一、學問網絡

18章:電磁場與電磁波電磁振蕩

LC回路中電磁振蕩過程中電荷、電場。LC電路電流與磁場的變化規律、電場能與磁場能相互變化。分類：阻尼振動和無阻尼振動。LC振蕩周期：T2

。轉變LC就可以轉變T。麥克斯韋電磁電 場理論磁場與電磁電波磁波

變化的電場產生磁場變化的磁場產生電場3.0×108m/s目的：傳遞信息放射 調制：調幅和調頻放射電路：振蕩器、調制器和開放電路。原理：電磁波遇到導體會在導體中激起同頻率感應電流選臺：電諧振接收檢波：從接收到的電磁波中“檢”出需要的信號。接收電路：接收天線、調諧電路和檢波電路應用：電視、雷達。二、重、難點學問歸納振蕩電流和振蕩電路大小和方向都隨時間做周期性變化的電流叫振蕩電流。能夠產生振蕩電流的電路LC回路。在振蕩電路里產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跟電荷和電流相聯系的電場和磁場都發生周期性變化的現象叫電磁振蕩。LC電路的振蕩過程:在LC電路中會產生振蕩電流，電容器放電和充電，電路中的電流強度從小變大，再從大變小，振蕩電流的變化符合正弦規律．當電容器上的帶電量變小時，電路中的電流變大，當電容器上帶電量變大時，電路中的電流變小LC電路中能量的轉化:a、電磁振蕩的過程是能量轉化和守恒的過程．電流變大時，電場能轉化為磁場能，電流變小時，磁場能轉化為電場能。b、電容器充電完畢時，電容器的極板上的電量最多，電場能最大，磁場能最小；電容器放電完畢時，電容器的極板上的電量為零，電場能最小，磁場能最大．cLCEE磁在轉化過程中的總和不變。回路中電流越大時，L中的磁場能越大。極板上電荷量越大時，C中電場能越大〔板間場強越大、兩板間電壓越高、磁通量變化率越大。LC電路的周期公式及其應用LCLC回路的固有周期和固有頻率，與電容器帶電量、極板間電壓及電路中電流都無關，只取決于線圈的自感系數L及電容器的電容C。LC2π LC頻率的打算式：f2π LC2、電磁場麥克斯韋電磁理論:變化的磁場能夠在四周空間產生電場(這個電場叫感應電場或渦旋場，與由電荷激發的電場不同，它的電場線是閉合的，它在空間的存在與空間有無導體無關)，變化的電場能在四周空間產生磁場。a、均勻變化的磁場產生穩定的電場，均勻變化的電場產生穩定的磁場；b、不均勻變化的磁場產生變化的電場，不均勻變化的電場產生變化的磁場。c、振蕩的(即周期性變化的)磁場。d,稱為電磁場。電場和磁場只是這個統一的電磁場的兩種具體表現。3、電磁波：的電磁場在空間以肯定的速度傳播的過程叫做電磁波。電磁波是橫波。E與B的方向彼此垂直，而且都跟波的傳播方向垂直，因此電磁波是橫波。電磁波的傳播不需要靠別的物質作介質，在真空中也能傳播。在真空中的波c=3.0×108m/s。振蕩電路放射電磁波的過程，同時也是向外輻射能量的過程．電磁波三個特征量的關系：v=λf4、電視和雷達〔1〕電視放射、接收的根本原理a電磁波放射出去．b、接收：天線接收到電磁波后產生感應電流，經過調諧、解調等處理，將得到的圖像信號和伴音信號送到顯像管和揚聲器．c可能大的空間、必需不斷地補充能量。〔2〕雷達a、雷達是利用定向放射和接收不連續的無線電波，依據時間間隔測量距離的．b、雷達放射的無線電波是微波，波長短、直線性好、反射性能強．三、典型例題例1、某時刻LC回路中電容器中的電場方向和線圈中的磁場方向如右圖18-1所示。則這時電容器正在〔充電還是放電，電流大小正 〔增大還是減小。解析：用安培定則可知回路中的電流方向為逆時針方向，而上極板是正極板，所以這時電容器正在充電；由于充電過程電場能增大，所以磁場能減小，電流在減小。

18-1點撥：此題是一個根底題，考察的是振蕩電路中電路電流與磁場的變化規律。小試身手、如下圖的圖18-2的4個圖中，開關先撥向位置1，然后撥向位置2時，電路中能夠產生振蕩電流的是( )18-2LC量q隨時間t變化的圖像如圖18-3所示，由圖可知( A、t1、t3兩個時刻電路中電流最大，且方向一樣；B、t1、t3兩個時刻電路中電流最大，且方向一樣

18-3C、t2、t4兩個時刻電路中電流最大，且方向一樣D．t2、t4兩個時刻電路中電流最大，且方向相反18-4例2、圖18-4所示為LC振蕩電路中電容器極板上的電量q隨時間t變化的曲線，由圖18-418-4At時刻，電路中磁能最小1Bt-t

時刻，電路中電流值不斷變小1 2Ct-t

時刻，電容器不斷充電2 3Dt時刻，電容器的電場能最小2LCq多的時候，兩板間電場的電場能也隨之增多；電量q少的時候，兩板間電LC電路振蕩過程中線圈電阻發熱以及向空間輻射量應保持不變。〔〕在t時刻，電容器極板上電量q為最大值，兩板間電場能為最大，線圈中磁場能1A〔2〕t~t時刻，電容器極板上電量q從正的峰值降為零值，1 2B〔3〕從t~tq又不斷增大，說明電容器正在反向充電。選2 3C〔4〕t時刻，電容器放電完畢，極板上電量為零，電場能也為零，已全部轉4化為磁場能。選項D正確。此題選項A、C、D正確。LC電路中能量的轉化和電路中電流與磁場的變化規律。小試身手、在LC電路發生電磁振蕩的過程中，在電容器放電完畢的時刻〔〕A、電路中的電流為零B．電容器極板間的場強為零C．電場能全部轉變為磁場能D．磁場能全部轉變為電場能、LC電路發生電磁振蕩的過程中，當電感線圈無電流時(工藝)A、電感線圈的磁場能到達最大B．電容器內的電場能為零C．電感線圈的磁場能為零D．電容器所帶電量為零2.3．在LC振蕩電路中，當電容器的電量最大時( A、電場能開頭向磁場能轉化B．電場能正在向磁場能轉化C．電場能全部轉化為磁場能D．磁場能正在向電場能轉化例318-5中電容器的電容都是C=4×10-6F，電感都是=×10－HK先接KbK先閉合，穩定后斷開。兩LCt=3.14×10－4s時刻，C1的上LC極板正在 電,帶 電；L2中的電流方向向 ，磁場能正在 。LC

18-5解析：先由周期公式求出T2

1.2104s,

t=3.14×10－4s時刻是開頭振蕩后的1.2Tq-t圖像〔以上極板帶正電為正〕和與右圖對應的i-t圖像〔以LC回路中有逆時針方向電流為正1.2Tq-t充正電；從右圖18-6i-t圖像看出，L2中的電流向左，正在增大，所以磁場能正在增大。

18-6點撥：此題是一個簡潔計算題，考察的是LC電路中能量的轉化、電路中電流與磁場的變化規律和電磁振蕩的周期。小試身手3.1、無線電放射機的LC振蕩電路的電感L固定，當電容器的電容為C時，它產生的振蕩電流的周期為T；當電容器的電容調為4C時，它產生的振蕩電流的周期變為( )A、4T；B．T/4；C．2T；D．T/2在LC振蕩電路中，以下可以使振蕩頻率增大一倍的方法是( A、自感L和電容C都減小一半B．自感L增大一倍，電容C減小一半C．自感L和電容C都增大一倍D．自感L減小一半，電容C增大一倍一個可變電容器的電容變化范圍是5～250PF，用這個電容器和肯定值電感組成振蕩回路，其振蕩頻率的最大值約為最小值的 倍．4mq的粒子，的磁感應強度為B。用LC振蕩器作為高頻電源對粒子加速，該振蕩器的電感L和電容C的乘積應滿足什么條件？也不斷增大，但粒子做勻速圓周運動的周期未變，這個周期T的大小，可以通過列動力學1LC振蕩器作高頻電源，其振蕩周期TLC的關2系，也可以用LC振蕩的周期公式表達出來。盤旋正常工作時，帶電粒子在勻強磁場TLC振蕩器的周期。據此可以找到振蕩器的電感L和電1oC的乘積應當滿足的條件。qvB=

r

① T=1

2πr ②vT

=2πm

T=2π ④LC，LC振蕩的周期公式為：2LC1 Bq T=T ⑤1 2LC=

m2B2q2答：該振蕩器的電感L和電容C的乘積應滿足LC=m2/B2q2。點撥：此題是一個綜合計算題，主要是考察對LC振蕩的周期公式，帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動時，它的周期T=2πm與粒子的運動速率、軌道半徑無關。盤旋就Bq是利用這一運動特性與高頻電源奇異協作實現對帶電粒子的反復加速。小試身手、依據麥克斯韋電磁理論，以下說法正確的選項是〔〕A、在電場四周肯定產生磁場，在磁場四周肯定產生電場B．在變化的電場四周肯定產生變化的磁場，在變化的磁場四周肯定產生變化電場C．在均勻變化的電場四周肯定產生均勻變化的磁場，在均勻變化的磁場四周肯定產生均勻變化的電場D．在振蕩的電場四周，肯定產生同頻率的振蕩的磁場，在振蕩的磁場四周肯定產生同頻率的振蕩的電場、關于電磁場理論，以下說法正確的選項是〔 〕A、在任何變化的電場四周肯定能產生變化的磁場B．在任何電場的四周空間肯定存在磁場C．均勻變化的電場四周肯定產生均勻變化的磁場D．振蕩電場的四周空間產生周期性變化的磁場例5、無線電播送中波段的波長范圍為187~560米，為了避開鄰臺干擾，兩個相鄰電臺的頻率至少相差104赫，則在此波段中，最多能容納的電臺數約〔〕A、500個 B、100個 C、187個 D、20個。解析：由v=λf可先得出整個頻率范圍，f

=C/λ

=3×108/560=5.357×105Hz,f

=C/λ=3×108/187=16.043×105Hz,min

min

max

max故可容納電臺數N=(f答案：B

－fmax

)/104=108個min點撥：此題是一個簡潔計算題，考察對電磁波三個量之間的關系。.v=λf也是我們要求把握的公式。小試身手、建立完整的電磁場理論并首先預言電磁波存在的科學家是〔 〕A、法拉第；B．奧斯特；C．麥克斯韋；D．楞次、關于電磁場和電磁波，以下說法中正確的選項是〔 〕A、磁場在它四周空間能產生電場，電場也能在它四周空間產生磁場B．電磁波必需依靠介質來傳播C．放射電磁波的兩個重要條件是承受高頻和開放性LC電路D．只有非均勻變化的電場，才能產生變化的磁場；只有非均勻變化的磁場，才能產生變化的電場5.3．電磁波在真空中的傳播速度是〔 〕A．頻率越高，傳播速度越大B．波長越長，傳播速度越大C．電磁波能量越大，傳播速度越大D．頻率、波長、能量都不影響電磁波在真空中的傳播速度5.4．為使放射的電磁波的波長增加為原來的兩倍，可以將振蕩電路的電容〔 〕A、變為原來的兩倍；B．變為原來的一半C．變為原來的四倍；D．變為原來的四分之一例6、某防空雷達放射的電磁波頻率為f=3×103MHz，屏幕上尖形波顯示，從放射到承受經受時間Δt=0.4ms，那么被監視的目標到雷達的距離為 km。該雷達發出的電磁波的波長為m。解析：由s=cΔt=1.2×105m=120km。這是電磁波來回的路程，所以目標到雷達的距離為60kmc=fλ可得λ=0.1m答案：120km、0.1m.c=fλ的計算和記憶.。小試身手6.1、以下關于電視放射原理的說法正確的選項是〔〕A．電視節目的光信號是通過電子槍掃描而轉換成電信號B．電視節目的聲信號是通過電子槍掃描而轉換成電信號C．電視放射天線放射的是包括聲、光信號的電磁波D．電視放射天線放射的電磁波只包括光信號6.2．以下說法正確的選項是〔〕A雷達是利用微波無線電脈沖測定物體位置或測距的無線電設備B．雷達測量遙遠物體的時候，放射的是長波無線電脈沖C．雷達是利用物體對于無線電波的反射來測得物體距離和方位的D．雷達可以探測飛機、艦艇、、臺風、雷雨云和不明飛行物等6.3以下關于電視接收原理的說法，正確的選項是〔〕A．電視接收天線接收到的電磁波中包括有圖像信號和伴音信號B．電視接收天線接收到電磁波經過處理復原成圖像，無線上并不產生感應電流C．電視接收機通過電子槍的掃描顯示電視節目的圖像信號D．電視接收機通過電子槍的掃描后，經揚聲器得到電視節目的伴音信號四、章節練習一、填空題電磁波可以通過電纜、進展有線傳播，也可以實現傳輸。電磁波在真空中的傳播速度大小為 ｍ/ｓ；地球上一放射器向月球放射電磁波，需經 ｓ的時間才能承受到反射波〔地球與月球間的距離為3.84×15k。3.600kHz1.5MHz的電磁波其波長由m到m．4.一列真空中的電磁波波長為=30ｍ，它的頻率是波速變為原來的3/4，此時它的頻率是Hz。Hz。當它進入水中后，把聲音、圖像等信號加載到高頻電磁波上的過程，稱為 。信號的調制方式有調幅信號和 兩種方式。其中 信號由于抗干擾力量強，操作性強，因此高質量的音樂和語言節目，電視伴音承受這種信號調制方式。18-7LC振蕩電路中，電容為C，線圈自感系數為L，電容器在圖示時LC刻的電荷量為Q，假設這時電容器正在放電電荷量放至為零時所需時間為1 ，LC3假設圖示時刻電容器正在充電,則充電至最大電荷量的時間為 ．18-8所示，M是通電螺線管，通以如下圖的溝通電.N為環t 形鋁圈，與螺線管共軸放置，圖中表示電流i的箭頭所指方向為正，那么在 ~ 時間內，鋁圈受到向 的t 1 2力．(填左、右)

18-7有些動物在夜間幾乎什么都看不到，而貓頭鷹在夜間卻有很好的視力，這是由于它能對某個波段的光線產生視覺。依據熱

18-8輻射理論，物體發出光的最大波長 與物體確實定溫度T滿足關系式T =2.9×103m mｍ·Ｋ，假設貓頭鷹的獵物——蛇在夜間體溫是27℃，則它發出光的最大波長為ｍ，屬于 波段。二、選擇題建立完整的電磁場理論并預言電磁波存在的科學家是 ( )A．法拉第 B．奧斯特 C．赫茲 D．麥克斯韋關于電磁場和電磁波的正確說法是 ( )電場和磁場總是相互聯系的，它們統稱為電磁場B．電磁場由發生的區域向遠處的傳播形成電磁波C．在電場四周肯定產生磁場，磁場四周肯定產生電場D．電磁波是一種波，聲波也是一種波，理論上它們是同種性質的波動依據麥克斯韋電磁理論，如下說法正確的選項是( A．變化的電場肯定產生變化的磁場B．均勻變化的電場肯定產生均勻變化的磁場C．穩定的電場肯定產生穩定的磁場D．振蕩交變的電場肯定產生同頻率的振蕩交變磁場以下有關在真空中傳播的電磁波的說法正確的選項是( )A．頻率越大，傳播的速度越大B．頻率不同，傳播的速度一樣C．頻率越大，其波長越大D．頻率不同,傳播速度也不同假設你認真看書，就會覺察機械波和電磁波有很多可比之處，小王同學對此作了一番比較后，得到如下結論，你認為是錯誤的選項是 ( )A．機械波的傳播依靠于介質，而電磁波可以在真空中傳播B．機械波可能是縱波，也可能是橫波，電磁波肯定是橫波C．機械波和電磁波都能產生反射、折射、干預和衍射現象D．當機械波和電磁波從空氣中進入水中時，頻率不變，波長和波速都變小電磁波在傳播過程中，保持不變的物理量是 ( )頻率 B．波長 C．振幅 D．波速如圖18-9所示，先把開關S撥到b，電容器充電，再把開關撥到在電磁振蕩過程中以下說法中正確的選項是( )A、電容器開頭放電時，電路中電流最大B．電容器放電完畢時，電路中電流為零C．電路中電流最大時，磁場能最小D．電容器開頭充電時，磁場能最大18-10LC振蕩電路的固有周期為T，現將開關

18-9S先接至b，待電容器充電后，再將S接至a，經T/2，則( )A、電容器內電場最強。強方向向下線圈L電容器C內的電場能全部轉化為L假設開頭充電較多，則放電時間將變長

18-10要增加LC振蕩電路的固有周期，以下方法中可行的是( )A、增加電容器兩板電壓 B．減小振蕩電路中的電容C．減小振蕩線圈的截面積 D．振蕩線圈中插入鐵芯〔〕兩極板間的電壓和場強都將漸漸減小B.兩極板間的電壓不變，場強漸漸減小C.兩極板間將產生順時針方向的磁場D.兩極板間將產生逆時針方向的磁場19、轉換電視頻道，選擇自己寵愛的電視節目，稱為 ( A．調幅 B．調頻 C．調制 D．調諧203×108ｍ/ｓ，50ｍ的無線電波，那么收音機接收這個電臺時調諧的頻率應工作在 ( )A．150MHz B．500MHz C．6.00MHz D．3.00MHz21.關于電磁波的放射與接收，以下說法中正確的選項是 ( )A．調頻與調幅都是用高頻載波發送信號，原理一樣，無本質區分B．解調是將低頻信號加載到高頻電磁波上進展放射傳送的過程C．手持移動與其他用戶通話時，要靠較大的固定的無線電臺轉送D．調諧就是將接收電路的振幅調至與電磁載波的振幅一樣用遙控器調換電視機的頻道的過程實際上就是傳感器把光信號轉化為電信號的過程。以下屬于這類傳感器的是 ( )紅外報警裝置 B．走廊照明燈的聲控開關C．自動洗衣機中的壓力傳感裝置 D．電飯煲中掌握加熱和保溫的溫控器一個電子合同號一個固定不變的質子運動的過程中，則〔〕有可能放射電磁波B．不行能放射電磁波C．電子和質子組成的系統能量肯定守恒D．電子和質子組成的系統動量肯定守恒三、計算題某振蕩電路承受可變電容器390pF520kHz,當電容器電容調到39pF時，其振蕩頻率是多少?該振蕩電路的波長范圍是多少?一長波的波長是30km，該波從地球傳到月球約需1.3s，則在這一段距離內可排滿幾個波長？18-11C，與自感系LLCK1CK2(1)再過多少時間，