電磁波和相對論簡介一、電磁振蕩1．振蕩電路：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變兒的電流叫做振蕩電流，能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路，LC回路是一種簡單的振蕩電路。2．LC回路的電磁振蕩過程：可以用圖象來形象分析電容器充、放電過程中各物理量的變化規(guī)律，如圖所示213．LC回路的振蕩周期和頻率21高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)注意：（1）LC回路的T、f只與電路本身性質(zhì)L、C有關(guān)（2）電磁振蕩的周期很小，頻率很高，這是振蕩電流與普通交變電流的區(qū)別。4、分析電磁振蕩要掌握以下三個(gè)要點(diǎn)（突出能量守恒的觀點(diǎn)）：⑴理想的LC回路中電場能E電和磁場能E磁在轉(zhuǎn)化過程中的總和不變。⑵回路中電流越大時(shí)，L中的磁場能越大（磁通量越大）。⑶極板上電荷量越大時(shí)，C中電場能越大（板間場強(qiáng)越大、兩板間電壓越高、磁通量變化率越大）。4、LC回路中的電流圖象和電荷圖象總是互為余函數(shù)。5、注意特殊點(diǎn)和過程a.充電完畢和放電完畢時(shí)的特點(diǎn)iqtiqttoo放電充電放電充電c.電場能和磁場能的轉(zhuǎn)化的臨界狀態(tài)d.電流在什么時(shí)候方向改變aKbC1L1L2C2K【例1】右邊兩圖中電容器的電容都是C=4×10-6F，電感都是L=9×10－4H，左圖中電鍵K先接a，充電結(jié)束后將K扳到b；右圖中電鍵K先閉合，穩(wěn)定后斷開。兩圖中LC回路開始電磁振蕩t=3.14×10－4s時(shí)刻，C1的上極板正在____aKbC1L2C2Kq，iOt5T/6解：先由公式求出=1.2π×10－4s，高考資源網(wǎng)t=3.14×10－4s時(shí)刻是開始振蕩后的。再看與左圖對應(yīng)的q-t圖象（以上極板帶正電為正）和與右圖對應(yīng)的i-t圖象（以LC回路中有逆時(shí)針方向電流為正），圖象都為余弦函數(shù)圖象。在時(shí)刻，從左圖對應(yīng)的q-t圖象看出，上極板正在充正電；從右圖對應(yīng)的i-t圖象看出，q，iOt5T/6二、電磁場和電磁波1．麥克斯韋的電磁場理論（1）變化的磁場（電場）能夠在周圍空間產(chǎn)生電場（磁場）；（2）均勻變化的磁場（電場）能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的電場（磁場）；（3）振蕩的磁場（電場）能夠在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場（磁場）；可以證明：振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場；振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場。點(diǎn)評：變化的磁場在周圍激發(fā)的電場為渦旋電場，渦旋電場與靜電場一樣，對電荷有力的作用，但渦旋電場又于靜電場不同，它不是靜電荷產(chǎn)生的，它的電場線是閉合的，在渦旋電場中移動(dòng)電荷時(shí)，電場力做的功與路徑有關(guān)，因此不能引用“電勢”、“電勢能”等概念。另外要用聯(lián)系的觀點(diǎn)認(rèn)識規(guī)律，變化的磁場產(chǎn)生電場是電磁感應(yīng)的本質(zhì)。v0B【例2】右圖中，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，正以速率v0沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若在此空間突然加上豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度v0BA.小球?qū)ΣＡЛh(huán)的壓力不斷增大高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)B.小球受到的磁場力不斷增大高考資源網(wǎng)C.小球先沿逆時(shí)針方向做減速運(yùn)動(dòng)，過一段時(shí)間后，沿順時(shí)針方向做加速運(yùn)動(dòng)D.磁場力一直對小球不做功分析：因?yàn)椴ＡЛh(huán)所處有均勻變化的磁場，在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的渦旋電場，對帶正電的小球做功，由楞次定律，判斷電場方向?yàn)轫槙r(shí)針，在電場力的作用下，小球先沿逆時(shí)針方向做減速運(yùn)動(dòng)，過一段時(shí)間后，沿順時(shí)針方向做加速運(yùn)動(dòng)。小球在水平面內(nèi)沿軌跡半徑方向受兩個(gè)力：環(huán)的彈力N和磁場的洛侖茲力f，而且兩個(gè)力的矢量和始終提供向心力，考慮到小球速度大小的變化和方向的變化以及磁場強(qiáng)弱的變化，彈力和洛侖茲力不一定始終在增大。洛侖茲力始終和運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以磁場力不做功。正確為CD。2．電磁場：按麥克斯韋的電磁場理論，變化電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一場，稱為電磁場。電場和磁場只是這個(gè)統(tǒng)一的電磁場的兩種具體表現(xiàn)。理解電磁場是統(tǒng)一的整體：根據(jù)麥克斯韋電磁場理論的兩個(gè)要點(diǎn)：在變化的磁場的周圍空間將產(chǎn)生渦漩電場，在變化的電場的周圍空間將產(chǎn)生渦漩磁場．當(dāng)變化的電場增強(qiáng)時(shí)，磁感線沿某一方向旋轉(zhuǎn)，則在磁場減弱時(shí)，磁感線將沿相反方向旋轉(zhuǎn)，如果電場不改變是靜止的，則就不產(chǎn)生磁場．同理，減弱或增強(qiáng)的電場周圍也將產(chǎn)生不同旋轉(zhuǎn)方向的磁場．因此，變化的電場在其周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場在其周圍產(chǎn)生電場，一種場的突然減弱，導(dǎo)致另一種場的產(chǎn)生．這樣，周期性變化的電場、磁場相互激發(fā)，形成的電磁場鏈一環(huán)套一環(huán)，如下圖所示．需要注意的是，這里的電場和磁場必須是變化的，形成的電磁場鏈環(huán)不可能是靜止的，這種電磁場是無源場（即：不是由電荷激發(fā)的電場，也不是由運(yùn)動(dòng)電荷-電流激發(fā)的磁場．），并非簡單地將電場、磁場相加，而是相互聯(lián)系、不可分割的統(tǒng)一整體．在電磁場示意圖中，電場E矢量和磁場B矢量，在空間相互激發(fā)時(shí)，相互垂直，以光速c在空間傳播．3．電磁波變化的電場和磁場從產(chǎn)生的區(qū)域由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播開去，就形成了電磁波。有效地發(fā)射電磁波的條件是：①頻率足夠高（單位時(shí)間內(nèi)輻射出的能量P∝f高考資源網(wǎng)4）；②形成開放電路（把電場和磁場分散到盡可能大的空間里去）。（2）電磁波的特點(diǎn)：①電磁波是橫波。在電磁波傳播方向上的任一點(diǎn)，場強(qiáng)E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B均與傳播方向垂直且隨時(shí)間變化，因此電磁波是橫波。②電磁波的傳播不需要介質(zhì)，在真空中也能傳播。在真空中的波速為c=3.0×108m/s。③波速和波長、頻率的關(guān)系：c＝λf注意：麥克斯韋根據(jù)他提出的電磁場理論預(yù)言了電磁波的存在以及在真空中波速等于光速c，后由赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在電磁波和機(jī)械波有本質(zhì)的不同三．無線電波的發(fā)射和接收（1）無線電波：無線電技術(shù)中使用的電磁波（2）無線電波的發(fā)射：如圖所示。①調(diào)制：使電磁波隨各種信號而改變高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)②調(diào)幅和調(diào)頻（3）無線電波的接收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：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程。調(diào)諧電路如圖所示。通過改變電容器電容來改變調(diào)諧電路的頻率。③檢波：從接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號。（4）.電磁波的應(yīng)用廣播、電視、雷達(dá)、無線通信等都是電磁波的具體應(yīng)用。雷達(dá)：無線電定位的儀器，波位越短的電磁波，傳播的直線性越好，反射性能強(qiáng)，多數(shù)的雷達(dá)工作于微波波段。缺點(diǎn)，沿地面?zhèn)鞑ヌ綔y距離短。中、長波雷達(dá)沿地面的探測距離較遠(yuǎn)，但發(fā)射設(shè)備復(fù)雜。高考資源網(wǎng)v0【例3】高考資源網(wǎng)如圖所示，半徑為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)麥克斯韋電磁場理論，均勻變化的磁場將產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，該感應(yīng)電場對電子將有沿圓環(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B1v0A.高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)B.高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)C.高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)D.解：感應(yīng)電動(dòng)勢為E=kr2，電場方向逆時(shí)針，電場力對電子做正功。在轉(zhuǎn)動(dòng)一圈過程中對電子用動(dòng)能定理：kr2e=mv2-mv02，得答案B?！纠?】高考資源網(wǎng)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板間的距離逐漸增大的過程中，關(guān)于電容器兩極板間的電場和磁場，下列說法中正確的是高考資源網(wǎng)【例5】如圖所示，氫原子中的電子繞核逆時(shí)什快速旋轉(zhuǎn)，勻強(qiáng)磁場垂直于軌道平面向外，電子的運(yùn)動(dòng)軌道半徑r不變，若使磁場均勻增加，則電子的動(dòng)能（高考資源網(wǎng)B高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)）A．不變高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)B．增大高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)C．減小高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)高