高三物理《優(yōu)質(zhì)考場(chǎng)》133（劉樹安

1、 高三物理優(yōu)質(zhì)考場(chǎng)-13-3(劉樹安)§13-3 電磁場(chǎng)和電磁波知識(shí)梳理電磁振蕩1振蕩電路定義：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路。常見的振蕩電路是由一個(gè)電感線圈和一個(gè)電容組成的，簡(jiǎn)稱LC回路。2電磁振蕩定義：在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電荷，通過線圈的電流，以及與電荷和電流相聯(lián)系的電場(chǎng)和磁場(chǎng)都發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象，叫電磁振蕩。3振蕩電流定義：大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電流叫振蕩電流。說明：振蕩電流是一種交變電流。無(wú)線電技術(shù)中需要的振蕩電流頻率比照明用的交變電流頻率要高得多。通常在幾十千赫幾十萬(wàn)兆赫。振蕩電流是由于電容器通過自感線圈不斷的充、放電產(chǎn)生的，按正弦（或

2、余弦）規(guī)律作周期性的變化。在LC回路產(chǎn)生振蕩電流的過程中，磁場(chǎng)能和電場(chǎng)能之間不斷的相互轉(zhuǎn)化著，電容器放電時(shí)，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，放電完畢的瞬間，電場(chǎng)能為零，振蕩電流及磁場(chǎng)能達(dá)到最大值；接著電容器被反向充電，這時(shí)磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，在振蕩電流減小為零的瞬間，磁場(chǎng)能為零，電容器極板上的電荷及電場(chǎng)能達(dá)到最大。4電磁振蕩的周期和頻率LC回路的固有周期和頻率只取決于線圈的自感系數(shù)L及電容器的電容C，與電容器的帶電荷量，極板間電壓及回路中電流都無(wú)關(guān)。周期的決定式頻率的決定式電磁場(chǎng)和電磁波1麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論（1）變化的磁場(chǎng)（電場(chǎng)）能夠在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)（磁場(chǎng)）；（2）均勻變化的磁場(chǎng)（電場(chǎng)）能夠在周圍空間

3、產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)（磁場(chǎng)）；（3）振蕩的磁場(chǎng)（電場(chǎng)）能夠在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)（磁場(chǎng)）。2電磁場(chǎng)和電磁波：變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即為電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)的傳播就形成電磁波。3電磁波的波速公式：v=·f復(fù)習(xí)時(shí)注意以下的幾個(gè)方面：麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實(shí)驗(yàn)成功的證實(shí)了電磁波的存在。在電磁波中，電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度是互相垂直的，且都和電磁波的傳播方向垂直，所以電磁波為橫波。電磁波的傳播過程，也是電磁能的傳播過程。電磁波的傳播不需要介質(zhì)。無(wú)線電波的發(fā)射1調(diào)制：在無(wú)線電應(yīng)用技術(shù)中，首先將聲音、圖像等信息通過聲電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等方式轉(zhuǎn)

4、為電信號(hào)，這種電信號(hào)頻率很低，不能用來(lái)趨勢(shì)發(fā)射電磁波，把要傳播的低頻率電信號(hào)“加”到高頻電磁波上，使電磁波隨各種信號(hào)而改變叫調(diào)制。2調(diào)幅和調(diào)頻：使高頻振蕩的振幅隨信號(hào)而改變叫做調(diào)幅，使高頻振蕩的頻率隨信號(hào)而改變叫做調(diào)頻。3無(wú)線電波的發(fā)射：由振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩電流，用調(diào)制器將需傳送的電信號(hào)調(diào)制到振蕩電流上，再耦合到一個(gè)開放電路中激發(fā)出無(wú)線電波，向四周發(fā)射出去。無(wú)線電波的接收1電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫做電諧振。2調(diào)諧：調(diào)諧電路的固有頻率可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變，將調(diào)諧電路的頻率調(diào)節(jié)到與需要接收的某個(gè)頻率的電磁波相同，即接收電

5、路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧。3檢波：從接收到的高頻振蕩中分離出所攜帶的信號(hào)的過程叫做檢波，檢波是調(diào)制的逆過程，也叫解調(diào)。4無(wú)線電的接收：天線接收到所有的電磁波，經(jīng)調(diào)諧選擇出所需要的電磁波，再經(jīng)檢波取出攜帶的信號(hào)，放大后再還原成聲音或圖像的過程。5電視的基本原理電視系統(tǒng)主要由攝像機(jī)和接收機(jī)組成，把圖像各個(gè)部分分成一系列小點(diǎn)，稱為像素，每幅圖像至少要有向十萬(wàn)個(gè)像素，攝像機(jī)將畫面上各個(gè)部分的光點(diǎn)根據(jù)明暗情況逐點(diǎn)逐行逐幀地變?yōu)閺?qiáng)弱不同的信號(hào)電流，隨電磁波發(fā)射出去。電視機(jī)接收到電磁波，經(jīng)調(diào)諧、檢波得到電信號(hào)，按原來(lái)的次序在顯像管的熒光屏上匯成圖像。中國(guó)電視廣播標(biāo)準(zhǔn)采用每秒鐘傳送25幀畫面，每幀由625條

6、線組成。雷達(dá)的基本原理1雷達(dá)是利用無(wú)線電波來(lái)測(cè)定物體位置的無(wú)線電設(shè)備，一般由天線系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、輸出裝置（顯示器）、電源、用于控制雷達(dá)工作和處理信號(hào)的計(jì)算機(jī)以及防干擾設(shè)備等構(gòu)成。2雷達(dá)的四個(gè)特點(diǎn)（1）雷達(dá)毀是無(wú)線電波的發(fā)射端，又是無(wú)線電波的接收端；（2）雷達(dá)使用的無(wú)線電波是直線性好、反射性能強(qiáng)的微波波段；（3）雷達(dá)發(fā)射的是不連續(xù)的無(wú)線電波，每次發(fā)射時(shí)間約為百萬(wàn)分之一秒，兩次發(fā)射的時(shí)間間隔約為萬(wàn)分之一秒；（4）障礙物的距離等情況都由顯示器趨勢(shì)顯示出來(lái)。典例精析例1 關(guān)于LC回路發(fā)生的電磁振蕩，下列說法正確的是 （ ）A在電容器極板電荷為零的瞬間，電路中的振蕩電流也為零B自感線圈兩端的電

7、壓最大時(shí)，電路中的電流最大C電容器被振蕩電流充電時(shí)，電路中的磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能D當(dāng)自感線圈兩端電壓最小時(shí)，電路的磁場(chǎng)能最大解析 電容器極板電荷為零的瞬間，兩板間電壓為零，電場(chǎng)能為零，磁場(chǎng)能最大，電路中電流最大，所以A項(xiàng)不對(duì)。線圈兩端電壓最大時(shí)，即電容器兩板間電壓最大，電場(chǎng)能最大，磁場(chǎng)能為零，電路中電流為零，故B項(xiàng)也不對(duì)。電容器充電時(shí)，極板上的電量增加，電路中電流減小，磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。線圈兩端電壓最小時(shí)，電容器放電完畢，電場(chǎng)能為零，磁場(chǎng)能量大。故選項(xiàng)C、D正確。例2 有一LC振蕩電路，能產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的電磁波，若要產(chǎn)生波長(zhǎng)比原來(lái)短些的電磁波，可采取的措施為 （ ）A增加線圈匝數(shù)B在線圈

8、中插入鐵芯C減小電容器極板正對(duì)面積D減小電容器極板間距離解析 由電磁波波速、波長(zhǎng)、頻率關(guān)系c=f=恒量知，知使減小，只有增大f；由LC回路固有頻率公式可知；欲增大f，應(yīng)減小L或C；由影響L、C大小因素知選項(xiàng)C正確。點(diǎn)評(píng) LC回路的周期和頻率與電容器的電量Q、電容器兩極之間的電壓U、回路中的電流I無(wú)關(guān)，而只取決于電路本身的特征（線圈的自感系數(shù)L和電容器的電容C）。因此LC回路的周期和頻率又稱為固有周期和固有頻率。例3 按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，以下說法中正確的是 （ ）A恒定的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，恒定的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)B變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)C均勻變化的電場(chǎng)周圍

9、產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)，均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生均勻變化的電場(chǎng)D均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電路解析 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的核心內(nèi)容是：變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)；變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。對(duì)此理論應(yīng)全面正確理解為：不變化的電場(chǎng)周圍不產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，也可產(chǎn)生不變化的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場(chǎng)。由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)的規(guī)律與上相同。故此題正確選項(xiàng)是B、D。例4 某時(shí)刻LC振蕩電路的狀態(tài)如圖所示，則此時(shí)刻 （ ）A振蕩電流i在減小B振蕩電流i在增大C電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化D磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化解析 由圖中電容器上極板帶正電荷、下極板帶負(fù)電荷，圖中給出的振蕩

10、電流方向，說明正電荷正向上極板聚集，所以電容器正在充電。電容器充電的過程中，電流減小，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化。所以A、D選項(xiàng)正確。點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵是識(shí)圖。不能只單純看電流方向，還要看電容器極板上電荷的正負(fù)。若圖中電流方向不變，而把電容器上極板畫為帶負(fù)電而下極板帶正電，則是電容器放電（正負(fù)電荷中和）的過程。例5 如圖所示，有一水平放置、內(nèi)壁光滑、絕緣的真空?qǐng)A形管，半徑為R。有一帶正電的粒子靜止在管內(nèi)。整個(gè)裝置處于豎直向上的磁場(chǎng)中，要使帶電粒子能沿管做圓周運(yùn)動(dòng)，所加的磁場(chǎng)可能是 （ ）A勻強(qiáng)磁場(chǎng)B均勻增加的磁場(chǎng)C均勻減小的磁場(chǎng)D由于洛倫茲力不做功，不管加什么磁場(chǎng)都不能使帶電粒子繞管運(yùn)動(dòng)解析 本題是考查麥克斯韋電磁場(chǎng)理論和牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用能力。磁場(chǎng)對(duì)靜止的電荷不產(chǎn)生力的作用，但當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)可產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)帶電粒子產(chǎn)生電場(chǎng)力作用。帶電粒子在電場(chǎng)力作用下可以產(chǎn)生加速度。選項(xiàng)BC正確。例6 某雷達(dá)工作時(shí)，發(fā)射電磁波的波長(zhǎng)=20cm，每秒脈沖數(shù)n=5000，每個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間t=0.02s，問電磁波的振蕩頻率為多少？雷達(dá)最大的偵察距離是多少？解析 電磁波在空中的傳播速度可認(rèn)為等于真空中的光帶c，由波速、波長(zhǎng)和