高二物理电磁波的发现；电磁振荡；无线电波的发射和接收粤教版知识精讲 9页

高二物理电磁波的发现；电磁振荡；无线电波的发射和接收粤教版 ‎ ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ ‎1、电磁波的发现 ‎2、电磁振荡 ‎3、无线电波的发射和接收 二、知识归纳、总结：‎ ‎（一）电磁场 ‎1、电磁场理论的核心之一：变化的磁场产生电场。‎ 变化的磁场在线圈中产生感应电动势。‎ ‎2、电磁场理论的核心之二：变化的电场产生磁场。‎ 麦克斯韦认为：由电现象和磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的观点认为变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。‎ ‎3、麦克斯韦电磁波理论的理解 ‎（1）恒定的电场不产生磁场。‎ ‎（2）恒定的磁场不产生电场。‎ ‎（3）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。‎ ‎（4）均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。‎ ‎（5）振荡电场产生同频率的振荡磁场。‎ ‎（6）振荡磁场产生同频率的振荡电场。‎ ‎4、电磁场 如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……‎ 变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。‎ ‎（二）电磁波 ‎1、电磁波的产生 变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并且由发生的区域向周围空间传播，电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波。‎ ‎2、电磁波的特点 ‎（1）电磁波是横波，在传播方向上的任一点E和B随时间做正弦规律变化，E与B彼此垂直且与传播方向垂直。‎ ‎（2）电磁波的传播不需要介质，在真空中的电磁波的传播速度跟光速相同，即c=3.00×108m/s。‎ ‎（3）电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象，电磁波与物质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象。‎ ‎3、电磁波的波速、波长与频率的关系 ‎ ‎ ‎（三）电磁振荡的产生和过程 ‎1、振荡电流的产生 ‎（1）振荡电流：大小和方向都做周期性变化的电流。‎ ‎（2）振荡电路：能够产生振荡电流的电路。‎ ‎（3）LC回路：如图所示中自感线圈L和电容器C组成的电路，LC回路是一种最简单的振荡电路。‎ ‎2、振荡过程中的电流、极板上的电荷量、电压、电场能和磁场能的对应关系如图所示。‎ 时刻t ‎0‎ T/4‎ T/2‎ ‎3T/4‎ T 电荷量q 最多 ‎0‎ 最多 ‎0‎ 最多 电压U 最大 ‎0‎ 最大 ‎0‎ 最大 电场能E 最大 ‎0‎ 最大 ‎0‎ 最大 电流i ‎0‎ 最大 ‎0‎ 最大 ‎0‎ 磁场能Ei ‎0‎ 最大 ‎0‎ 最大 ‎0‎ 电磁振荡 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量、通过线圈的电流以及跟电流和电荷量相联系的磁场和电场都发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡。‎ ‎3、阻尼振荡和无阻尼振荡 ‎（1）无阻尼振荡：没有能量损耗的电磁振荡，无阻尼振荡必是等幅振荡，如图甲所示。‎ ‎（2）阻尼振荡：有能量损耗的振荡，若能量得不到补充，振幅会逐渐减小，如图乙所示。‎ 甲：无阻尼振荡 乙：阻尼振荡 ‎（四）电磁振荡的周期和频率 ‎1、周期与频率 ‎（1）周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间，用T表示 ‎（2）频率：一秒钟内电磁振荡完成周期性变化的次数，用f表示。‎ ‎（3）周期与频率的关系 ‎2、LC回路的周期和频率 ‎（1）影响因素：‎ 实验表明：电容或电感增加时，周期变长，频率变低；电容或电感减少时，周期变短，频率变高。‎ ‎（2）公式：‎ ‎（五）无线电波的发射和接收 ‎1、无线电波的发射 ‎（1）无线电波及波段划分 ‎（2）发射电磁波的振荡电路的特点 第一：要有足够高的振荡频率，理论研究证明：振荡电路向外界辐射能量的本领，与振荡频率密切相关，频率越高，发射电磁波的本领越大。‎ 第二：振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去，用开放电路可以有效地把电磁波发射出去。‎ ‎（3）无线电波的发射 ‎①调制：在无线电应用技术中，首先将声音、图像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，把要传递的低频波信号“加”到高频电磁波上，使电磁波随各种信号而改变叫调制。‎ ‎②调幅和调频：使高频振荡的振幅随信号的强弱而改变叫做调幅，使高频振荡的频率随信号的强弱而改变叫调频。‎ ‎③无线电波的发射：由振荡器（常用LC振荡电路）产生高频振荡电流，用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流上，再耦合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去。‎ ‎2、无线电波的接收 ‎（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，电谐振是电磁学上的共振现象。‎ ‎（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：从接收到的高频电流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）无线电波的接收：天线接收到的所有的电磁波，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像的过程。‎ ‎【典型例题】‎ 例1、在LC振荡电路中，如果C=100PF，要发出波长为30m的无线电波，应用多大电感的电感线圈？‎ 分析：本题可应用LC电磁振荡电路的周期公式和电磁波的速度、周期、波长关系进行计算。‎ 解：由公式：‎ 得式中 例2、某雷达站正在跟踪一架飞机，此时飞机正朝着雷达站方向匀速飞来，某一时刻雷达发出一个无线电脉冲，经200us后收到反射波，隔0.8s后再发出一个脉冲，经198us收到反射波，求飞机的飞行速度。‎ 分析：以雷达站发出第一个无线电脉冲时开始计时，则在100us时飞机与第一个无线电脉冲相遇，在0.8s+99us时飞机与第二个脉冲相遇，则飞机这两次与脉冲相遇的时间间隔为△t=0.8+99us－100us≈0.8s，在这段时间内飞机的位移为△x=c·100us－c·99us，则由公式：u=可求得飞机的飞行速度。‎ 解：t1=200us=2×10－4s t2=198us=1.98×10－4s 则两脉冲与飞机相遇的时间间隔为：‎ 在这段时间内飞机的位移为：‎ 则飞机的飞行速度为：‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1、下列说法中错误的是（ ）‎ A、质子和电子在一定条件下也能表现出波动性 B、横波、纵波都能发生偏振现象 C、光盘记录信息的密度很高，是利用了激光的平行度好的特点 D、声波和电磁波都能发生多普勒效应 ‎2、甲乙两种单色光均垂直射到一条直光纤的端面上，甲光穿过光纤的时间比乙光的长，则（ ）‎ A、光纤对乙光的折射率较大 B、甲光的光子能量较大 C、用它们分别作为同一双缝干涉装置的光源时，甲光相邻的干涉条纹间距较大 D、甲光的波动性比乙光显著 ‎3、下图所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（灰黑色部分表示亮纹）.则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是（ ）‎ A、红黄蓝紫 B、红紫蓝黄 C、蓝紫红黄 D、蓝黄红紫 ‎4、光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络。下列说法正确的是（ ）‎ A、光纤通信利用光作为载体来传播信息 B、光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理 C、光导纤维传递光信号是利用光的色散原理 D、目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝 ‎5、关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（ ）‎ A、电磁波是横波 B、电磁波的传播需要介质 C、电磁波能产生干涉和衍射现象 D、电磁波中电场和磁场的方向处处相互垂直 ‎6、在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（ ）‎ A、光的折射现象、色散现象 B、光的反射现象、干涉现象 C、光的衍射现象、偏振现象 D、光的直线传播现象、光电效应现象 ‎7、部分电磁波的大致波长范围如图所示。若要利用缝宽与手指宽度相当的缝获得明显的衍射现象，可选用_______波段的电磁波，其原因是________________。‎ ‎【试题答案】‎ ‎1、B 2、B 3、B 4、AD 5、ACD 6、C ‎7、微波；要产生明显的衍射现象，波长应与缝的尺寸相近。‎