高中物理第十四章电磁波第1～3节电磁波的发现电磁振荡电磁波的发射和接受4

第1～3节电磁波的发现电磁振荡电磁波的发射和接收1.英国物理学家麦克斯韦成立了经典电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。德国物理学家赫兹证明了电磁波的存在。2．LC电路的周期(频次)公式：T＝2πLC，f1＝。2πLC调幅3．无线电波的发射和接收过程：调制调频→发射→接收→调谐→解调。一、电磁场和电磁波1．麦克斯韦电磁理论的两个基本假定变化的磁场能够在四周空间产生电场。变化的电场能够在四周空间产生磁场。图甲变化的磁场在其四周空间产生电场。图乙变化的电场在其四周空间产生磁场。2．电磁场变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不行切割的一致体，称为电磁场。3．电磁波电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地流传的，这类变化的电磁场在空间的流传称为电磁波。电磁波的特色：①电磁波是横波，电磁波在空间流传不需要介质；②电磁波的波长、频次、波速的关系：v＝λf，在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108m/s。电磁波能产生反射、折射、干预和衍射等现象。二、电磁振荡1．振荡电流：大小和方向都随时间做周期性快速变化的电流。2．振荡电路：能够产生振荡电流的电路。最基本的振荡电路为LC振荡电路。3．电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量，电路中的电流，电场和磁场周期性互相转变的过程也就是电场能和磁场能周期性互相转变的过程。4．电磁振荡的周期与频次周期：电磁振荡达成一次周期性变化需要的时间。频次：1s内达成周期性变化的次数。振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频次分别叫做固有周期、固有频次。(3)周期和频次公式：＝2π，f＝1。TLC2πLC三、电磁波的发射1．要有效地发射电磁波，振荡电路一定拥有两个特色：要有足够高的振荡频次，频次越高，发射电磁波的本事越大。应采纳开放电路，振荡电路的电场和磁场一定分别到足够大的空间。2．开放电路：实质的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫做地线，线圈的另一端高高地架在空中，叫做天线。3．电磁波的调制：使电磁波随各样信号而改变的技术叫做调制。调制的方法有两种，一是调幅，使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变；另一种叫调频，使高频电磁波的频次随信号的强弱而改变。四、电磁波的接收1．接收原理电磁波在流传时碰到导领会使导体中产生感觉电流，所以导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收天线。2．电谐振当接收电路的固有频次跟接收到的电磁波的频次相等时，接收电路里产生的震荡电流最强，这类现象叫做电谐振。3．调谐使电路中产生电谐振的过程叫做调谐。4．解调使声音或图像信号从接收到的感觉电流中复原出来，这个过程是调制的逆过程，叫做解调。5．无线电波波长大于1_mm(频次低于300GHz)的电磁波叫作无线电波。并按波长分红若干个波段，像长波、中波、短波、微波等。每个段所用的设施和技术不一样，所以有不一样的用途。1．自主思虑——判一判恒定电流四周产生磁场，磁场又产生电场。(×)(2)电磁波和光在真空中的流传速度都是3.0×108m/s。(√)电容器放电完成，电流最大。(√)L和C越大，电磁振荡的频次越高。(×)频次越高，振荡电路发射电磁波本事越大。(√)当接收电路的固有频次和电磁波频次相同时，出现谐振现象。(√)要使电视机的屏幕上出现图像，一定将电视机接收到的无线电信号解调。(√)2．合作研究——议一议如何才能形成电磁波？提示：变化的电场四周产生变化的磁场，变化的磁场四周产生变化的电场，在空间交替变化并流传出去的电磁场就形成了电磁波。翻开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，而后开大音量。在收音机邻近，将电池盒的两根引线频频碰撞，你会听到收音机中发出“喀喀”的响声。为什么会产生这类现象呢？翻开风扇，将它凑近收音机，看看又会如何。提示：电磁波是由电磁振荡产生的，在收音机邻近，将电池盒两引线频频碰触，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，这样会发出电磁波，进而致使收音机中发出“喀喀”声。若将转动的风扇凑近收音机，因为风扇中电动机内通有沟通电，电动机的运转相同会惹起收音机发出“喀喀”声。(3)1895年，一位年青的意大利人马可尼(公元1874－1937年)发了然无线电通讯技术。此后，携带了人类信息的电磁波开始在空间自由旅游，人们不用依靠电线，就能够在遥远的地方互通讯息。电视台发射电视信号为何要建高耸入云的发射塔呢？提示：电视信号要有效地发射出去，一定采纳高频开放电路，电视信号所用电磁波的波长比较短，以直线流传为主，碰到阻碍物会被阻拦，所以发射天线要架得高一些。1．电磁场的产生假如在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它四周空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它四周空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是互相联系着的，形成不行切割的一致体，这就是电磁场。2．对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场平均变化的电场在四周空间产生恒定的磁场平均变化的磁场在四周空间产生恒定的电场不平均变化的电场在四周空间产生变化的磁场不平均变化的磁场在四周空间产生变化的电场振荡电场产生同频次的振荡磁场振荡磁场产生同频次的振荡电场3．对电磁波的理解电磁波的流传不需要介质，可在真空中流传。在真空中，不一样频次的电磁波流传速度是相同的(都等于光速)。不一样频次的电磁波，在同一介质中流传，其速度是不一样的，频次越高，波速越小。(3)v＝中，f是电磁波的频次，即为发射电磁波的LC振荡电路的频次：f＝1，λf2πLC改变L或C即可改变f，进而改变电磁波的波长λ。[典例][多项选择]某空间出现了如下图的一组闭合的电场线，这可能是( )A．沿AB方向磁场在快速减弱B．沿AB方向磁场在快速增添C．沿BA方向磁场在快速增添D．沿BA方向磁场在快速减弱[分析]

依据电磁感觉，闭合回路中的磁通量变化时，

使闭合回路中产生感觉电流，

该电流可用楞次定律判断。

依据麦克斯韦电磁理论，

闭合回路中产生感觉电流，

是因为闭合回路中遇到了电场力的作用，

而变化的磁场产生电场，

与能否存在闭合回路没相关系，

故空间内磁场变化产生的电场方向，仍旧可用楞次定律判断，四指围绕方向即为感觉电场的方向，由此可知A、C正确。[答案]AC1．对于电磁场理论，以下说法正确的选项是( )A．在电场四周必定会产生磁场B．任何变化的电场四周空间必定会产生变化的磁场C．平均变化的电场会产生变化的磁场D．周期性变化的电场会产生周期性变化的磁场分析：选D变化的电场四周必定产生磁场，但若电场不发生变化，则不可以在四周空间产生磁场，选项A错误；平均变化的电场只好在四周空间产生稳固的磁场，只有不平均变化的电场才能在四周空间产生变化的磁场，选项B、C错误；周期性变化的电场(或磁场)在周围空间产生周期性变化的磁场

(或电场)，选项

D正确。2.如下图是某一固定面的磁通量的变化图像，

在它四周空间产生的电场中的某一点场强E应是(

)A．渐渐加强

B．渐渐减弱C．不变

D．没法确立分析：选

C

由图可知磁通量

Φ随时间

t

平均变化，而

Φ＝BS，所以磁场是平均变化的，依据麦克斯韦电磁场理论可知

C正确。3.[多项选择]如下图，有一水平搁置、内壁圆滑、绝缘的真空圆形管，半径为R，有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处于竖直向上的磁场中，要使带电粒子由静止开始沿管做圆周运动，所加磁场可能是( )A．匀强磁场B．平均增添的磁场C．平均减少的磁场D．因为洛伦兹力不做功，不论加什么磁场都不可以使带电粒子运动分析：选BC磁场对静止的电荷不产生力的作用，但当磁场变化时可产生电场，电场对带电粒子产生电场力的作用，带电粒子在电场力作用下能够产生加快度，选项B、C正确。电磁振荡的变化规律1．各物理量变化状况一览表时刻工作(时间)qEiB能量过程T放电0→4qm→0Em→00→im0→BmE电→E磁过程TT充电4→20→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E电过程T3T放电0→iE→Emmmm电磁2→4q→0E→00→B过程4→T充电0→Ei→0B→0E→E0→q磁电3Tmmmm过程2．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像[典例][多项选择]如图(a)所示，在LC振荡电路中，经过P点的电流变化规律如图(b)所示，且把经过P点向右的方向规定为电流i的正方向，则( )A．0.5s至1s时间内，电容器C在放电B．0.5s至1s时间内，电容器C的上极板带正电C．1s至1.5s时间内，Q点的电势比P点的电势高D．1s至1.5s时间内，电场能正在转变为磁场能[分析]0.5s至1s时间内，振荡电流是充电电流，充电电流是由负极板流向正极板；1s至1.5s时间内，振荡电流是放电电流，放电电流是由正极板流向负极板，因为电流为负值，所以由Q流向P。[答案]CDLC振荡电路充、放电过程的判断方法依据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增添，磁场能向电场能转变，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转变，处于放电过程。(2)依据物理量的变化趋向判断：当电容器的带电量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。依据能量判断：电场能增添时充电，磁场能增添时放电。如下图，表示LC振荡电路某时刻的状况，以下说法正确的选项是( )A．电容器正在充电B．电感线圈中的磁场能正在减小C．电感线圈中的电流正在减小D．此时自感电动势正在阻拦电流的增添分析：选D依据磁感线的方向能够判断电流方向是逆时针，再依据电容器极板上带电的性质能够判断电容器在放电，A项错误；电容器在放电，所以电流在增添，磁场能在增添，自感电动势正在阻拦电流的增添，B、C项错误，D项正确。2．如下图是一个LC振荡电路中电流的变化图线，以下说法正确的选项是( )A．t1时刻电感线圈两头电压最大B．t2时刻电容器两极板间电压为零C．t1时刻电路中只有电场能D．t1时刻电容器所带电荷量为零分析：选D振荡过程中因为电感和电容的存在，电路不是纯电阻电路，故不知足欧姆定律的合用条件。由i-t图像可知t1时刻电流i最大，t2时刻电流i为零，误以为i与uU知足欧姆定律I＝R，进而错选A、B项。电流i最大时，说明磁场最强，磁场能最大，电场能为零，电压、电荷量均为零。3．在

LC振荡电路中，电容器上的带电量从最大值变化到零所需的最短时间是

(

)A.

π4

LC

B.

π2

LCC．π

LC

D．2π

LC分析：选BLC振荡电路的周期T＝2πLC，其电容器上的带电荷量从最大值变化到零π的最短时间t＝4，故t＝2LC。无线电波的发射和接收1．无线电波的发射和接收过程2．“调幅”和“调频”是调制的两个不一样的方式(1)高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采纳调幅波。高频电磁波的频次随信号的强弱而变的调制方式叫调频，电台的立体声广播和电视中的伴音信号，采纳调频波。3．解调是调制的逆过程声音、图像等信号频次相对较低，不可以转变为电信号直接发射出去，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去。将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制。而将声音、图像信号从高频信号中复原出来的过程就是解调。4．正确理解调谐的作用世界上有许很多多的无线电台、电视台及各样无线电信号，假如不加选择所有接收下来，那必定是一片杂乱，分辨不清。所以接收信号时，第一要从各样电磁波中把我们需要的选出来，往常叫选台。在无线电技术中是利用电谐振达到该目的的。[典例][多项选择]以下对无线电广播要对电磁波进行调制的原由的说法正确的选项是( )A．经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本事更强B．经过调制后的电磁波在空间流传得更快C．经过调制后的电磁波在空间流传波长不变D．经过调制后的电磁波在空间流传波长改变[分析]

调制是把要发射的信号“加”到高频等幅振荡电流上去，

频次越高，流传信息能力越强，

A对；电磁波在空气中以凑近光速流传，

B错；由

v＝λf，知波长与波速和流传频次相关，C错D对。[答案]AD邻近观点的辨析技巧调频和调幅：这是调制的两种方式，使电磁波的频次随信号改变的调制方式叫调频；使电磁波的振幅随信号改变的调制方式叫调幅。(2)调制和解调：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫作调制；把低频电信号从高频载波中检出来叫解调，是调制的逆过程。1．简单的、比较有效的电磁波的发射装置，起码应具备以下电路中的( )①调谐电路

②调制电路

③高频振荡电路

④开放振荡电路A．①②③

B．②③④C．①④

D．①②④分析：选

B

比较有效的发射电磁波的装置应当有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路。调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上才能发射出去，高频振荡电路能产生高频电磁波，开放振荡电路能把电磁波发送的更远。而调谐电路是在接收端需要的电路。2．有一个LC接收电路，本来接收较低频次的电磁波，此刻要想接收较高频次的电磁波，以下调理正确的选项是( )A．增添电源电压B．使用调频的调制方式C．把可动电容器的动片适合旋出一些D．在线圈中插入铁芯分析：选C增大LC接收电路的频次，由公式f＝1可知应减小电容或电感，A、2πLCB项错；把可动电容器的动片适合旋出一些，减小了电容，切合题目要求，C项正确；在线圈中插入铁芯，增大了电感，不合题意，D项错。3．世界各地有很多无线电台同时广播，用收音机一次只好收听到某一电台的播音，而不是同时收听到很多电台的播音，其原由是( )A．因为收听到的电台离收音机近来B．因为收听到的电台频次最高C．因为接收到的电台电磁波能量最强D．因为接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的固有频次相同，产生了电谐振分析：选D选台就是调谐过程，使f固＝f电磁波，在接收电路中产生电谐振，激起的感应电流最强，D正确。1．[多项选择]在电磁学发展过程中，很多科学家做出了贡献。以下说法正确的选项是( )A．奥斯特发现了电流磁效应；法拉第发现了电磁感觉现象B．麦克斯韦预知了电磁波；楞次用实考证明了电磁波的存在C．库仑发现了点电荷的互相作用规律；密立根经过油滴实验测定了元电荷的数值D．安培发现了磁场对运动电荷的作用规律；洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律分析：选

AC

赫兹用实考证明了电磁波的存在，

B错；安培发现了磁场对电流的作用规律，洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用规律，

D错，选

A、C。2．在

LC振荡电路中，当电容器充电完成还没有开始放电时，以下说法正确的选项是

(

)A．电容器中的电场最强B．电路里的磁场最强C．电场能已有一部分转变为磁场能D．磁场能已有一部分转变为电场能分析：选ALC振荡电路电容器充电完成，电容器中电场最强，磁场最弱，电场能和磁场能之间还没有发生转变，故A正确。3．[多项选择]用一平行板电容器和一个线圈构成LC振荡电路，要增大发射电磁波的波长，可采纳的做法是( )A．增大电容器两极板间的距离B．减小电容器两极板间的距离C．减小电容器两极板正对面积D．在电容器两极板间加入电介质分析：选

BD

由v＝λf，f＝

2π

1

，可知：LC

vλ＝f＝v·2π

LC，即

λ2与

C成正比εS又C＝4πkd，故B、D正确。4．[多项选择]电磁波与声波比较( )A．电磁波的流传不需要介质，声波的流传需要介质B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大D．电磁波和声波在介质中的流传速度，都是由介质决定，与频次没关分析：选

ABC

选项

A、B均与事实符合，所以

A、B正确；依据

vλ＝f，电磁波波速变小，频次不变，波长变小；声波速度变大，频次不变，波长变大，所以选项C正确；电磁波在介质中的速度，与介质相关，也与频次相关，在同一种介质中，频次越大，波速越小，所以选项D错误。5.[

多项选择]某时刻

LC振荡电路的状态如下图，则此时刻

(

)A．振荡电流

i

在减小B．振荡电流

i

在增大C．电场能正在向磁场能转变D．磁场能正在向电场能转变分析：选AD由电磁振荡的规律可知，电容器充电过程中，电流渐渐减小，电场能逐渐增大，磁场能渐渐减小，即磁场能正向电场能转变，故A、D正确。6．在无线电波广播的接收中，调和谐检波是两个一定经历的过程，以下对于接收过程的次序，正确的选项是( )A．调谐→高频放大→检波→音频放大B