學案1 電磁振盪電磁場和電磁波
[學習目標定位] 1.了解振盪電流、lc迴路中振盪電流的產生過程，會求lc迴路的週期與頻率.2.
了解阻尼振盪和無阻尼振盪.3.了解麥克斯韋電磁理論的基礎內容以及在物理發展史上的物理意義.
4.了解電磁波的基本特點及其發展過程，通過電磁波體會電磁場的物理性質．
1．電磁感應現象中產生感應電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發生變化．
2．電感對交流電有阻礙作用，交流電能通過電容器，電容器對交流電也有阻礙作用．
一、電磁振盪的產生
1．振盪電流和振盪電路
(1)振盪電流：大小和方向都隨時間做週期性迅速變化的電流．
(2)振盪電路：能夠產生振盪電流的電路．由線圈l和電容器c組成的電路是最簡單的振盪電路，稱為lc振盪電路．
2．電磁振盪過程
如圖1所示，將開關s擲向1，先給電容器充電，再將開關擲向2，從此時起，電容器通過線圈放電．
圖1放電過程：由於線圈的自感作用，放電電流不能立刻達到最大值，而是由零逐漸增大，同時電容器極板上的電荷逐漸減少．放電完畢時，極板上的電荷量為零，放電電流達到最大值．通過該過程，電容器儲存的電場能全部轉化為線圈的磁場能．
充電過程：電容器放電完畢時，由於線圈的自感作用，電流並不會立刻減小為零，而要保持原來的方向繼續流動，並逐漸減小，電容器開始反向充電，極板上的電荷逐漸增多，當電流減小到零時，充電結束，極板上的電荷量達到最大值．通過該過程，線圈中的磁場能又全部轉化為電容器的電場能．
3．lc電路的週期t、頻率f與電感l、電容c的關係是t＝2π，f＝.
二、麥克斯韋電磁理論
麥克斯韋經典電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產生電場；變化的電場能夠在周圍空間產生磁場．
三、電磁波產生
1．電磁波的產生：如果在空間某區域中有週期性變化的電場，那麼它就會在空間引起週期性變化的磁場；這個變化的磁場又引起新的變化的電場……於是，變化的電場和變化的磁場交替產生，形成的電磁場由近及遠地傳播就形成了電磁波．
2．麥克斯韋在2023年從理論上預見了電磁波的存在，2023年物理學家赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在．赫茲還運用自己精湛的實驗技術測定了電磁波的波長和頻率，得到了電磁波的傳播速度，證實了這個速度等於光速．
一、電磁振盪
[問題設計]
把線圈、電容器、電流錶、電源和單刀雙擲開關按圖2連成電路．
圖2先把開關置於電源一邊，為電容器充電，稍後再把開關置於線圈一邊，使電容器通過線圈放電．觀察到電流錶指標有何變化？這說明了什麼問題呢？
答案指標左右擺動．說明了電路中產生了變化的電流．
[要點提煉]
1．電磁振盪中各物理量的變化情況
2.無阻尼振盪和阻尼振盪
(1)無阻尼振盪：如圖3所示，如果沒有能量損失，振盪電流的振幅永遠保持不變的電磁振盪．
圖3(2)阻尼振盪：如圖4所示，能量逐漸損耗，振盪電流的振幅逐漸減小，直到停止振盪的電磁振盪．
圖43．電磁振盪的週期與頻率
週期t＝2π，頻率f＝.其中週期t、頻率f、電感l、電容c的單位分別是秒(s)、赫茲(hz)、亨利(h)、法拉(f)．
[延伸思考]
為什麼放電完畢時，電流反而最大？
答案開始放電時，由於線圈的自感作用，放電電流不能瞬間達到最大值，而是逐漸增大，隨著線圈的阻礙作用減弱，放電電流增加變快，與此同時，電容器裡的電場逐漸減弱，電場能逐漸轉化為磁場能．當放電完畢時，電場能全部轉化為磁場能，此時電流達到最大．
二、電磁場和電磁波
[問題設計] 如圖5所示，當磁鐵相對閉合線圈運動時，線圈中的電荷做定向移動，是因為受到什麼力的作用？若把閉合線圈換成乙個內壁光滑的絕緣環形管，管內有直徑略小於環內徑的帶正電的小球，則磁鐵運動過程中會有什麼現象？小球受到的是什麼力？
以上現象說明什麼問題？
圖5答案電荷受到電場力作用做定向移動．磁鐵運動過程中，帶電小球會做定向滾動，小球受到的仍然是電場力．空間磁場變化，就會產生電場，與有沒有閉合線圈無關．
[要點提煉]
1．麥克斯韋電磁場理論的兩個基本觀點
(1)變化的磁場產生電場
實驗基礎：如圖6所示，在變化的磁場中放乙個閉合電路，電路裡就會產生感應電流．
圖6 圖7
(2)變化的電場產生磁場，如圖7所示．
麥克斯韋大膽地假設：既然變化的磁場能夠產生電場，那麼變化的電場也會在空間產生磁場．
2．電磁波
(1)電磁波的產生：變化的電場和變化的磁場交替產生，由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波．
(2)電磁波是橫波．
(3)電磁波在真空中的速度等於光速．
3．電磁波和機械波的比較
(1)電磁波和機械波的共同點
①二者都能產生干涉和衍射；
②二者在不同介質中傳播時頻率不變．
(2)電磁波和機械波的區別
①二者本質不同
電磁波是電磁場的傳播，機械波是質點機械振動的傳播．
②傳播機理不同
電磁波的傳播機理是電磁場交替感應，機械波的傳播機理是質點間的機械作用．
③電磁波傳播不需要介質，而機械波傳播需要介質．
④電磁波是橫波，機械波既有橫波又有縱波，甚至有的機械波同時有橫波和縱波，例如**波．
一、電磁振盪
例1 在lc振盪電路中，可以使振盪頻率增大一倍的方法是( )
a．自感係數l和電容c都增大一倍
b．自感係數l增大一倍，電容c減小一半
c．自感係數l減小一半，電容c增大一倍
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