电磁场与电磁波

专题二十七电磁场与电磁波【2011考纲解读】1．了解交变电场和交变磁场的相互联系，定性理解麦克斯韦的电磁场理论。2．了解电磁场和电磁波概念，记住真空中电磁波的传播速度。3．了解我国广播电视事业的发展。【考纲解读】大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流.能产生振荡电流的电路叫振荡电路，LC电路是最简单的振荡电路。振荡电路中产生振荡电流的过程中，线圈中的电流、电容器极板上的电量及其与之相联系的磁场能、电场能也都作周期性变化，这种现象1.振荡原理：利用电容器的充放电和线圈的自感作用产生振荡电流，形成电场能和磁场能的周期性相互转化。2.振荡过程：电容器放电时，电容器所带电量和电场能均减少，直到零；电路中的电流和磁场能均增大，直到最大值.充电时，情况相反.电容器正反向充放电一次，便完成一次振荡的全过程.图13—2—1表示振荡过程中有关物理量的变化。图13—2—13.周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所用的时间叫做电磁振荡的周期.1s内完成电磁振荡的次数叫做电磁振荡的频率.对LC电路产生的电磁振荡，其周期和频率由电路本T＝LC2f＝LC211.（1）不仅电荷能够产生电场，变化的磁场也能产生电场。(2)2.变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场，电磁场3.在真空中，任何频率的电磁波的传播速度都等于光速c=3.00×108m/s.其波速、波长、周期频率间关系为：c=T=fλ.（1）麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验成功的证实了电磁波的存在。（2）在电磁波中，电场强度和磁感应强度是互相垂直的，且都和电磁波的传播方向垂直，所以电磁波为横波。（3）电磁波的传播过程，也是电磁能的传播过程。（4）电磁波的传播不需要介质。四、无线电波1.调制：在无线电应用技术中，首先将声音、图象等信息通过声电转换、光电转换等方式转为电信号，这种电信号频率很低，不能用来直接发射电磁波.把要传递的低频率电信号“加”到高频电磁波上，使电磁波随各种信号而改变叫调制。调幅和调频：使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅.使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频。1.电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振.2.调谐：调谐电路的固有频率可以在一定范围内连续改变，将调谐电路的频率调节到与需要接收的某个频率的电磁波相同，即，使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐.3.检波：从接收到的高频振荡中分离出所携带的信号的过程叫做检波.检波是调制的逆过程，也叫解调。4.无线电的接收：天线接收到所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经检波取出携带的信号，放大后再还原成声音或图象的过程。电视系统主要由摄像机和接收机组成.把图象各个部位分成一系列小点，称为像素，每幅图象至少要有几十万个像素.摄像机将画面上各个部分的光点，根据明暗情况逐点逐行逐电视机接收到电磁波后，经调谐、检波得到电信号，按原来的次序在显像管的荧光屏上中国电视广播标准采用每1s传送25帧画面，每帧由625条线组成。七、雷达的雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置（显示器）、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。【重点讲解】1、电磁振荡：①电磁振荡现象概念：物理上把大小和方向都随时间做周期性变化的电流，叫做振荡电流.能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路.由自感线圈和电容器组成的振荡电路，称为LC回路.（如下图是）②电磁振荡抽象，过程复杂，难以理解，要抓住问题的本质、关键，即电场能和磁场能交替转化。L、C上的变化情况如下图所示。放电过程：在放电过程中，q↓、u↓、E电场能↓→i↑、B↑、E磁场能↑，电容器的电场能逐渐转变成线圈的磁场能。放电结束时，q=0，E电场能=0，i最大，E磁场能最大，电场能完全转化成磁场能。充电过程：在充电过程中，q↑、u↑、E电场能↑→I↓、B↓、E磁场能↓，线圈的磁场能向电容器的电场能转化。充电结束时，q、E电场能增为最大，i、E磁场能均减小到零，磁场能向电场能转化结束。③当电容C中储存电场能最大时(带电量、场强值最大、电压最高)，电路中电流为零。磁场能为零。随着电容C逐渐放电，电场能ε电(带电量Q，电压U)逐渐减小，而磁场能ε磁(电流i)将逐渐增大。④电磁振荡的特点：LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：①两个物理过程：放电过程；电场能转化为磁场能，q↓→i↑充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓②两个特殊状态：放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小。充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小。⑤电磁振荡的变化规律：①总能量守恒＝电场能＋磁场能＝恒量②电场能与磁场能交替转化⑦无阻尼振荡和阻尼振荡(1)无阻尼振荡：振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅将不变，叫做无阻尼振荡（或等幅振荡），如图所示。(2)阻尼振荡：任何振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减少，叫做阻尼振荡（或减幅振荡），如图所示。itoito（3）与LC回路周期和频率有关的因素LC回路的周期和频率与电容器的电容C和线圈的自感系数L有关。电容或电感增加时，周期变长，频率变低；电容或电感减小时，周期变短，频率变高；（4)LC回路的周期和频率只与电容和自感系数有关.公式：T=2πLCf=LC212、电磁场：变化的电场和磁场相互联系，形成一个统一的场叫电磁场；麦克斯韦电磁场理论的两大支柱（1）变化的磁场产生电场（2）变化的电场产生磁场。电磁波：(1)电磁波：电磁场由近及远地传播，就形成电磁波。(2)发射电磁波的条件第一，要有足够高的振荡频率。第二，振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才能有效地把电磁场的能量传播出去。电磁波的特点(1)电磁波中的电场和磁场互相垂直，并且都与波的传播方向垂直，即电磁波是横波。(2)三个特征量的关系v＝λ/T＝λf(4)电磁波可以在真空中传播，向周围空间传播电磁能，在传播过程中，电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射。3、无线电波的分段(1)无线电波：无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波。(2)无线电波的分段无线电波的波长从几毫米到几十千米。通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段，如下表所示：波段波长频率传播方式主要用途长波30000m～3000m10kHz～100kHz地波超远程无线通讯和导航中波3000m～200m100kHz～1500kHz地波和天波[来源:Zxxk.Com][来源:Zxxk.Com][来源:Zxxk.Com]调幅无线电广播、电报、通信[来源:学科网ZXXK]中短波[来源:学科网]200m～50m1500kHz～6000kHz短波50m～10m6MHz～30MHz天波微波米波10m～1m30MHz～300MHz近似直线传播调频无线电广播、电视、导航分米波1m～0.1m300MHz～3000MHz直线传播电视、雷达、导航厘米波10cm～1cm3000MHz～30000MHz毫米波10mm～1mm30000MHz～300000MHz4、无线电波的发射在无线电波的发射过程中，需要将被传递的信号如声音、图象等信号附加到高频振荡信号上向外发射出去，下面就学习无线电波的发射。(1)发射电路实际应用中的开放电路，线圈下部用导线接地，这条导线叫做地线；线圈上部接到比较高的导线上，这条导线叫做天线（图示右部）。无线电波就由这样的开放电路发射出去。电视发射塔建得很高，是为了使无线电波发射得较远。在实际发射无线电波的装置中，在上面所说的开放电路旁还需加一个振荡器电路与之耦合（图示左部）。LC振荡器电路产生的高频振荡电流通过L2与L1的互感作用，使L1也产生同频率的振荡电流，振荡电流在开放电路中激发出无线电波，向四周发射。(2)调制①调制：要传递的信号附加到高频等幅振荡电流上的过程叫调制。②调制的两种方式：制分调幅和调频两种方式。a．调幅使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅。调幅广播(AM)一般使用中波和短波的波段。b．调频使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频。调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法来调制，通常使用微波中的甚高频(VHF)和超高频(UHF)波段。6、电波的接收(1)电谐振接收电磁波时，首先要从诸多的电磁波中把我们需要的选出来，通常叫做选台。这就要设法使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强。在无线电技术里，是利用电谐振来达到这个目的的。当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强．这种现象叫做电谐振，相当于机械振动中的共振。当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振。(2)调谐和调谐电路使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路。(3)检波和检波电路由调谐电路接收到的感应电流，是经过调制的高频振荡电流，还不能使我们直接感受到所需要的信号。例如在收音机中，这种高频振荡电流不能使耳机或扬声器的振动片振动发声。要听到声音，必须从高频振荡电流中“检”出声音信号，使扬声器(或耳机)中的动片随声音信号振动。从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号，叫做检波。检波是调制的逆过程，因此也叫解调。右图中L2、D、C2和耳机共同组成检波电路。检波之后的信号再经过放大、重现，我们就可以听到或看到了。现在移动电话的使用十分普遍、无绳电话、寻呼机也走入人们的生活，这些都是借助电磁波来传递信息的。1（2011·上海）7.电磁波包含了射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是（A）无线电波、红外线、紫外线、射线（B）红外线、无线电波、射线、紫外线（C）射线、红外线、紫外线、无线电波（D）紫外线、无线电波、射线、红外线答案：A2（2011·天津卷）1.下列关于电磁波的说法正确的是A．均匀变化的磁场能够在空间产生电场B．电磁波在真空和介质中传播速度相同C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播答案：A3（2011·四川卷）15.下列说法正确的是A．α粒子大角度散射表明α粒子很难进入原子内部B．氢原子跃迁发出的光从空气射入水时可能发生全反射C．裂变反应有质量亏损，质量数不守恒D．γ射线是一种波长很短的电磁波答案：D解析：α粒子的散射学习现象表明大多数α粒子不发生偏转，说明穿过了原子，少数α粒子发生偏转，说明无法穿过原子核，A错误。任何光只有在从光密介质进入光疏介质时才能发生全反射，B错误。裂变有质量亏损是因为核子的平均密度变化引起的，但是核子的总数并未改变，C错误。γ射线是频率很大波长很短的电磁波。D正确。4（2009天津）2.下列关于电磁波的说法正确的是A.电磁波必须依赖介质传播B.电磁波可以发生衍射现象C.电磁波不会发生偏振现象D.电磁波无法携带信息传播【答案】B【解析】电磁波可以在真空中传播，A项错误；电磁波具备波的一切性质，能发生干涉、衍射和偏振，B项正确，C项错误；电磁波可以传播信息，D项错误。5、（2009四川）关于电磁波，下列说法正确的是A.雷达是用X光来测定物体位置的设备B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调C.用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D.变化的电场可以产生变化的磁场【答案】D【解析】雷达用的是电磁波故A选项错，B选项中的技术应该是调制而不是解调，C中应是紫外线。6、（2008年上海综合能力测试）9、红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。右图为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围是A．2.5～3.5μmB．4～4.5μmC．5～7μmD．8～13μm【答案】D【解析】由图可知，8～13μm的波段被水