知识讲解电磁波

电磁波

编稿：张金虎审稿：吴嘉峰

【学习目标】

1．知道麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．

2．知道电磁场在空间传播形成电磁波以及电磁波的基本特点．

3．知道赫兹实验以及它的重大意义．

4．知道什么是LC振荡电路和振荡电流．

5．知道LC回路中振荡电流的产生过程．

6．知道产生电磁振荡过程中，LC回路中能量转换情况，知道阻尼振荡和无阻尼振荡．

7．知道什么是电磁振荡的周期和频率，知道己c回路的周期和频率公式，并能进行简单的计算．

8．知道什么样的电磁振荡电路有利于向外发射电磁波．

9．了解无线电波的发射过程和调制的简单概念，了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理．

10．了解无线电波的波长范围．

11．了解电视、雷达和移动电话的基本原理以及因特．

12．知道电磁波谱以及各组成部分．

13．知道无线电波、红外线、紫外线、可见光、X射线、 射线的主要作用．

14．知道电磁波具有能量，是一种物质．

【要点梳理】

要点一、电磁波的发现【高清课堂：电磁波】

1．麦克斯韦电磁场理论

在19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象成果的基础上，建立了完整的电磁场理论，预言电磁波的存在。

（1）变化的磁场产生电场．

如图所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路（导体环）是否存在无关．导体环的作用只是用来显示电场的存在．

要点诠释：在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的．

（2）变化的电场产生磁场．

根据麦克斯韦理论，在电容器充放电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场．（如图所示）

2．麦克斯韦电磁场理论的理解

（1）恒定的电场不产生磁场．

（2）恒定的磁场不产生电场．

（3）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场．

（4）均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场．

（5）振荡电场产生同频率的振荡磁场．

（6）振荡磁场产生同频率的振荡电场．

3．电磁场

如果在空间某区域中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新的周期性变化的电场……

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．要点诠释：上述分析可看出，有单独存在的静电场，也有单独存在的静磁场，但没有静止的电磁场．

4．电磁波

电磁场由近向远传播，形成电磁波．

电磁波具有以下特点：

（1）电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波在与两者均垂直的方向传播．电磁波是横波．

（2）相邻两个波峰（或波谷）之间的距离等于电磁波的波长，一个周期的时间，电磁波传播一个波长的距离vf??．

（3）电磁波的频率为电磁振荡的频率，由波源决定，与介质无关．在真空中的速度为83.010m/s c??．

（4）电磁波与机械波一样，也能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，也是传播能量的一种形式．

（5）电磁波传播不需要借助介质、在真空中也能传播．

5．麦克斯韦的重大贡献

麦克斯韦集电磁学研究成果之大成，不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁理论．麦克斯韦电磁理论足以跟牛顿力学体系相媲美，它是物理学发展中一个划时代的里程碑．

6．赫兹发现了电磁波

（1）赫兹实验装置．

（2）赫兹观察到：当感应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．据此实验，赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波．

（3）在以后的实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射，并通过测量证明电磁波在真空中速度为c．这样赫兹证实了麦克斯韦的电磁理论．

要点二、电磁振荡【高清课堂：电磁波】

1．电磁振荡

（1）振荡电流和振荡电路：

①振荡电流：大小和方向都作周期性变化的电流叫振荡电流．

②振荡电路：能够产生振荡电流的电路，叫振荡电路．最简单的振荡电路为LC回路．

（2）电磁振荡：在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电压，电路中的电流，以及跟电荷相联系的电场，跟电流相联系的磁场都在发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡．

（3）阻尼振荡和无阻尼振荡：

①阻尼振荡：在电磁振荡中，如果能量逐渐损耗，振荡电流的振幅会逐渐减小，直至停止振荡．

②无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果无能量损失，振荡永远持续下去，这种振荡叫无阻尼振

荡．

2．电磁振荡过程分析

LC回路中产生电磁振荡的过程：已充电的电容器刚要放电的瞬间，电路里没有电流，电容器两极板上的电荷最多．此时电场能最强，磁场能最弱．

电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，放电电流不能立即达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电压逐渐减少，到放电完毕的瞬间，电容器极板上没有电荷，放电电流达到最大值．在这个过程中，电容器里的电场能逐渐减弱，磁场能逐渐增强，到放电完毕的瞬间，电场能全部转化为磁场能．

电容器放电完毕的瞬间，电流要保持原方向继续流动并减小，电容器反方向继续充电，极板上的电荷逐渐增多，电场能逐渐增强，磁场能逐渐减弱，到充电完毕，电场能最强，磁场能最弱．

此后，这样充电和放电的过程反复进行下去．

3． LC回路的周期和频率

（1）影响因素：实验表明：电容或电感增加时，周期变长，频率变低；电容或电感增加时，周期变长，频率变低；电容或电感减小时，周期变短，频率变高．

（2）公式：2TLC??，12fLC??．

其中：周期T、频率f、自感系数L、电容C的单位分别是秒、赫兹、亨利、法拉，符分别是sHzHF、、、．

（3）应用说明：

适当地选择电容器和线圈，就可以使振荡电路的周期和频率符合需要．在需要改变振荡电路的周期和频率时，可以用可变电容器和线圈组成电路，改变电容器的电容，振荡电路的周期和频率就随之改变．