第四章 电磁振荡与电磁波（图文版知识清单）物理人教版选择性必修第二册

电磁振荡-知识清单 电磁振荡的产生 1.振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。 2.振荡电路：能产生振汤电流的电路。 3.LC振荡电路：如图，当电容器充电后将开关置于线圈一侧时， 由电感线圈L和电容器C组成的电路，就是最简单的振荡电路， 称为LC振荡电路。 二、 LC振荡电路的放电、充电过程及能量变化 1.放电过程 ①图a为开关掷向线圈一侧的瞬间，即电容器刚要放电的瞬间，电 路中没有电流，电容器两极板上的电荷最多，电容器里的电场最 强，电容器开始放电。 2 由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零 逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少，电容器里的电场 逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强。 a ③放电完毕时，放电电流达到最大值，电容器极板上没有电荷。 该过程电容器储存的电场能全部转化为线圈的磁场能。 2.充电过程 ①图b为电容器放电完毕的瞬间，此时放电电流达到最大值，线圈的磁场能最大。 ②由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为0，而要保持原来的方向 继续流动，并逐渐减小。由于电流继续流动，电容器充电，两极板 带上与原来相反的电荷，且电荷逐增多，电容器里的电场透渐增增 强，线圈的磁场逐渐减弱。 ③充电完毕时，充电电流减小为0，电容器极板上的电荷最多。 该过程线图的磁场能又全部转化为电容器的电场能。 此后电容器再放电、再充电，又回到与a相同状态的，即振荡电路完成了一个周期，又继续 不断地充电和放电，电路中就出现了大小、方向都在变化的电流，即出现了振荡电流。 3.说明 ①在电磁振荡过程中，电路中的电流、电容器极板上的电荷量4、电容器里 的电场强度E、线圈里的磁感应强度B,都在周期性地变化着，电场能和磁场 能也随之周期性的转化。 ②实际的LC振荡是阻尼振荡：任何电路都有电阻，所以电路中有一部分能量 转化为内能，另外还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去，使得振汤电 路中的能量连渐减少，振荡电流的荡电流的振幅也逐渐减小，直到最后停止 振荡。如果要实现等幅振荡，必须适时地把能能量补充到振荡电路中，以补 偿能量损耗。实际电路中由电源通过电子器件为LC电路补充能量。 阻尼振荡 电磁振荡与电磁场-知识清单 目) 电磁振荡 三、电磁振荡的周期与频率 1.周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2.频率：电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比，数值等 于单位时间内完成周期性变化的次数。 3.固有周期和因有频率：如果振荡电路没有能量损耗，也不受其他 影响，此时的周期和频率叫作振荡电路的国有周朗和国有频率。 4.LC电路的周期和频率公式： ☆【特别提醒】☆ T=2π√LC f二了 2π√LC ③周期和频率只与线图电感和电容器电容 有关，与极板所带电荷量、电压高低及电 T-周期(s),f-频率Hz),L-电感(H),C-电容(F) 路中的电流无关。 说明： ④线圆和电容器在振荡电路中既是能量的 ①周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(S) 转换器，又决定着能量转换的快慢。如L或 赫菇(Hz、亨利(H)、法拉(F)。 C越大，周期越长，能量转换时间链长。 ②由以上两式可知，可通过改变埃圄的电感或电容 ⑤振荡电路中，LC回路中的电流、线圈中 器的电容来改变电磁振荡的周期和频率。其中影响 的磁燕应强度B、电春舞极板间的电场强度 线图电感的因素有：线图的匝数、有无铁芯及线围 E,及电容器极板上所带的电荷量q,其变 的横截面积和长度。影响电容器电容的因素有：两 化周期都等于振荡周期。但电场能和磁场 极板正对面积、两极板间介电常数以及两极板间距。 能的变化周期是振汤周期的一半。 电磁场和电磁波 一、 电磁场 1.变化的磁场产生电场 实验现象：如周所示，在安化的磁场中放一个闭合电路，电路里就 TN 会产生惑应电流。 麦克斯韦的观点：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生 电场，电场促使导体的自由电荷做定向移动，从而产生感应电流。 导线 实质：变化的磁场产生了电场。 说明：①恒定的磁场不产生电场。 ②非均匀变化的磁场产生变化的电场： ②均匀变化的磁场产生恒定的电场。④周期性变化的做场产生同频率的周期性变化的电场。 2.变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设：变化的电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场， 即变化的电场产生磁场。 举例：在电容器充、放电的过程中，不仅导体中的电流产生磁场，而 且在电容器两极板间周期性变化的电场也产生磁场。 酸 说明：①恒定的电场不产生磁场。 ②均匀变化的磁场产生恒定的磁场。 ③非均匀变化磁场产生化的磁场。 ④周期性变化的做场产生同频率的周期性变化的磁场。 3.电磁场 变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。 电磁波-知识清单 电磁波的产生 如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引 起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引 起新的的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由 近及远地向周围传播，形成了电磁波。 二、电磁波的特点 ①电磁波在空间传播不需要介质； ②电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c=3.0×108m/S; ③电磁波具有波的共性：电磁波能产生干涉、衍射、偏振等现象，电磁波与物 质相互作用时，能发生反射、吸收、折射等现象； ④电磁波的波长、频率和波速的关系满足V=入f, v-浪速(m/s),入-波长(m),f-频率(Hz) 其中电磁波的频率为电磁振荡的频率，由波源决定，与介质无关； ⑤电磁波是横波：电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂 E 直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电滋波是横波； ⑥电磁波具有能量：电磁场的转换就是电场能量与磁场能量的转换，电磁波的 发射过程是辐射能量的过程，传播过程是能量传播的过程。 三、麦克斯韦电磁场理论的意义 麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象 在本质上的统一性，建立了完整的电磁场理论。 四、赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论 实验装置与现象 实验现象：当感应围两个金属球间有火花跳过 时，导线环两个小球间也跳过火花。 谐振器 现象分析：当与感应图相连的两个金属球间产生 电火花时，周围空间出现了迅速变化的电磁场。 接 这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。 感应圈 当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出 感应电动势，使得导线环的空隙中也产生了火花， 说明这个导线环接收到了电磁波。 赫兹的其他成果 赫兹通过一系列实验观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。 他还测得等于光速c,证明了电磁波与光的统一性，证实了麦克斯韦的电磁场理论。 无线电波的发射和接收-知识清单 无线电波的发射 1.有效发射电磁波的振荡电路的特点 说明：电磁波的频率与振荡电 ①有足够高的振荡频率 路中电磁振荔的频率相同 (频率越高，发射电磁波的本领越大) ②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 2.开放电路 为了满足发射条件，可以增大电容器极板间的距离，减少极 板间的正对面积，从而使电场和磁场扩展到电容器的外部 这样的振荡电路叫作开放电路。 实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条 导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连 3.电磁波的调制 载波：携带信号的高频电磁波叫作载波 调制：使载波随各种信号而改变的技术叫作调制 调制分为调幅和调频 ①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变 ②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变 M 无线电波的接收 1.接收原理 电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流， 因此，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是接收天线 2.电谐振 当接收电路的固有频率跟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，这种现象叫作电谐振，相当于 机械振动中的共振 3.调谐与解调 ∫国有丁痘牧 调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐 解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程叫作解调。解调是 洞制的逆过程，调幅波的解调也叫检波 【特别提醒】调谐和解调的区别 世界上有许多的无线电台、电视台及各种无线电信号，如果不加选 择全部接收，必然会一片混乱、分辨不清。因此接收信号时，首先要从 各种电磁波中把我们需要的选出来，通常叫作选台。调谐就是一个选 台的过程，选出携带有用信号的高频振荡电流，而解调则是将高频电 ☑→四 流中携带的有用信号分离出来的过程 无线电波的发射和接收与电磁波谱知识清单 电视广播的发射和接收 1.电视信号的发射 ·电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要 要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播。 ·2.高频电视信号的三种传播方式 ①地面无线电传输 ②有线网络传输 ③卫星传输 ● 不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。 ●3.电视信号的接收 电视接收端接收到高频电磁波信号以后，经过解调 处理就可以将得到的电信电信号转变为图像信号和 伴音信号。伴音信号经解调后送到扬声器。 。4.电视广播的发射和接收示意图 摄像管 调制和发射 接收和解调 显像管 (摄取景物的围像并 (把要传递的信号 (利用电谱振接收 (还原出与摄像管 将其转换为电信号) 加载到高频电磁波 需要的信号并解调 屏上相同的图像) 上并发射) /检波) 电磁波谱 ●1.电磁波谱 ●按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成的谱叫作电磁波谱。 ●2.电磁波谱的排列 →频率 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 V射线 波长←(《 较霜流从长到短的顺家徒次排有 ● 不同电磁波具有不同的波长（频率），具有不同的特性。 电磁波的特性及应用-知识清单 1.无线电波 3.可见光 ①概念与波长 ①视觉效应 无线电波的波长>1mm ②波长与颜色 (<300GHz) 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 400-760nm ②传播特点与应用 ③组合颜色 段部 用途 阳光就是由各 长液 广播扩护放、通信、导航 种色光组成的。 中波 中波电流、通讯、导航 短波 广援逼信、逋讯、导航 微波 欲信等 4. 紫外线 由此可得，无线电波广泛应用于通信、广播 ①位置与能量 及其他信号传输。 位置紫色之外，范围 5~370nm,能量高。 ②生物效应 ③雷达原理 能量高，可以杀细胞，消毒 采用微波使用方向定位， 利益利应： 有利于电磁波定位。 1.帮助钙吸收 有利于电磁波定位 2.伤害皮肤/眼晴 ③荧光效应 2.红外线 UV防伪 ①波长范围 5.X射线和y射线 无线电波和可见光之间的位置 ①X射线 ②辐射规律 波长短，穿透力 强，可检查人体的 所有物体发出红外线 内部器官及金属构 件内部的缺陷。 3 主要应用 ②Y射线 波长更短，能量更高，穿透 力更强，可探测金属构件内 部的缺陷，能破坏生命物 质，医学上可用来治疗某些 红外探测器 红外遥感技术 红外体温计 癌症。