A．在 t1 时刻，电路中的电流最大 B．在 t2 时刻，电路中的磁场能最小
图3-1-7
C．在 t2～t3 时间内，电路中的电场能不断增大 D．在 t3～t4 时间内，电容器上的电荷量不断增加
解析：由电磁振荡过程中的规律可知，电容器上的电荷量 q、 两极板间的电压 U、两极板间的电场强度 E 及电场能 E 电相互 对应，它们的变化趋势一致，同增同减；线圈中的电流 i、磁 感应强度 B 及磁场能 E 磁相互对应，它们的变化趋势一致，同 增同减，故 C 选项正确。 答案：C
f
的办法是减小
L
或减小
C 或同时减小 L 和 C。另外电容器两极板的正对面积增大，则
C 增大，正对面积减小，则 C 减小。在线圈中放入铁芯或增加
线圈的匝数，则 L 增大，减少线圈的匝数，则 L 减小。综上可
知只有选项 D 是正确的。
答案：D
2．在 LC 振荡电路中，当电容器放电完毕瞬间，以下说法错误
图 3-1-4 (2)电磁波的传播不需要介质，传播速度跟光速相同，在真 空中为 c＝3.0×108 m/s，在介质中的传播速度都要小于 c，具体 大小与介质有关。
(3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。电磁波 与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象。
3．电磁波的波速、波长与频率的关系 c＝λf，λ＝cf，同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变 (频率由波源决定)，波速、波长发生改变。 [特别提醒] 电磁场是动态的，并且电场和磁场不可分割， 磁感线、电场线都是闭合的曲线；静电场、静磁场是单独存在的， 且电场线是非闭合曲线，静止的电场和磁场不是电磁场。
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 均匀变化的磁场在周围空间产
产生恒定的磁场
生恒定的电场
不均匀变化的电场在周围空 不均匀变化的磁场在周围空间
间产生变化的磁场
产生变化的电场
振荡电场产生同频率的振荡 振荡磁场产生同频率的振荡电
磁场
场
2．电磁波的特点 (1)电磁波是横波，在传播方向上的任一点，E 和 B 都随 时间做正弦规律变化，E 与 B 彼此垂直且与传播方向垂直，如 图 3-1-4 所示。
第
第
3
１
章
节
理解·教材 新知
把握·命题 热点
应用·落实 体验
知识点一 知识点二 知识点三
命题点一 命题点二
课堂双基落实 课下综合检测
第1节
电磁波的产生
1．大小和方向都周期性变化的电流叫做振荡电 流，产生振荡电流的电路叫做振荡电路。由 电感线圈 L 和电容器 C 组成 LC 振荡电路。
2．LC 电磁振荡的周期为 T＝2π LC，改变电 容或电感，可以改变振荡周期。
[跟踪演练] 某电路中电场随时间变化的图像如图 3-1-8 所示，能发射电磁 波的电场是( )
图3-1-8
解析：由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定的电场时(如 A 图)，由于其不激发磁场，无电磁波产生；当出现均匀变化的 电场时(如 B 图、C 图)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会再在 较远处激发起电场，故也不会产生电磁波，只有周期性变化的 电场(如 D 图)，才会激发出周期性变化的磁场，其又激发出周 期性变化的电场……如此不断激发，便会形成电磁波。 答案：D
解析：根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁
场，故 A 选项错误；均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀
变化的电场产生变化的磁场，故 B、C 错，D 正确。 答案：D
赫兹实验 1．赫兹实验原理图(如图 3-1-5)
图 3-1-5 2．实验现象 当感应线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。
麦克斯韦的预言 [自读教材·抓基础] 1．麦克斯韦电磁场理论 (1) 变化 的磁场周围会产生电场。 (2) 变化 的电场周围会产生磁场。 2．电磁波 变化的 电场 和变化的 磁场 相互联系在一起，就会在空间 形成一个统一的、不可分割的电磁场。这种在空间交替变化并 传播出去的电磁场就形成了电磁波。
[跟随名师·解疑难] 1． 对麦克斯韦电磁场理论的理解
的是
()
A．电容器极板间的电压等于零，磁场能开始向电场能转化
B．电流达到最大值，线圈产生的磁场达到最大值
C．如果没有能量辐射损耗，这时线圈的磁场能等于电容器
开始放电时电容器的电场能
D．线圈中产生的自感电动势最大
解析：电容器放电完毕的瞬间，还有以下几种说法：电场能向磁 场能转化完毕；磁场能开始向电场能转化；电容器开始反方向充 电。电容器放电完毕的瞬间有如下特点：电容器电荷量 Q＝0，板 间电压 U＝0，板间场强 E＝0，线圈电流 i 最大，磁感应强度 B 最大，电路磁场能最大，电场能为零。线圈自感电动势 E 自＝ ΔΦ/Δt，电容器放电完毕瞬间，虽然 Φ 最大，但 ΔΦ/Δt 为零，所 以 E 自等于零。如果没有考虑能量的辐射，能量守恒，在这一瞬 间电场能 E 电＝0，磁场能 E 磁最大，而电容器开始放电时，电场 能 E 电′最大，磁场能 E 磁′＝0，则 E 磁＝E 电′，所以选项 A、 B、C 正确，D 错误。 答案：D
[跟随名师·解疑难] 1．如何用图像对应分析 i、q 的变化？
图 3-1-2
图 3-1-3
2．振荡过程中电荷量 q、电场强度 E、电流 i、磁感应强度
B 及能量的对应关系
时刻(时间) 工作过程 q
E
i
B 能量
E 电最大
0
放电瞬间 qm
Em
0
0 E 磁最小
0→T4
放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E 电→E 磁
答案：D
[探规寻律] LC 振荡电路中的两个同步变化 (1)同步同变关系。 在 LC 振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物 理量：电量 q、板间电压 U、电场强度 E、电场能 EE 是同 步同向变化的，即： q↓→U↓→E↓→EE↓(或 q↑→U↑→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↑)。
(2)同步异变关系。 在 LC 振荡过程中，电容器上的三个物理量 q、E、EE 与线 圈中的三个物理量 i、B、EB 是同步异向变化的，即 q、E、EE 同时减小时，i、B、EB 同时增大，且它们的变化是同步的，即： q、E、EE↑ 同步异向 变化i、B、EB↓。
[跟踪演练]
LC 回路中电容器两极板间的电压 U 随时间
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手) 关于 LC 振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是( ) A．振荡电流最大时，电容器两极板间的电场强度最大 B．振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零 C．振荡电流增大的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能 D．振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能
3．现象分析 火花在 A、B 间来回跳动时，在周围空间建立了一个迅速变 化的电磁场，这种电磁场以 电磁波 的形式在空间传播。 当电磁波经过接收线圈时，导致接收线圈产生感应电动势， 使接收线圈两球间隙处产生电压，当电压足够高时，两球之间产 生火花放电现象。 4．实验结论 赫兹证实了 电磁波 的存在。 5．实验意义 证明了 麦克斯韦 的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了 坚实的实验基础。
[课堂双基落实] 1．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
解析：由
f＝2π
1 可知增大固有频率 LC