第十四章電磁波

1、第十四章 電磁波第第1節(jié)節(jié) 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn) 恒定恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng) 均勻變化均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定恒定的電場(chǎng)的電場(chǎng) 周期性變化的磁場(chǎng)周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生產(chǎn)生同頻率同頻率的的振蕩電場(chǎng)振蕩電場(chǎng) 非均勻變化的磁場(chǎng)非均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng) 麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論1 1、變化的、變化的磁場(chǎng)磁場(chǎng)產(chǎn)生產(chǎn)生電場(chǎng)電場(chǎng) 恒定恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng) 均勻變化均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定恒定的磁場(chǎng)的磁場(chǎng) 周期性變化的電場(chǎng)周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生產(chǎn)生同頻率同頻率的的振蕩磁場(chǎng)振蕩磁場(chǎng) 非均勻變化的電場(chǎng)非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生產(chǎn)生變化的磁

2、場(chǎng)變化的磁場(chǎng)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論2 2、變化的、變化的電場(chǎng)電場(chǎng)產(chǎn)生產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)1 1、定義、定義: :變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系的變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系的, ,形成不可分割的統(tǒng)一體形成不可分割的統(tǒng)一體, ,這就是電磁場(chǎng)這就是電磁場(chǎng)說(shuō)明：說(shuō)明：電磁場(chǎng)是特殊的物質(zhì)形態(tài)，具電磁場(chǎng)是特殊的物質(zhì)形態(tài)，具 有能量，能相互疊加有能量，能相互疊加 是空間立體的是空間立體的電磁波電磁波1 1、定義：變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，、定義：變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由發(fā)生區(qū)域向四周由近及遠(yuǎn)地傳播，形成電磁由發(fā)生區(qū)域向四周由近及遠(yuǎn)地傳播，形成電磁波。波。（麥克斯韋預(yù)言電磁波

3、的存在）（麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在）非均勻變非均勻變化的磁場(chǎng)化的磁場(chǎng)變化電場(chǎng)變化電場(chǎng)若是均勻變化若是均勻變化穩(wěn)定磁場(chǎng)穩(wěn)定磁場(chǎng)不再激發(fā)不再激發(fā)若非均勻變化若非均勻變化變化磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)若是均勻變化若是均勻變化穩(wěn)定電場(chǎng)穩(wěn)定電場(chǎng)若非均勻變化若非均勻變化2 2、電磁波形成示意圖、電磁波形成示意圖：激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)電磁波是橫波電磁波是橫波 計(jì)算滿(mǎn)足：計(jì)算滿(mǎn)足：v=v=/T=/T=f f電磁波可以在真空中傳播速度等于電磁波可以在真空中傳播速度等于光速光速c c=3=310 10 8 8m/sm/s電磁波具有波的共性，能發(fā)生反射、折射、干涉、電磁波具有波的共性，能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、多

4、普勒效應(yīng)和偏振現(xiàn)象。衍射、多普勒效應(yīng)和偏振現(xiàn)象。電磁波有能量。電磁波有能量。三、赫茲的電火花三、赫茲的電火花赫茲：德國(guó)科赫茲：德國(guó)科學(xué)家學(xué)家證實(shí)了電磁波證實(shí)了電磁波的存在的存在赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在：赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在： ( (1 1）觀察到了電磁波的反射）觀察到了電磁波的反射, ,折射折射, ,干涉干涉, ,偏振和偏振和衍射等現(xiàn)象衍射等現(xiàn)象. .( (2 2）還測(cè)量出光的）還測(cè)量出光的和和f f，算出電磁波和光有相，算出電磁波和光有相同的速度同的速度. .( (3 3）奠定了無(wú)線(xiàn)電技術(shù)基礎(chǔ)）奠定了無(wú)線(xiàn)電技術(shù)基礎(chǔ)赫茲在人類(lèi)歷史上赫茲在人類(lèi)歷史上首先首先捕捉到了電磁波捕捉到了電磁波1

5、 1、實(shí)現(xiàn)了電磁光的統(tǒng)一，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)了電磁光的統(tǒng)一，被認(rèn)為是1919世紀(jì)世紀(jì)科學(xué)史上最偉大的統(tǒng)一科學(xué)史上最偉大的統(tǒng)一2 2、實(shí)現(xiàn)了從經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物理學(xué)的實(shí)現(xiàn)了從經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物理學(xué)的重大轉(zhuǎn)折重大轉(zhuǎn)折麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論的意義麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論的意義LCK電路圖GCLKG大小和方向都做周期性變化的電流叫振大小和方向都做周期性變化的電流叫振蕩電流蕩電流 產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路振蕩電流振蕩電流: :振蕩電路振蕩電路: : LC LC回路：由線(xiàn)圈回路：由線(xiàn)圈L L和電容和電容C C組成的最簡(jiǎn)單振蕩電路。組成的最簡(jiǎn)單振蕩電路。注意：理想的注意：理想的LCLC振

6、蕩電路振蕩電路: :只考慮電感、電只考慮電感、電容的作用，而忽略能量損耗容的作用，而忽略能量損耗一、電磁振蕩的產(chǎn)生一、電磁振蕩的產(chǎn)生: :LCLC振蕩電路+一、電磁振蕩的產(chǎn)生一、電磁振蕩的產(chǎn)生: :+i0oqtt反向反向放電放電反向反向充電充電正向正向放電放電正向正向充電充電+一、電磁振蕩的產(chǎn)生一、電磁振蕩的產(chǎn)生: :電磁振蕩中的能量變化：電磁振蕩中的能量變化：放電：電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能放電：電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能充電：磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能充電：磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能itit（1）（2） B、阻尼振蕩、阻尼振蕩,任何振蕩電路中任何振蕩電路中,總存在能量損耗總存在能量損耗,使振蕩使振蕩電流電流 i 的振幅逐

7、漸減小的振幅逐漸減小,這種振蕩叫這種振蕩叫阻尼振蕩阻尼振蕩.如圖如圖(2)A、振蕩電路中，若沒(méi)有能量損耗，則振蕩電流的振、振蕩電路中，若沒(méi)有能量損耗，則振蕩電流的振幅將不變幅將不變 ，這種振蕩叫，這種振蕩叫無(wú)阻尼振蕩無(wú)阻尼振蕩。如圖：。如圖：(1)二、電磁振蕩的種類(lèi)二、電磁振蕩的種類(lèi)三、電磁振蕩的周期和頻率三、電磁振蕩的周期和頻率 1 1周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時(shí)間叫做周期，一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做時(shí)間叫做周期，一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做頻率頻率 LCLC回路的周期和頻率由回路本身的特性決定這種回路的周期和頻率由回路本身

8、的特性決定這種由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期（或頻率）由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期（或頻率）叫做振蕩電路的固有周期（或固有頻率），簡(jiǎn)稱(chēng)振叫做振蕩電路的固有周期（或固有頻率），簡(jiǎn)稱(chēng)振蕩電路的周期（或頻率）蕩電路的周期（或頻率） 2 2在一個(gè)周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場(chǎng)在一個(gè)周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場(chǎng)能（或磁場(chǎng)能）完成兩次周期性變化能（或磁場(chǎng)能）完成兩次周期性變化大量實(shí)驗(yàn)表明：大量實(shí)驗(yàn)表明：（1 1）電容增大時(shí)，周期變長(zhǎng)（頻率變低）；）電容增大時(shí)，周期變長(zhǎng)（頻率變低）；（2 2）電感增大時(shí)，周期變長(zhǎng)（頻率變低）；）電感增大時(shí)，周期變長(zhǎng)（頻率變低）；（3 3）電壓升高時(shí)，

9、周期不變（頻率不變）電壓升高時(shí)，周期不變（頻率不變）結(jié)果表明，結(jié)果表明，LCLC回路的周期和頻率只與電容回路的周期和頻率只與電容C C和自和自感感L L有關(guān)，跟電容器的帶電多少和回路電流大小無(wú)有關(guān)，跟電容器的帶電多少和回路電流大小無(wú)關(guān)關(guān)三、電磁振蕩的周期和頻率三、電磁振蕩的周期和頻率 定性解釋定性解釋?zhuān)弘娙菰酱?，電容器容納電荷就越多，充電和放電容越大，電容器容納電荷就越多，充電和放電所需的時(shí)間就越長(zhǎng)，因此周期越長(zhǎng)，頻率越低；電所需的時(shí)間就越長(zhǎng)，因此周期越長(zhǎng)，頻率越低；自感越大，線(xiàn)圈阻礙電流變化的作用就越大，使電自感越大，線(xiàn)圈阻礙電流變化的作用就越大，使電流的變化越緩慢，因此周期越長(zhǎng)，頻率越低流

10、的變化越緩慢，因此周期越長(zhǎng)，頻率越低三、電磁振蕩的周期和頻率三、電磁振蕩的周期和頻率 LC回路的周期和頻率公式回路的周期和頻率公式 LCfLCT212三、電磁振蕩的周期和頻率三、電磁振蕩的周期和頻率 D. 磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化 1. 某時(shí)刻某時(shí)刻LC回路的狀態(tài)如圖所示回路的狀態(tài)如圖所示, 則此時(shí)刻則此時(shí)刻 ( )A. 振蕩電流振蕩電流i 正在減小正在減小B. 振蕩電流振蕩電流i 正在增大正在增大C. 電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化 CL由電流方向由電流方向和電容器上和電容器上電量可判斷電量可判斷電路中正在電路中正在充電充電. .AD隨堂練習(xí)隨堂練習(xí) 2. LC回路中電容回路中電容器兩端的電壓隨時(shí)間器兩端的電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示變化的關(guān)系如圖所示, 則則: ( )A. 在時(shí)刻在時(shí)刻t1, 電路中的電流最大電路中的電流最大B. 在時(shí)刻在時(shí)刻t2, 電路中的磁場(chǎng)能最大電路中的磁場(chǎng)能最大C. 在時(shí)刻在時(shí)刻t2至至t3, 電路中電場(chǎng)能不斷增大電路中電場(chǎng)能不斷增大D. 在時(shí)刻在時(shí)刻t3至至t4, 電容的帶電量不斷增大電容的帶電量不斷增大UOt1t2t3t4tBC 3. 如圖所示的如圖所示的LC 振蕩振蕩電路正處