电磁波

第3章电磁振荡电磁波生活中的电磁波第1节电磁波的产生物理选修3－4第3章电磁波一.电磁振荡二.麦克斯韦的预言三.赫兹实验两个元件电场能与磁场能•电容器能储存电场能，储存电场能的多少与电压有关，电压越高，电场能越大。电感线圈能储存磁场能，储存磁场能的多少与电流有关，电流越高，磁场能越大。振荡电流1．振荡电流：像这种由电路产生大小和方向都做周期性变化的电流，叫做振荡电流．振荡电流跟正弦交变电流一样，也按正弦规律变化．是频率很高的交变电流．2．振荡电路：能够产生振荡电流的电路，叫做振荡电路．由自感线圈和电容器组成的振荡电路叫做LC振荡电路，它是一种最简单的振荡电路．LCLC振荡电路从能量角度：放电过程，就是电场能转化为磁场能的过程，充电过程，就是磁场能转化为电场能的过程．电压越高，表示电容器中的电场能越大；电流越大，表示电感中的磁场能越大．3、在LC振荡电路中，电场能与磁场能的相互转化，电容器极板上的电量q、电路中的电流i、电容中的电场强度E与电感线圈中的磁感应强度B都在发生周期性的变化，这种现象就是电磁振荡。阻尼振荡和无阻尼振荡1．任何电磁振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减小，这种振荡叫做阻尼振荡，或叫做减幅振荡．(1)振荡电路中的能量损耗有一部分转化为内能（产生焦耳热），还有一部以电磁波的形式向外辐射出去．(2)如果用振荡器不断地将电源的能量补充到振荡电路中去，就可以保持等幅振荡．2．在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡电流的振幅保持不变,这种振荡叫无阻尼振荡.(也叫做等幅振荡)．电磁振荡的周期和频率LC回路的周期和频率由回路本身的特性决定．这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周期（或频率）叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振荡电路的周期（或频率）．LCT2LCf21LC___+++ACBLLC___+++CCLD放电放电__++++__LC}I磁场能}q电场能小结BUE第二第一LC___+++LC_+电源用电器用电器放电：电场能磁场能磁场能电场能充电：例:1此图正处充电过程还是放电过程？_+++++_____例:1此图正处充电过程还是放电过程？答:放电____+++_+++++_____例2：此图是处充电过程，则电容器上极板带正电还是负电？例2：此图是处充电过程，则电容器上极板带正电还是负电？答：正电_++__在一个周期内，电容器充电、放电各两次，每次充电或放电所用的时间为振荡周期的1/4．电场能与电场强度的方向无关，磁场能与磁感应强度的方向无关，因此在电磁振荡的一个周期内各出现两次最大值，即电场能或磁场能的变化周期为．电场、磁场、电荷的变化周期跟电流的变化周期相同．均为．LC2LC思考：如图所示的振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向向上，且电路的电流正在增强，则此时错误的是（）A．a点电势比b点低B．电容器两极板间场强正在减小C．电路中电场能正在增大D．线圈中感应电动势正在减小电磁振荡的周期和频率LC回路的周期和频率由回路本身的特性决定．这种由振荡回路本身特性所决定的振荡周期（或频率）叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振荡电路的周期（或频率）．LCT2LCf21麦克斯韦电磁场理论一、变化的磁场产生电场线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗?二、变化的电场产生磁场麦克斯韦电磁场理论的另一种理解稳定的电场不产生磁场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场非均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场非均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场二.麦克斯韦的预言空间某处产生一个随时间变化的电场，这个电场就会产生磁场。如果这个磁场也是随时间变化的，那么这个磁场就会产生新的电场。……这样下去，电磁场就会在空间区域不断向外传播形成了电磁波。变化的电场和变化的磁场是相互联系着的一个不可分割的统一体，这就是电磁场电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波预言电磁场的存在-----1864年，麦氏发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。并揭示了电、磁、光在本质上的统一性。①电磁波传播的速度是光速。光是电磁波的一种。②电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）E、B、v三矢量相互垂直。电磁波是横波。③E达到最大时，B也达到最大。电磁波图景的分析：PLAY1886年赫兹的电火花——人类历史上最早捕捉到的电磁波赫兹还观察到了电磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等现象，他还测量出电磁波和光有相同的速度.这样赫兹验证了麦克斯韦关于光的电磁理论.例：电流随时间变化的规律如下列图所示，能发射电磁波的是（）无线电技术中使用的电磁波叫无线电波。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3000m～200m100kHz～1500kHz地波和天波调幅（AM）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（FM）无线电广播、电视、导航分米波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～300000MHz（一）有效的向外界发射电磁波的条件1、要有足够高的振荡频率，因为频率越高，发射电磁波的本领越大。一、无线电波发射2、振荡电路为开放电路，电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才可能有效的将电磁场的能量传播出去。＋＋＋－－－＋＋＋－－－发射无线电波的装置：为了使开放电路中产生振荡电流，常用如图所示的方法，使振荡器的线圈L1靠近开放振荡电路的线圈L2。当振荡器中产生高频振荡电流时，由于互感作用，就可以在开放振荡电路中产生相同频率的振荡电流，这种方法叫做感应耦合。问题：我们要传递的信号不是高频振荡电流，而是一些低频信号（如：声音信号频率只有几百至几千赫兹，图象信号频率也不过上万赫兹），它能把直接发射出去？为了传送声音、文字、图象等信号，首先要把传递的信号转变成电信号。但这种电信号的频率较低，不能直接发射出去，需要将这种低频电信号加到高频振荡电流上发射出去。这种把低频电信号加载到高频振荡电流（载波）上的过程叫做调制。常用的调制方式有调幅和调频两种：1、调幅：使电磁波的振幅随信号改变，这种调制叫做调幅，用AM表示。声音信号高频振荡电流调幅振荡电路声音信号高频振荡电流调频2、调频：使电磁波的频率随信号改变，这种调制方式叫做调频。用FM表示。2.无线电波的传播方式：长波短波微波微波中波中短波超短波超短波长波:波长较长，容易产生衍射现象。长波在地面传播时能绕过障碍物（大山、高大建筑物……）长波长波容易被电离层吸收；短波容易被电离层反射；微波容易穿过电离层。短波微波:频率很高；直线传播。微波我们生活的空间布满了强弱不同的电磁波,我们又如何选出自己所需的无线电波呢?二、无线电波的接收二、无线电波的接收1.当接收电路的固有频率跟要接收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）(一)发射的无线电波如何被接收到呢？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.二、无线电波接收二、电磁波的接收问题:调谐后接收到的感应电流是调制的高频振荡电流，这样我们就可以感知信号了吗?二、无线电波的接收3.检波：从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号，叫做检波，它是调制的逆过程，因此也叫解调。信号调制发射调谐电路输出电磁波发射和接受流程图电磁波的发射电磁波的接收高频振荡电流检波（解调）传播电磁波在我们的生活中那么重要，它甚至改变了我们的生活方式●手机●电视●雷达●因特网●微波炉……测距：发射接收了解雷达用的是什么电磁波?为什么可以根据雷达显示屏看出离障碍物有多远？电磁波的危害尽管电磁波为人类造福，但也给人类带来某些害处，它会干扰人体生理节律，破坏免疫机能，引起头疼、失眠等症状，常被人们称为“无形杀手”。1995年4月，美国一架飞机在航行中，由于机上有人使用手机，使机上的电子设备全部失灵，飞机偏离了航线。所以，电磁污染对人类生存环境的干扰已成为环境科学中的新课题。电磁波谱１、电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱.２、电磁波谱由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线合起来构成范围非常广阔的大家族.电磁波谱分布示意图按频率由小到大（波长由大到小）排列形成的电磁波谱是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线．二、无线电波无线电波：波长大于1mm（频率小于300GHz)的电磁波用途：通信、广播和天体物理研究等(1)红外线是一种波长比红光的波长还长的不可见光。其波长范围很宽，约750nm～１×106nm(2)显著作用：热作用。(3)由英国物理学家赫谢尔于1800年首先发现红外线，一切物体都在不停地辐射红外线，物体温度越高，辐射红外线的本领越强。三、红外线(4)用途:红外摄影、红外遥感技术红外线感应防盗报警器是将红外线遥感探测技术和无线数码遥控技术结合的高科技新型产品，利用人体所产生的微弱红外线而触发。当有人试图进入它的探测范围时，它就会发出警报声，直到人离开才停止。利用红外线检测人体的健康状态，本图片是人体的背部热图，透过图片可以根据不同颜色判断病变区域．返回四、可见光１、能作用于人的眼睛并引起视觉的称为可见光，如：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色光。观察物体，照像等等，都是可见光的应用。２、在电磁波中是一个很窄的波段，（波长为750nm～370nm）。五、紫外线１、紫外线是一种波长比紫光还短的不可见光；其波长范围约5nm～370nm，２、紫外线由德国物理学家里特于1801年首先发现的，一切高温物体发出的光中，都有紫外线。３、显著作用：A、荧光，B、杀菌消毒（淡蓝色的光不是紫外线。紫外线看不见。）利用紫外线的荧光作用检验人民币的真伪画面上可以清晰的看到钱币上的防伪标记紫外线杀菌灯防紫外线雨伞紫外线可以促使人体合成维生素D，有助于人体对钙的吸收，所以儿童经常晒太阳能够预防缺钙引起的佝偻病，但是过多的紫外线会使皮肤粗糙，甚至诱发皮肤癌．六、伦琴射线和γ射线１、伦琴射线（X射线）是一种波长比紫外线更短的不可见光。２、有较强的穿透能力。3、伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷.X射线照射下的鱼X射线照射下的手六、伦琴射线和γ射线1、比伦琴射线波长还短的是γ射线。2、γ射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，如探伤，测厚或用γ刀进行手术．七、电磁波的能量电磁波具有能量，电磁波是一种物质八、太阳辐射能量的相对大小波长λ/nm400800120016002000紫外线可见光红外线黄绿光１、阳光含有：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、γ射线２、太阳辐射的能量集中在可见光、红外线、紫外线三个区域３、阳光中波长在5.5x10-7m的黄绿光附近，辐射的能量最强，这区域恰好是人眼最敏感区域.波长比紫外线更短的光叫做伦琴射线，也叫X射线.是德国物理学家伦琴在1895年发现的．他的穿透能力很强，能使包在黑纸里的照像底片感光，下图是产生X射线的装置，叫做X射线管：1、K是阴极2、A是阳极（也叫对阴极）