2019-2020年人教版高中物理选修3-4教学案：第十四章 第1-3节 电磁波的发现 电磁振荡 电磁波的发射和接收

第1～3节

电磁波的发现__电磁振荡

电磁波的发射和接收____

一、电磁场和电磁波

1．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电场。

(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场。

图14-1-1

图14-1-1甲变化的磁场在其周围空间产生电场。

图乙变化的电场在其周围空间产生磁场。

2．电磁场

1.英国物理学家麦克斯韦建立了经典电磁场理论：变化的磁场产

生电场，变化的电场产生磁场。德国物理学家赫兹证实了电磁

波的存在。

2．LC 电路的周期(频率)公式：T ＝2πLC ，f ＝12πLC

。 3．无线电波的发射和接收过程：调制⎩⎨⎧

调幅调频

→发射→接收→调谐→解调。

变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场。

3．电磁波

(1)电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。

(2)电磁波的特点：

①电磁波是横波，电磁波在空间传播不需要介质；

②电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108m/s。

(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。

二、电磁振荡

1．振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流。

2．振荡电路：能够产生振荡电流的电路。最基本的振荡电路为LC振荡电路。

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，电场和磁场周期性相互转变的过程也就是电场能和磁场能周期性相互转化的过程。

4．电磁振荡的周期与频率

(1)周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。

(2)频率：1 s内完成周期性变化的次数。

振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率分别叫做固有周期、固有频率。

(3)周期和频率公式：T＝2πLC，f＝

1

2πLC

。

三、电磁波的发射

1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点：

(1)要有足够高的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大。

(2)应采用开放电路，振荡电路的电场和磁场必须分散到足够大的空间。

2．开放电路：实际的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫做地线，线圈的另一端高高地架在空中，叫做天线。

3．电磁波的调制：使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制。调制的方法有两种，一是调幅，使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变；另一种叫调频，使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。

四、电磁波的接收

1．接收原理

电磁波在传播时遇到导体会使导体中产生感应电流，所以导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收天线。

2．电谐振

当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相等时，接收电路里产生的震荡电流

最强，这种现象叫做电谐振。

3．调谐

使电路中产生电谐振的过程叫做调谐。

4．解调

使声音或图像信号从接收到的感应电流中还原出来，这个过程是调制的逆过程，叫做解调。

5．无线电波

波长大于1_mm(频率低于300 GHz)的电磁波叫作无线电波。并按波长分成若干个波段，像长波、中波、短波、微波等。每个段所用的设备和技术不同，因此有不同的用途。

1．自主思考——判一判

(1)恒定电流周围产生磁场，磁场又产生电场。(×)

(2)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s。(√)

(3)电容器放电完毕，电流最大。(√)

(4)L和C越大，电磁振荡的频率越高。(×)

(5)频率越高，振荡电路发射电磁波本领越大。(√)

(6)当接收电路的固有频率和电磁波频率相同时，出现谐振现象。(√)

(7)要使电视机的屏幕上出现图像，必须将电视机接收到的无线电信号解调。(√)

2．合作探究——议一议

(1)怎样才能形成电磁波？

提示：变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场，在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了电磁波。

(2)打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量。在收音机附近，将电池盒的两根引线反复碰撞，你会听到收音机中发出“喀喀”的响声。为什么会产生这种现象呢？打开电扇，将它靠近收音机，看看又会怎样。

提示：电磁波是由电磁振荡产生的，在收音机附近，将电池盒两引线反复碰触，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，这样会发出电磁波，从而导致收音机中发出“喀喀”声。若将转动的电扇靠近收音机，因为电扇中电动机内通有交流电，电动机的运行同样会引起收音机发出“喀喀”声。

(3)1895年，一位年轻的意大利人马可尼(公元1874－1937年)发明了无线电通信技术。从此，携带了人类信息的电磁波开始在空间自由旅行，人们不必依赖电线，就可以在遥远的地方互通信息。电视台发射电视信号为什么要建高耸入云的发射塔呢？

图14-1-2

提示：电视信号要有效地发射出去，必须采用高频开放电路，电视信号所用电磁波的波长比较短，以直线传播为主，遇到障碍物会被阻挡，所以发射天线要架得高一些。

对麦克斯韦电磁场理论的理解

1．电磁场的产生

如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。

2．对麦克斯韦电磁场理论的理解

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

3．对电磁波的理解

(1)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。在真空中，不同频率的电磁波传播速

度是相同的(都等于光速)。

(2)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。

(3)v＝λf中，f是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC振荡电路的频率：f＝

1

2πLC

，

改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长λ。

[典例] (多选)根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场可以产生电场。当产生的电场的电场线如图14-1-3所示时，可能是( )