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电磁感应与电磁波
导入 神奇的电磁波
在我们周围，电磁波无处不在。虽然我们看不到、听不见电磁波，却能通过它进行语音或视频聊天，获取海量信息，远程遥控空调，指挥机器人上门服务，遥测人群体温，给交通工具导航等。 那么电磁波是怎样产生的？电磁波是怎样服务人类的呢？它围绕在我们周围会对健康造成影响吗？本章我们将通过学习电磁感应与电磁波来寻找答案。
我们可以通过手机接听来自五湖四海的亲朋好友来电，可以通过收音机收听来自全国各地的广播节目……这些都离不开电磁波。这类电磁波都是利用电磁振荡产生的，那么什么是电磁振荡？怎样才能产生电磁振荡呢？本节，我们将学习电磁振荡的相关知识，并深化对电磁场理论的认识。
第五节 电磁振荡和电磁波
电磁振荡是怎样产生的？下面，我们通过实验来认识它。
一、电磁振荡的产生
第五节 电磁振荡和电磁波
做中学
探究 LC 电路中的电流变化情况
把线圈、电容器、灵敏电流计、电源和单刀双掷开关连成如图 9-25 所示的电路。将开关拨到 1， 给电容器充电。稍后把开关拨到 2，使电容器通过线圈放电，注意观察灵敏电流计指针的变化情况。你会看到怎样的实验现象，能从中得到怎样的结论？
从上面的实验中看到，灵敏电流计指针会来回摆动，表明电路中产生了大小和方向都周期性变化的电流。这种大小和方向都做周期性变化的电流称为振荡电流，产生振荡电流的电路称为振荡电路。在振荡电路中，电容器上的电荷量、极板间的电压和电场强度、线圈中的磁感应强度都做周期性的变化，这种现象叫电磁振荡。
一、电磁振荡的产生
第五节 电磁振荡和电磁波
当开关置于 2 侧时，由电感线圈 和电容器 所组成的电路就是最简单的振荡电路，称为 振荡电路。
在实验中，我们还观察到灵敏电流计指针摆动一会儿就停止。这是因为在实际的充、放电过程中，由于电感线圈和电路中存在电阻，电路中总有一部分能量转化成内能，还有一部分能量以电磁波的形式辐射出去，这样振荡电路中的能量会逐渐减少。若不断地补充能量，就能在电路中持续产生大小和方向都随时间做周期性变化的电流，使电容器中的电场能和电感线圈中的磁场能不断地相互转化。
一、电磁振荡的产生
第五节 电磁振荡和电磁波
通常用周期和频率来表示电磁振荡的变化快慢。电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间称为周期，单位时间内完成的周期性变化的次数称为频率，频率在数值上等于周期的倒数。如果没有能量损失，也没有外界影响，这时电磁振荡的周期和频率称为振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。
二、电磁振荡的周期和频率
第五节 电磁振荡和电磁波
从大量实验和理论分析可知， 电路的周期 与电感 、 电容 的关系是
电路的频率 与电感 、电容 的关系是
式中的周期 、频率 、电感 、电容 的单位分别是秒 （）、赫兹（）、亨利（）、法拉（）。
根据公式可知，增大（或减小）电感或电容时，电磁振荡的频率将减小（或增大）。
二、电磁振荡的周期和频率
第五节 电磁振荡和电磁波
19 世纪 60 年代英国物理学家麦克斯韦在法拉第等前人对电磁现象研究的基础上，建立了完整的电磁场理论，开创性地揭示了电场与磁场的联系，并成功预言了电磁波的存在。
变化的磁场周围会产生电场
穿过闭合电路的磁通量发 生变化时，电路中会产生感应电流。麦克斯韦进一步想到，既然产生了感应电流，一定是有了电场，它促使导体中的自由电荷做定向运动。
三、麦克斯韦预言与赫兹验证
第五节 电磁振荡和电磁波
变化的磁场周围会产生电场
为解释这种现象，麦克斯韦提出假设：在变化的磁场周围会激发出一种电场——涡旋电场（不同于静电场，图 9-26）。在这个电场的作用下导体中的自由电荷做定向移动形成电流。他将解释电磁感应现象的结论推广，不论电路是否闭合、是否存在，只要磁场发生变化，就有涡旋电场存在。
三、麦克斯韦预言与赫兹验证
第五节 电磁振荡和电磁波
变化的电场周围会产生磁场
奥斯特通过实验发现，电流的周围存在磁场，当时人们认为电流周围的磁场是由电荷定向运动产生的。从场的观点出发，麦克斯韦提出：电荷的定向运动导致周围电场的变化，电流周围的磁场是由变化的电场产生的。因此，麦克斯韦得出了这样一个推论：即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，也会在其周围产生涡旋磁场（图 9-27）。
三、麦克斯韦预言与赫兹验证
第五节 电磁振荡和电磁波
麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，只要存在周期性变化的电场，周围一定会产生周期性变化的磁场；而周期性变化的磁场周围又会产生周期性变化的电场。变化的电场和磁场总是相互联系在一起，在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场（图 9-28）。这种在空间交替变化的电磁场从产生的区域由近及远地传播出去就形成了电磁波。电磁波的传播不同于机械波，不需要任何介质，可以在真空中传播。
三、麦克斯韦预言与赫兹验证
第五节 电磁振荡和电磁波
麦克斯韦还从电磁场方程组得出，电磁波在真空中的传播速度等于光速 ，这一奇妙的结果促使麦克斯韦预言：光是电磁波！
三、麦克斯韦预言与赫兹验证
第五节 电磁振荡和电磁波
麦克斯韦预言了电磁波的存在，但在之后 20 年时间里，人们无法证实麦克斯韦预言的正确性，甚至有些物理学家对此持怀疑态度。1888 年德国物理学家赫兹通过实验（图 9-29），发现当发射装置产生电火花时，放在不太远的接收器两小球之间也会产生电火花。从而证明了电磁波的存在。赫兹的实验不仅验证了麦克斯韦电磁理论，而且证明了电磁波跟光一样真实存在，使人们认识到场也是物质存在的一种形式。
作业与活动
第五节 电磁振荡和电磁波
1. 增大 振荡电路的振荡频率，可行的办法有
A. 固定电感 ，增大电容
B. 固定电感 ，减小电容
C. 电感和电容 都增大
D. 电感 和电容 都减小
2. 请你总结一下麦克斯韦根据哪些实验现象预言了“变化的磁场周围会 产生电场”和“变化的电场周围会产生磁场”。
项目任务与实践活动
第五节 电磁振荡和电磁波
3. 查阅资料，了解科学家赫兹发现电磁波的实验装置和发现过程，并与同学交流讨论。
4. 查阅资料，了解移动电话或智能手表的无线充电装置，撰写调查报告。

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