高中物理電磁場(chǎng)與電磁波部分專題講練

1、電磁場(chǎng)與電磁波專題講練1、 考綱要求十二、電磁振蕩和電磁波內(nèi)容要求說明86電磁場(chǎng)電磁波電磁波的周期、頻率、波長和波速87無線電波的發(fā)射和接收88電視雷達(dá)  本部分內(nèi)容在高考中很少出現(xiàn)，只要求做簡單的了解。1、 典例分類評(píng)析1、 電磁振蕩：電磁振蕩現(xiàn)象概念：物理上把大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流，叫做振蕩電流.能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做振蕩電路.由自感線圈和電容器組成的振蕩電路，稱為LC回路.（如下圖是）電磁振蕩抽象，過程復(fù)雜，難以理解，要抓住問題的本質(zhì)、關(guān)鍵，即電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能交替轉(zhuǎn)化。L、C上的變化情況如下圖所示。放電過程：在放電過程中，q、u、E電場(chǎng)能i、B、E磁場(chǎng)能，電容器

2、的電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)變成線圈的磁場(chǎng)能。放電結(jié)束時(shí)，q=0， E電場(chǎng)能=0，i最大，E磁場(chǎng)能最大，電場(chǎng)能完全轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能。q=Qm i=0CL+ + + + CLq=0 i=Im+ + + + q=Qm i=0CL充電qi放 電q i充電qi一個(gè)周期性變化放 電q iCLq=0 i=Im充電過程：在充電過程中，q、u、E電場(chǎng)能I、B、E磁場(chǎng)能，線圈的磁場(chǎng)能向電容器的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化。充電結(jié)束時(shí)，q、E電場(chǎng)能增為最大，i、E磁場(chǎng)能均減小到零，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化結(jié)束。當(dāng)電容C中儲(chǔ)存電場(chǎng)能最大時(shí)(帶電量、場(chǎng)強(qiáng)值最大、電壓最高)，電路中電流為零。磁場(chǎng)能為零。隨著電容C逐漸放電，電場(chǎng)能電(帶電量Q，電壓U)逐漸減小，

3、而磁場(chǎng)能磁(電流i)將逐漸增大。電磁振蕩的特點(diǎn)：LC回路工作過程具有對(duì)稱性和周期性，可歸結(jié)為：兩個(gè)物理過程：放電過程；電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，q i充電過程：磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，q i兩個(gè)特殊狀態(tài)：放電完畢狀態(tài)：電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化完畢，磁場(chǎng)能最大，電場(chǎng)能最小。充電完畢狀態(tài)：磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化完畢，電場(chǎng)能最大，磁場(chǎng)能最小。電磁振蕩的變化規(guī)律：總能量守恒 電場(chǎng)能 磁場(chǎng)能 恒量電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能交替轉(zhuǎn)化放電充電同步變化同步變化電場(chǎng)能 磁場(chǎng)能電容器電壓電容器帶電量 電路中電流(1)(2)步 調(diào) 相 反電磁振蕩變化規(guī)律的圖象描述ot電場(chǎng)能ot磁場(chǎng)能otiotq(u)ito無阻尼振蕩和阻尼振蕩(1)無阻尼振蕩：振

4、蕩電路中，若沒有能量損耗，則振蕩電流的振幅將不變，叫做無阻尼振蕩（或等幅振蕩），如圖所示。ito(2)阻尼振蕩：任何振蕩電路中，總存在能量損耗，使振蕩電流的振幅逐漸減少，叫做阻尼振蕩（或減幅振蕩），如圖所示。2、電磁振蕩的周期和頻率(1)電磁振蕩的周期和頻率周期：電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時(shí)間叫周期，用T表示.。頻率：一秒鐘完成周期性變化的次數(shù)叫頻率，用f表示。(2)固有周期和固有頻率自由振蕩振蕩電路中發(fā)生電磁振蕩時(shí)，如果沒有能量損失，也不受其他外界的影響，這樣的振蕩叫做自由振蕩。固有周期和固有頻率自由振蕩的周期和頻率叫做振蕩電路的固有周期和固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率。固有周期和

5、固有頻率由振蕩電路本身的特點(diǎn)所決定。（3）與LC回路周期和頻率有關(guān)的因素LC回路的周期和頻率與電容器的電容C和線圈的自感系數(shù)L有關(guān)。電容或電感增加時(shí)，周期變長，頻率變低；電容或電感減小時(shí)，周期變短，頻率變高；（4)LC回路的周期和頻率只與電容和自感系數(shù)有關(guān).公式：T=2 f=例1、已知LC振蕩電路中電容器的極板1上的電量隨時(shí)間變化曲線如圖所示，則：( )A. a、c兩時(shí)刻電路中電流最大，方向相同。B. a、c兩時(shí)刻電路中電流最大，方向相反。C. b、d兩時(shí)刻電路中電流最大，方向相同。D. b、d兩時(shí)刻電路中電流最大，方向相反。例2、下圖（a）中LC振蕩回路中電流隨時(shí)間的變化關(guān)系圖像，如圖（b）

6、所示，在t=0時(shí)刻，電容器M板帶正電，在某段時(shí)間里，電路中的磁場(chǎng)能在減小，M板仍帶正電，則這段時(shí)間是圖b中的A.Oa段 B.ab段 C.bc段 D.cd段例3、一個(gè)LC回路能夠產(chǎn)生535 kHz到1605 kHz的電磁振蕩，如線圈不變，可變電容的最大電容量和最小電容量之比應(yīng)是（ ）A.31B.21C.91D.41例4、要使LC振蕩電路的周期變大，可用的方法是( )A.增大電容器初始帶電量B.在線圈中插入鐵芯C.增大電容器兩極板間的正對(duì)面積D.增大平行板電容器兩極板間的距離例5、LC回路振蕩的某時(shí)刻線圈中的磁場(chǎng)方向如下圖所示，下列說法正確的是（ ）A.若磁場(chǎng)正在減弱，則極板A帶負(fù)電B.若電容器正

7、在放電，則極板A帶負(fù)電C.若電路中電流正在增大，則極板A的帶電量正在減小D.若電容器正在放電，則線圈的自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流減小2、電磁場(chǎng)：變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系，形成一個(gè)統(tǒng)一的場(chǎng)叫電磁場(chǎng)；麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩大支柱（1）變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)（2）變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。電磁波：(1)電磁波：電磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)地傳播，就形成電磁波。(2)發(fā)射電磁波的條件第一，要有足夠高的振蕩頻率。第二，振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到盡可能大的空間，才能有效地把電磁場(chǎng)的能量傳播出去。電磁波的特點(diǎn)(1)電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相垂直，并且都與波的傳播方向垂直，即電磁波是橫波。(2)三個(gè)特征量的關(guān)系v/Tf(4)電磁波可以

8、在真空中傳播，向周圍空間傳播電磁能，在傳播過程中，電磁波能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射。例1、關(guān)于電磁場(chǎng)理論，下列說法正確的是（ ）A.在電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生電場(chǎng)B.在變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C.均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)D.周期性變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)例2、如圖所示,內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi),有一直徑略小于環(huán)口徑的帶正電的小球,以速率V0沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng).若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間成正比增加的變化磁場(chǎng).設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中小球帶電量不變,那么( ).A、小球?qū)ΣＡЛh(huán)的壓力一定不斷

9、增大B、小球受到的磁場(chǎng)力一定不斷增大C、小球先沿逆時(shí)針方向減速運(yùn)動(dòng),過一段時(shí)間后沿順時(shí)針方向加速運(yùn)動(dòng)D、磁場(chǎng)力對(duì)小球一直不做功例3、電磁波和機(jī)械波相比較，下列說法正確的有（ ）A.電磁波傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波傳播需要介質(zhì)B.電磁波在任何物質(zhì)中傳播速度都相同，機(jī)械波波速大小決定于介質(zhì)C.電磁波、機(jī)械波都不會(huì)產(chǎn)生衍射D.電磁波和機(jī)械波都不會(huì)產(chǎn)生干涉例4、以下關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波的正確說法是 （ ） A電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，它們統(tǒng)稱為電磁場(chǎng)B. 電磁場(chǎng)由發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播就是電磁波C電磁波傳播速度總是3×108 m/sD電磁波是一種物質(zhì)，不可以在真空中傳播3、無線電波的分段(1)無線

10、電波：無線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無線電波。(2)無線電波的分段無線電波的波長從幾毫米到幾十千米。通常根據(jù)波長或頻率把無線電波分成幾個(gè)波段，如下表所示：波段波長頻率傳播方式主要用途長波30 000m3 000m10 kHz100 kHz地波超遠(yuǎn)程無線通訊和導(dǎo)航中波3 000m200m100 kHz1 500 kHz地波和天波調(diào)幅無線電廣播、電報(bào)、通信中短波200m50m1500 kHz6 000 kHz短波50m10m6MHz30 MHz天波微波米波10m1m30MHz300MHz近似直線傳播調(diào)頻無線電廣播、電視、導(dǎo)航分米波1 m0.1m300 MHz3 000 MHz直線傳播電視、雷達(dá)、導(dǎo)航

11、厘米波10cm1cm3 000 MHz30 000 MHz毫米波10mm1mm30000MHz300 000 MHz4、無線電波的發(fā)射在無線電波的發(fā)射過程中，需要將被傳遞的信號(hào)如聲音、圖象等信號(hào)附加到高頻振蕩信號(hào)上向外發(fā)射出去，下面就學(xué)習(xí)無線電波的發(fā)射。(1)發(fā)射電路實(shí)際應(yīng)用中的開放電路，線圈下部用導(dǎo)線接地，這條導(dǎo)線叫做地線；線圈上部接到比較高的導(dǎo)線上，這條導(dǎo)線叫做天線（圖示右部）。無線電波就由這樣的開放電路發(fā)射出去。電視發(fā)射塔建得很高，是為了使無線電波發(fā)射得較遠(yuǎn)。在實(shí)際發(fā)射無線電波的裝置中，在上面所說的開放電路旁還需加一個(gè)振蕩器電路與之耦合（圖示左部）。LC振蕩器電路產(chǎn)生的高頻振蕩電流通過L

12、2與L1的互感作用，使L1也產(chǎn)生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開放電路中激發(fā)出無線電波，向四周發(fā)射。 (2)調(diào)制調(diào)制：要傳遞的信號(hào)附加到高頻等幅振蕩電流上的過程叫調(diào)制。調(diào)制的兩種方式：制分調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式。a調(diào)幅使高頻振蕩的振幅隨信號(hào)而改變叫做調(diào)幅。調(diào)幅廣播(AM)一般使用中波和短波的波段。b調(diào)頻使高頻振蕩的頻率隨信號(hào)而改變叫做調(diào)頻。調(diào)頻廣播(FM)和電視廣播都采用調(diào)頻的方法來調(diào)制，通常使用微波中的甚高頻(VHF)和超高頻(UHF)波段。 26、電波的接收(1)電諧振接收電磁波時(shí)，首先要從諸多的電磁波中把我們需要的選出來，通常叫做選臺(tái)。這就要設(shè)法使我們需要的電磁波在接收天線中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)

13、。在無線電技術(shù)里，是利用電諧振來達(dá)到這個(gè)目的的。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，相當(dāng)于機(jī)械振動(dòng)中的共振。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)象叫電諧振。(2)調(diào)諧和調(diào)諧電路使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。 (3)檢波和檢波電路由調(diào)諧電路接收到的感應(yīng)電流，是經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩電流，還不能使我們直接感受到所需要的信號(hào)。例如在收音機(jī)中，這種高頻振蕩電流不能使耳機(jī)或揚(yáng)聲器的振動(dòng)片振動(dòng)發(fā)聲。要聽到聲音，必須從高頻振蕩電流中“檢”出聲音信號(hào)，使揚(yáng)聲器(或耳

14、機(jī))中的動(dòng)片隨聲音信號(hào)振動(dòng)。從接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號(hào)，叫做檢波。檢波是調(diào)制的逆過程，因此也叫解調(diào)。右圖中L2、D、C2和耳機(jī)共同組成檢波電路。 檢波之后的信號(hào)再經(jīng)過放大、重現(xiàn)，我們就可以聽到或看到了。現(xiàn)在移動(dòng)電話的使用十分普遍、無繩電話、尋呼機(jī)也走入人們的生活，這些都是借助電磁波來傳遞信息的。例題：調(diào)諧電路中可變電容器的動(dòng)片從完全旋入到完全旋出仍接收不到某較高頻率電臺(tái)發(fā)出的電信號(hào)，要收到該電臺(tái)的信號(hào)，應(yīng)該怎么辦？CA增加調(diào)諧電路線圈的匝數(shù)B加大電源電壓C減少調(diào)諧電路線圈的匝數(shù)D減小電源電壓例題： 電子感應(yīng)加速器是利用變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)來加速電子的。在圓形磁鐵的兩極之間有一環(huán)形真

15、空室，用交變電流勵(lì)磁的電磁鐵在兩極間產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，從而在環(huán)形室內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)，使電子加速。被加速的電子同時(shí)在洛倫茲力的作用下沿圓形軌道運(yùn)動(dòng)。設(shè)法把高能電子引入靶室，能使其進(jìn)一步加速。在一個(gè)半徑為r=0.84m的電子感應(yīng)加速器中，電子在被加速的4.2ms內(nèi)獲得的能量為120MeV。這期間電子軌道內(nèi)的高頻交變磁場(chǎng)是線性變化的，磁通量從零增到1.8Wb，求電子共繞行了多少周？解：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，環(huán)形室內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E= 429V，設(shè)電子在加速器中繞行了N周，則電場(chǎng)力做功NeE應(yīng)該等于電子的動(dòng)能EK，所以有N= EK/Ee，帶入數(shù)據(jù)可得N=2.8×105周。例題：如圖所示，半徑為

16、 r 且水平放置的光滑絕緣的環(huán)形管道內(nèi)，有一個(gè)電荷量為 e，質(zhì)量為 m 的電子。此裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系式為 B=B0+kt（k>0）。根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，均勻變化的磁場(chǎng)將產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)，該感應(yīng)電場(chǎng)對(duì)電子將有沿圓環(huán)切線方向的作用力，使其得到加速。設(shè)t=0時(shí)刻電子的初速度大小為v0，方向順時(shí)針，從此開始后運(yùn)動(dòng)一周后的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，則此時(shí)電子的速度大小為 A. B. C. D.解：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=kr2，電場(chǎng)方向逆時(shí)針，電場(chǎng)力對(duì)電子做正功。在轉(zhuǎn)動(dòng)一圈過程中對(duì)電子用動(dòng)能定理：，B正確；由半徑公式知，A也正確，答案為AB。例題：如圖所示，平行板電容器和電池組相連。用絕緣工具將電容器兩