RJ第十八章电磁场和电磁波 16节Word文件下载.docx

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（1）介绍振荡电路中交变电流的一些重要性质：

（2）电路分析：

甲图：

电场能达到最大，磁场能为零，电路感应电流i=0

甲→乙：

电场能↓，磁场能↑，电路中电流i↑，电路中电场能向磁场能转化，叫放电过程。

乙图：

磁场能达到最大，电场能为零，电路中电流I达到最大。

乙→丙：

电场能↑，磁场能↓，电路中电流i↓，电路中电场能向磁场能转化，叫充电过程。

丙图：

电场能达到最大（与甲图的电场反向），磁场能为零，电路中电流为零。

丙→丁：

丁图：

磁场能达到最大，电场能为零，回路中电流达到最大（方向与原方向相反），

丁→戊：

戊与甲是重合的，从而振荡电路完成了一个周期。

①①充电完毕（放电开始）：

电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0。

②放电完毕（充电开始）：

电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大。

③充电过程：

电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电量在增加。

从能量看：

磁场能在向电场能转化。

④放电过程：

电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。

电场能在向磁场能转化。

归纳：

在振荡电路中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，以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡。

在振荡电流的形成过程中，几个主要物理量的变化情况是：

①电容器电量Q、两极间电压U、电场能E电变化规律相同；

②线圈中电流I、磁场能E磁变化规律相同。

电容器放电时，Q、U、E电均减小，I、E磁则增大，放电结束时，Q、U、E电为零而I、E磁达最大，电容器充电时，情况相反。

2.LC回路工作时，电感线圈两端电压UL，线圈中自感电动势E、电容器两极间电压U始终保持相同。

应当注意，当电流最大时，UL或E为零，UL或E最大时，电流I则为零。

因为此处电路为非纯电阻电路，欧姆定律不适用。

3.阻尼振荡与无阻尼振荡。

（1）阻尼振荡：

在振荡电路中由于能量被逐渐消耗，振荡电路中的电流要逐渐减小，直到最后停下来。

（2）无阻尼振荡：

在电磁振荡的电路中，如果没有能量损失，振荡应该永远地持续下去，电路中振荡电流的振幅应该永远保持不变，这种振荡叫无阻尼振荡

4.电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫做周期，ls内完成周期性变化的次数叫做频率。

如果电磁振荡时，没有能量损失，也不受其他外界的影响，这时电磁振荡的周期和频率叫做振荡电路的固有周期和固有频率。

理论和实验都可以证明，周期T和频率跟自感系数L和电容C的关系是T＝2

。

5.LC电路的周期和频率都由组成电路的线圈和电容器本身的特性决定，与板上电量的

多少、板间电压的高低、是否接入电路等因素无关。

要想改变LC回路中的周期和频率，只有改变电容器的电容C或自感线圈的自感系数L。

改变电容的方法有：

改变电容器两极板间的距离，改变两极板的正对面积，改变两极板间的介质；

改变线圈自感系数的方法有：

在线圈中插入铁心，改变线圈的长度、横截面积，改变单位长度上的匝数。

6.麦克斯韦电磁场理论：

（1）变化的磁场产生电场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场；

（2）变化的电场产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场；

（3）变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一场，这就是电磁场，电磁场是变化着的统一体，静电场和静磁场即使在空间重叠，也是两个各自独立的场。

7.电磁波的基本特点是：

（1）电磁波传播时不需要介质，可在真空中传播；

（2）电磁波是横波，电场方向和磁场方向都跟传播方向垂直；

（3）电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射、反射等现象；

（4）电磁波传递的是电磁场的能量。

8.一般音频信号的频率较低，向外辐射能量的本领较弱，为了使音频信号传向远方，可将音频信号“加”到高频振荡电流上去，这个过程叫调制。

理解调制的物理意义，我们可以作如下比喻：

人的远行能力有限，但可以乘坐飞机迅速到达远方；

音频信号的远行能力有限，但可以“乘坐”高频信号迅速到达远方，也就是说高频信号是音频信号的载体。

9.要正确理解调谐的作用：

当调谐电路的固有频率等于某一电磁波频率时，在调谐电路中激起的这个频率的感应电流较强，这与放大作用是不相同的，电谐振不存在放大作用。

与此同时，其他频率的电磁波激起的感应非常弱，不等于其他频率的电磁波不激起感应电流，所以日常生活中用收音机收听电台时，经常在某个电台广播时伴有其他电台的杂音。

10.雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备。

它有四个特点：

①雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端；

②雷达使用的是直线性好、反射性能强的微波段；

③雷达发射的是不连续的无线电波，每次发射时间约为10—6s；

④障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来。

【典型例题】

[例1]在LC振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向如图1所示，则下列说法中正确的是（）A.若磁场E在加强，则电容器正在充电，电流方向a→b

B.若磁场E在加强，则电场能E在减少，电容器下板带负电荷

C.若磁场E在减弱，则电场能E在增加，电容器下板带负电荷

D.若磁场E在减弱，则电容器正在充电，电流方向b→a

图1

解：

由磁场方向可以判断此时电流方向是由a流向b。

若磁场是增强的，说明此过程对应的是电场能向磁场能转化，电流增大，电容器正在放电，上极板带负电。

所以选项A、B均不对。

若磁场是减弱的，说明此过程对应的是磁场能向电场能转化，电流减小，电容器正在充电，电场能增加，电容器上极板带正电，所以选项C正确。

[例2]（1996年全国高考试卷）LC回路中电容器两端的电压U随时刻变化的关系如图2所示，则（）

A.在时刻t1，电路中的电流最大

B.在时刻t2，电路中的磁场能最大

C.从时刻t2至t3，电路中的电场能不断增大

D.从时刻t3至t4，电容的带电量不断增大

图2

由图2知，t1时刻电容器上电压最大时，电路中的电流为零。

t2时刻电容的电压为零时，电流最大，磁场最强，磁场能最大，B选项正确。

从t2时刻到t3时刻之间，电容器上的电压逐渐增大，是充电过程。

C选项正确。

t3时刻至t4时刻电容器上的电压逐渐减小，是放电过程。

[例3]（1997年全国高考试卷）为了增大LC振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是（）

A.增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁心

B.减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数

C.减小电容器两极板的距离并在线圈中放人铁心

D.减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数

由LC振荡电路的频率公式

可知，增大固有频率的办法是减小L或减小C或同时减小L和C。

由L和C的影响因素可知只有选项D是正确的。

[例4]在LC振荡电路中，下列说法中正确的是（）

A.电容器充放电一次，所用的时间是一个周期

B.自感线圈的自感系数L增大时，电容器的充放电过程变慢

C.电场能与磁场能的转化周期为T＝2

D.从电容器放电开始计时，当t=k

（k=1、2、3……）时电流为零

一个振荡周期有两个充放电过程，A错；

由周期公式T＝2

知，L大T长，B对；

电场能和磁场能只有大小，没有方向，因此在电磁振荡的一个周期内各出现两次最大值，即电场能和磁场能的转化周期为振荡周期的一半，C错；

放电开始至放电结束为半个周期的整数倍，故D对，所以正确答案为B、D

[例5]某LC振荡电路中，振荡电流的变化规律为i＝0.14sin（1000t）A，已知回路中线圈的自感系数L＝50mH，则电容器的电容C为多少？

由电流瞬时值表达式和

可知，震荡电流的频率为

Hz。

由周期公式

得，

、

，C=

[例6]根据麦克斯韦电磁场理论，下列叙述中正确的是（）

A.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场

B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场

C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场

D.周期性、非线性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场

答案：

D

变化的磁场产生感应电场，若磁场的变化率恒定，产生的感应电场就是恒定的。

只有磁场的变化率不恒定，产生的电场才是变化的。

同理，变化的电场产生磁场，电场的变化率恒定，产生的磁场才恒定。

电场的变化率改变，产生的磁场才是变化的。

A、B、C选项错误。

[例7]按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过0.5W／m2。

若某小型无线通信装置的电磁辐射功率是1W，那么在距离该通信装置m以外是符合规定的安全区域。

（已知球面面积为S＝4πR2）

设以半径为R的圆球外是安全区，则

，所以

，R＝0.4m。

[例8]下列关于电磁波的叙述中，正确的是（）

A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播

B.电磁波在任何介质中传播速度均为3×

108m／s

C.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短

D.电磁波不能产生干涉、衍射现象

A、C

[例9]某收音机调谐电路中，线圈的电感是固定的，可变电容器的电容为360pF，接收到波长为600m的电台信号，如果要接收波长为200m的电台信号，应将可变电容器的电容调整为多大?

因自感系数L为定值，由LC回路频率公式

可知，收音机先后两次接收电台信号的频率之比为：

又根据关系式

＝

，v＝光速Ｃ，可得先后两次接收的电台信号的波长之比：

，

联列以上两式得C2=

=40pF。

[例10]如图所示为某雷达的荧光屏，屏上标尺的最小刻度对应的时间为2×

10—4s。

雷达天线朝东方时，屏上的波形如图（a）；

雷达的天线朝西方时，屏上的波形如图（b）。

问雷达在何方发现了目标？

目标与雷达相距多远?

雷达向东方发射电磁波时，没有反射回来的信号；

向西方发射时，有反射回来的信号，所以目标在西方，从发射到接收到信号的时间差为t＝10×

2×

10—4s＝2×

10—3s，故目标到雷达站的距离为d＝

＝300km。

说明：

电磁波在同种介质中的传播可以认为是匀速直线运动，因此可利用匀速直线运动的规律来解题。

我们在分析实际问题时，关键是要抓住主要因素，抛开次要因素，抽象出一个合理的物理模型。

【模拟试题】

（答题时间：

60分钟）

1.在LC无阻尼振荡电路中，当振荡电流最大时，则（）

A.电场能全部转变为磁场能，电容器极板上电荷最多

B.磁场能全部转化为电场能，电容器上电荷最多

C.电场能全部转变为磁场能，电容器上电荷为零

D.磁场能全部转化为电场能，电容器上电荷为零

2.一个L