3.1 电磁波的产生 课件

课件55张PPT。第1节　电磁波的产生 1．知道LC振荡电路．
2．知道固有周期、频率公式．
3．知道麦克斯韦电磁场理论．
4．知道电磁波的产生．
5．知道赫兹用实验证实了电磁波的存在及意义.一、电磁振荡的产生
?振荡电流和振荡电路
(1)振荡电流：大小和 都做周期性迅速变化的电流．
(2)振荡电路：产生 的电路．最简单的振荡电路为LC振荡电路．方向振荡电流电磁振荡的过程
放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大，电容器极板上的电荷 ，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为 ，振荡电流逐渐增大，放电完毕，电流达到最大，电场能全部转化为磁场能．逐渐减少磁场能
充电过程： 电容器放电完毕后，由于线圈的自感作用，电流保持 逐渐减小，电容器将进行 ，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能，振荡电流逐渐减小，充电完毕，电流减小为零，磁场能全部转化为电场能.
此后，这样充电和放电的过程反复进行下去．原来的方向反向充电
电磁振荡的实质
在电磁振荡过程中，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都在 ，电场能和磁场能也随着周期性的 ．周期性变化转化二、电磁振荡的周期和频率
电磁振荡的周期T：电磁振荡完成一次 需要的时间．
? 电磁振荡的频率f：1 s内完成周期性变化的 ．周期性变化次数三、伟大的预言
?变化的磁场产生电场
(1)实验基础：如图3－1－1所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里将会产生 ．图3－1－1 感应电流
(2)麦克斯韦对现象的分析：回路中有感应电流产生，一定是变化的磁场产生了 ，自由电荷在 作用下产生了 移动．
(3)麦克斯韦第一条假设：即使在变化的磁场周围没有 ，同样要产生 ，变化的磁场产生 是一个普遍规律. 电场电场力定向闭合回路电场电场
变化的电场产生磁场
麦克斯韦确信自然规律的统一性、和谐性，相信电场和磁场的 之美．他大胆地假设，既然变化的 能产生电场，变化的电场也会在空间产生 ．对称磁场磁场四、电磁波
?电磁波的产生
如果空间某区域存在不均匀变化的电场，那么它就在空间引起不均匀变化的 ，这个不均匀变化的磁场又引起新的不均匀变化的 ；于是 的电场和 的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成了 ．
?电磁波是横波
根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波中的 与 互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波．磁场电场变化变化电磁波电场强度磁感应强度
电磁波的速度
麦克斯韦指出了光的 本质，他预言电磁波的速度等于 .电磁光速c五、赫兹实验
?赫兹的实验装置
如图3－1－2所示：图3－1－2 实验现象
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．
现象分析
当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生火花时，空间出现了迅速变化的 ．这种电磁场以 的形式在空间传播．当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出 ，使得导线环的空隙中也产生了火花．电磁场电磁波感应电动势实验结论
赫兹证实了 的存在．
赫兹的其他实验成果
赫兹做了一系列的实验，观察到了电磁波的反射 、
、衍射和偏振现象，并通过测量，证明电磁波在真空中具有与 相同的速度，证实了麦克斯韦关于光的 . 电磁波折射干涉光电磁理论一、电磁振荡中的对应变化关系
?用图象对应分析i、q的变化关系
如图3－1－3所示 图3－1－3 相关量与电路状态的对应情况 二、LC回路中各量间的变化规律及对应关系
?同步同变关系
在LC回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量，电量q、电场强度E、电场能EE是同时同向变化的，即：
q↓—E↓—EE↓(或q↑—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↓)．三、对麦克斯韦电磁场理论的理解
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的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场．麦克斯韦电磁场理论的要点
(1)恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场；
(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；
(3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场，同样，振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场．四、电磁波的特点
电磁波是一种波，因此它具有一切波的共性，同时它又是一种特殊的波，有区别于其他波的不同之处．
?电磁波是横波，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上传播．
?电磁波的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度与光速相同，即c＝3.00×108 m/s，同一种电磁波在不同介质中传播时频率不变，波速、波长改变，在介质中速度比真空中速度小． 电磁波具有波的共性，能产生干涉，衍射等现象．
?电磁波传播过程中也就是电磁能量传播的过程．
?电磁波的波速、波长与频率满足关系：c＝λf.
其中频率f由波源决定，波速与介质和频率有关，不同电磁波在同一介质中波速不同，频率越高，波速越小；频率越低，波速越大． 不同点 续表 【典例1】 如图3－1－4所示为振荡电路在
某时刻的电容器的带电情况和电感线圈中
磁感线方向情况，由图可知电容器在_____
___电，电感线圈中的电流在________(填
“增大”“减小”或“不变”)，如果振荡
电流的周期为π×10－4 s，电容为C＝250
μF，则自感系数L＝________ H.电磁振荡过程的分析 图3－1－4 答案　充　减小　10－5
借题发挥　在电磁振荡中各物理量变化是有规律的，我们要熟悉各物理量变化的特点，特别抓住关键的电量和电流，电量变大、电场强度、电场能变大；电流则变小，磁感应强度、磁场能变小．题中就是先根据右手螺旋定则(即安培定则)找到电流方向，知道是充电，电流变小，则其它量便可推得．【变式1】 如图3－1－5所示，LC振荡电路中振荡电流的周期为2×10－2 s，自振荡电流沿逆时针方向达最大值时开始计时，当t＝3.4×10－2 s时，电容器正处于______状态(填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)，这时电容器的上极板________(填“带正电”“带负电”或“不带电”)．图3－1－5解析　根据题意画出此LC电路的振荡电流的变化图象如图所示．
结合图象，t＝3.4×10－2 s时刻设为图象中的P点，则该时刻电路正处于反向电流减小过程中，所以电容器正处于反向充电状态，上极板带正电．答案　充电　带正电 【典例2】 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LC振荡电路周期、频率公式的理解及应用 答案　D 【变式2】 在LC振荡电路中，用以下的哪种办法可以使振荡频率增大一倍 (　　)．
A．自感L和电容C都增大一倍
B．自感L增大一倍，电容C减小一半
C．自感L减小一半，电容C增大一倍
D．自感L和电容C都减小一半答案　D
【典例3】 下列关于电磁波的说法中，正确的是 (　　)．
A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s
C．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短
D．电磁波不能产生干涉、衍射现象对电磁波的产生及特点的理解
解析　电磁波在真空中的传播速度为光速c＝3.0×108 m/s，且c＝λf，从一种介质进入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变．电磁波仍具有波的特征，电磁波只有在真空中的速度才为3.0×108 m/s，在其他介质中的传播速度小于3.0×108 m/s.
答案　AC 借题发挥　对于电磁波除掌握其产生的基本原理外，还需注意：(1)电磁波可以在真空中传播，不需要介质；电磁波是一种物质，可以传递能量，搭载信息．(2)电磁波在不同介质中传播时，频率不变．不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大．(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度相同：v＝c.在介质中传播时，电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关．
【变式3】 关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是 (　　)．
A．恒定的电场能够产生电磁波
B．电磁波的传播需要介质
C．电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变
D．电磁波传播的过程中也传递了能量
解析　变化的电场产生磁场，恒定的电场不会产生磁场，所以不会产生电磁波，选项A错．电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播，选项B错．电磁波从一种介质进入另一种介质时，频率不变，波长和波速发生变化，选项C正确．电磁波传播的过程也把电磁场的能量传递出去，选项D正确．
答案　CD【典例4】 电磁波与机械波相比较有 (　　)．
A．电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质
B．电磁波在任何介质中的传播速度都相同，机械波在 同一介质中的传播速度都相同
C．电磁波与机械波都不能产生干涉现象
D．电磁波与机械波都能产生衍射现象电磁波和机械波的区别 答案　AD
【变式4】 (2012·山东潍坊联考)有关电磁波和声波，下列说法错误的是 (　　)．
A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质
B．由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小， 声波的传播速度变大
C．电磁波是横波，声波也是横波
D．由空气进入水中传播时，电磁波的波长变短，声波 的波长变长解析　电磁波本身就是一种物质，它的传播不需要介质，而声波的传播需要介质，故选项A正确；电磁波由空气进入水中时，传播速度变小，但声波在水中的传播速度比其在空气中大，故选项B正确；电磁波的传播方向与E、B两个振动矢量的方向都垂直，是横波，而声波是纵波，故选项C错误；电磁波由空气进入水中传播时，波速变小，波长变短，而声波由空气进入水中传播时，波速变大，波长变长，故选项D正确．
答案　C 电磁振荡过程的分析
1.在LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图3－1－6所示，则下列说法正确的是 (　　)．
A．若磁场正在减弱，则电容器
上极板带正电
B．若电容器正在充电，则电容器
下极板带正电
C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大
D．若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大图3－1－6
解析　由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流的方向，由于题目中未标明电容器两极板带电情况．可分两种情况讨论．(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C对、A错；(2)若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B对；由楞次定律可判定D对．
答案　BCDLC振荡电路周期、频率公式的理解
2.在LC回路中，电容器两端的电压随时间t变化的关系如图3－1－7所示，则 (　　)．
A．在时刻t1，电路中的电流最大
B．在时刻t2，电路中的磁场能最大
C．在时刻t2至t3，电路的电场能不断
增大
D．从时刻t3至t4，电容的带电荷量不断
增大图3－1－7
解析　电磁振荡中的物理量可分为两组：①电容器带电q、极板间电压u、电场强度E及电场能为一组．②自感线圈中的电流i、磁感应强度B及磁场能为一组．同组量的大小变化规律一致；同增同减同为最大或为零值．异组量的大小变化规律相反；若q、E、u等量按正弦规律变化，则i、B等量必按余弦规律变化．
根据上述分析由题图可以看出，本题正确选项为A、D.
答案　AD 对电磁波的产生及特点的理解
3．当前，人们的生活已离不开电磁波，关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是 (　　)．
A．把带电体和永磁体放在一起，就会在周围空间产生电 磁场
B．电磁波在传播过程中，其波长始终保持不变
C．电视机、收音机和手机所接收的信号都属于电磁波
D．微波炉内所产生的微波不是电磁波，而是波长微小的 机械波
解析　只有非均匀变化的电磁场才交替产生，A错误；电磁波传播中频率不变，波长与介质有关，B错误；微波属于电磁波，D错误、C正确．
答案　C
电磁波和机械波的区别
4．以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是 (　　)．
A．机械波和电磁波，本质上是一致的
B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波 速不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关
C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波
D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
解析　机械波由振动产生；电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生，机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定，电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，故选项B、C、D正确．
答案　BCD