电磁波

电磁波复习电磁振荡（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。由自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。知识内容1．振荡电流和振荡电路知识内容2．LC电路的振荡过程（1）如图所示的电路中，当开关从1位置拨向2位置开始，由于有电感存在，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．（2）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．电容器上的带电量的变化也符合正弦规律．（3）在LC回路中，流过振荡线圈的电流、线圈中的磁场、电容器极板上的电量、电容器极板间的电场均按正弦或余弦规律变化。(4)LC回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数电场能磁场能电场能磁场能电场能知识内容LC回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数CL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）。例题分析充电减小课堂练习在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变化的图象如图所示，由图可知A、t1、t3两个时刻电路中电流最大，且方向相同B、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，且方向相反知识内容3．LC电路中能量的转化分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突出能量守恒的观点）⑴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。⑵回路中电流越大时，L中的磁场能越大（磁通量越大）。⑶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）课堂练习如图所示，先把开关S拨到b，电容器充电，再把开关拨到a，在电磁振荡过程中下列说法中正确的是A、电容器开始放电时，电路中电流最大B．电容器放电结束时，电路中电流为零C．电路中电流最大时，磁场能最小D．电容器开始充电时，磁场能最大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。周期的决定式：π频率的决定式：πTLCfLC212知识内容4．LC电路的周期公式及其应用例题分析aKbC1L1L2C2K右边两图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_____。充正左增大如图(1)所示，可变电容器的电容为C，与自感系数为L的电感器组成理想的LC振荡电路。当K接1时，电源给电容C充电；当K再接2时，试求：(1)再过多少时间，线圈中的磁场最强？(2)再过多少时间，电容内的电场最强？例题分析)321(LCn)210(21)+(2n…，，π…，，πnnLC例题分析一台收音机，把它的调谐电路中的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出，仍然收不到某一较高频率的电台信号。要想收到该电台信号，应该______（增大还是减小）电感线圈的匝数。减小课堂练习无线电发射机的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/2（C）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D．自感L减小一半，电容C增大一倍（A）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．7课堂练习要增加LC振荡电路的固有周期，下列方法中可行的是A、增加电容器两板电压B．减小振荡电路中的电容C．减小振荡线圈的截面积D．振荡线圈中插入铁芯（D）如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流变化规律如图乙所示，且把通过P点向右的电流规定为乙图中坐标轴i的正方向，下列说法中正确的是A、0．5s至1s时间内，电容器正在充电B．0．5s至1s时间内，电容器的上板带正电荷C．1s至1．5s时间内，电容器的下板带正电荷D．1s至1．5s时间内，磁场能正在转变成电场能（AC）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。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；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。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。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。知识内容电磁场、电磁波变化的电场产生磁场变化的磁场产生电场知识内容例题分析电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场来加速电子的。在圆形磁铁的两极之间有一环形真空室，用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场，从而在环形室内产生很强的电场，使电子加速。被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动。设法把高能电子引入靶室，能使其进一步加速。在一个半径为r=0.84m的电子感应加速器中，电子在被加速的4.2ms内获得的能量为120MeV。这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的，磁通量从零增到1.8Wb，求电子共绕行了多少周？解：根据法拉第电磁感应定律，环形室内的感应电动势为E=t=429V，设电子在加速器中绕行了N周，则电场力做功NeE应该等于电子的动能EK，所以有N=EK/Ee，带入数据可得N=2.8×105周例题分析v0如图所示，半径为r且水平放置的光滑绝缘的环形管道内，有一个电荷量为e，质量为m的电子。此装置放在匀强磁场中，其磁感应强度随时间变化的关系式为B=B0+kt（k0）。根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场将产生稳定的电场，该感应电场对电子将有沿圆环切线方向的作用力，使其得到加速。设t=0时刻电子的初速度大小为v0，方向顺时针，从此开始后运动一周后的磁感应强度为B1，则此时电子的速度大小为mreBA1.mkervB2202.mreBC0.mkervD2202.解：感应电动势为E=kπr2，电场方向逆时针，电场力对电子做正功。在转动一圈过程中对电子用动能定理：kπr2e=mv2/2-mv02/2，B正确；由半径公式知，A也正确，答案为AB。例题分析如图所示，平行板电容器和电池组相连。用绝缘工具将电容器两板间的距离逐渐增大的过程中，关于电容器两极板间的电场和磁场，下列说法中正确的是A.两极板间的电压和场强都将逐渐减小B.两极板间的电压不变，场强逐渐减小C.两极板间将产生顺时针方向的磁场D.两极板间将产生逆时针方向的磁场解：由于极板和电源保持连接，因此两极板间电压不变。两极板间距离增大，因此场强E=U/d将减小。由于电容器带电量Q=UC，d增大时，电容C减小，因此电容器带电量减小，即电容器放电。放电电流方向为逆时针。在引线周围的磁场方向为逆时针方向，因此在两极板间的磁场方向也是逆时针方向。选BD。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？例题分析分析：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，但粒子做匀速园周运动的周期未变，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。由①、②两式得LC振荡的周期公式为由③、④、⑤式得②π①vr2=Tmv=qvB12r解：T=2mBq1π③T=2LCT=T212π④⑤LC=m2Bq22答：该振荡器的电感和电容的乘积应满足。LCLC=m/Bq222说明：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，它的周期πT=2mBq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。例题分析课堂练习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（D）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（D）（2）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．电磁波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。知识内容1．电磁波概念（1）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。2、电磁波的特点１、电磁波是横波A、电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播．B、相邻两个波峰或波谷之间的距离等于电磁波的波长．C、在传播方向上的任一点，E和B都随时间按正弦规律变化．2、电磁波具有波的一切特性3、电磁波可以在真空中传播c=3.0×108m/s知识内容4、三个特征量的关系：v=λf例题分析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：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个故答案:B课堂练习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；（C）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（CD）课堂练习任何电磁波在真空中都具有相同的A、频率；B．波长；C．波速；D．能量；（C）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（D）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（C）(3)发射电磁波的条件：A、要有足够高的振荡频率（单位时间内辐