第十五章：电磁振荡 电磁波
一．复习要点
1．了解电磁振荡的产生过程，认识电磁振荡过程的物理本质。
2．掌握LC振荡电路的振荡规律。
3．了解麦克斯韦电磁场理论的要点
4．掌握电磁波传播的简单规律
『夯实基础知识』
1．对LC振荡过程的认识。
（1）从振荡的表象上看：LC振荡过程实际上是通过线圈L对电容器C充、放电的过程。
（2）从物理本质上看：LC振荡过程实质上是磁场能和电场能之间通过充、放电的形式相互转化的过程。
2．LC振荡过程中规律的表达。
（1）定性表达。在LC振荡过程中，磁场能及与磁场能相关的物理量（如线圈中电流强度、线圈电流周围的磁场的磁感强度、穿过线圈的磁通量等）和电场能及与电场能相关的物理量（如电容器的极板间电压、极板间电场的电场强度、极板上电量等）都随时间做周期相同的周期性变化。这两组量中，一组最大时，另一组恰最小；一组增大时，另一组正减小。这一特征正是能的转化和守恒定律所决定的。
（2）定量表达。在LC振荡过程中，尽管磁场能和电场能的变化曲线都比较复杂，但与之相关的其他物理量和变化情况却都可以用简单的正（余）弱曲线给出定量表达。以LC振荡过程中线圈L中的振荡电流i（与磁场能相关）和电容器C的极板间交流电压u（与电场能相关）为例，其变化曲线分别如图—1中的（a）、（b）所示。
3．LC振荡过程中一个周期内四个阶段的分析。
如图22—1所示，在O、t2、t4时刻，线圈中振荡电流i为0，磁场能最小，而电容器极板间电压u恰好达到最大值，电场能最多，在t1、t3时刻则正相反，振荡电流、磁场能均达到最大值，而电压为0，电场能最少。在O→t1和t2→t3阶段，电流增强，磁场能增多，而电压降低，电场能减小，这是电容器放电把电场能转化为磁场能的阶段；在t1→t2和t3→t4阶段，电流减弱，磁场能减小，而电压升高，电场能增多，这是电容器充电把磁场能转化为电场能的阶段。
4．LC振荡过程一个周期内的几个特别状态
振荡电路的状态
时刻
t=0
t=
t=
t=T
T
电容器极板上的电量
最大
零
最大
零
最大
振荡电流i
i=0
正向最大
i=0
反向最大
I=0
电场能
最大
零
最大
零
最大
磁场能
零
最大
零
最大
零
6．对周期公式T=2π的定性分析。
（1）L对T的影响：L越大，振荡过程中因自感现象产生的自感电动势就越大，楞次定律中所说的“阻碍”作用也就将越大，从而延缓着振荡电流的变化，使振荡周期T变长。
（2）C对T的影响：C越大，振荡过程中无论是充电阶段将C充至一定电压，或是放电阶段一定电压下的C中的电放完，其时间都应当相应地变长，从而使振荡周期T变长。
7．麦克斯韦电磁场理论的要点
(1)变化的磁场产生电场
①均匀变化的磁场产生不变的电场;
②非均匀变化的磁场产生变化的电场;
③振荡磁场产生同频率的振荡电场;
(2)变化的电场产生磁场
①均匀变化的电场产生稳定的磁场;
②非均匀变化的电场产生变化的磁场;
③振荡电场产生同频率的振荡磁场。
(3）变化的磁场和变化的电场互相联系着，形成一个不可分离的统一体——电磁场。
8．电磁波及传播规律。
①英国物理学家麦克斯韦提出的电磁场理论预言了电磁波的存在，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。
②电磁波是横波，电场方向和磁场方向都与传播方向垂直。
③电磁波与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射现象;
④电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象;
⑤电磁波在真空中传播速度为光速C=3×108m/s，在介质中波速减小。遵循波长、波速、频率的关系;
⑥电磁波向外传播的是电磁能。
典型例题
【例题】关于电磁波和声波，下列说法正确的是( ABCD )。
A．电磁波是电磁场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，声波的传播需要传播介质
C．由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大
D．由空气进入水中传播时，电磁波的波长变小，声波的波长变大
【例题】如图是一个水平放置的玻璃圆环型小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同，现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它受绝缘棒打击后获得一初速υ0，与此同时，有一变化的磁场垂直穿过玻璃环形小槽外径所对应的圆面积。磁感应强度的大小跟时间成正比。其方向竖直向下。设小球在运动过程中电荷量不变，那么( B )
A．小球受到的向心力大小不变
B．小球受到的向心力大小不断增加
C．磁场力对小球做了功
D．小球受到的磁场力大小与时间成正比
★解析：根据麦克斯韦电磁场理论。可知磁感应强度随时间线性增大时，将产生稳定的感应电场;根据楞次定律可知感应电场的方向与小球初速度方向相同;因小球带正电，故电场力对小球做正功，其速率随时间增大，向心力的大小()随之增大，选项A错误，B正确。
带电小球所受的洛伦兹力F=qBυ，因为球速υ随时间逐渐增大，且B∝t。故选项D错误。
因洛伦兹力对运动电荷不做功。故选项C错误。
答案:B
练习
1．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是( ACD )
A．电磁波是横波
B．电磁波的传播需要介质
C．电磁波能产生干涉和衍射现象
D．电磁波中电场和磁场的方向处处相互垂直
2。如图所示， 一正离子在垂直匀强磁场的固定光滑轨道内做逆时针匀速圆周运动，当磁场均匀增强时，离子的动能将( A )
A．增大 B．减小
C．不变 D．可能增大，也可能不变
3．按照麦克斯韦的电磁理论，以下说法正确的是( BD )
A．恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场
B．变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场
C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场
D．均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场
4．下列关于电磁波的说法正确的是( CD )
A．只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波
B．电磁波传播需要介质
C．停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在
D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的
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