1、14.1、2 电磁波的发现、电磁振荡教学目标：1.熟记麦克斯韦电磁场理论的基本内容，知道其在物理学发展史上的意义2.能说出电磁波的基本特点，能从电磁波体会电磁场的物质性3.会分析 LC 振荡回路中振荡电流的产生过程4.会计算 LC 振荡电路的周期和频率重点：了解电磁场和电磁波的概念及应用，了解电磁振荡的周期与频率，会求 LC 电路的周期与频率.难点：电磁振荡过程中各物理量的变化规律及各物理量变化之间的关系 进行新课：（一）引入学习电磁振荡和电磁波的重要性。无线电广播是利用电磁波传播的，电视广播也是利用电磁波传播的，导弹，人造地球卫星的控制以及宇宙飞船跟地面的通信联系都是利用电磁波。那么，电磁波
2、是什么呢？它是怎样产生的，有些什么性质以及怎样利用它来传递各种信号呢？这一章就要研究这些问题。要了解电磁波，首先就要了解什么是电磁振荡，我们就从电磁振荡开始学习。（二）新课教学1、实验：将电键 K 扳到 1，给电容器充电，然后将电键扳到 2，此时可以见到 G 表的指针来回摆动。2、总结：能产生大小和方向都都作周期发生变化的电流叫振荡电流。能产生振荡电流的电路叫振荡电路。其中最简单的振荡电路叫 LC 回路。3、振荡电流是一种交变电流，是一种频率很高的交变电流，它无法用线圈在磁场中转动产生，只能是由振荡电路产生。4、那么振荡电路中的交变电流有一些什么样的性质：（1）介绍振荡电路中交变电流的一些重要
3、性质：对应的电流图像：对应电容器所带的电量：（2）电路分析：甲图：电场能达到最大，磁场能为零，电路感应电流 i=0甲乙：电场能，磁场能，电路中电流 i，电路中电场能向磁场能转化，叫放电过程。1 K 2 C LG甲 乙 丙 丁 戊乙图：磁场能达到最大，电场能为零，电路中电流 I 达到最大。乙丙：电场能，磁场能，电路中电流 i，电路中电场能向磁场能转化，叫充电过程。丙图：电场能达到最大（与甲图的电场反向） ，磁场能为零，电路中电流为零。丙丁：电场能，磁场能，电路中电流 i，电路中电场能向磁场能转化，叫放电过程。丁图：磁场能达到最大，电场能为零，回路中电流达到最大（方向与原方向相反） ，丁戊：电场能
4、，磁场能，电路中电流 i，电路中电场能向磁场能转化，叫充电过程。戊与甲是重合的，从而振荡电路完成了一个周期。综述：第一、充电完毕（充电开始）：电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0。第二、放电完毕（放电开始）：电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大。第三、充电过程：电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电量在增加。从能量看：磁场能在向电场能转化。第四、放电过程：电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。从能量看：电场能在向磁场能转化。归纳：在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷相联系
5、的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡。例题 1、在 LC 振荡电路中，某时刻若磁场 B 正在增加，则电容器处于（放）电状态, 电场能正在（减小） 磁场能正在（增加） 能量转变状态为（电场能正在向磁场能转化）电容器上板带（正）电。例题 2、在 LC 的回路中，电流 it 的关系如图所示，若规定逆时针方向为电流的正方向，说明 t0时刻电路中能量变化情况，及电场能、磁场能、充放电等情况。下列分析情况正确的是：（D）A、t 1时刻电路的磁场能正在减小。 B、t 1t 2时间电路中的电量正在不断减少。C、t 2t 3时间电容器正在充电。 D、t 4时刻电容中的电场能最大。5、阻尼振荡与无阻尼
6、振荡。Ba bCit0 t1 t0 t2 t3 t4（1）阻尼振荡：在振荡电路中由于能量被逐渐消耗，振荡电路中的电流要逐渐减小，直到最后停下来。（2）无阻尼振荡：在电磁振荡的电路中，如果没有能量损失，振荡应该永远地持续下去，电路中振荡电流的振幅应该永远保持不变，这种振荡叫无阻尼振荡。例题 2：如图 14111 所示的电路中，电容器的电容 C1 F，线圈的自感系数L0.1 mH，先将开关 S 拨至 a，这时电容器内有一带电油滴恰能保持静止然后将开关 S 拨至 b，经过 t3.14 105 s，油滴的加速度是多少？当油滴的加速度为何值时，LC 回路中的振荡电流有最大值？(g 取 10 m/s2，
7、取 3.14，研究过程中油滴不与极板接触)图 14111【解析】 当 S 拨至 a 时，油滴受力平衡，显然油滴带负电，有 mg q，Ud当 S 拨至 b 后， LC 回路中有振荡电流，振荡周期为 T2 23.14LCs6.2810 5 s，当 t3.1410 5 s 时，电容器恰好反向充电0.110 310 6结束，两极板间场强与 t0 时等大反向由牛顿第二定律得 qmgma，联Ud立式解得 a20 m/s2，当振荡电流最大时，电容器处于放电完毕状态，两极板间无电场，油滴仅受重力作用，此时有 mgma ，解得 a10 m/s2.即当油滴的加速度为 10 m/s2时， LC 回路中的振荡电流有最
8、大值【答案】 20 m/s 2 当 a10 m/s2 时 LC 回路中的振荡电流有最大值.课堂练习1.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着电场，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.变化的电场和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E.磁场周围一定存在电场【解析】 【答案】 ABC2.根据麦克斯韦的电磁场理论，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.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场C.稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场D.电磁波在传播过程中，电场方向、磁
9、场方向和传播方向相互垂直E.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场【解析】 教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器用的振荡电流，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项 A、B 正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项 C错误；电磁波是横波，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项 D 正确.均匀变化的电场周围会产生恒定不变的磁场，E 错误.【答案】 ABD3.如图 311 所示，在变化的磁场中放置一个闭合线圈.图 311(1)你能观察到什么现象？(2)这种现象说明了什么？【解析】 (1) 灵敏电流计的指针发生偏转，有电流产生.(2)变化的磁场产生了电场，使闭合线圈的自由电荷发生了定向运动而形
10、成了电流.【答案】 见解析4.LC 振荡电路中，某时刻磁场方向如图 314 所示，则下列说法正确的是( )图 314A.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E.若电容器正在充电，则自感电动势正在阻碍电流增大【解析】 本题考查各物理量发生变化的判断方法.由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板的带电情况，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
11、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，E 错.故正确答案为 B、C、D.【答案】 BCD5.如图 315 所示， LC 电路的 L 不变，C 可调，要使振荡的频率从 700 Hz 变为 1 400 Hz，则把电容 _到原来的_.图 315【解析】 由题意，频率变为原来的 2 倍，则周期就变为原来的 ，由12T2 ，L 不变，当 C C0时符合要求.LC14【答案】 减小 14作业：1.如图 316 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 D 正常发光，现突然断开 S，并开始计时，画出反映电容器
12、 a 极板上电荷量 q 随时间变化的图像( q 为正值表示 a 极板带正电).图 316【解析】 开关 S 处于闭合状态时，电流稳定，又因 L 电阻可忽略，因此电容器C 两极板间电压为 0，所带电荷量为 0，S 断开的瞬间， D 灯立即熄灭，L、C 组成的振荡电路开始振荡，由于线圈的自感作用，此后的 时间内，线圈给电容器充电，电流方T4向与线圈中原电流方向相同，电流从最大逐渐减为 0，而电容器极板上电荷量则由 0 增为最大，根据电流流向，此 时间里，电容器下极板 b 带正电，所以此 时间内，a 极T4 T4板带负电，由 0 增为最大.【答案】 2.某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容
13、，其中正确的是( )A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C.机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D.机械波只有横波E.电磁波只有纵波【解析】 机械波和电磁波有相同之处，也有本质区别，但 vf 都适用，A 说法对；机械波和电磁波都具有干涉和衍射现象，B 说法对；机械波的传播依赖于介质，电磁波可以在真空中传播，C 说法对；机械波有横波和纵波，而电磁波是横波，D、E说法错.【答案】 ABC3.下列关于电磁波的叙述中，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 3108 m/sC.电磁波由真空进入介质传播时，波长变短D.电磁波不能产生干涉、衍射现象E.电磁波具有波的一切特征【解析】 电磁波是交替产生呈周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生，故 A 项正确；电磁波只有在真空中传播时，其速度为 3108 m/s，故 B 项不正确；电磁波在传播过程中其频率 f 不变，由波速公式 vf 知，由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小，所以可得此时波长变短，故 C 正确；电磁波是一种波，具有波的一切特性，能产生干涉、衍射等现象，故 E 项正确，D 项不正确.【答案】 ACE
