电磁场与电磁波-知识点总结

已经将文本间距加为24磅,第18章:电磁场与电磁波一、知识网络二、重、难点知识归纳1．振荡电流和振荡电路（1）大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫振荡电流。能够产生振荡电流的电路叫振荡电路。自由感线圈和电容器组成的电路，是一种简单的振荡电路，简称LC回路。在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流以及跟电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性变化的现象叫电磁振荡。（2）LC电路的振荡过程:在LC电路中会产生振荡电流，电容器放电和充电，电路中的电流强度从小变大，再从大变小，振荡电流的变化符合正弦规律．当电容器上的带电量变小时，电路中的电流变大，当电容器上带电量变大时，电路中的电流变小(3)LC电路中能量的转化:a、电磁振荡的过程是能量转化和守恒的过程．电流变大时，电场能转化为磁场能，LC回路中电磁振荡过程中电荷、电场。电路电流与磁场的变化规律、电场能与磁场能相互变化。分类：阻尼振动和无阻尼振动。振荡周期：LCT2。改变L或C就可以改变T。电磁振荡麦克斯韦电磁场理论变化的电场产生磁场变化的磁场产生电场特点：为横波，在真空中的速度为3.0×108m/s电磁波电磁场与电磁波发射接收应用：电视、雷达。目的：传递信息调制：调幅和调频发射电路：振荡器、调制器和开放电路。原理：电磁波遇到导体会在导体中激起同频率感应电流选台：电谐振检波：从接收到的电磁波中“检”出需要的信号。接收电路：接收天线、调谐电路和检波电路电流变小时，磁场能转化为电场能。b、电容器充电结束时，电容器的极板上的电量最多，电场能最大，磁场能最小；电容器放电结束时，电容器的极板上的电量为零，电场能最小，磁场能最大．c、理想的LC回路中电场能E电和磁场能E磁在转化过程中的总和不变。回路中电流越大时，L中的磁场能越大。极板上电荷量越大时，C中电场能越大（板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大）。(4)LC电路的周期公式及其应用LC回路的固有周期和固有频率，与电容器带电量、极板间电压及电路中电流都无关，只取决于线圈的自感系数L及电容器的电容C。2、电磁场麦克斯韦电磁理论:变化的磁场能够在周围空间产生电场(这个电场叫感应电场或涡旋场，与由电荷激发的电场不同，它的电场线是闭合的，它在空间的存在与空间有无导体无关)，变化的电场能在周围空间产生磁场。a、均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场；b、不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场。c、振荡的(即周期性变化的)磁场产生同频率的振荡电场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场。d、变化的电场和变化的磁场总是相互联系着、形成一个不可分离的统一体,称为电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。3、电磁波：（1）变化的电场和变化的磁场不断地互相转化，并且由近及远地传播出去。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波。（2）电磁波是横波。E与B的方向彼此垂直，而且都跟波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。电磁波的传播不需要靠别的物质作介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为c=3.0×108m/s。振荡电路发射电磁波的过程，同时也是向外辐射能量的过程．（3）电磁波三个特征量的关系：v=λf4、电视和雷达LCfLCTπ频率的决定式：π周期的决定式：212（1）电视发射、接收的基本原理a、发射：把摄取的图像信号和录制的伴音信号转换为电信号，天线把带有这些信号的电磁波发射出去．b、接收：天线接收到电磁波后产生感应电流，经过调谐、解调等处理，将得到的图像信号和伴音信号送到显像管和扬声器．c、发射电磁波的条件：要有足够高的振荡频率、振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间、必须不断地补充能量。（2）雷达a、雷达是利用定向发射和接收不连续的无线电波，根据时间间隔测量距离的．b、雷达发射的无线电波是微波，波长短、直线性好、反射性能强．三、典型例题例1、某时刻LC回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如右图18-1所示。则这时电容器正在_____（充电还是放电），电流大小正在______（增大还是减小）。解析：用安培定则可知回路中的电流方向为逆时针方向，而上极板是正极板，所以这时电容器正在充电；因为充电过程电场能增大，所以磁场能减小，电流在减小。点拨：此题是一个基础题，考查的是振荡电路中电路电流与磁场的变化规律。小试身手1.1、如图所示的图18-2的4个图中，开关先拨向位置1，然后拨向位置2时，电路中能够产生振荡电流的是()1.2、在LC电路发生电磁振荡的过程中，电容器极板上的电量q随时间t变化的图像如图18-3所示，由图可知()A、t1、t3两个时刻电路中电流最大，且方向相同；图18-1图18-2图18-3B、t1、t3两个时刻电路中电流最大，且方向相同C、t2、t4两个时刻电路中电流最大，且方向相同D．t2、t4两个时刻电路中电流最大，且方向相反例2、图18-4所示为LC振荡电路中电容器极板上的电量q随时间t变化的曲线，由图18-4可知（）A、在t1时刻，电路中磁能最小B、从t1-t2时刻，电路中电流值不断变小C、从t2-t3时刻，电容器不断充电D、在t2时刻，电容器的电场能最小解析：在LC振荡电路中，电容器极板上的电量与两板间电压、电场强度成正比，电量q多的时候，两板间电场的电场能也随之增多；电量q少的时候，两板间电场弱，相应的电场能量也随之减少。忽略LC电路振荡过程中线圈电阻发热以及向空间辐射电磁波，那么线圈中的磁场能与电容器两极板之间的电场能互相转换过程中，总的电磁场能量应保持不变。答案：（1）在t1时刻，电容器极板上电量q为最大值，两板间电场能为最大，线圈中磁场能应是最小值。选项A正确。（2）从t1~t2时刻，电容器极板上电量q从正的峰值降为零值，电场能正在不断地转变为磁场能，与磁场能相应的电路中的电流强度正在不断增强，选项B错误。（3）从t2~t3时刻，电容器极板上电量q又不断增大，表明电容器正在反向充电。选项C正确。（4）在t4时刻，电容器放电结束，极板上电量为零，电场能也为零，已全部转化为磁场能。选项D正确。本题选项A、C、D正确。点拨：此题是一个理解题，考查的是LC电路中能量的转化和电路中电流与磁场的变化规律。小试身手2.1、在LC电路发生电磁振荡的过程中，在电容器放电结束的时刻（）A、电路中的电流为零B．电容器极板间的场强为零C．电场能全部转变为磁场能D．磁场能全部转变为电场能2.2、LC电路发生电磁振荡的过程中，当电感线圈无电流时(工艺)A、电感线圈的磁场能达到最大图18-4B．电容器内的电场能为零C．电感线圈的磁场能为零D．电容器所带电量为零2.3．在LC振荡电路中，当电容器的电量最大时()A、电场能开始向磁场能转化B．电场能正在向磁场能转化C．电场能全部转化为磁场能D．磁场能正在向电场能转化例3、右边两图18-5中电容器的电容都是C=4×10-6F，电感都是L=9×10－4Hz，左图中电键K先接a，充电结束后将K扳到b；右图中电键K先闭合，稳定后断开。两图中LC回路开始电磁振荡t=3.14×10－4s时刻，C1的上极板正在____电,带_____电；L2中的电流方向向____，磁场能正在_____。解析：先由周期公式求出s011.224LCT,t=3.14×10－4s时刻是开始振荡后的1.2T。再看与左图对应的q-t图像（以上极板带正电为正）和与右图对应的i-t图像（以LC回路中有逆时针方向电流为正），图像都为余弦函数图像。在1.2T时刻，从左图对应的q-t图像看出，上极板正在充正电；从右图18-6对应的i-t图像看出，L2中的电流向左，正在增大，所以磁场能正在增大。点拨：此题是一个简单计算题，考查的是LC电路中能量的转化、电路中电流与磁场的变化规律和电磁振荡的周期。小试身手3.1、无线电发射机的LC振荡电路的电感L固定，当电容器的电容为C时，它产生的振荡电流的周期为T；当电容器的电容调为4C时，它产生的振荡电流的周期变为()A、4T；B．T/4；C．2T；D．T/23.2．在LC振荡电路中，以下可以使振荡频率增大一倍的办法是()A、自感L和电容C都减小一半B．自感L增大一倍，电容C减小一半C．自感L和电容C都增大一倍图18-5图18-6D．自感L减小一半，电容C增大一倍3.3．一个可变电容器的电容变化范围是5～250PF，用这个电容器和一定值电感组成振荡回路，其振荡频率的最大值约为最小值的倍．例4、用回旋加速器加速质量为m、带电量为q的粒子，加速器的磁感应强度为B。用LC振荡器作为高频电源对粒子加速，该振荡器的电感L和电容C的乘积应满足什么条件？解析：回旋加速器在工作中，基本上可以看成带电粒子在匀强磁场中，在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动的问题。经反复加速，带电粒子速度不断增大，做匀速圆周运动的轨道半径也不断增大，但粒子做匀速圆周运动的周期未变，这个周期T1的大小，可以通过列动力学方程解答出来。另一方面用LC振荡器作高频电源，其振荡周期T2与电感L、电容C的关系，也可以用LC振荡的周期公式表达出来。回旋加速器正常工作时，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T1应等于LC振荡器的周期。据此可以找到振荡器的电感L和电容C的乘积应该满足的条件。解答：②π①vr2=Tmv=qvB12r由①、②两式得：③πBqm2=T1，LC振荡的周期公式为：⑤④πT=TLC2=T212由③、④、⑤式得：222m=LCqB。的乘积应满足和电容答：该振荡器的电感222q/Bm=LCCL点拨：此题是一个综合计算题，主要是考查对LC振荡的周期公式，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，它的周期Bqm2=Tπ与粒子的运动速率、轨道半径无关。回旋加速器就是利用这一运动特性与高频电源巧妙配合实现对带电粒子的反复加速。小试身手4.1、根据麦克斯韦电磁理论，以下说法正确的是（）A、在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化电场C．在均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场，在均匀变化的磁场周围一定产生均匀变化的电场D．在振荡的电场周围，一定产生同频率的振荡的磁场，在振荡的磁场周围一定产生同频率的振荡的电场4.2、关于电磁场理论，下列说法正确的是（）A、在任何变化的电场周围一定能产生变化的磁场B．在任何电场的周围空间一定存在磁场C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D．振荡电场的周围空间产生周期性变化的磁场例5、无线电广播中波段的波长范围为187~560米，为了避免邻台干扰，两个相邻电台的频率至少相差104赫，则在此波段中，最多能容纳的电台数约：（）A、500个B、100个C、187个D、20个。解析：由v=λf可先得出整个频率范围，fmin=C/λmax=3×108/560=5.357×105Hz,fmax=C/λmin=3×108/187=16.043×105Hz,故可容纳电台数N=(fmax－fmin)/104=108个答案：B点拨：此题是一个简单计算题，考查对电磁波三个量之间的关系。.v=λf也是我们要求掌握的公式。小试身手5.1、建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是（）A、法拉第；B．奥斯特；C．麦克斯韦；D．楞次5.2、关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（）A、磁场在它周围空间能产生电场，电场也能在它周围空间产生磁场B．电磁波必须依靠介质来传播C．发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC电路D．只有非均匀变化的电场，才能产生变化的磁场；只有非均匀变化的磁场，才能产生变化的电场5.3．电磁波在真空中的传播速度是（）A．频率越高，传播速度越大B．波长越长，传播速度越大C．电磁波能量越大，传播速度越大D．频率、波长、能量都不影响电磁波在真空中的传播速度5.4．为使发射的电磁波的波长增加为原来的两倍，可以将振荡电路的电容（）A、变为原来的两倍；B．变为原来的一半C．变为原来的四倍；D．变为原来的四分之一例6、某防空雷达发射的电磁波频率