2024_2025学年新教材高中物理第四章电磁振荡与电磁波1电磁振荡2电磁场与电磁波学案新人教版选择性必修第二册.docVIP

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电磁振荡电磁场与电磁波

必备学问·自主学习

一、电磁振荡产生和能量变更

1.振荡电流：大小和方向都做周期性快速变更的电流。

2.振荡电路：能产生振荡电流的电路。

3.振荡过程：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，从今时起，电容器要对线圈放电。

（1）放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流不能立即达到最大值，而是由零渐渐增大，同时电容器极板上的电荷渐渐削减。放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到最大。该过程电容器储存的电场能转化为线圈的磁场能。

（2）充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的自感作用，电流并不会立即消逝，而要保持原来的方向接着流淌，并渐渐减小，电容器起先充电，极板上的电荷渐渐增加，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到最大。该过程线圈中的磁场能又转化为电容器的电场能。此后电容器再放电、再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变更的振荡电流。

4.电磁振荡的分类：

（1）无阻尼振荡：在LC振荡电路中，假如能够刚好地把能量补充到振荡电路中，以补偿能量损耗，就可以得到振幅不变的等幅振荡。

（2）阻尼振荡：在LC振荡电路中，由于电路有电阻，电路中有一部分能量会转化为内能，另外还有一部分能量以电磁波的形式辐射出去，使得振荡的能量减小。

（3）实际的LC振荡是阻尼振荡：电路中有电阻，振荡电流通过时会有热量产生，另外还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去。假如要实现等幅振荡，必需有能量补充到电路中，实际电路中通常由电源通过电子器件为LC电路补充能量。

二、电磁振荡的周期与频率

1.周期和频率：

（1）周期：电磁振荡完成一次周期性变更须要的时间。

（2）频率：1s内完成的周期性变更的次数。

（3）振荡电路里在不受其他外界条件影响下发生无阻尼振荡时的周期和频率叫振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。

2.LC振荡电路周期和频率的表达式：

（1）周期：T＝2πeq\r(LC)，单位：秒（s）。

（2）频率：f＝eq\f(1,2π\r(LC))，单位：赫兹（Hz）。

三、电磁场与电磁波

1.变更的磁场产生电场：

（1）试验现象：如图所示，在变更的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。

（2）麦克斯韦的观点：电路里有感应电流产生，肯定是变更的磁场产生了电场，闭合电路中的自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。

（3）结论：变更的磁场产生了电场。

2.变更的电场产生磁场：

麦克斯韦假设，既然变更的磁场能产生电场，那么变更的电场也会在空间产生磁场。

3.电磁波的特点：

（1）电磁波是横波，电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度相互垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，电磁波在空间传播不须要介质；

（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。

4.赫兹的试验：

（1）赫兹试验原理图（如图所示）：

（2）试验现象：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了火花。

（3）现象分析：火花在A、B间来回跳动时，在四周空间建立了一个快速变更的电磁场，这种电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波经过接收线圈时，导致接收线圈产生感应电动势，使接收线圈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）试验结论：赫兹试验证明白电磁波的存在。

（5）试验意义：证明白麦克斯韦的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的试验基础。

（6）赫兹的其他试验成果：赫兹通过一系列试验，视察到了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，并通过测量证明，电磁波在真空中具有与光相同的速度，证明白麦克斯韦的电磁场理论。

（1）LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小。（×）

（2）LC振荡电路途圈的自感系数增大为原来的4倍，振荡周期增大为原来的2倍。（√）

（3）提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大。（×）

（4）变更的电场肯定产生变更的磁场。（×）

（5）只要有电场和磁场，就能产生电磁波。（×）

（6）电磁波在同种介质中只能沿直线传播。（×）

关键实力·合作学习

学问点一电磁振荡

1.电磁振荡过程各物理量变更状况规律：

时刻（时间）

工作过程

q

E

i

B

能量

0→eq\f(T,4)

放电过程

qm→0

Em→0

0→im

0→Bm

E电→E磁

eq\f(T,4)→eq\f(T,2)

充电过程

0→qm

0→Em

im→0

Bm→0

E磁→E电

eq\f(T,2)→eq\f(3T,4)

放电过程

qm→0

Em→0

0→im

0→Bm

E电→E磁

eq\f(3T,4)→T

充电过程

0→qm

0→Em

im→0