第1节 电磁波的产生
1.（多选）关于电磁场理论的叙述正确的是（ ）
A.变化的磁场周围一定存在电场，与是否有闭合电路无关
B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C.周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
2.（多选）根据麦克斯韦电磁场理论，以下叙述中正确的是（ ）
A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场
B.打点计时器工作时周围必有磁场和电场
C.恒定的电场产生恒定的磁场，恒定的磁场激发恒定的电场
D.电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者互相垂直
3.在LC振荡电路中，电容器放电完毕的瞬间（ ）
A.电场能正向磁场能转化
B.磁场能正向电场能转化
C.电场能刚好向磁场能转化完毕
D.磁场能刚好向电场能转化完毕
4.（多选）LC振荡电路的固有频率为f，则（ ）
A.电容器内电场变化的频率为f
B.电容器内电场变化的频率为2f
C.电场能和磁场能转化的频率为f
D.电场能和磁场能转化的频率为2f
5.要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是（ ）
A.增大电容器两极板的间距 B.升高电容器的充电电压
C.增加线圈的匝数 D.在线圈中插入铁芯
6.如图所示，LC振荡电路的L不变，C可调，要使振荡的频率从700 Hz变为1 400 Hz，则可以采用的办法有（ ）
A.把电容增大到原来的4倍B.把电容增大到原来的2倍
C.把电容减小到原来的 D.把电容减小到原来的
7.如图所示，在LC振荡电路中（理想情况），某时刻上部分电路中电流方向向右，且电流正在增大，则该时刻（ ）
A.电容器上极板带正电，下极板带负电
B.电容器上极板带负电，下极板带正电
C.磁场能正在向电场能转化
D.线圈和电容器两边的电压可能不等
8. （多选）LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则（ ）
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
9.如图所示，L为直流电阻不计的线圈，已知LC振荡电路的周期为T，开关S闭合一段时间。S断开时开始计时，当t＝时，L内部磁感应强度的方向和电容器极板间电场强度的方向分别为（ ）
A.向下、向下 B.向上、向下
C.向上、向上 D.向下、向上
10.（多选）如图所示，电池的电动势为E，内电阻为r，电容器的电容为C，绕在铁芯上的理想线圈电感为L，其直流电阻为零。开始电路中开关S1断开，S2闭合。在t＝t1时刻，断开S2，闭合S1，此后回路中出现了振荡电流。若不计电磁波的辐射能量，电路中电阻的存在不会影响振荡电路的振荡频率，则下列说法正确的是（ ）
A.闭合S1的瞬间，线圈中产生的感应电动势为E
B.t1＋π时刻，电容器带电荷量为零
C.t1＋π时刻，电感线圈中产生的自感电动势为零
D.电路最后达到的状态是R两端的电势差恒为零
11.如图所示，线圈L的自感系数为25 mH，直流电阻为零，电容器C的电容为40 μF，灯泡D的规格是“4 V 2 W”。开关S闭合后，灯泡正常发光，S断开后，LC中产生振荡电流。若从S断开开始计时，求：
（1）当t＝×10－3 s时，电容器的右极板带何种电荷；
（2）当t＝π×10－3 s时，LC回路中的电流大小。
12.在LC振荡电路中，线圈的自感系数L＝2.5 mH，电容C＝4 μF，则：
（1）该回路的周期是多少？
（2）设t＝0时，电容器上电压最大，在t＝9.0×10－3 s时，通过线圈的电流是增大还是减小？这时电容器处在充电过程还是放电过程？
第1节 电磁波的产生
1.ABC 恒定的电场周围不存在磁场，恒定的磁场周围不存在电场，故D错误；由电磁理论知识可知A、B、C正确。
2.ABD 日光灯、打点计时器都通有交流电，交流电周围存在周期性变化的磁场，周期性变化的磁场会激发电场，A、B正确；恒定的电场不激发磁场，恒定的磁场不激发电场，C错误；根据麦克斯韦电磁场理论可知D正确。
3.C 在LC振荡电路中，电容器放电的过程是电场能转化为磁场能的过程，电容器放电完毕，则电场能向磁场能转化完毕，故选项C正确。
4.AD 电场能和磁场能是标量，只有大小在做周期性变化，所以电场能和磁场能转化的周期是电磁振荡周期的一半，转化的频率为电磁振荡频率的两倍；电容器内电场变化的频率等于电磁振荡的频率。选项A、D正确。
5.A LC振荡电路中产生的振荡电流的频率f＝，要想增大频率，应该减小电容C，或减小线圈的自感系数L，再根据C＝可知增大电容器两极板的间距，电容减小，A正确；升高电容器的充电电压，电容不变，B错误；增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，自感系数增大，频率减小，C、D错误。
6.D 由题意可知，频率变为原来的2倍，则周期就变为原来的，由T＝2π知，L不变，当C＝C0时符合要求，其中C0为原电容，故D正确。
7.A 通过图示电流方向，且电流正在增大，知电容器在放电，则电容器上极板带正电，下极板带负电，振荡电流增大，电容器上的电荷量正在减小，电场能正在向磁场能转化，故B、C错误，A正确；由图可知，此时线圈和电容器两边的电压相等，故D错误。
8.BCD 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。若该时刻电容器上极板带正电，可知电容器处于放电阶段，电流增大，磁场增强，故C正确，A错误；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，故B正确；由楞次定律可判定D正确。
9.A 开关S闭合时，由于线圈直流电阻不计，故电容器两端的电压为零，电容器不带电。当开关S断开时，由于线圈的自感作用，电流不能立即减小为零，对电容器开始充电，当t＝时，线圈中电流沿顺时针方向（从上往下看），由安培定则可知，此时L内部磁感应强度方向向下，电容器上极板带正电，电场方向向下，故选项A正确。
10.AD 闭合S1的瞬间，电容器开始放电，此时放电电流为零，线圈中产生的感应电动势为E，故A正确；t1＋π时刻，即经历，电容器刚好反向充电结束，电容器带电荷量不为零，此时充电电流为零，线圈中产生的感应电动势为E，故B、C错误；振荡电路中电阻R产生焦耳热，能量逐渐减少，直至不再振荡，电路最后达到的状态是R两端的电势差恒为零，故D正确。
11.（1）正电荷 （2）0.5 A
解析：（1）S断开后，LC中产生振荡电流，一开始在闭合回路中的方向为顺时针，振荡周期T＝2π＝2π s＝2π×10－3 s，则t＝×10－3 s＝时，电容器充电完毕，右极板带正电荷。
（2）开关S闭合后，灯泡正常发光时电路中的电流
I＝＝ A＝0.5 A，
当t＝π×10－3 s＝时，LC回路中的电流达到反向最大，即I＝0.5 A。
12.（1）6.28×10－4 s （2）减小 充电过程
解析：（1）由电磁振荡的周期公式可得T＝2π＝2×3.14× s＝6.28×10－4 s。
（2）因为t＝9.0×10－3 s大约相当于14.33个周期，而＜0.33T＜，由电磁振荡的周期性知，当t＝9.0×10－3 s时，LC回路中的电磁振荡处于第二个的变化过程中。
t＝0时，电容器上电压最大，极板上电荷量最多，电路中电流值为零，回路中电流随时间的变化规律如图所示。
第一个内，电容器放电，电流由零增至最大；第二个内，电容器充电，电流由最大减小到零。
显然，在t＝9.0×10－3 s时，即在第二个内，线圈中的电流在减小，电容器正处在充电过程中。
3 / 3第4章 电磁波
第1节 电磁波的产生
核心素养目标 物理观念 1.能初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想。 2.知道电磁波的产生。 3.知道什么是电磁振荡的周期和频率，知道LC电路的周期和频率公式
科学思维 1.能用电磁振荡解释电场能与磁场能的相互转化。 2.分析振荡电路中电荷量q、电场强度E、电流i、磁感应强度B及能量的对应关系
科学态度 与责任 能体会物理学对统一性的追求，能体会理论预言在科学发展中的作用以及实验证据对新理论的支持
知识点一 麦克斯韦的预言
1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设
（1）变化的磁场周围会产生 （如图甲所示）。
（2）变化的电场周围会产生 （如图乙所示）。
2.电磁场：交变的电场周围产生频率 的交变的 ，交变的磁场周围产生频率 的交变的 。交变的电场和交变的磁场相互联系在一起，会在空间形成统一的、不可分割的 。
3.电磁波：在空间中交替变化并传播出去的 就形成了电磁波。
知识点二 赫兹实验
1.实验原理示意图
2.实验现象：当感应线圈两极间有火花跳过时，环的间隙处也有火花跳过。
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，按照麦克斯韦的理论，这种变化的电磁场以 的形式在空间传播。当电磁波经过接收线圈时，导致接收器产生感应电动势，使接收器两球间隙处产生电压；当电压足够高时，两球之间就会产生火花放电现象。
4.实验结论与意义：赫兹证明了 的存在，证明了 的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。
知识点三 电磁振荡
1.振荡电流：大小和 都周期性变化的电流。
2.振荡电路：产生 的电路。由电感线圈L和电容器C所组成的电路就是一种基本的振荡电路，称为 ，如图所示。
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 ，电场能和磁场能相互 。
4.电磁振荡的周期和频率
（1）电磁振荡的周期T：完成一次 的时间。
（2）电磁振荡的频率f：一段时间内完成周期性变化的次数与这段时间之比。
（3）LC振荡电路的周期和频率
①公式：T＝ ，f＝。
②单位：周期（T）、频率（f）、自感（L）、电容（C）的单位分别是 、赫兹（Hz）、 、法拉（F）。
【情景思辨】
如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电；再将开关S掷向2，使电容器通过线圈放电。电路中就会产生振荡电流。
（1）恒定电流周围产生磁场，磁场又产生电场。（ ）
（2）变化的磁场会产生变化的电场。（ ）
（3）变化的电场会产生磁场。（ ）
（4）麦克斯韦预言了电磁波的存在。（ ）
（5）赫兹用实验证实了电磁波的存在。（ ）
（6）LC振荡电路中，线圈中电流最大时，电容器所带电荷量为零。（ ）
（7）L和C越大，电磁振荡的频率越高。（ ）
要点一 麦克斯韦电磁场理论的理解
【探究】
如图所示，磁铁相对闭合线圈上、下运动时，闭合线圈中的自由电荷做定向移动，是受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电场？如果没有闭合线圈，情况会怎样？
【归纳】
1.麦克斯韦电磁场理论
（1）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。
（2）周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场在周围空间产生周期性变化的电场。
（3）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。
2.对电磁场的理解
（1）电磁场的产生：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，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场一环套一环，如图所示。
（2）电磁场并非简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可分割的统一整体。在电磁场示意图中，电场E和磁场B均为矢量，在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播。
【典例1】 （多选）按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（ ）
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.变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场
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.周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场
尝试解答
1.在下图所示的四种磁场中能产生恒定电场的是（ ）
2.某一固定面的磁通量随时间的变化图像如图所示，在它周围空间产生的电场中的某一点电场强度E应是（ ）
A.逐渐增强 B.逐渐减弱
C.不变 D.无法确定
要点二 电磁振荡的变化规律
【探究】
如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，从此时起，电容器通过线圈放电，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？线圈中的电流怎样变化？电容器的电场能转化为什么形式的能？当线圈中的电流减小时，是否会对电容器充电？此时线圈中的磁场能转化为什么形式的能？
【归纳】
1.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像
2.LC电路振荡过程中各物理量的对应关系
带电荷量 q 电场 强度 E 电压 u 电场 能E电 电流 i 磁感应强 度B 磁场 能E磁
0～电 容器放电 减小 减小 减小 减小 增大 增大 增大
t＝ 时刻 0 0 0 0 最大 最大 最大
～ 反向充电 增大 增大 增大 增大 减小 减小 减小
t＝ 时刻 最大 最大 最大 最大 0 0 0
～ 反向放电 减小 减小 减小 减小 增大 增大 增大
t＝ 时刻 0 0 0 0 最大 最大 最大
～T 电容器 充电 增大 增大 增大 增大 减小 减小 减小
【典例2】 如图所示，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，LC振荡电路工作时的周期为T，在t＝0时断开电键K，则在0到这段时间内，下列叙述正确的是（ ）
A.电容器C放电，A板上正电荷逐渐减少，LC回路中电流逐渐增大，当t＝时电流达到最大
B.电容器C放电，A板上正电荷逐渐减少，LC回路中电流逐渐减小，t＝0时放电电流最大
C.电容器C被充电，B板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零
D.电容器C被充电，A板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零
尝试解答
1.（多选）如图所示，LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，且正在增大，则（ ）
A.B板带正电
B.A、B两板间的电压在减小
C.电容器C正在充电
D.电场能正在转化为磁场能
2.（多选）在如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图像如图乙所示，若把通过P点向右的电流规定为i的正方向，则（ ）
A.0至0.5 ms内，电容器C正在充电
B.0.5 ms至1 ms内，电容器上极板带正电
C.1 ms至1.5 ms内，Q点比P点电势高
D.1.5 ms至2 ms内，磁场能在减少
要点三 LC振荡电路的周期和频率
【探究】
振荡电路如图所示，则：
（1）如果仅将线圈更换为自感系数L更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关S掷向2，电容器通过线圈放电，线圈的“阻碍”作用是否也更大？电容器的充放电时间会长些还是短些？
（2）如果仅将电容器更换为电容C更大的电容器，将开关S掷向1，先给电容器充电，电容器的带电荷量是否增大？再将开关S掷向2，电容器通过线圈放电，放电时间是否相应地变长？
【归纳】
对“LC振荡电路”固有周期和固有频率的理解
（1）LC振荡电路的周期、频率都由电路本身的特性（L和C的值）决定，与电容器极板上电荷量的多少、极板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关，所以称为LC振荡电路的固有周期和固有频率。
（2）电感L和电容C在LC振荡电路中既是能量的转换器，又决定着这种转换的快慢，L或C越大，能量转换时间也越长，故固有周期也越长。
（3）电路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期等于LC电路的振荡周期，即T＝2π，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也等于振荡周期，即T＝2π，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们的变化周期是振荡周期的一半，即T'＝＝π。
【典例3】 要增大LC振荡电路的频率，可采取的办法是（ ）
A.增大电容器两极板正对面积
B.减少极板所带的电荷量
C.在线圈中放入软铁棒
D.减少线圈匝数
尝试解答
1.在LC振荡电路中，电容器上的带电荷量从最大值变化到零所需的最短时间是（ ）
A. B.
C.π D.2π
2.（多选）LC振荡电路在t1和t2时刻自感线圈中磁感线方向和电容器中极板带电情况如图所示，若t2－t1＝，则（ ）
A.在t1时刻电容器正充电
B.在t2时刻电容器两极板间电场正在增强
C.在t1时刻电路中电流正在增大
D.在t2时刻自感线圈中磁场正在增强
要点回眸
1.关于电磁理论，下列描述正确的是（ ）
A.电磁场不是一种物质
B.静止的电荷能够在周围空间产生稳定的磁场
C.稳定的磁场能够在周围空间产生稳定的电场
D.变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波
2.有关电磁场理论说法正确的是（ ）
A.法拉第预言了电磁波的存在，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性
B.变化的磁场一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场产生均匀变化的磁场
D.赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦电磁场理论
3.（多选）如图所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯泡D正常发光。现突然断开S，并开始计时，能正确反映电容器a极板上电荷量q及LC回路中电流i（规定顺时针方向为正方向）随时间变化的图像是（图中q为正值表示a极板带正电）（ ）
4.（多选）在超声波悬浮仪中，由LC振荡电路产生高频电信号，通过压电陶瓷转换成同频率的超声波，利用超声波最终实现小水珠的悬浮。若LC振荡电路某时刻线圈中的磁场及电容器两极板所带的电荷如图所示，下列说法正确的是（ ）
A.此时电容器的电压正在增大
B.此时电场能正向磁场能转化
C.在线圈中插入铁芯，LC振荡电路的频率减小
D.增大平行板电容器极板间的距离，LC振荡电路的频率减小
第1节 电磁波的产生
【基础知识·准落实】
知识点一
1.（1）电场 （2）磁场 2.相同 磁场 相同 电场 电磁场
3.电磁场
知识点二
3.电磁波 4.电磁波 麦克斯韦
知识点三
1.方向 2.振荡电流 LC振荡电路 3.变化 转化
4.（1）周期性变化 （3）①2π ②秒（s） 亨利（H）
情景思辨
（1）× （2）× （3）√ （4）√ （5）√ （6）√ （7）×
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【探究】 提示：磁铁上、下运动时，闭合线圈中自由电荷定向移动，说明电荷受到静电力作用。闭合线圈处在电场中，又因磁铁上、下运动使线圈处在变化的磁场中，这表明变化的磁场周围产生了电场。如果没有闭合线圈，该处仍会产生电场。
【典例1】 BD 麦克斯韦电磁场理论的核心内容是：变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场。对此理论全面正确理解为：不变化的电场周围不产生磁场；变化的电场周围可以产生变化的磁场，也可产生不变化的磁场；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场；周期性变化的电场周围产生同频率的周期性变化的磁场。变化的磁场周围产生电场的规律与上相似。由此可知，选项B、D正确。
素养训练
1.C A中磁场不变，则不会产生电场，故A错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误；C中磁场随时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随时间非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误。
2.C 由图像可知磁通量Φ随时间t均匀变化，而Φ＝BS，所以磁场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知C正确。
要点二
知识精研
【探究】 提示：线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化，电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能；线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。
【典例2】 C 开关闭合时，通过L的电流从上往下，电容器带电荷量为零；在t＝0时断开电键K，则在0到这段时间内，则电容器C被充电，B板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零，故选项C正确，A、B、D错误。
素养训练
1.ABD 电流i正在增大，磁场能增大，电容器在放电，电场能减小，电场能转化为磁场能，选项C错误，D正确；由题图中i方向可知B板带正电，选项A正确；由于电容器放电，电荷量减少，两板间的电压在减小，选项B正确。
2.CD 由题图乙知0至0.5 ms内i在增大，电容器正在放电，A错误；0.5 ms至1 ms内，电流在减小，为充电过程，电流方向不变，电容器上极板带负电，B错误；在1 ms至1.5 ms内，为放电过程，电流方向改变，Q点比P点电势高，C正确；1.5 ms至2 ms内为充电过程，磁场能在减少，D正确。
要点三
知识精研
【探究】 提示：（1）“阻碍”作用更大；放电时间变长。
（2）带电荷量增大；放电时间变长。
【典例3】 D 由LC振荡电路的频率公式f＝和平行板电容器电容公式C＝知，当增大电容器两极板正对面积时，C增大，f减小。减少极板所带的电荷量，不影响C，即f不变。在线圈中放入软铁棒，L增大，f减小。减少线圈匝数，L减小，f增大。故选D。
素养训练
1.B LC振荡电路的周期T＝2π，其电容器上的带电荷量从最大值变化到零的最短时间为t＝，所以t＝，故B正确。
2.BC 由t2－t1＝知t2－t1＝，从题图可看出t1、t2两个时刻自感线圈处的电流都是从左向右穿过自感线圈，t1时刻与电容器放电电流方向相同，故电容器处于放电状态，只要是放电，振荡电流就是增大的，A错误，C正确；t2时刻，电流从左向右通过自感线圈，与电容器放电电流方向相反，所以t2时刻电容器在充电，随着极板上电荷增多，两极板间电场增强，B正确；由于充电过程振荡电流总是减小的，则t2时刻线圈中磁场正在减弱，D错误。
【教学效果·勤检测】
1.D 变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波，电磁场是一种客观存在的物质，故A错误，D正确；静止的电荷周围不能激发磁场，故B错误；稳定的磁场不能产生电场，故C错误。
2.D 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦的电磁理论，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，A错误，D正确；均匀变化的磁场产生恒定的电场，B错误；均匀变化的电场产生恒定的磁场，C错误。
3.BC S断开前，电容器C短路，线圈中电流从上向下，电容器不带电；S断开时，线圈L中产生自感电动势，阻碍电流减小，电容器C充电，此时LC回路中电流i沿顺时针方向（正向）最大；电容器充电过程，电容器带电荷量最大时（a板带负电），线圈L中电流减为零。此后，LC回路发生电磁振荡形成交变电流。综上所述，选项B、C正确。
4.BC 由题图可知，此时电流方向由上极板流向下极板，则此时电容器正在放电，电容器的电压正在减小，电场能正向磁场能转化，故A错误，B正确；根据f＝，在线圈中插入铁芯，则L增大，LC振荡电路的频率减小，故C正确；根据f＝，C＝，增大平行板电容器极板间的距离，则电容减小，LC振荡电路的频率增大，故D错误。
7 / 8(共75张PPT)
第1节 电磁波的产生
核
心
素
养
目
标 物理
观念 1.能初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想。
2.知道电磁波的产生。
3.知道什么是电磁振荡的周期和频率，知道LC电路的周期和频率公式
科学
思维 1.能用电磁振荡解释电场能与磁场能的相互转化。
2.分析振荡电路中电荷量q、电场强度E、电流i、磁感应强度B及能量的对应关系
科学态度与责任 能体会物理学对统一性的追求，能体会理论预言在科学发展中的作用以及实验证据对新理论的支持
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一 麦克斯韦的预言
1. 麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设
（1）变化的磁场周围会产生 （如图甲所示）。
（2）变化的电场周围会产生 （如图乙所示）。
电场
磁场
2. 电磁场：交变的电场周围产生频率 的交变的 ，交
变的磁场周围产生频率 的交变的 。交变的电场和
交变的磁场相互联系在一起，会在空间形成统一的、不可分割
的 。
3. 电磁波：在空间中交替变化并传播出去的 就形成了
电磁波。
相同
磁场
相同
电场
电磁场
电磁场
知识点二 赫兹实验
1. 实验原理示意图
2. 实验现象：当感应线圈两极间有火花跳过时，环的间隙处也有火花
跳过。
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，按照麦克斯韦的理论，这种变化的电磁场以
的形式在空间传播。当电磁波经过接收线圈时，导致接收器
产生感应电动势，使接收器两球间隙处产生电压；当电压足够高
时，两球之间就会产生火花放电现象。
4. 实验结论与意义：赫兹证明了 的存在，证明了
的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。
电
磁波
电磁波
麦克斯
韦
知识点三 电磁振荡
1. 振荡电流：大小和 都周期性变化的电流。
2. 振荡电路：产生 的电路。由电感线圈L和电容器C所
组成的电路就是一种基本的振荡电路，称为 ，如
图所示。
方向
振荡电流
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、与振荡电流相联系的电场和磁场也周期性交替 ，电
场能和磁场能相互 。
4. 电磁振荡的周期和频率
（1）电磁振荡的周期T：完成一次 的时间。
（2）电磁振荡的频率f：一段时间内完成周期性变化的次数与这段
时间之比。
变化
转化
周期性变化
②单位：周期（T）、频率（f）、自感（L）、电容（C）的
单位分别是 、赫兹（Hz）、 、法
拉（ F ）。
（3）LC振荡电路的周期和频率
①公式：T＝ 2π ，f＝。
2π
秒（s）
亨利（H）
【情景思辨】
如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电；再将开关S掷向2，使电
容器通过线圈放电。电路中就会产生振荡电流。
（1）恒定电流周围产生磁场，磁场又产生电场。 （ × ）
（2）变化的磁场会产生变化的电场。 （ × ）
（3）变化的电场会产生磁场。 （ √ ）
×
×
√
（4）麦克斯韦预言了电磁波的存在。 （ √ ）
（5）赫兹用实验证实了电磁波的存在。 （ √ ）
（6）LC振荡电路中，线圈中电流最大时，电容器所带电荷量为零。
（ √ ）
（7）L和C越大，电磁振荡的频率越高。 （ × ）
√
√
√
×
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一 麦克斯韦电磁场理论的理解
【探究】
如图所示，磁铁相对闭合线圈上、下运动时，闭合线圈中的自由电荷
做定向移动，是受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电
场？如果没有闭合线圈，情况会怎样？
提示：磁铁上、下运动时，闭合线圈中自由电荷定向移动，说明电荷
受到静电力作用。闭合线圈处在电场中，又因磁铁上、下运动使线圈
处在变化的磁场中，这表明变化的磁场周围产生了电场。如果没有闭
合线圈，该处仍会产生电场。
【归纳】
1. 麦克斯韦电磁场理论
（1）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。
（2）周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁场，周期
性变化的磁场在周围空间产生周期性变化的电场。
（3）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。
2. 对电磁场的理解
（1）电磁场的产生：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，周期性变化的电场、磁场相互激
发，形成的电磁场一环套一环，如图所示。
（2）电磁场并非简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可
分割的统一整体。在电磁场示意图中，电场E和磁场B均为矢
量，在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播。
【典例1】 （多选）按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确
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. 变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场
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. 周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁
场周围产生周期性变化的电场
解析：麦克斯韦电磁场理论的核心内容是：变化的电场周围产生磁
场，变化的磁场周围产生电场。对此理论全面正确理解为：不变化的
电场周围不产生磁场；变化的电场周围可以产生变化的磁场，也可产
生不变化的磁场；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场；周期性变化
的电场周围产生同频率的周期性变化的磁场。变化的磁场周围产生电
场的规律与上相似。由此可知，选项B、D正确。
1. 在如图所示的四种磁场中能产生恒定电场的是（ ）
解析： A中磁场不变，则不会产生电场，故A错误；B中磁场方
向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误；C中磁
场随时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随
时间非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误。
2. 某一固定面的磁通量随时间的变化图像如图所示，在它周围空间产
生的电场中的某一点电场强度E应是（ ）
A. 逐渐增强 B. 逐渐减弱
C. 不变 D. 无法确定
解析： 由图像可知磁通量Φ随时间t均匀变化，而Φ＝BS，所以
磁场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知C正确。
要点二 电磁振荡的变化规律
【探究】
如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，从此
时起，电容器通过线圈放电，线圈中是否会产生自感电动势？自感电
动势产生什么效果？线圈中的电流怎样变化？电容器的电场能转化为
什么形式的能？当线圈中的电流减小时，是否会对电
容器充电？此时线圈中的磁场能转化为什么形式的能？
提示：线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线
圈中电流的变化，电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能；线
圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为电容器的电
场能。
【归纳】
1. 振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像
2. LC电路振荡过程中各物理量的对应关系
带电 荷量q 电场 强度E 电压u 电场 能E电 电流i 磁感应 强度B 磁场
能E磁
减小 减小 减小 减小 增大 增大 增大
0 0 0 0 最大 最大 最大
增大 增大 增大 增大 减小 减小 减小
带电 荷量q 电场 强度E 电压u 电场 能E电 电流i 磁感应 强度B 磁场
能E磁
最大 最大 最大 最大 0 0 0
减小 减小 减小 减小 增大 增大 增大
0 0 0 0 最大 最大 最大
增大 增大 增大 增大 减小 减小 减小
【典例2】 如图所示，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，LC振荡电
路工作时的周期为T，在t＝0时断开电键K，则在0到这段时间内，下
列叙述正确的是（ ）
B. 电容器C放电，A板上正电荷逐渐减少，LC回路中电流逐渐减小，t
＝0时放电电流最大
解析：开关闭合时，通过L的电流从上往下，电容器带电荷量为零；
在t＝0时断开电键K，则在0到这段时间内，则电容器C被充电，B板
上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零，故
选项C正确，A、B、D错误。
1. （多选）如图所示，LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向
A板，且正在增大，则（ ）
A. B板带正电
B. A、B两板间的电压在减小
C. 电容器C正在充电
D. 电场能正在转化为磁场能
解析： 电流i正在增大，磁场能增大，电容器在放电，电场能减小，电场能转化为磁场能，选项C错误，D正确；由题图中i方向可知B板带正电，选项A正确；由于电容器放电，电荷量减少，两板间的电压在减小，选项B正确。
2. （多选）在如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变
化的图像如图乙所示，若把通过P点向右的电流规定为i的正方向，
则（ ）
A. 0至0.5 ms内，电容器C正在充电
B. 0.5 ms至1 ms内，电容器上极板带正电
C. 1 ms至1.5 ms内，Q点比P点电势高
D. 1.5 ms至2 ms内，磁场能在减少
解析： 由题图乙知0至0.5 ms内i在增大，电容器正在放电，A
错误；0.5 ms至1 ms内，电流在减小，为充电过程，电流方向不
变，电容器上极板带负电，B错误；在1 ms至1.5 ms内，为放电过
程，电流方向改变，Q点比P点电势高，C正确；1.5 ms至2 ms内为
充电过程，磁场能在减少，D正确。
要点三 LC振荡电路的周期和频率
【探究】
振荡电路如图所示，则：
（1）如果仅将线圈更换为自感系数L更大的线圈，将开关S掷向1，先
给电容器充电，再将开关S掷向2，电容器通过线圈放电，线圈
的“阻碍”作用是否也更大？电容器的充放电时间会长些还是
短些？
提示：“阻碍”作用更大；放电时间变长。
（2）如果仅将电容器更换为电容C更大的电容器，将开关S掷向1，先
给电容器充电，电容器的带电荷量是否增大？再将开关S掷向
2，电容器通过线圈放电，放电时间是否相应地变长？
提示：带电荷量增大；放电时间变长。
【归纳】
对“LC振荡电路”固有周期和固有频率的理解
（1）LC振荡电路的周期、频率都由电路本身的特性（L和C的值）决
定，与电容器极板上电荷量的多少、极板间电压的高低、是否
接入电路中等因素无关，所以称为LC振荡电路的固有周期和固
有频率。
（2）电感L和电容C在LC振荡电路中既是能量的转换器，又决定着这
种转换的快慢，L或C越大，能量转换时间也越长，故固有周期
也越长。
（3）电路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场
强度E的变化周期等于LC电路的振荡周期，即T＝2π，在一
个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷
量，其变化周期也等于振荡周期，即T＝2π，极板上电荷的
电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变
化，但是它们的变化周期是振荡周期的一半，即T'＝＝π。
【典例3】 要增大LC振荡电路的频率，可采取的办法是（ ）
A. 增大电容器两极板正对面积
B. 减少极板所带的电荷量
C. 在线圈中放入软铁棒
D. 减少线圈匝数
解析：由LC振荡电路的频率公式f＝和平行板电容器电容公式C
＝知，当增大电容器两极板正对面积时，C增大，f减小。减少极
板所带的电荷量，不影响C，即f不变。在线圈中放入软铁棒，L增
大，f减小。减少线圈匝数，L减小，f增大。故选D。
1. 在LC振荡电路中，电容器上的带电荷量从最大值变化到零所需的
最短时间是（ ）
解析： LC振荡电路的周期T＝2π，其电容器上的带电荷量
从最大值变化到零的最短时间为t＝，所以t＝，故B正确。
2. （多选）LC振荡电路在t1和t2时刻自感线圈中磁感线方向和电容器
中极板带电情况如图所示，若t2－t1＝，则（ ）
A. 在t1时刻电容器正充电
B. 在t2时刻电容器两极板间电场正在增强
C. 在t1时刻电路中电流正在增大
D. 在t2时刻自感线圈中磁场正在增强
解析： 由t2－t1＝知t2－t1＝，从题图可看出t1、t2两个时
刻自感线圈处的电流都是从左向右穿过自感线圈，t1时刻与电容器
放电电流方向相同，故电容器处于放电状态，只要是放电，振荡电
流就是增大的，A错误，C正确；t2时刻，电流从左向右通过自感线
圈，与电容器放电电流方向相反，所以t2时刻电容器在充电，随着
极板上电荷增多，两极板间电场增强，B正确；由于充电过程振荡
电流总是减小的，则t2时刻线圈中磁场正在减弱，D错误。
要点回眸
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. 关于电磁理论，下列描述正确的是（ ）
A. 电磁场不是一种物质
B. 静止的电荷能够在周围空间产生稳定的磁场
C. 稳定的磁场能够在周围空间产生稳定的电场
D. 变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波
解析： 变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成
电磁波，电磁场是一种客观存在的物质，故A错误，D正确；静止
的电荷周围不能激发磁场，故B错误；稳定的磁场不能产生电场，
故C错误。
2. 有关电磁场理论说法正确的是（ ）
A. 法拉第预言了电磁波的存在，并揭示了电、磁、光现象在本质上
的统一性
B. 变化的磁场一定产生变化的电场
C. 均匀变化的电场产生均匀变化的磁场
D. 赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦电磁场理论
解析： 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过一系列实验，
证明了麦克斯韦的电磁理论，并揭示了电、磁、光现象在本质上的
统一性，A错误，D正确；均匀变化的磁场产生恒定的电场，B错
误；均匀变化的电场产生恒定的磁场，C错误。
3. （多选）如图所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电
容器，开关S处于闭合状态，灯泡D正常发光。现突然断开S，并开
始计时，能正确反映电容器a极板上电荷量q及LC回路中电流i（规
定顺时针方向为正方向）随时间变化的图像是（图中q为正值表示a
极板带正电）（ ）
解析： S断开前，电容器C短路，线圈中电流从上向下，电容
器不带电；S断开时，线圈L中产生自感电动势，阻碍电流减小，
电容器C充电，此时LC回路中电流i沿顺时针方向（正向）最大；
电容器充电过程，电容器带电荷量最大时（a板带负电），线圈L中
电流减为零。此后，LC回路发生电磁振荡形成交变电流。综上所
述，选项B、C正确。
4. （多选）在超声波悬浮仪中，由LC振荡电路产生高频电信号，通
过压电陶瓷转换成同频率的超声波，利用超声波最终实现小水珠的
悬浮。若LC振荡电路某时刻线圈中的磁场及电容器两极板所带的
电荷如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. 此时电容器的电压正在增大
B. 此时电场能正向磁场能转化
C. 在线圈中插入铁芯，LC振荡电路的频率减小
D. 增大平行板电容器极板间的距离，LC振荡电路的频率减小
解析： 由题图可知，此时电流方向由上极板流向下极板，则此时电容器正在放电，电容器的电压正在减小，电场能正向磁场能
转化，故A错误，B正确；根据f＝，在线圈中插入铁芯，则L
增大，LC振荡电路的频率减小，故C正确；根据f＝，C＝
，增大平行板电容器极板间的距离，则电容减小，LC振荡电
路的频率增大，故D错误。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
1. （多选）关于电磁场理论的叙述正确的是（ ）
A. 变化的磁场周围一定存在电场，与是否有闭合电路无关
B. 周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C. 周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互关联，形成一个统一
的场，即电磁场
D. 电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
解析：恒定的电场周围不存在磁场，恒定的磁场周围不存在电场，故D错误；由电磁理论知识可知A、B、C正确。
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2. （多选）根据麦克斯韦电磁场理论，以下叙述中正确的是（ ）
A. 教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场
B. 打点计时器工作时周围必有磁场和电场
C. 恒定的电场产生恒定的磁场，恒定的磁场激发恒定的电场
D. 电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者互相
垂直
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解析： 日光灯、打点计时器都通有交流电，交流电周围存在周期性变化的磁场，周期性变化的磁场会激发电场，A、B正确；恒定的电场不激发磁场，恒定的磁场不激发电场，C错误；根据麦克斯韦电磁场理论可知D正确。
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3. 在LC振荡电路中，电容器放电完毕的瞬间（ ）
A. 电场能正向磁场能转化
B. 磁场能正向电场能转化
C. 电场能刚好向磁场能转化完毕
D. 磁场能刚好向电场能转化完毕
解析： 在LC振荡电路中，电容器放电的过程是电场能转化为磁
场能的过程，电容器放电完毕，则电场能向磁场能转化完毕，故选
项C正确。
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4. （多选）LC振荡电路的固有频率为f，则（ ）
A. 电容器内电场变化的频率为f
B. 电容器内电场变化的频率为2f
C. 电场能和磁场能转化的频率为f
D. 电场能和磁场能转化的频率为2f
解析： 电场能和磁场能是标量，只有大小在做周期性变化，所以电场能和磁场能转化的周期是电磁振荡周期的一半，转化的频
率为电磁振荡频率的两倍；电容器内电场变化的频率等于电磁振荡的频率。选项A、D正确。
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5. 要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是
（ ）
A. 增大电容器两极板的间距
B. 升高电容器的充电电压
C. 增加线圈的匝数
D. 在线圈中插入铁芯
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解析： LC振荡电路中产生的振荡电流的频率f＝，要想增
大频率，应该减小电容C，或减小线圈的自感系数L，再根据C＝
可知增大电容器两极板的间距，电容减小，A正确；升高电容
器的充电电压，电容不变，B错误；增加线圈的匝数、在线圈中插
入铁芯，自感系数增大，频率减小，C、D错误。
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6. 如图所示，LC振荡电路的L不变，C可调，要使振荡的频率从700
Hz变为1 400 Hz，则可以采用的办法有（ ）
A. 把电容增大到原来的4倍
B. 把电容增大到原来的2倍
解析： 由题意可知，频率变为原来的2倍，则周期就变为原来
的，由T＝2π知，L不变，当C＝C0时符合要求，其中C0为原
电容，故D正确。
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7. 如图所示，在LC振荡电路中（理想情况），某时刻上部分电路中
电流方向向右，且电流正在增大，则该时刻（ ）
A. 电容器上极板带正电，下极板带负电
B. 电容器上极板带负电，下极板带正电
C. 磁场能正在向电场能转化
D. 线圈和电容器两边的电压可能不等
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解析： 通过图示电流方向，且电流正在增大，知电容器在放
电，则电容器上极板带正电，下极板带负电，振荡电流增大，电容
器上的电荷量正在减小，电场能正在向磁场能转化，故B、C错
误，A正确；由图可知，此时线圈和电容器两边的电压相等，故D
错误。
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8. （多选）LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则（ ）
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
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解析： 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。若该时刻电容器上极板带正电，可知电容器处于放电阶段，电流增大，磁场增强，故C正确，A错误；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，故B正确；由楞次定律可判定D正确。
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9. 如图所示，L为直流电阻不计的线圈，已知LC振荡电路的周期为
T，开关S闭合一段时间。S断开时开始计时，当t＝时，L内部磁感
应强度的方向和电容器极板间电场强度的方向分别为（ ）
A. 向下、向下 B. 向上、向下
C. 向上、向上 D. 向下、向上
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解析： 开关S闭合时，由于线圈直流电阻不计，故电容器两端
的电压为零，电容器不带电。当开关S断开时，由于线圈的自感作
用，电流不能立即减小为零，对电容器开始充电，当t＝时，线圈
中电流沿顺时针方向（从上往下看），由安培定则可知，此时L内
部磁感应强度方向向下，电容器上极板带正电，电场方向向下，故
选项A正确。
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10. （多选）如图所示，电池的电动势为E，内电阻为r，电容器的电
容为C，绕在铁芯上的理想线圈电感为L，其直流电阻为零。开始
电路中开关S1断开，S2闭合。在t＝t1时刻，断开S2，闭合S1，此后
回路中出现了振荡电流。若不计电磁波的辐射能量，电路中电阻
的存在不会影响振荡电路的振荡频率，则下列说法正确的是（ ）
A. 闭合S1的瞬间，线圈中产生的感应电动势为E
D. 电路最后达到的状态是R两端的电势差恒为零
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解析： 闭合S1的瞬间，电容器开始放电，此时放电电流为零，线圈中产生的感应电动势为E，故A正确；t1＋π时刻，即经历，电容器刚好反向充电结束，电容器带电荷量不为零，此时充电电流为零，线圈中产生的感应电动势为E，故B、C错误；振荡电路中电阻R产生焦耳热，能量逐渐减少，直至不再振荡，电路最后达到的状态是R两端的电势差恒为零，故D正确。
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11. 如图所示，线圈L的自感系数为25 mH，直流电阻为零，电容器C
的电容为40 μF，灯泡D的规格是“4 V 2 W”。开关S闭合后，
灯泡正常发光，S断开后，LC中产生振荡电流。若从S断开开始计
时，求：
（1）当t＝×10－3 s时，电容器的右极板带
何种电荷；
答案：正电荷
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解析：S断开后，LC中产生振荡电流，一开始在闭合回路中的方向为顺时针，振荡周期T＝2π＝
2π s＝2π×10－3 s，则t＝×10－3 s
＝时，电容器充电完毕，右极板带正电荷。
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（2）当t＝π×10－3 s时，LC回路中的电流大小。
答案：0.5 A
解析：开关S闭合后，灯泡正常发光时电路中的电流I＝＝ A＝0.5 A，
当t＝π×10－3 s＝时，LC回路中的电流达到反向最大，即I＝0.5 A。
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12. 在LC振荡电路中，线圈的自感系数L＝2.5 mH，电容C＝4
μF，则：
（1）该回路的周期是多少？
答案：6.28×10－4 s
解析：由电磁振荡的周期公式可得T＝2π＝
2×3.14× s＝6.28×10－4 s。
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（2）设t＝0时，电容器上电压最大，在t＝9.0×10－3 s时，通过
线圈的电流是增大还是减小？这时电容器处在充电过程还是
放电过程？
答案：减小 充电过程
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解析：因为t＝9.0×10－3 s大约相当于
14.33个周期，而＜0.33T＜，由电磁振
荡的周期性知，当t＝9.0×10－3 s时，LC回路中的电磁振荡处于第二个的变化过程中。
t＝0时，电容器上电压最大，极板上电荷量最多，电路中电流值为零，回路中电流随时间的变化规律如图所示。
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第一个内，电容器放电，电流由零增至最大；第二个内，电容器充电，电流由最大减小到零。
显然，在t＝9.0×10－3 s时，即在第二个内，线圈中的电流在减小，电容器正处在充电过程中。
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