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射线的主要作用.
14.知道电磁波具有能量,是一种物质.
【要点梳理】
要点一、电磁波的发现【高清课堂:
电磁波】
1.麦克斯韦电磁场理论
在19世纪60年代,英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象成果的基础上,建立了完整的电磁场理论,预言电磁波的存在。
(1)变化的磁场产生电场.
如图所示,麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场,是一种普遍存在的现象,跟闭合电路(导体环)是否存在无关.导体环的作用只是用来显示电场的存在.
要点诠释:
在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的;
而静电场中的电场线是不闭合的.
(2)变化的电场产生磁场.
根据麦克斯韦理论,在电容器充放电的时候,不仅导体中的电流要产生磁场,而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场.(如图所示)
2.麦克斯韦电磁场理论的理解
(1)恒定的电场不产生磁场.
(2)恒定的磁场不产生电场.
(3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场.
(4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场.
(5)振荡电场产生同频率的振荡磁场.
(6)振荡磁场产生同频率的振荡电场.
3.电磁场
如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场;
这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……
变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场.
要点诠释:
上述分析可看出,有单独存在的静电场,也有单独存在的静磁场,但没有静止的电磁场.
4.电磁波
电磁场由近向远传播,形成电磁波.
电磁波具有以下特点:
(1)电磁波中的电场和磁场相互垂直,电磁波在与两者均垂直的方向传播.电磁波是横波.
(2)相邻两个波峰(或波谷)之间的距离等于电磁波的波长,一个周期的时间,电磁波传播一个波长的距离vf?
?
.
(3)电磁波的频率为电磁振荡的频率,由波源决定,与介质无关.在真空中的速度为83.010m/sc?
(4)电磁波与机械波一样,也能产生反射、折射、干涉、衍射等现象,也是传播能量的一种形式.
(5)电磁波传播不需要借助介质、在真空中也能传播.
5.麦克斯韦的重大贡献
麦克斯韦集电磁学研究成果之大成,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,建立了完整的电磁理论.麦克斯韦电磁理论足以跟牛顿力学体系相媲美,它是物理学发展中一个划时代的里程碑.
6.赫兹发现了电磁波
(1)赫兹实验装置.
(2)赫兹观察到:
当感应圈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.据此实验,赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波.
(3)在以后的实验中,赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射,并通过测量证明电磁波在真空中速度为c.这样赫兹证实了麦克斯韦的电磁理论.
要点二、电磁振荡【高清课堂:
1.电磁振荡
(1)振荡电流和振荡电路:
①振荡电流:
大小和方向都作周期性变化的电流叫振荡电流.
②振荡电路:
能够产生振荡电流的电路,叫振荡电路.最简单的振荡电路为LC回路.
(2)电磁振荡:
在振荡电路产生振荡电流的过程中,电容器极板上的电压,电路中的电流,以及跟电荷相联系的电场,跟电流相联系的磁场都在发生周期性的变化,这种现象叫电磁振荡.
(3)阻尼振荡和无阻尼振荡:
①阻尼振荡:
在电磁振荡中,如果能量逐渐损耗,振荡电流的振幅会逐渐减小,直至停止振荡.
②无阻尼振荡:
在电磁振荡中,如果无能量损失,振荡永远持续下去,这种振荡叫无阻尼振荡.
振荡电流图像
电路状态
时刻t
0
/4T
/2T
3/4T
T
电量q
最多
电场能
最大
电流i
正向最大
反向最大
磁场能
2.电磁振荡过程分析
LC回路中产生电磁振荡的过程:
已充电的电容器刚要放电的瞬间,电路里没有电流,电容器两极板上的电荷最多.此时电场能最强,磁场能最弱.
电容器开始放电后,由于线圈的自感作用,放电电流不能立即达到最大值,而是由零逐渐增大,同时电容器极板上的电压逐渐减少,到放电完毕的瞬间,电容器极板上没有电荷,放电电流达到最大值.在这个过程中,电容器里的电场能逐渐减弱,磁场能逐渐增强,到放电完毕的瞬间,电场能全部转化为磁场能.
电容器放电完毕的瞬间,电流要保持原方向继续流动并减小,电容器反方向继续充电,极板上的电荷逐渐增多,电场能逐渐增强,磁场能逐渐减弱,到充电完毕,电场能最强,磁场能最弱.
此后,这样充电和放电的过程反复进行下去.
3.LC回路的周期和频率
(1)影响因素:
实验表明:
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.
(2)公式:
2TLC?
,12fLC?
其中:
周期T、频率f、自感系数L、电容C的单位分别是秒、赫兹、亨利、法拉,符分别是sHzHF、、、
(3)应用说明:
适当地选择电容器和线圈,就可以使振荡电路的周期和频率符合需要.在需要改变振荡电路的周期和频率时,可以用可变电容器和线圈组成电路,改变电容器的电容,振荡电路的周期和频率就随之改变.
要点三、电磁波的发射和接收【高清课堂:
1.若要有效向外发射电磁波,振荡电路必须具有的特点
(1)要有足够高的频率:
发射电磁波的功率与振荡频率的四次方成正比.如果是低频信,要用高频信运载才能更有效地发射出去.
(2)采用开放电路,使振荡电路的电磁场必须尽可能地分散到大的空间.天线和地线也可组成开放电路.
在电磁波发射技术中,使电磁波随各种信而改变的技术叫做调制.调制的装置如图所示.
2.电磁波的发射与调制
(1)调幅:
使高频振荡的振幅随信而改变叫调幅.
调幅作用如图所示.
甲:
声音信的波形.
乙:
高频等幅振荡电流的波形.
丙:
经过调幅的高频振荡电流的波形.
(2)调频:
使高频振荡的频率随信而改变叫调频.
调频的作用如图所示.
高频等幅振荡信的波形.
经过调频的高频振荡电流的波形.
(3)电磁波的发射方框图.
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,这种现象叫电谐振.
(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的L或C.
(3)检波:
从接收到高频振荡中“检”出所携带的波,叫检波.检波是调谐的逆过程,也叫解调.检波电路如图.
检波作用,如图.
检波前的高频调幅电流,乙:
检波后的单向脉动电流,丙:
流过耳机的音频电流.
4.无线电波的分类
波段
波长
频率
传播方式
主要用途
长波
300003000~米
10100~千赫
地波
超远程无线电通讯和导航
中波
3000200~米
1001500~千赫
地波和天波
无线电广播和电报通讯
中短波
20050~米
15006000~千赫
短波
5010~米
630~兆赫
天波
微
波
米波
101~米
30300~兆赫
近似直线传播
无线电广播、电视、导航
分米波
101~分米
3003000~兆赫
直线传播
电视、雷达、导航
厘米波
101~厘米
300030000~兆赫
毫米波
101~毫米
30000300000~兆赫
1?
>毫米的电磁波叫无线电波.无线电波可以分成若干波段.
5.电磁波的传播特性
无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波,它们的波长在几毫米到几十千米之间.无线电波在沿地球表面、大气层中传播时,由于不同波长的电磁波衍射和波被吸收的情况各不相同,不同波长的电磁波在传播方式上也各不相同.无线电波主要的传播方式有:
地波传播、天波传播和直线传播三种.
(1)地波传播:
沿地球表面空间传播的无线电波.
如图所示,由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障碍物,只有能绕过这些障碍物的无线电波,才能被各处的接收机所接收到,根据波的衍射特性,当波长大于或相当于障碍物的尺寸时,就可以绕到障碍物的后面.地面上的障碍物一般都不是很大,长波能很好地绕过它们,中波和中短波也能较好地绕过.短波和微波由于波长短,绕过障碍物体的本领很差.
这种传播方式对长波、中波和中短波比较适宜,对短波和微波而言,被吸收损耗的能量较多,并且它们的衍射本领较差,故不适宜.
(2)天波传播:
依靠大气层中的电离层的反射来传播的无线电波叫做天波.
我们知道,地球被厚厚的大气包围着.地表50千米到几百千米内的大气,由于太阳光的照射使大气中的一部分气体分子发生电离,这层大气就叫做电离层.
电离层对于不同波长的电磁波表示出不同的特性:
对于波长短于10m的微波,电离层能让它穿过,飞向宇宙;
对于长波,电离层基本把它吸收;
对于中波、中短波、短波,波长越短,电离层对它吸收得越少而反射得越多,因此短波最适宜以天波的形式传播.
(3)直线传播:
微波又叫超短波,它既不能以地波的形式传播(易被吸收),又不能依靠电离层的反射以天波的形式传播(能穿透),微波只能像光那样,沿直线传播.这种沿直线传播的电磁波叫空间波或视波.
要点四、电磁波与信息化社会【高清课堂:
1.光缆传输
电磁波可以通过无线传输,也可以通过有线传输.电磁波的频率越高,相同时间传递的信息量越大,而光的频率比无线电波的频率高得多.因此光缆可以传递大量信息.
2.电视
(1)电视信的采集.
摄像机采集图像信,在1s内要传递25帧画面,电视接收机也以相同的速度在荧光屏上显现这些画面,由于画面更换迅速和视觉暂留效应,我们感觉到的便是活动的图像.
声音信由话筒采集.
(2)电视信的发射.
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