第十四章电磁波

1、第十四章 电磁波第第1节节 电磁波的发现电磁波的发现 恒定恒定的磁场不产生电场的磁场不产生电场 均匀变化均匀变化的磁场产生的磁场产生恒定恒定的电场的电场 周期性变化的磁场周期性变化的磁场产生产生同频率同频率的的振荡电场振荡电场 非均匀变化的磁场非均匀变化的磁场产生变化的电场产生变化的电场 麦克斯韦的电磁场理论麦克斯韦的电磁场理论1 1、变化的、变化的磁场磁场产生产生电场电场 恒定恒定的电场不产生磁场的电场不产生磁场 均匀变化均匀变化的电场产生的电场产生恒定恒定的磁场的磁场 周期性变化的电场周期性变化的电场产生产生同频率同频率的的振荡磁场振荡磁场 非均匀变化的电场非均匀变化的电场产生产生变化的磁

2、场变化的磁场麦克斯韦的电磁场理论麦克斯韦的电磁场理论2 2、变化的、变化的电场电场产生产生磁场磁场1 1、定义、定义: :变化的电场和变化的磁场是相互联系的变化的电场和变化的磁场是相互联系的, ,形成不可分割的统一体形成不可分割的统一体, ,这就是电磁场这就是电磁场说明：说明：电磁场是特殊的物质形态，具电磁场是特殊的物质形态，具 有能量，能相互叠加有能量，能相互叠加 是空间立体的是空间立体的电磁波电磁波1 1、定义：变化的电场和变化的磁场交替产生，、定义：变化的电场和变化的磁场交替产生，由发生区域向四周由近及远地传播，形成电磁由发生区域向四周由近及远地传播，形成电磁波。波。（麦克斯韦预言电磁波

3、的存在）（麦克斯韦预言电磁波的存在）非均匀变非均匀变化的磁场化的磁场变化电场变化电场若是均匀变化若是均匀变化稳定磁场稳定磁场不再激发不再激发若非均匀变化若非均匀变化变化磁场变化磁场若是均匀变化若是均匀变化稳定电场稳定电场若非均匀变化若非均匀变化2 2、电磁波形成示意图、电磁波形成示意图：激发激发激发激发激发激发激发激发电磁波是横波电磁波是横波 计算满足：计算满足：v=v=/T=/T=f f电磁波可以在真空中传播速度等于电磁波可以在真空中传播速度等于光速光速c c=3=310 10 8 8m/sm/s电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、多

4、普勒效应和偏振现象。衍射、多普勒效应和偏振现象。电磁波有能量。电磁波有能量。三、赫兹的电火花三、赫兹的电火花赫兹：德国科赫兹：德国科学家学家证实了电磁波证实了电磁波的存在的存在赫兹用实验证实电磁波的存在：赫兹用实验证实电磁波的存在： ( (1 1）观察到了电磁波的反射）观察到了电磁波的反射, ,折射折射, ,干涉干涉, ,偏振和偏振和衍射等现象衍射等现象. .( (2 2）还测量出光的）还测量出光的和和f f，算出电磁波和光有相，算出电磁波和光有相同的速度同的速度. .( (3 3）奠定了无线电技术基础）奠定了无线电技术基础赫兹在人类历史上赫兹在人类历史上首先首先捕捉到了电磁波捕捉到了电磁波1

5、 1、实现了电磁光的统一，被认为是实现了电磁光的统一，被认为是1919世纪世纪科学史上最伟大的统一科学史上最伟大的统一2 2、实现了从经典物理学向现代物理学的实现了从经典物理学向现代物理学的重大转折重大转折麦克斯韦的电磁场理论的意义麦克斯韦的电磁场理论的意义LCK电路图GCLKG大小和方向都做周期性变化的电流叫振大小和方向都做周期性变化的电流叫振荡电流荡电流 产生振荡电流的电路叫振荡电路产生振荡电流的电路叫振荡电路振荡电流振荡电流: :振荡电路振荡电路: : LC LC回路：由线圈回路：由线圈L L和电容和电容C C组成的最简单振荡电路。组成的最简单振荡电路。注意：理想的注意：理想的LCLC振

6、荡电路振荡电路: :只考虑电感、电只考虑电感、电容的作用，而忽略能量损耗容的作用，而忽略能量损耗一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生: :LCLC振荡电路+一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生: :+i0oqtt反向反向放电放电反向反向充电充电正向正向放电放电正向正向充电充电+一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生: :电磁振荡中的能量变化：电磁振荡中的能量变化：放电：电场能转化为磁场能放电：电场能转化为磁场能充电：磁场能转化为电场能充电：磁场能转化为电场能itit（1）（2） B、阻尼振荡、阻尼振荡,任何振荡电路中任何振荡电路中,总存在能量损耗总存在能量损耗,使振荡使振荡电流电流 i 的振幅逐

7、渐减小的振幅逐渐减小,这种振荡叫这种振荡叫阻尼振荡阻尼振荡.如图如图(2)A、振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振、振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅将不变幅将不变 ，这种振荡叫，这种振荡叫无阻尼振荡无阻尼振荡。如图：。如图：(1)二、电磁振荡的种类二、电磁振荡的种类三、电磁振荡的周期和频率三、电磁振荡的周期和频率 1 1周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所需的周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫做周期，一秒钟内完成周期变化的次数叫做时间叫做周期，一秒钟内完成周期变化的次数叫做频率频率 LCLC回路的周期和频率由回路本身的特性决定这种回路的周期和频率由回路本身

8、的特性决定这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周期（或频率）由振荡回路本身特性所决定的振荡周期（或频率）叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振荡电路的周期（或频率）荡电路的周期（或频率） 2 2在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场在一个周期内，振荡电流的方向改变两次；电场能（或磁场能）完成两次周期性变化能（或磁场能）完成两次周期性变化大量实验表明：大量实验表明：（1 1）电容增大时，周期变长（频率变低）；）电容增大时，周期变长（频率变低）；（2 2）电感增大时，周期变长（频率变低）；）电感增大时，周期变长（频率变低）；（3 3）电压升高时，

9、周期不变（频率不变）电压升高时，周期不变（频率不变）结果表明，结果表明，LCLC回路的周期和频率只与电容回路的周期和频率只与电容C C和自和自感感L L有关，跟电容器的带电多少和回路电流大小无有关，跟电容器的带电多少和回路电流大小无关关三、电磁振荡的周期和频率三、电磁振荡的周期和频率 定性解释定性解释：电容越大，电容器容纳电荷就越多，充电和放电容越大，电容器容纳电荷就越多，充电和放电所需的时间就越长，因此周期越长，频率越低；电所需的时间就越长，因此周期越长，频率越低；自感越大，线圈阻碍电流变化的作用就越大，使电自感越大，线圈阻碍电流变化的作用就越大，使电流的变化越缓慢，因此周期越长，频率越低流

10、的变化越缓慢，因此周期越长，频率越低三、电磁振荡的周期和频率三、电磁振荡的周期和频率 LC回路的周期和频率公式回路的周期和频率公式 LCfLCT212三、电磁振荡的周期和频率三、电磁振荡的周期和频率 D. 磁场能正在向电场能转化磁场能正在向电场能转化 1. 某时刻某时刻LC回路的状态如图所示回路的状态如图所示, 则此时刻则此时刻 ( )A. 振荡电流振荡电流i 正在减小正在减小B. 振荡电流振荡电流i 正在增大正在增大C. 电场能正在向磁场能转化电场能正在向磁场能转化 CL由电流方向由电流方向和电容器上和电容器上电量可判断电量可判断电路中正在电路中正在充电充电. .AD随堂练习随堂练习 2. LC回路中电容回路中电容器两端的电压随时间器两端的电压随时间变化的关系如图所示变化的关系如图所示, 则则: ( )A. 在时刻在时刻t1, 电路中的电流最大电路中的电流最大B. 在时刻在时刻t2, 电路中的磁场能最大电路中的磁场能最大C. 在时刻在时刻t2至至t3, 电路中电场能不断增大电路中电场能不断增大D. 在时刻在时刻t3至至t4, 电容的带电量不断增大电容的带电量不断增大UOt1t2t3t4tBC 3. 如图所示的如图所示的LC 振荡振荡电路正处