第十四章 电磁场和电磁波

第十四章电磁场和电磁波

考纲要求

1、电磁场，电磁波，电磁波的周期、频率、波长和波速Ⅰ

2、无线电波的发射和接收Ⅰ

3、电视、雷达Ⅰ

知识网络：

单元切块：

按照考纲的要求，本章内容均为Ⅰ级要求，在复习过程中，不再细分为几个单元。本章重点是了解交变电场和交变磁场的相互联系，定性理解麦克斯韦的电磁场理论。

教学目标：

1．了解交变电场和交变磁场的相互联系，定性理解麦克斯韦的电磁场理论．

2．了解电磁场和电磁波概念，记住真空中电磁波的传播速度．

3．了解我国广播电视事业的发展．

教学重点：了解交变电场和交变磁场的相互联系，定性理解麦克斯韦的电磁场理论

教学难点：定性理解麦克斯韦的电磁场理论

教学方法：讲练结合，计算机辅助教学

教学过程：

一、电磁振荡

1．振荡电路：大小和方向都随时间做周期性变儿的电流叫做振荡电流，能够产生振荡电流的电路叫振荡电路，LC 回路是一种简单的振荡电路。

2．LC 回路的电磁振荡过程：可以用图象来形象分析电容器充、放电过程中各物理量的变化规律，如图所示

3．LC 回路的振荡周期和频率

LC T π2=

LC f π21

=

注意：（1）LC 回路的T 、f 只与电路本身性质L 、C 有关

（2）电磁振荡的周期很小，频率很高，这是振荡电流与普通交变电流的

区别。

分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突出能量守恒的观点）：

⑴理想的LC 回路中电场能E 电和磁场能E 磁在转化过程中的总和不变。

⑵回路中电流越大时，L 中的磁场能越大（磁通量越大）。

⑶极板上电荷量越大时，C 中电场能越大（板间场强越大、两板间电压越高、

磁通量变化率越大）。

LC 回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数（见右图）。

【例1】 某时刻LC 回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如右图所示。则这时电容器正在_____（充电还是放电），电流大小正在______（增大还是减小）。

解：用安培定则可知回路中的电流方向为逆时针方向，而上极板是正极板，所

以这时电容器正在充电；因为充电过程电场能增大，

所以磁场能减小，电流在减小。

【例2】右边两图中电容器的电容都是C =4×10-6F ，电

感都是L =9×10－4H ，左图中电键K 先接a ，充电结束后将K

扳到b ；右图中电键K 先闭合，稳定后断开。两图中LC 回路

开始电磁振荡t =3.14×10－4s 时刻，C 1的上极板正在____电（充

电还是放电）,带_____电（正电还是负电）；L 2中的电流方向

向____(左还是右)，磁场能正在_____（增大还是减小）。

解：先由周期公式求出LC T π2==1.2π×10－4s ， t =3.14×10－4s

时刻是

t t

开始振荡后的T 65

。再看与左图对应的q-t 图象（以上极板带正电为正）和与右图对应的i-t 图象（以LC 回路

中有逆时针方向电流为正），图象都为余弦函数图象。在T 6

5时刻，从左图对应的q-t 图象看出，上极板正在充正电；从右图对应的i-t 图象看出，L 2中的电流向左，正在增大，所以磁场能正在增大。

二、电磁场

1．麦克斯韦的电磁场理论

要深刻理解和应用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。

（1）变化的磁场（电场）能够在周围空间产生电场（磁场）；

（2）均匀变化的磁场（电场）能够在周围空间产生稳定的电场（磁场）；

（3）振荡的磁场（电场）能够在周围空间产生同频率的振荡电场（磁场）；

可以证明：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。

点评：变化的磁场在周围空间激发的电场为涡旋电场，涡旋电场与静电场一样，对电荷有力的作用，但涡旋电场又于静电场不同，它不是静电荷产生的，它的电场线是闭合的，在涡旋电场中移动电荷时，电场力做的功与路径有关，因此不能引用“电势”、“电势能”等概念。另外要用联系的观点认识规律，变化的磁场产生电场是电磁感应现象的本质。

【例3】右图中，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，正以速率v 0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上竖直向上、磁感应强度B 随时间成正比例增加的变化磁场，设小球运动过程中的电量不变，那么（ ）

A.小球对玻璃环的压力不断增大

B.小球受到的磁场力不断增大

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.磁场力一直对小球不做功

分析：因为玻璃环所处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电的小球做功，由楞次定律，判断电场方向为顺时针，在电场力的作用下，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。小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力：环的弹力N 和磁场的洛仑兹力f ，而且两个力的矢量和始终提供向心力，考虑到小球速度大小的变化和方向的变化以及磁场强弱的变化，弹力和洛仑兹力不一定始终在增大。洛仑兹力始终和运动方向垂直，所以磁场力不做功。正确为CD 。

2．电磁场：按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一场，称为电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。

理解电磁场是统一的整体：

根据麦克斯韦电磁场理论的两个要点：在变化的磁场的周围空间将产生涡漩电场，在变化的电场的周围空间将产生涡漩磁场．当变化的电场增强时，磁感线沿某一方向旋转，则在磁场减弱时，磁感线将沿相反方向旋