第十四章 电磁波

第十四章 电磁波 1、电磁波的产生

【重难点】

LC振荡电路的各个量的相互转化过程及麦克斯韦电磁理论的两个要点。

1、 电磁振荡．

（1）观察演示实验．

简介仪器：电磁振荡示教板，电感L、电容C；另附晶体管振荡器，市售40V干电池（可延长电流表指针往复摆动时间，达十几次以上）．连接成如图1所示电路．

演示操作：先用40V电源（用6V电源也可）给电容C充电，若将开关S拨到a端．

问题1.将会发生什么现象？它说明了什么？

问题2.电流表G指针为什么摆动？往复摆动说明通过G的电流有什么特点？

总结：

像这样产生的 和 交替变化的电流叫做振荡电流，能产生振荡电流的电路叫 ，上面的LC回路叫 振荡电路．

问题3.上述实验中，为什么电流表G指针往复摆动的幅度越来越小？如果LC回路中无电阻，也没有其它形式的能量损失，则电流表的指针将一直摆动下去，可是实际中总有能量损失，要维持LC回路中一直有振荡电流，可借助于一种晶体管振荡器，不断地补充能量．然后接上振荡器，再观察现象：最后，再将振荡电流信号取出，接在示波器上观察波形后，

问题4.振荡电流是一种什么性质的电流？有何特点？它是怎样产生的？

总结：振荡电流实质上就是前边学过的交流电，它也按 规律变化．下面研究它的产生过程．

（2）电磁振荡的产生过程

①给电容C充电—如图2所示，电容器中储存一定的 能． ②电容C放电——如图3所示， 能转化为 能。

③反向充电过程，如图5所示，是 能转化为 能的过程。 ④电容C再次反向放电过程，如此下去，回路中就产生振荡电流．

总结：

像上述情况，电路中的电场能和磁场能（与之对应的电荷Q和电流i）做周期性交替变化的现象叫做电磁振荡现象，微观实质是 ．

2、 无阻尼振荡和阻尼振荡．

（1）振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅（Im）将不变，如图9所示，叫做 振荡（或 振荡）．

（2）阻尼振荡．任何振荡电路中，总存在能量 ，使振荡电流i的振幅逐渐减小，如图10所示，这叫做阻尼振荡（或叫 振荡）．

请同学们想一下：电路损耗的能量哪里去了？

（3）如果用振荡器周期性地给振荡电路补充能量，就可以保持等幅振荡，这类似于 振动．

3、 小结

1．电磁振荡抽象，过程复杂，难以理解，要抓住问题的本质、关键，即电场能和磁场能交替转化．为便于接受，可借助于以前学过的简谐运动和电磁感应的相关知识，类比分析加深对新知识的准确理解，LC振荡电路中的电磁振荡的过程等，可以形象地用弹簧振子或单摆做简谐运动的相似性类比．它们的对应关系和相应的意义简述如下，如图11所示。

2．同学容易产生误解的地方是：电容C两极板带等量异种电荷，当它放电时正、负电荷正好中和，就没有电荷在电路里往复运动了，哪里还有振荡电流！对于这类问题除强调能量的转化和C、L的作用外，还应从电磁感应的知识，采用图12略加分析：

当电容C中储存电场能最大时（带电量、场强值最大、电压最高），电路中电流为零，磁场能为零；随着电容C逐渐放电，电场能E电（带电量Q，电压U）逐渐减小，而磁场能E磁（电流i）将逐渐增大……

第 2 课 时

1、 电磁振荡的周期和频率

（1）电磁振荡完成 需要的时间叫做周期． （2）一秒钟内完成周期性变化的次数叫做 ．

振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失也不受其他外界影响，这时振荡电路的周期和频率决定于电路中线圈的 和电容器的 ．

因此，适当地选择电容器和线圈就可以使振荡电路的周期和频率符合我们的需要荡的周期和频率叫做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．

（3） LC回路的周期和频率跟哪些因素有关呢？

LC回路的周期和频率跟电容器的电容C和线圈自感系数L的大小有关．电容或电感增加时，周期变长，频率变低；电容或电感减小时，周期变短，频率变高． 进一步的研究证明，周期T和频率f跟自感系数L和电容C的关系是：

上面两个式子中的T、L、C、f的单位分别是 、 、 ．

例1 LC回路的频率为100Hz，电容为0.1μF．求电感是多大？如果LC回路的频率为1000Hz，电容不变，电感又应是多大？

例2 由自感线圈和可变电容器组成的振荡电路，能够产生500KHz到1500KHz的电磁振荡，已知线圈的自感系数是280mH，可变电容器的最大电容和最小电容各是多少？

2. 麦克斯韦电磁理论： 做两个演示实验：

一是“变化的磁场产生电场”，把铁心插入原线圈，原线圈两端接220伏交流电，再把拾电圈接上小电珠后，套在铁心上，即可见小电珠发出亮光

二是“变化的电场产生磁场”，感应圈初级接学生电源，感应圈次级产生的高频电压加在平行板电容器的两块极板上．在电容器的两板间放入小磁针盘，使盘面与板面平行．接通电路，可见盘上许多小磁针发生偏转，显示出同心圆形．

（1）麦克斯韦根据自己的理论进一步指出，如果在空间某区域中有 变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生 变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的 变化的电场??可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成一个不可分离的统一体，这就是 ．

（2） 根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并且不局限于空间某个区域，而是要由发生的区域向 传播开去．电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波．

（3） 在电磁波中，每处的电场强度和磁感应强度的方向总是互相 的，并且都跟那里的电磁波的传播方向 ，因此电磁波是 波．图3是电磁波传播的示意图．

（4）无线电技术中使用的电磁波叫做 ．无线电波的波长从 到 ．通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段．书上有一张表，同学们可自学． 2、 小结：

，变化的电场产生磁场，这是麦克斯韦电磁场理论的两个要点．按照这个理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是 ．电磁场由发生的区域向远处的传播就是 ．

机械振动可以产生机械波， 可以产生电磁波．电磁波有一点跟机械波大不相同．机械波要靠媒质来传播．电磁波可以在 中传播，它的传播并不需要靠别的物质来做媒质．由于变化的电场和变化的磁场具有不可分割的联系，电磁波本身就能够传播． 电磁场是物质的一种特殊形态．它具有能量．电磁波的发射过程，也就是能量的辐射过程． 课堂练习：

1.关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是 （ ）

A．恒定的电场能够产生电磁波 B．电磁波传播的过程中也传递了能量 C．电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变 D．电磁波的传播需要介质 2．关于电磁波和声波，下列说法正确的是 （ ）

A．电磁波是由发生的区域向远处传播，声波是声源的振动向远处传播 B．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质