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第1页共57页第二､三节电磁振荡､电磁波的发射和接收第2页共57页知识梳理图(学生用书P77)电磁振荡电磁波的发射和接收第3页共57页知识点1.电磁振荡的产生和过程2.电磁振荡的周期公式3.调制和解调第4页共57页情景设置(学生用书P77)由麦克斯韦的电磁场理论我们知道,振荡的电场能在周围空间产生振荡的磁场,那么怎样才能获得振荡的电场(或磁场)呢?利用怎样的装置来产生振荡的电场呢?第5页共57页深化探究(学生用书P77)一､电磁振荡的产生和过程1.振荡电流的产生和过程(1)振荡起始,如下图所示.第6页共57页将开关S掷向a使容器充电,待充电完毕后,将开关S掷向b,这一时刻起电容器开始放电,这时瞬间电路中电流为零,此时电容器里的电场为最强,电场能为最大,电路中的全部能量以电势能的形式储存在电容器的电场中.(2)放电过程:由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大,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,电场能逐渐转化为磁场能.放电完毕,电流达到最大,电场能全部转化为磁场能.第7页共57页(3)充电过程:电容器放电完毕后,由于线圈的自感作用,电流保持原来的方向逐渐减小,电容器将进行充电,线圈的磁场逐渐减弱,电容器里的电场逐渐增强,磁场能逐渐转化为电场能,充电完毕,电流减小到零.磁场能全部转化成电场能.(4)反向放电:放电完毕,再充电,这样不断循环,电路中出现电磁振荡.第8页共57页2.电磁振荡在振荡电路产生振荡电流的过程中,电容器极板上的电荷,极板间的电压,电路中的电流以及电容器两极板间的电场,线圈里的磁场,都发生周期性的变化的现象,叫做电磁振荡.第9页共57页3.电磁振荡中的电流i,极板间电压U,极板上的电量q,电场能和磁场能之间的对应关系,如下图所示.第10页共57页时刻t0T/4T/23T/4T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i0最大0最大0磁场能Ei0最大0最大0第11页共57页4.极板间电压U,电场能EE,磁场能EB随时间变化图象如下图所示.第12页共57页5.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,如下图(左)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,如图下(右)所示.第13页共57页二､LC振荡电路的周期和频率(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)影响周期或频率的因素:电容或电感增加时,周期变长,频率变低;电容或电感减小时,周期变短,频率变高.412T,2LCfLC公式其中L为线圈的自感系数,C为电容器的电容,L的单位亨利(H),C的单位法拉(F),T的单位秒(s),f的单位赫兹(Hz).第14页共57页三､电磁波的发射和接收1.电磁波的发射(1)有效发射电磁波,振荡电路必须具有的特点: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,如下图表示发射电路由闭合电路转化为开放电路.第15页共57页发射电路由闭合电路变成开放电路第16页共57页2.无线电波的发射与调制在电磁波的发射技术中,使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制.如下图所示为调制的装置.第17页共57页(1)调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变,这种调制方法叫做调幅(Am).如下图所示.第18页共57页(2)调频:使高频电磁波的频率随信号而改变,叫做调频,如下图所示.第19页共57页(3)电磁波的发射方框图.第20页共57页3.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:使接收电路产生电谐振的过程叫调谐.能够调谐的接收电路叫调谐电路､调谐的方法一般是改变电路中的L或C.(3)解调:从接收到的高频电磁波中还原出所携带的信号波,叫做解调,调幅波的解调也叫检波.第21页共57页4.电磁波的波段划分波长大于1mm的电磁波叫无线电波,无线电波可以分为若干波段,不同波段的无线电波的传播特点不一样.发射和接收所用的设备和技术也不相同,因此有不同的用途.见下表.第22页共57页无线电波的波段划分波段波长频率传播方式主要用途长波30000~3000米10~100千赫地波超远程无线电波通讯和导航中波3000~200米100~1500千赫地波和天波无线电波广播电报､通信中短波200~50米1500~6000千赫短波50~10米6~30兆赫天波第23页共57页微波米波10~1米30~300光赫近似直线传播广播电视导航分米波10~1分米300~3000兆赫直线传播电视雷达导航厘米波10~1厘米3000~30000兆赫毫米波10~1毫米30000~300000兆赫第24页共57页典例分析(学生用书P79)一､有关电磁振荡的基本问题例1:关于LC振荡电路中振荡电流,下列说法正确的是()A.振荡电流最大时,电容器两极板间的电场最大B.振荡电流为零时,线圈中自感电动势为零C.振荡电流增大的过程,线圈中的磁场能转化成电场能D.振荡电流减小的过程,线圈中自感电动势增大第25页共57页解析:本题考查的是电磁振荡产生的过程,振荡电流最大时,线圈中磁场能最大,电容器中电场能为零,场强为零,A选项是错误的.振荡电流为零的时刻,LC回路中振荡电流改变方向,这时电流的变化最快,即电流的变化率最大,线圈中产生的自感电动势最大,故B选项错误.振荡电流增大的过程,线圈中磁感应强度和磁场能也随着增大,这一过程是电场能向磁场能转化的过程,是电容器的放电过程,故C选项错误.振荡电流减小的过程,是磁场能转化为电场能的过程,也是电容器的充电过程,电流的变化率不断增大,振荡电流为零时,电流的变化率为最大,线圈中自感电动势为最大,故D选项正确.答案:D第26页共57页巩固练习1如图所示,某瞬间回路中电流方向如箭头所示,且此时电容器的极板A带正电荷,则该瞬间()第27页共57页A.电流i正在增大,线圈L中的磁场也正在增大B.电容器两极板间电压正在增大C.电容器带电量正在减小D.线圈中电流产生的磁场感应强度正在增强解析:图中标明电流方向为顺时针方向,且电容器上板带正电,说明电容器正处于充电状态,电容器充电过程中,回路中电流减小,磁场能减少,电场能增多,电容器带电量正在增大,电压正在增大,线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减弱,故只有B正确.答案:B第28页共57页二､电磁振荡的图象问题例2:LC回路中电容器两极板间的电压U随时间t变化的关系如右图所示,则得()A.在t1时刻,电路中的电流最大B.在t2时刻,电路中的磁场能最小C.在t2~t3时间内,电路中的电场能不断增大D.在t3~t4时间内,电容器的带电量不断增大第29页共57页解析:在t1时刻,LC回路中电容器两板间的电压最大,电场能最大,磁场能为零,对应电流为零,A错误;在t2时刻,电压为零,电场能最小,磁场能最大,B错误;在t2~t3时间内,电容器电压增大,电场能不断增大,C正确;在t3~t4时间内,电压变小,电容器的带电量不断减小,D错误.答案:C点评:此题考查了电磁振荡的产生过程,电容器极板间的电压,即线圈的自感电动势,与例1的解析内容相同,只要清楚了电磁振荡的全过程,这类问题就得以解决.第30页共57页巩固练习2理想的LC振荡回路中电流i随时间t的变化关系如图所示,则下列说法正确的是()A.t1时刻,电容器的带电量最大B.t2时刻,电路中的磁场能量最小C.从t2时刻到t3时刻电路中的电场能不断增大D.从t3时刻到t4时刻,电容器的带电量不断增大第31页共57页解析:由题中所给电流i和时间t的图线可知,振荡电路中电流最大时,磁场能最强;电流为零时电场能最强;电流增大的过程对应的是电容器的放电过程､电容器极板所带电荷量是减小的过程;电流减小的过程,对应电容器充电过程､极板所带电荷量增加的过程.故B､D选项正确.答案:BD第32页共57页三､电磁波的发射例3:要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应该采用的措施是()A.增大电容器极板间距离B.使振荡电容器的正对面积足够大C.尽可能使电场和磁场分散开D.增加回路中的电容和电感第33页共57页解析:要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应从两个方面考虑,一是提高振荡频率;二是使磁场和电场尽可能分散开,所以C正确,由可知,当增大电容器极板间距离时C变小,f增大,A正确;使电容器正对面积变大,C变大,f变小,B选项错误,D选项也是错误的.12fLC答案:AC第34页共57页四､电磁波的接收例4:调谐电路的可变电容的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到较高频电台发出的电信号,要收到电信号,应()A.增大调谐电路中线圈的匝数B.加大电源电压C.减少调谐电路中线圈的匝数D.将线圈中的铁芯取走第35页共57页解析:当调谐电路的固有频率等于接收电磁波的频率时,发生电谐振才能较好地收到电台信号,本题中收不到信号的原因是调谐电路的固有频率低.由可知,在C无法调节的情况下,可减小L以提高f,故C､D选项正确.12fLC答案:CD第36页共57页梯度练习(学生用书P80)基础强化1.在LC振荡电路中,电容器充电完毕的瞬间,下列判断中正确的是()A.电场能向磁场能的转化刚好完毕B.磁场能向电场能的转化刚好完毕C.电路中的电流达到最大值D.电路中电流为零答案:BD第37页共57页2.关于LC回路,下列说法正确的是()A.一个周期内,电容器充､放电各一次B.电容器极板上电压最大时,线圈中的电流最强C.电容器开始充电时,线圈中的磁场能最强D.电容器开始充电时,电场能最大第38页共57页解析:电容器从开始充电到放电完毕才经历半个周期,一个周期内,电容器应充､放电各两次,A选项错误;电容器上的电压最大时,电场能最大,此时磁场能为零,线圈中电流为零,B选项错误;电容器开始充电时,电场能为零,线圈中磁场能最大,所以C选项正确,D错误.答案:C第39页共57页3.LC振荡电路中,某时刻磁场方向如下图所示,则下列说法正确的是()A.若磁场正在减弱,则电容器上极板带正电B.若电容器正在充电,则电容器下极板带正电C.若电容器上极板带正电,则线圈中电流正在增大D.若电容器正在放电,则自感电动势正在阻碍电流增大第40页共57页解析:题中图示只告诉了电流的磁场方向,由安培定则可判断电流方向,但未标明电容器极板带电情况,只能假设出电容器带电如下:若该时刻电容器上极板带正电,则可知电容器正处于放电阶段,电流正在增大,可知C选项正确,而A错误.若此时刻电容器上极板带负电,则可知电容器正在充电,电流正在减小,可知B选项正确,由楞次定律知,D选项正确.答案:BCD第41页共57页4.为了使需要传递的信息(如声音,图象等)载在电磁波上发射到远方,就必须对振荡电流进行()A.调谐B.放大C.调制D.检波答案:C第42页共57页5.使接收电路产生电谐振的过程叫()A.调幅B.调频C.调谐D.检波答案:C第43页共57页6.要接收到载有音频信号的电磁波,并通过耳机发出声音,在接收电路中必须经过下列过程中的()A.调幅B.调频C.调谐D.解调答案:CD第44页共57页7.用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路,要增大发射电磁波的波长,可采用的做法是()A.增大电容器两极板的距离B.减小电容器两极板间的距离C.减小电容器两极板的正对面积D.增大电容器两极板的电压答案:B第45页共57页8.如果收音机调谐电路中是采用改变电容的方式来改变回路固有的频率的.当接收的电磁波的最长波长是最短波长的3倍时,则电容器的最大电容量与最小电容量之比为()A.3:1B.9:1C.1:3D.1:9答案:B第46页共57页能力提升9.下图