1、14.1 电磁波的发现 14.2 电磁振荡学习目标：1.知道麦克斯韦预言了电磁波，说出麦克斯韦电磁理论的两个基本假设2知道赫兹用实验证实了电磁波的存在3了解麦克斯韦、赫兹对电磁学发展所做的巨大贡献4知道变化的电场与变化的磁场相互激发产生了电磁波5.知道 LC 振荡电路的组成，知道振荡电流是一种交变电流。6知道振荡过程中电感线圈和电容器的作用。7了解 LC 振荡电路的振荡周期(频率) 与电感 、电容的关系。8会用 LC 振荡电路的周期、频率公式进行简单的计算。重点：知道麦克斯韦预言了电磁波，说出麦克斯韦电磁理论的两个基本假设。知道赫兹用实验证实了电磁波的存在。难点：会用 LC 振荡电路的周期、频
2、率公式进行简单的计算。学习新课：课堂合作探究问题导学一、麦克斯韦电磁场理论活动与探究 11麦克斯韦根据什么现象认为“变化的磁场产生电场”？关于“变化的电场产生磁场”的观点，他是在什么情况下提出的？2麦克斯韦关于电磁场理论主要论点是什么？用麦克斯韦的电磁场理论说明电磁波是怎样产生的。迁移与应用 1根据麦克斯韦电磁场理论，下列叙述中正确的是（ ）A在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场C均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D恒定电流周围一定能产生磁场对麦克斯韦电磁场理论的理解：1恒定的电场不产生磁场；恒定的磁场不产生电
3、场。2均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。3周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场；周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。二、电磁波活动与探究 21赫兹用如图所示实验装置进行实验：调节外加电压大小，当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环两个金属小球间也跳过电火花。这种现象说明了什么？2赫兹实验的意义是什么？迁移与应用 2下列关于电磁波的说法正确的是（ ）A均匀变化的磁场能够在空间产生电场B电磁波在真空和介质中传播速度相同C只要有电场和磁场，就能产生电磁波D电磁波在同种介质中只能沿直线传播机械波与电磁波的比较机械波 电磁波对象 研究
4、力学现象 研究电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周期性变化电场强度 E 和磁感应强度 B随时间和空间做周期性变化传播传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速总是 c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系产生由质点（波源）的振动产生由周期性变化的电流（电磁振荡）激发干涉 可以发生 可以发生衍射 可以发生 可以发生横波 可以是 是纵波 可以是 否三、电磁振荡的过程活动与探究 31观察课本中产生电磁振荡电路的演示相关内容，会看到什么现象，说明了什么？2LC 振荡电路是如何实现电磁振荡的？3LC 振荡电路中发生电磁振荡过程中的能量是如何转化的？迁移与应用 3如图
5、所示为某时刻 LC 振荡电路中电容器电场的方向和电流的方向，则下列说法中正确的是（ ）A电容器正在放电B电感线圈的磁场能正在减少C电感线圈中的电流正在增大D电容器的电场能正在减少重点强调1在振荡电路中，电容器极板上的电荷量与电压、电路中的电流，都是按正弦（或余弦）规律变化的，它们对时间的变化是不均匀的在最大值处变化率最小，在零值处变化率最大。2振荡电流 I ，由极板上电荷量变化率决定，与电荷量多少无关。qt3两极板间的电压 U ，由极板上电荷量的多少决定（电容 C 恒定时）与电荷qC量变化率无关。四、电磁振荡的周期和频率活动与探究 4LC 振荡电路的振荡周期由哪些因素决定？请分析这些因素影响周
6、期长短的原因。迁移与应用 4如图所示振荡电路中，电感 L=300 H，电容 C 的范围为 25270 pF，求：（1）振荡电流的频率范围；（2）若电感 L=10 mH，要产生周期 T=0.02 s 的振荡电流，应配制多大的电容？强调1LC 振荡电路的周期是系统的固有周期，只由 L、C 的大小决定，与振荡电流大小、电容器带电多少等无关。2题目中所给 L 的单位一般为 mH、H，C 的单位一般为 F、pF ，计算时应注意换算单位。当堂检测1要使 LC 振荡电路的周期变大，可采用的方法是（ ）A增大电容器初始带电荷量B线圈中插铁芯C增大电容器两极板正对面积D增大平行板电容器两极板间距离2下列关于电磁
7、波与机械波的说法正确的是（ ）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3电磁波在传播时，不变的物理量是（ ）A振幅 B频率 C波速 D波长4在 LC 回路产生电磁振荡的过程中，下列说法正确的是（ ）A电容器放电完毕时，回路中磁场能最小B回路中电流值最大时，磁场能最大C电容器极板上电荷量最多时，电场能最大D回路中电流值最小时，电场能最小5如图所示，LC 振荡电路中振荡电流的周期为 2102 s，自振荡电流沿逆时针方向达最大值时开始计时，当 t3.410 2
8、s 时，电容器正处于_（填“充电”“放电” “充电完毕”或“放电完毕” ）状态，这时电容器的上极板_（填“带正电” “带负电”或“不带电” ） 。答案：课堂合作探究【问题导学】活动与探究 1：1答案：（1）麦克斯韦是在法拉第电磁感应现象的基础上提出“变化的磁场产生电场”的。（2） “变化的电场产生磁场”是他相信自然规律和谐统一而假设的。他认为：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场。2答案：（1）麦克斯韦关于电磁场理论的两大支柱是：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。（2）根据这两个基本点，麦克斯韦进一步推断：如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电
9、场就在空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又会引起新的变化的电场，如此下去变化的电场和磁场交替产生，从而形成由近及远传播的电磁波。迁移与应用 1：D 解析：变化的磁场产生电场，若磁场的变化率恒定，产生的电场就是恒定的。只有磁场的变化率不恒定，产生的电场才是变化的。同理，变化的电场产生磁场，电场的变化率恒定，产生的磁场才恒定。电场的变化率变化，产生的磁场才是变化的。A、B、C 选项错误。奥斯特实验中通电直导线周围的小磁针发生偏转，说明存在磁场，D 正确。活动与探究 2：1答案：当感应线圈使得与它相连的两个金属球间有火花通过时，导线环两个小球间也跳过了火花。实验说明了电磁波从发射器到达了接收器
10、，电磁振荡能在空间向远处传播，进而证明了麦克斯韦电磁理论是正确的。2答案：首次用实验证实了电磁波的存在，验证了麦克斯韦电磁场理论的正确性，为无线电技术的发展开拓了道路。迁移与应用 2：A 解析：不管磁场怎样变化，只要是变化的磁场就可以在空间产生电场，所以均匀变化的磁场也能够在空间产生电场，A 正确；电磁波的传播速度与介质和频率有关，相同频率的电磁波在不同的介质中传播速度不同，故 B 错误；恒定的电场（磁场）周围不会产生磁场（电场） ，只有周期性变化的电场（磁场）才能产生电磁波，故 C 错误；电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播，若同一种介质是不均匀的，电磁波在这样的介质中是沿曲线传播的，故
11、 D 错误。活动与探究 3：1答案：观察到电流表指针在零刻度线左右摆动，说明电路中产生了交变电流，即电路中电流的大小、方向做周期性的变化。2答案：（1）首先电容器从外界得到能量（充电） ，当电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，阻碍通过线圈中的电流变化（自感电动势与电流方向相反） ，使放电电流不能立刻达到最大值，而是从零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少。（2）到电容器放电完毕时，电容器极板上没有电荷，放电电流也达到了最大值。（3）电容器放电完毕的瞬间，由于线圈中自感电动势的作用，阻碍电流减小（自感电动势的方向同电流方向一致） ，电流不能立即减小到零，而是要保持原来的方向继续流动，并逐渐
12、减小，同时电容器反向充电，电容器极板上带上与原来相反的电荷，并且电荷逐渐增多，而极板上的电荷（根据同种电荷相互排斥）对向极板上累积的电荷产生阻碍作用，反向充电电流逐渐减小，到反向充电完毕时，极板上聚集的电荷最多，电流减小到零。（4）此后电容再次放电，再次充电，这样不断地充电和放电，电路中就出现了振荡电流。（5）这个过程中，电容器极板上的电荷 q，电路中的电流 i，电容器内的电场强度 E，线圈的磁感应强度 B 都发生周期性变化。3答案：（1）在 LC 回路发生电磁振荡的过程中，由于电容器极板上带电荷，则电容器内就有与之相联系的电场能。（2）电路中有电流时，则线圈就有与之相联系的磁场能。（3）电容
13、器放电阶段，电场能转化为磁场能，放电完毕的一瞬间，电场能为零，振荡电流和磁场能达到最大值；然后电容器被反向充电，这个阶段磁场能转化为电场能，振荡电流为零的瞬间，磁场能为零，电容器极板上的电荷和电场能达到最大值。迁移与应用 3：B 解析：由题图知，电路中电流方向为逆时针方向，电容器被充电，电场能增加，电感线圈中的电流正在减小，电感线圈的磁场能正在减少，A、C、 D 错误。活动与探究 4：答案：（1）LC 振荡电路的周期由线圈的自感系数和电容器的电容决定。（2）若电容器的电容越大，电容器每次容纳的电荷越多，则其每次充放电的时间就越长，LC 回路电磁振荡的周期就越长，反之周期越短。（3）若线圈的自感
14、系数越大，对电流变化的阻碍就越强，则电流发生变化所用的时间就越长，LC 回路电磁振荡的周期就越长，反之周期就越短。迁移与应用 4：答案：（1）0.5610 61.810 6 Hz （2）10 3 F解析：（1）由 f 得：12LCfmax Hz1.810 6 Hz1230010 62510 12fmin Hz0.5610 6 Hz1230010 627010 12所以频率范围为 0.561061.0810 6 Hz。（2）由 T2 得：LCC F10 3 F。T242L 0.022421010 3【当堂检测】1BC 解析： 由周期公式 T2 可知，T 与 q 无关；插入铁芯，L 变大，TLC变
15、大，由 C 知，S 增大， T 增大，而 d 增大，T 减小。rS4kd2AD 解析：电磁波的传播不需要介质，且在不同介质中，传播速度不同，即v ，故选项 A 正确，选项 B 错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，故选cn项 C 错误，选项 D 正确。3B 解析： 离波源越远，振幅越小，电磁波在不同介质中的波速不一样，波长也不一样。频率是由发射电磁波的波源决定的，与介质无关。4BC 解析： 电容器放电完毕时， q0，i 最大，磁场能最大， A 错，B 对；电流最小时，i0，电容器极板上电荷量 q 最多，极板间电场最强，电场能最大，C 对，D 错。5答案：充电 带正电解析：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=3.4102 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。
