1、32 电磁波的发现目标导航 1.知道赫兹实验以及它的重大意义2知道什么是振荡电路和振荡电流以及LC回路中振荡电流的产生过程(重点、难点)知道产生电磁振荡过程中，LC振荡电路中的能量转换情况(重点)4知道什么样的电磁振荡和电路有利于向外发射电磁波新知初探自学导引 一、电磁波预言的实现赫兹实验 赫兹首先在实验中发现了_,用事实证明了_理论的正确性 电磁波麦克斯韦电磁场二、电磁振荡 1.电磁振荡的产生(1)振荡电流和振荡电路 振荡电流：大小和方向都做_迅速变化的电流 振荡电路：产生_的电路 LC振荡电路：由_和_组成，是最简单的振荡电路 周期性振荡电流线圈L电容器C(2)电磁振荡的产生 如图所示，电
2、容器充电完毕后，将开关S掷向b，这一瞬间，电容器开始放电，电路中没有电流，此时电容器里_最强，电路里的能量全部以_的形式储存在电容器的电场中 电场电场能电容器开始放电后,由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大，此过程中，电容器极板上的_逐渐减小，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为_，振荡电流逐渐增大，直到放电完毕，电流达到最大 电荷磁场能电容器放电完毕时，由于线圈的_作用，电流保持原来的方向逐渐减小，电容器将进行反向充电，此过程中，线圈的_逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能，振荡电流逐渐减小，直到充电完毕，电流减小为零 自感磁场2.电磁振荡的周
3、期和频率(1)周期：电磁振荡完成_需要的时间(2)频率：1 s内完成的周期性变化的_.(3)说明：如果没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率叫振荡电路的_和_，简称振荡电路的周期和频率 一次周期性变化次数固有周期固有频率3.LC电路的周期(频率)理论分析表明，LC电路的周期T与自感系数L、电容C的关系式是_，所以其振荡的频率_ f12LCT2三、电磁波的发射 如图所示是发射无线电波的装置，虚线框内是发射无线电波的_电路,其中是_，是_；振荡器产生的高频振荡电流通过L2与L1的_作用，使L1中产生同频率的高频振荡电流，在虚线框内电路中激发出无线电波，向周围空间发射 开放天线地线互感四
4、、电磁波的特点1.电磁波中的电场强度、磁感应强度与波的传播方向两两垂直，是横波2.电磁波的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度为 3108 m/s，vT 对电磁波也适用3.电磁波能产生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象4.电磁波也具有_能量要点探究讲练互动 电磁振荡的产生及各量变化规律学案导引1.LC电路中电磁振荡是怎样产生的？2.LC电路中各物理量随时间如何变化？1.LC振荡电路中一个周期内的几个状态振荡电流图像 电路状态 时刻t 0 T/4 T/2 3T/4 T 电荷量q 最多 0 最多 0 最多 电场能 最大 0 最大 0 最大 电流i 0 正向最大 0 反向最大 0 磁场能 0 最
5、大 0 最大 0 2.LC回路中各量间的变化规律及对应关系(1)同步同变关系 在LC回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同时同向变化的，即：qEEE(或qEEE)振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步同向变化的，即:iBEB(或iBEB)(2)同步异变关系在LC回路产生电磁振荡的过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们是同步的，也即q、E、EE同步异向变化,i、B、EB.例1在LC振荡电路中，下列哪个说法是正确的()A电容器
6、开始放电时，电路中电流最大 B电路中电流最大时,电路中的电场能最小 C电容器放电结束时，电路中的电流最大 D电容器反向充电开始时，电路中的磁场能最大【思路点拨】解此题的关键：正确理解LC振荡电路中电容器和线圈的作用【精讲精析】在电容器放电过程中，电流由零逐渐增大，线圈中产生的自感电动势虽然和电流方向相反，要阻碍电流的增大，但不能阻止电流的增大因此尽管随着放电过程的进行，加在线圈两端的电压不断减小，但是线圈中的电流却不断增大，直至放电结束,线圈两端电压减小为零,电流达到最大从能量转化的角度更容易理解其大小变化的 关系：在电容器放电过程中，电容器电荷量逐渐减小，磁场能逐渐增大,磁场逐渐增强,这只有
7、电流逐渐增大才能实现直至放电结束，电容器电荷量为零，电场能全部转化为磁场能，电流达到最大由上述分析可知，答案为B、C、D.【答案】BCD【规律方法】分析该电路时应以电容器和线圈的特性为依据线圈中产生的是自感电动势而不是电阻，而自感电动势会阻碍电流的变化，但并不能阻止电流的变化因此，刚开始放电时,电路中的电流只能逐渐增大,直至最大而不是立刻达到最大变式训练1.如图所示为 LC 回路中电流随时间的变化图像，规定回路中顺时针电流为正，在 t3T4 时，对应的电路是()解析：选 B.根据题图可知 t3T4 时电流为零，可排除 C、D；根据顺时针方向电流为正，且从题图中可以看出3T4 时刻以后电流为正且
8、开始变大，说明电容器顺时针电流放电，故 B 正确，A 错误故本题正确选项为 B.学案导引1.LC振荡电路如何才能有效发射电磁波？2.LC电磁振荡电路的周期与哪些因素有关？电磁波的发射原理1.有效发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点：要有足够高的振荡频率；振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地辐射能量 2.由电磁振荡的周期公式 T2LC 知，要改变电磁振荡的周期和频率，必须改变线圈的自感系数 L 或者电容器的电容 C.3.影响线圈自感系数 L 的因素有：线圈的匝数、有无铁芯及线圈截面积和长度匝数越多，自感系数 L 越大，有铁芯的线圈自感系数比无铁芯的线圈自感系数大 4.影响
9、电容器的电容 C 的因素：两极板正对面积 S、两板间介电常数 以及两板间距 d，由 C S4 kd(平行板电容器的电容)，不难判断、S、d 变化时，电容 C 变化 一般来说，电容器两极板间的正对面积的改变较为方便，只需要将可变电容器的动片旋出或旋入，便可改变电容C的大小，所以，通常用改变电容器正对面积的方法改变LC振荡电路的振荡周期和频率例2在LC振荡电路中，用以下的哪种办法可以使振荡频率增加一倍()A自感L和电容C都增大一倍B自感L增大一倍，电容C减小一半C自感L减小一半，电容C增大一倍D自感L和电容C都减小一半【思路点拨】根据公式 f12LC分析判断【精讲精析】由 LC 振荡电路的频率 f
10、12LC.当自感系数 L 和电容 C 都减小一半时，其振荡频率恰好增大一倍【答案】D 变式训练2.有一LC振荡电路，能产生一定波长的电磁波，若要产生波长比原来短些的电磁波，可采取的措施为()A增加线圈的匝数 B在线圈中插入铁芯 C减小电容器极板间的距离 D减小电容器极板正对面积 解析：选 D.LC 振荡电路产生的电磁波的频率为 f12LC，再由 vf 解得 2 v LC，所以减小波长的方法是减小自感系数 L 或电容C.对于选项 A、B 都是增加 L 的措施对电容器又有 C S4 kd，可知 D 项正确热点示例创新拓展 电磁振荡的综合计算 经典案例(10分)(2012济南高二检测)在LC振荡电路
11、中，线圈的自感系数L2.5 mH，电容C4 F.(1)该回路的周期多大？(2)设t0时,电容器上电压最大，在t9.0103 s时，通过线圈的电流是增大还是减小，这时电容器是处在充电过程还是放电过程？【审题指导】解此题的关键有两点：(1)根据 T2LC 算出 LC 振荡电路的固有周期(2)利用时间 t 和周期 T 判断 t 时刻的充放电情况【解题样板】(1)T2LC 23.14 2.51034106 s 6.28104 s(4 分)(2)因为 t9.0103 s 相当于 14.33 个周期，故T40.33T24T，所以当 t9.0103 s 时，LC回路中的电磁振荡正处在第二个T4的变化过程中(
12、2 分)t0 时，电容器上电压最大，极板上电荷量最多，电路中电流值为零，回路中电流随时间的变化规律如图所示：第一个14T 内，电容器放电，电流由零增至最大；第二个14T 内，电容器被反向充电，电流由最大减小到零(2 分)显然，在 t9.0103 s 时，即在第二个14T 内，线圈中的电流在减小，电容器正处在反向充电过程中(2 分)【借题发挥】(1)分解过程：把整个振荡周期分成四个14T，分别研究每一个14T 内各量的变化情况(2)电容器充、放电过程中电流的变化特征：电容器充电过程中，电容器带电量越来越多，电流越来越小，充电完毕时，电流为零；电容器放电过程中，电容器带电量越来越少，电流越来越大，放电完毕时，电流最大【答案】见解题样板