14电磁振荡与电磁波解析

物理培训辅导陇南师范高等专科学校物理辅导组物理培训总框架1力、物体的平衡2直线运动3牛顿运动定律4曲线运动万有引力定律5功和能6动量和动量守恒7机械振动和机械波8热学9静电场10恒定电流11磁场12电磁感应13交变电流14电磁振荡电磁波15几何光学16光的本性17原子结构18原子核第十四讲电磁振荡与电磁波一、电磁振荡1、大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫振荡电流。能够产生振荡电流的电路叫振荡电路。由自感线圈和电容器组成的电路，是一种简单的振荡电路，简称LC回路。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，通过线圈的电流以及跟电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性变化的现象叫电磁振荡。2、LC回路的固有周期和固有频率，与电容器带电量、极板间电压及电路中电流都无关，只取决于线圈的自感系数L及电容器的电容C。212TLCfLC周期：π频率：π电容越大，容纳电荷就越多，充放电需要的时间就越长，因而周期就长，频率就低。线圈的电感L越大，阻碍电流变化的延时作用就越强，使放电、充电的时间就越长，因而周期就越长，频率就越低，总而言之，LC电路的周期和频率由电路本身的性质（L、C的值）决定，与电容器的带电量的多少，电流大小无关。3、在LC回路中，流过振荡线圈的电流、线圈中的磁场、电容器极板上的电量、电容器极板间的电场均按正弦或余弦规律变化。电场能磁场能电场能磁场能电场能4、在LC回路产生振荡电流的过程中，磁场能(由通电线圈的电流产生)和电场能(由电容器极板上的电荷产生)之间不断地相互转化着。电容器放电阶段，电场能转化为磁场能，放电完毕的瞬间，电场能为零，振荡电流及磁场能达到最大值；此后电容器被反向充电，在此阶段，磁场能转化为电场能，振荡电流为零的瞬间，磁场能为零，电容器上的电荷及电场能达到最大值。1.麦克斯韦的电磁场理论（1）变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。（2）随时间均匀变化的磁场产生稳定电场。随时间不均匀变化的磁场产生变化的电场。随时间均匀变化的电场产生稳定磁场，随时间不均匀变化的电场产生变化的磁场。（3）变化的电场和变化的磁场总是相互关系着，形成一个不可分割的统一体，这就是电磁场。二、电磁波2.电磁波（1）周期性变化的电场和磁场总是互相转化，互相激励，交替产生，由发生区域向周围空间传播，形成电磁波..（2）电磁波是横波：在电磁波中，每处的电场强度和磁场强度的方向总是互相垂直的，并且都跟那里电磁波传播方向垂直。因此，电磁波是横波。（3）电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即83.0010/cms.任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速。（4）电磁波可以在真空中传播，电磁波从一种介质进入另一介质，频率不变、波速和波长均发生变化。在一个周期的时间里，电磁波传播的距离等于电磁波的波长。（5）电磁波传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即，波长λ与周期T、频率f、波速v间的关系为fTf3、持续有效地发射电磁波必须具备3个条件(1)电路必须是开放的；(2)振荡的频率必须足够地高；(3)必须不断地补充能量。4、电磁波谱的比较波段波长频率传播方式主要用途长波30000m~3000m10KhZ~100kHZ地波超远程无线电通信和导航中波300m~200m100kHZ~1500kHZ地波和天波调幅无线电广播电报通信中短波200m~50m1500kHZ~6000kHZ短波50m~10m6MHZ~30MHZ天波微波米波（VHF）10m~1m30MHZ~300MHZ近似直线传播调频无线电广播电视导航分米波（UHF）1m~0.1m300MHZ~3000MHZ直线传播电视雷达导航厘米波10cm~1cm3000MHZ~30000MHZ毫米波10mm~1mm30000MHZ~300000MHZ5、无线电波例1．图所示为LC振荡电路中电容器极板上的电量q随时间t变化的曲线，由图可知A.在t1时刻，电路中的磁场能最小B.从t1~t2时刻，电路中的电流值不断变小C.从t2~t3时刻，电容器不断充电D.在t4时刻，电容器的电场能最小例题解（1）在t1时刻，电容器极板上电量q为最大值，两板间电场能为最大，线圈中磁场能应是最小值。选项A正确。（2）从t1~t2时刻，电容器极板上电量q从正的峰值降为零，电场能正在不断地转变为磁场能，与磁场能相应的电路中的电流强度正在不断增强，选项B错误。（3）从t2~t3时刻，电容器极板上的电流数值又不断增大，表明电容器正在反向充电。选项C正确。（4）在t4时刻，电容器放电结束，极板上电量为零，电场能也为零，已全部转化为磁场能。选项D正确。答：本题选项A、C、D正确。说明：图中给出了q-t图，并未给出电路中电流随时间t变化的I-t图。要判断选项B中的电流也可以从q-t图线上曲线的斜率(△q/△t=I)变化来看电路中电流的变化情况。由图可以看到，在t1时刻，曲线的切线平行于t轴，斜率为零，表明It1=0；由t1—t2时刻，切线的斜率值不断增大，表明电路中电流值正在不断增大，由此可断定选项B错误。题型1.（麦克斯韦的电磁场理论）根据麦克斯韦的电磁场理论，下列说法中错误的是（）A．变化的电场可产生磁场B．均匀变化的电场可产生均匀变化的磁场C．振荡电场能够产生振荡磁场D．振荡磁场能够产生振荡电场解析：（1）恒定的磁场不能产生电场，恒定的电场也不能产生磁场。（2）均匀变化的磁场（B是t的一次函数）只能产生恒定的电场，均匀变化的电场产生恒定的磁场。（3）非均匀变化的磁场才能产生变化的电场，非均匀变化的电场才能产生变化的磁场。（4）振荡（按正弦规律变化）的磁场产生同频率振荡的电场，反之也然。所以此题B选项正确题型2.（电磁波的波长、频率、速度的关系）关于电磁波在真空中传播速度，下列说法中不正确的是（）A．频率越高，传播速度越大B．电磁波的能量越强，传播速度越大C．波长越长，传播速度越大D．频率、波长、强弱都不影响电磁波的传播速度解析：频率由波源决定，能量由频率决定，传播速度由介质决定，波长由频率和波源共同决定。此题选项为ABCf题型3.（LC回路的周期）电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的，现发现电子钟每天要慢30s，造成这一现象的原因可能是（）A．电池用久了B．振荡电路中电容器的电容大了C．振荡电路中线圈的电感大了D．振荡电路中电容器的电容小了解析：LC回路的周期，由此公式可知电子钟的周期由电感和电容共同决定，与其它因素无关。此题选BC。LCT2题型4.（电磁波的产生）某电路中电场随时间变化的图象如下图所示，能发射电磁波的电场是哪一种？（）解析：周期性变化的电磁场会产生周期性变化的磁电场，进而在介质中形成电磁场。这样电磁场传播出去形成电磁波所以此题选D。题型5.（LC回路中如何产生磁场）将下图所示的带电的平行板电容器C的两个极板用绝缘工具缓缓拉大板间距离的过程中，在电容器周围空间（）A．会产生变化的磁场B．会产生稳定的磁场C．不产生磁场D．会产生振荡的磁场解析：变化的电场产生磁场，此题选A。题型6.（电磁波谱的应用）在下列说法中符合实际的是（）A．医院里常用X射线对病房和手术室消毒B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒C．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力D．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力解析：对照各种电磁波的特性、用途，此题选BD。题型7.如图所示，为理想LC振荡回路，此时刻电容器极板间的场强方向和线圈中的磁场方向如图。下列哪些说法正确（）A、如图所示的时刻电容器正在放电B、电路中的磁场能在增加C、电容器两端的电压在增加D、把电容器的两极板间距离拉大，振荡电流的频率增大解析：由电场方向可知电容器上极板带正电，由线圈中的电流方向可知电路中电流方向为逆时针，结合以上两点可知电容器在充电，电容器电压在增加。C对。由LC回路的周期公式可得D选项对。所以此题选CD。题型8.（物理学史）建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是（）A．法拉第B．奥斯特C．赫兹D．麦克斯韦解：此题选D。题型9.（电磁波谱的波长比较）根据电磁波谱从下列选项中选出电磁波的范围相互交错重叠、且频率顺序由高到低排列的情况（）A．伦琴射线、紫外线、可见光B．伦琴射线、紫外线、红外线C．紫外线、红外线、可见光D．无线电波、红外线、紫外线正确选项为A。题型10.下列说法中正确的是（）A．摄像机实际上是一种将光信号转变为电信号的装置B．电磁波中电场能量最大时，磁场能量为零；磁场能量最大时，电场能量为零C．摄像机在1s内要传送25幅画面D．电视机实际上是一种将电信号转变为光信号的装置选ACD。题型11.（变化的磁场产生电场）如图所示的是一个水平放置的玻璃环形小槽，槽内光滑、槽的宽度和深度处处相同．现将一直径略小于槽宽的带正电的小球放入槽内，让小球获一初速度v0在槽内开始运动，与此同时，有一变化的磁场竖直向下穿过小槽外径所包围的面积，磁感应强度的大小随时间成正比增大，设小球运动过程中带电量不变，那么（）A．小球受到的向心力大小不变B．小球受到的向心力大小增加C．磁场力对小球做功D．小球受到的磁场力不断增加解析：变化的磁场产生的电场对带正电的小球加速，速度增加，向心力增加，小球的洛伦兹力增加，所以此题选BD。题型11.关于雷达的特点，下列说法正确的是（）A.雷达所用无线电波的波长比短波更短B.雷达只有连续发射无线电波，才能发现目标C.达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离D.雷达在能见度低的黑夜将无法使用解析：雷达是利用无线电波中的①波长短,②衍射现象不明显,③传播的直线性好④遇到障碍物要发生反射的微波来测定物体位置的无线电设备。选AC。练习1．根据麦克斯韦电磁理论，下列说法中正确的是A．变化的电场一定产生变化的磁场B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场C．稳定的电场一定产生稳定的磁场D．振荡的电场一定产生同频率的振荡磁场。答案:D2．在LC振荡电路中，电容器上的带电量从最大值变化到零所需的最短时间是ALCBCD．π．π．π．π422LCLCLC答案B3．要使LC振荡电路的周期增大一倍，可采用的办法是A．自感系数L和电容C都增大一倍B．自感系数L和电容C都减小一半C．自感系数L增大一倍，而电容C减小一半D．自感系数L减小一半，而电容C增大一倍答案:A4．由自感系数为L的线圈和可变电容器C构成收音机的调谐电路，为使收音机能收到f1=550kHz至f2=1650kHz范围内的所有电台广播，则可变电容器与f1对应的电容C1和f2对应的电容C2之比为AB．∶．∶1331C．1∶9D．9∶1答案:D5．在LC振荡电路中，在电容器放电完毕的瞬间A．电场能正向磁场能转化B．磁场能正向电场能转化C．电场能刚好向磁场能转化完毕D．磁场能刚好向电场能转化完毕答案:C6．在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制，调制分调幅和调频两种．在图甲中有A、B两幅图．在收音机电路中天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送到下一级，需要把高频成分和低频成分分开，只让低频成分输入下一级，如果采用如图乙所示的电路，图乙中虚线框a和b内只用一个电容器或电感器．以下关于电磁波的发射和接收的说法中，正确的是()A．在电磁波的发射技术中，甲图中A是调幅波B．在电磁波的发射技术中，甲图中B是调幅波C．在图乙中a是电容器，用来通高频阻低频，b是电感器，用来阻高频通低频D．在图乙中a是电感器，用来阻交流通直流，b是电容器，用来阻高频通低频【解析】A图象中高频振荡的振幅随信号而变，为调幅波，B图象中高频振荡的频率随信号而变，为调频波，A正确，检波电路的作用为通低频阻高频，故a为电容较小的高频旁路电容器，b为高频扼流圈，C正确．[答案]AC7．如图(1)所示，L是电阻可以不计的纯电感线圈，开关S闭合后电路中有恒定的电流通过。今将开关S断开同时开始计时，则电容器的上极板A的电量q随时间t变化的图像是图(2)