第3章 3.1 麥克斯韋的電磁場理論+3.2 電磁波的發(fā)現(xiàn)

1、.3.1麥克斯韋的電磁場理論3.2電磁波的發(fā)現(xiàn)學 習 目 標知 識 脈 絡1.理解麥克斯韋電磁理論的兩個要點，理解電磁場與電磁波的聯(lián)絡與區(qū)別，以及電磁波的特點.重點2.理解麥克斯韋理論在物理開展史上的意義.3.理解LC振蕩電路中電磁振蕩的產生過程.難點4.理解電磁振蕩的周期和頻率，會求LC電路的周期和頻率.重點麥 克 斯 韋 電 磁 場 理 論1.英國物理學家麥克斯韋創(chuàng)立了電磁場理論，并預言了電磁波的存在.2.變化的磁場產生電場不均勻變化的磁場產生變化的電場；均勻變化的磁場產生穩(wěn)定的電場.3.變化的電場產生磁場不均勻變化的電場產生變化的磁場；均勻變化的電場產生穩(wěn)定的磁場.4.電磁場理論偉大的豐

2、碑1不均勻變化的磁場和電場互相耦連，形成不可別離的統(tǒng)一的電磁場.2變化的電場與變化的磁場互相激發(fā)，由近及遠地向周圍空間傳播，就形成了電磁波.麥克斯韋在理論上預言了電磁波的存在.3在電磁波的傳播過程中，電場和磁場方向互相垂直并都垂直于傳播的方向，即電磁波是橫波.4電磁波在真空中的傳播速度等于光速.1.變化的電場一定產生變化的磁場.×2.恒定電流周圍產生磁場，磁場又產生電場.×3.麥克斯韋預言并驗證了電磁波的存在.×1.變化的磁場一定產生變化的電場嗎？【提示】不一定.均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場，不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場.2.電磁場與靜電場、

3、靜磁場一樣嗎？【提示】不同.電磁場是動態(tài)的，并且電場和磁場不可分割；靜電場、靜磁場單獨存在.1.對麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的電場不產生磁場恒定的磁場不產生電場均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場振蕩電場產生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產生同頻率的振蕩電場2.對電磁場的理解1電磁場的產生假如在空間某區(qū)域有周期性變化的電場，那么這個變化的電場在它周圍空間產生周期性變化的磁場；這個變化的磁場又在它周圍空間產生新的周期性變化的電場變化的電場和磁場互相聯(lián)絡，形成了不可分割的統(tǒng)一體，這就

4、是電磁場.2電磁場與靜電場、靜磁場的比較靜電場、靜磁場也可以在某空間混合存在，但由靜電場和靜磁場混合的空間不屬于電磁場.電磁場是電場、磁場互相激發(fā)，互相耦連形成的統(tǒng)一體.3.對電磁波的理解1電磁波的傳播不需要介質，可在真空中傳播，在真空中，不同頻率的電磁波傳播速度是一樣的都等于光速.2不同頻率的電磁波，在同一種介質中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小.1.關于電磁場理論的表達，正確的選項是A.變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關B.周期性變化的磁場產生同頻率變化的電場C.變化的電場和變化的磁場互相關聯(lián)，形成一個統(tǒng)一的場，即電磁場D.電場周圍一定存在磁場E.磁場周圍一定存在電

5、場【解析】【答案】ABC2.根據麥克斯韋的電磁場理論，以下表達中正確的選項是A.教室中亮著的日光燈周圍空間必有磁場和電場B.工作時的電磁打點計時器周圍必有磁場和電場C.穩(wěn)定的電場產生穩(wěn)定的磁場，穩(wěn)定的磁場產生穩(wěn)定的電場D.電磁波在傳播過程中，電場方向、磁場方向和傳播方向互相垂直E.均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場【解析】教室中亮著的日光燈、工作時的電磁打點計時器用的振蕩電流，在其周圍產生振蕩磁場和電場，應選項A、B正確；穩(wěn)定的電場不會產生磁場，應選項C錯誤；電磁波是橫波，電場方向、磁場方向和傳播方向互相垂直，應選項D正確.均勻變化的電場周圍會產生恒定不變的磁場，E錯誤.【答案】ABD3

6、.如圖3­1­1所示，在變化的磁場中放置一個閉合線圈.圖3­1­11你能觀察到什么現(xiàn)象？2這種現(xiàn)象說明了什么？【解析】1靈敏電流計的指針發(fā)生偏轉，有電流產生.2變化的磁場產生了電場，使閉合線圈的自由電荷發(fā)生了定向運動而形成了電流.【答案】見解析判斷是否產生電場或磁場的技巧1.變化的電場或磁場可以產生磁場或電場.2.均勻變化的場產生穩(wěn)定的場.3.非均勻變化的場產生變化的場.4.周期性變化的場產生同頻率的周期性變化的場.5.穩(wěn)定不變的場不能產生新的場.赫 茲 實 驗 與 電 磁 振 蕩1.赫茲實驗1實驗分析和高壓感應線圈相連的拋光金屬球間產生電火花時，空間出

7、現(xiàn)了迅速變化的電磁場，這種變化的電磁場以電磁波的形式傳到了導線環(huán)，導線環(huán)中激發(fā)出感應電動勢，使與導線環(huán)相連的金屬球間也產生了電火花.這個導線環(huán)實際上是電磁波的檢測器.2實驗結論赫茲實驗證實了電磁波的存在，檢驗了麥克斯韋電磁場理論的正確性.2.電磁振蕩1振蕩電流：大小和方向都隨時間做周期性迅速變化的電流.2振蕩電路：可以產生振蕩電流的電路.最根本的振蕩電路為LC振蕩電路.3電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器極板上的電荷量，電路中的電流，電場和磁場周期性互相轉變的過程也就是電場能和磁場能周期性互相轉化的過程.4電磁振蕩的周期與頻率周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間.頻率：1 s內完成周期性

8、變化的次數(shù).振蕩電路里發(fā)生無阻尼振蕩時的周期和頻率分別叫做固有周期、固有頻率.周期和頻率公式：T2，f.1.在振蕩電路中，電容器充電完畢磁場能全部轉化為電場能.2.電容器放電完畢，電流最大.3.L和C越大，電磁振蕩的頻率越高.×1.在LC振蕩電路一次全振動的過程中，電容器充電幾次？它們的充電電流方向一樣嗎？【提示】充電兩次，充電電流方向不一樣.2.在電磁振蕩的過程中，電場能與磁場能互相轉化，什么時候磁場能最大？【提示】放電剛完畢時，電場能全部轉化成了磁場能.1.各物理量變化情況一覽表時刻時間工作過程qEiB能量0放電過程qm0Em00im0BmE電E磁充電過程0qm0Emim0Bm0

9、E磁E電放電過程qm0Em00im0BmE電E磁T充電過程0qm0Emim0Bm0E磁E電2.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像如圖3­1­2所示圖3­1­23.板間電壓u、電場能EE、磁場能EB隨時間變化的圖像如圖3­1­3所示圖3­1­3u、EE規(guī)律與q­t圖像相對應；EB規(guī)律與i­t圖像相對應.4.分類分析1同步關系在LC振蕩回路發(fā)生電磁振蕩的過程中，電容器上的物理量：電量q、電場強度E、電場能EE是同步變化的，即：qEEE或qEEE振蕩線圈上的物理量：振蕩電流i、磁感應強度B、磁場能

10、EB也是同步變化的，即：iBEB或iBEB2同步異變關系在LC振蕩過程中，電容器上的三個物理量q、E、EE與線圈中的三個物理量i、B、EB是同步異向變化的，即q、E、EE同時減小時，i、B、EB同時增大，且它們的變化是同步的，也即：q、E、EE同步異向變化,i、B、EB.注意：自感電動勢E的變化規(guī)律與q­t圖像相對應.4.LC振蕩電路中，某時刻磁場方向如圖3­1­4所示，那么以下說法正確的選項是圖3­1­4A.假設磁場正在減弱，那么電容器上極板帶正電B.假設電容器正在充電，那么電容器下極板帶正電C.假設電容器上極板帶正電，那么線圈中電流正在增大

11、D.假設電容器正在放電，那么自感電動勢正在阻礙電流增大E.假設電容器正在充電，那么自感電動勢正在阻礙電流增大【解析】此題考察各物理量發(fā)生變化的判斷方法.由電流的磁場方向和安培定那么可判斷振蕩電流方向，由于題目中未標明電容器兩極板的帶電情況，可分兩種情況討論：1假設該時刻電容器上極板帶正電，那么可知電容器處于放電階段，電流增大，那么C對，A錯；2假設該時刻電容器下極板帶正電，可知電容器處于充電狀態(tài)，電流在減小，那么B對，由楞次定律可斷定D對，E錯.故正確答案為B、C、D.【答案】BCD5.如圖3­1­5所示，LC電路的L不變，C可調，要使振蕩的頻率從700 Hz變?yōu)? 400

12、 Hz，那么把電容_到原來的_.圖3­1­5【解析】由題意，頻率變?yōu)樵瓉淼?倍，那么周期就變?yōu)樵瓉淼?，由T2，L不變，當CC0時符合要求.【答案】減小6.如圖3­1­6所示，L為一電阻可忽略的線圈，D為一燈泡，C為電容器，開關S處于閉合狀態(tài)，燈D正常發(fā)光，現(xiàn)突然斷開S，并開場計時，畫出反映電容器a極板上電荷量q隨時間變化的圖像q為正值表示a極板帶正電.圖3­1­6【解析】開關S處于閉合狀態(tài)時，電流穩(wěn)定，又因L電阻可忽略，因此電容器C兩極板間電壓為0，所帶電荷量為0，S斷開的瞬間，D燈立即熄滅，L、C組成的振蕩電路開場振蕩，由于線圈的自

13、感作用，此后的時間內，線圈給電容器充電，電流方向與線圈中原電流方向一樣，電流從最大逐漸減為0，而電容器極板上電荷量那么由0增為最大，根據電流流向，此時間里，電容器下極板b帶正電，所以此時間內，a極板帶負電，由0增為最大.【答案】LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法1.根據電流流向判斷：當電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉化，處于充電過程；反之，當電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉化，處于放電過程.2.根據物理量的變化趨勢判斷：當電容器的帶電量q電壓U、場強E增大或電流i磁場B減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程.3.根據能量判斷：電場能增加時充電，

14、磁場能增加時放電.電 磁 波 的 發(fā) 射 和 電 磁 波 的 特 點1.發(fā)射條件有效地發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有兩個特點：第一，要有足夠高的振蕩頻率，頻率越高，發(fā)射電磁波的本領越大；第二，應采用開放電路，振蕩電路的電場和磁場必須分散到足夠大的空間.2.電磁波的特點1電磁波中的電場E與磁場B互相垂直，而且二者均與波的傳播方向垂直.因此電磁波是橫波.2電磁波在真空中的傳播速度等于光速c，光的本質是電磁波.3電磁波具有波的一般特征，波長、周期T或頻率f與波速v間關系為vf.4電磁波和其他波一樣也具有能量，電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程.1.振蕩頻率足夠高的開放電路才能發(fā)射電磁波.2.電磁波的傳

15、播速度等于光速c.×3.電磁波的傳播不需要介質，可以在真空中傳播.1.怎樣才能形成開放電路?【提示】在振蕩電路中，使電容器變成兩條長的直導線，一條深化高空成為天線，另一條接入地下成為地線，形成開放電路.2.雷雨天氣，從調至中波段的收音機中，會不斷地傳出很響的“咔嚓聲，這是為什么？【提示】雷雨天形成閃電時會發(fā)出很強的電磁波，收音機接收到后會感應出電流，引起揚聲器發(fā)出聲響，形成很響的“咔嚓聲.1.機械波與電磁波的共性機械波與電磁波是本質上不同的兩種波，但它們有共同的性質：都具有波的特性，能發(fā)生反射、折射、干預和衍射等物理現(xiàn)象；都滿足vf；波從一種介質傳播到另一種介質，頻率都不變.2.電磁

16、波與機械波的區(qū)別電磁波機械波不同點本質電磁現(xiàn)象力學現(xiàn)象產活力理由電磁振蕩產生由機械振動產生周期性變化的量場強E與磁感應強度B隨時間和空間作周期性變化質點的位移x、加速度a隨時間和空間作周期性變化波的性質橫波即有橫波，又有縱波傳播介質不需要介質，可在真空中傳播只能在彈性介質中傳播速度特點由介質和頻率決定僅由介質決定7.某同學對機械波和電磁波進展類比，總結出以下內容，其中正確的選項是A.機械波的頻率、波長和波速三者滿足的關系，對電磁波也適用B.機械波和電磁波都能產生干預和衍射現(xiàn)象C.機械波的傳播依賴于介質，而電磁波可以在真空中傳播D.機械波只有橫波E.電磁波只有縱波【解析】機械波和電磁波有一樣之處，也有本質區(qū)別，但vf都適用，A說法對；機械波和電磁波都具有干預和衍射現(xiàn)象，B說法對；機械波的傳播依賴于介質，電磁波可以在真空中傳播，C說法對；機械波有橫波和縱波，而電磁波是橫波，D、E說法錯.【答案】ABC8.以下關于電磁波的表達中，正確的選項是A.電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播B.電磁波在任何介質中的傳播速度均為3×108 m/sC.電磁波由真空進入介質傳播時，波長變短D.電磁波不能產生干預、衍射現(xiàn)象E.電磁波具有波的一切特征【解析】電磁波是交替產生呈周期性變化的電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處傳播而產生，故A項正確；電磁波只有在真空中傳