電磁場、電磁波及其應用

　　一. 本周教學內容：

　　三. 要點：

　　1. 振蕩電流和振蕩電路

　　大小和方向都做周期性變化的電流叫振蕩電流，能產生振蕩電流的電路叫振蕩電路，LC電路是最簡單的振蕩電路。

　　2. 電磁振蕩及周期、頻率

　?。?）電磁振蕩的產生

　?。?）振蕩原理：利用電容器的充放電和線圈的自感作用產生振蕩電流，形成電場能與磁場能的相互轉化。

　?。?）振蕩過程：電容器放電時，電容器所帶電量和電場能均減少，直到零，電路中電流和磁場均增大，直到最大值。

　　給電容器反向充電時，情況相反，電容器正反方向充放電一次，便完成一次振蕩的全過程。

　　（4）振蕩周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所用時間叫電磁振蕩的周期，一秒內完成電磁振蕩的次數叫電磁振蕩的頻率。對于LC振蕩電路，

　?。?）電磁場：變化的電場在周圍空間產生磁場，變化磁場在周圍空間產生電場，變化的電場和磁場成為一個完整的整體，就是電磁場。

　　3. 電磁波

　?。?）電磁波：電磁場由近及遠的傳播形成電磁波

　　（2）電磁波在空間傳播不需要介質，電磁波是橫波，電磁波傳遞電磁場的能量。

　?。?）電磁波的波速、波長和頻率的關系， 。

　　4. 電磁波的發射，傳播和接收

　?。?）發射

　　將電磁波發射出去，首先要有開放電路，其次，發射出去的電磁波要攜帶有信號，因而必須把要傳遞的電信號“加”別高頻等幅振蕩電流上去。

　　我們把將電信號加到高頻等幅振蕩電流上去的過程叫調制。

　?。?）傳播

　　電磁波傳播方式一般有三種：地波、天波、直線傳播

　　地波：沿地球表面空間向外傳播，適于長波、中波和中短波，傳播距離為幾百公里。

　　天波：依靠電離層的反射來傳播，適于傳播短波，傳播距離為幾千公里。

　　直線傳播：在短距離內（幾十公里）依靠波的直進，直接在空間傳播多用于傳播微波，需有中繼站“接力”才能傳遠。

　　（3）接收

　?、?電諧振、調諧

　?、?檢波

　　四. 規律技巧

　　電磁波的波速問題

　　真空中電磁波的波速與光速相同，

　　1. 同一種電磁波在不同介質中傳播時，頻率不變（頻率電波源決定）、波速、波長發生改變，在介質中的速度都比在真空中速度小。

　　2. 不同電磁波在同一介質中傳播時，傳播速度不同，頻率越高，波速越小，頻率越低波速越大。

　　3. 在真空中傳播時，不同頻率的電磁波的速度相同

　　4. 電磁波和聲波的特點不同，聲波在介質中傳播的速度與介質有關，電磁波在介質中傳播的速度與介質和頻率均有關。

　　【典型例題

　　[例1] 下列關于電磁波的敘述中，正確的是（ ）

　　A. 電磁波是電磁場由發生區域向遠處傳播

　　B. 電磁波在任何介質中的傳播速度均是C. 電磁波由真空進入介質傳播時，波長將變短

　　D. 電磁波不能產生干涉、衍射現象

　　分析與解答：

　　該題為1994上海題，電磁波只有在真空中的傳播速度才是 。

　　電磁波與其他波同樣具有波的基本特征，即能產生干涉和衍射現象，當電磁波由真空進入介質傳播時， ，f定，由∴ 正確答案AC

　　[例2] 某發電站用燃燒煤來發電，每1kg煤放出500J熱能，熱能發電為0.8，發電站通過升壓器、輸電線和降壓器把電能輸送給生產和照明組成的用戶，發電機輸出功率是100kW，輸出電壓是250V，升壓器原副線圈的匝數之比為1:25，輸電線上功率損失為4%，用戶需要電壓為220V，則（1）輸電線的電阻和降壓器的匝數比為多少？（2）若有60kW分配給生產用電，其余電能用來照明，那么可裝25W的電燈多少盞？

　　分析與解答：

　?。?）遠距離輸電電路如下圖，升壓器副線圈兩端電壓

　　副線圈中的電流

　　輸電線電阻R上損失的功率∴

　　降壓器原線圈電壓

　　降壓器原副線圈匝數比

　?。?）由能量守恒： ∴ ∴

　　[例3] 電視機的顯像管中，電子束的偏轉是用磁偏轉技術實現的，如下圖所示電子束經過電壓為U的加速電場后，進入一圓形勻強磁場區，磁場方向垂直于圓面，磁場區的中心為O點，半徑為r，當不加磁場時，電子束將通過O點，而打到屏幕的中心M點，為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場，使電子束偏轉?D已知角

　　分析與解答：

　　電子在磁場中沿圓弧運動，設電子在磁場中做圓周運動的半徑為R。

　　則 又 ∵ ∴

　　[例4] 質譜儀，如下圖所示是一種質譜儀的示意圖，其中MN板的左方是帶電粒子速度選擇器，選擇器內有正交的勻強電場E和勻強磁場B。

　　一束有不同速率的正離子水平地由小孔S進入場區，路經不發生偏轉的條件是 ，∴ ，能通過速度選擇器的帶電粒子必是速度為質譜儀是在先對離子束進行速度選擇后，相同速率的不同離子在右側的偏轉磁場 中做勻速圓周運動，不同荷質比的離子軌道半徑不同。

　　將落在MN板的不同位置，由此可以用來測定帶電粒子的質量和分析同位素。

　　【模擬】（答題時間：60分鐘）

　　1. 關于電磁場和電磁波，下列說法正確的是（ ）

　　A. 電場和磁場總是相互聯系著，統稱為電磁場

　　B. 電磁場由發生區域向遠處傳播就是電磁波

　　C. 電磁場是一種物質，可以在真空中傳播

　　D. 電磁波的傳播速度總是2. 某電磁波從真空進入介質后，發生變化的量有（ ）

　　A. 波長和頻率 B. 波速和頻率 C. 波長和波速 D. 頻率和能量

　　3. 電磁波和機械波相比較，下列說法中正確的有（ ）

　　A. 電磁波傳播不需要介質，機械波傳播需要介質

　　B. 電磁波在任何物質中傳播速度都相同，機械波波速大小決定于介質

　　C. 電磁波、機械波都會發生衍射

　　D. 機械波會發生干涉，電磁波不會發生干涉

　　4. 下述關于電磁場的說法中正確的是（ ）

　　A. 只要空間某處有變化的電場或磁場，就會在其周圍產生電磁場，從而形成電磁波B. 任何變化的電場周圍一定有磁場

　　C. 振蕩電場和振蕩磁場交替產生，相互依存，形成不可分離的統一體，即電磁場

　　D. 電磁波的理論在先，實踐證明在后

　　5. 按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是（ ）

　　A. 恒定的電場周圍產生恒定的磁場，恒定的磁場周圍產生恒定的電場

　　B. 變化的電場周圍產生磁場，變化的磁場周圍產生電場

　　C. 均勻變化的電場周圍產生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場周圍產生均勻變化的電場

　　D. 均勻變化的電場周圍產生穩定的磁場，均勻變化的磁場周圍產生穩定的電場

　　6. 一束持續電子流在電場力作用下做勻加速直線運動，則在其周圍空間（ ）

　　A. 產生穩定的磁場 B. 產生變化的磁場

　　C. 所產生的磁場又可產生電場 D. 產生的磁場和電場形成電磁波

　　7. 某空間中出現了如圖虛線所示的一組閉合的電場線，這可能是（ ）

　　A. 在中心O有一靜止的點電荷

　　B. 沿AB方向有一段通有恒定電流的直導線

　　C. 沿BA方向的磁場在減弱

　　D. 沿AB方向的磁場在減弱

　　8. 如圖所示，甲、乙完全相同的帶正電粒子，以相同的動能在勻強磁場中運動，甲從B1區域運動到B2區域，且 ，乙在勻強磁場中作勻速圓周運動，且在 時間內，該磁場的磁感強度從B1增大為B2則當（B）圖中磁場增大為B2時甲乙兩粒子動能的變化情況為（ ）

　　A. 都保持不變 B. 甲不變，乙增大 C. 甲不變，乙減小 D. 甲增大，乙不變

　　9. 某電路中電場隨時間變化的圖象如圖所示，能發射電磁波的電場是（ ）

　　A B

　　C D

　　10. 如圖所示內壁光滑、水平放置的玻璃圓環內，有一直徑略小于口徑的帶正電的小球，以速率v0沿逆時針方向勻速轉動。若在此空間突然加上方向豎直向上，磁感強度B隨時間成正比增加的變化磁場，設運動過程中小球帶電量不變，那么（ ）

　　A. 小球對玻璃環的壓力一定不斷增大

　　B. 小球受到的磁場力一定不斷增大

　　C. 小球先沿逆時針方向減速運動一段時間后沿順時針方向加速運動

　　D. 磁場力對小球一直不做功

　　【試題答案】

　　1. BC 2. C 3. AC 4. BCD 5. BD 6. A 7. C

　　8. B 9. D 10. CD