第三章電磁波

第3節電磁波的產生4、電磁振蕩過程分析++++－－

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q=Qmi=0－－－－++++q=Qmi=0++++－－

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q=0i=Imq=0i=Imqi放電qi放電充電充電qiqi的周期性化變－－－－++++反向振蕩電流的產生過程4/11/2023美工、程序設計：劉小明時間tt=0t=T/4t=T/2t=3T/4t=T電容器帶電量電路中電流電場能磁場能最大(A＋、B－)零最大零零最大(a→b)零最大最大(A－、B＋)零最大零零最大(b→a)零最大最大(A＋、B－)零最大零阻尼振蕩和無阻尼振蕩

電磁振蕩練習某時刻LC振蕩電路中振蕩電流I如圖所示，由圖可知下列選項中正確的是：

如圖所示，振蕩電路及其中產生的振蕩電流隨時間變化的圖象。電流的正方向規定為順時針方向，則在t1到t2時間內，電容器C的極板上所帶電量及其變化情況是：A、電容器正在充電B、電容器正在放電C、振蕩電流將變大D、振蕩電流將變小A、上極板帶正電荷，且電量逐漸增加B、上極板帶正電荷，且電量逐漸減少C、下極板帶正電荷，且電量逐漸增加D、下極板帶正電荷，且電量逐漸減少CLi0t1t2LC回路中電容器兩端電壓u隨時間t的變化關系如圖所示，則A、在時刻t1，電路中電流最大B、在時刻t2，電路中磁場能最大C、從時刻t2到t3，電路中的電場能不斷增大D、從時刻t3到t4，電容器的帶電量不斷增大u0t1t2t3t4二、電磁振蕩的周期和頻率明確決定電磁振蕩的周期、頻率因素熟練運用周期，頻率表達式解決實際問題。i0t詳細內容周期：電磁振蕩完成一次周期變化需要的時間頻率：一秒鐘內完成周期性變化的次數固有周期、固有頻率i0t電容器放電過程電容器放電結束電容器反向充電過程電容器反向充電結束LC電路的周期和頻率影響因素：實驗表明：電容或者電感增加時，周期變長，頻率變低；電容或電感減少時，周期變短，頻率變高公式：適當地選擇電容器和線圈，就可以使振蕩電路的周期和頻率符合需要。練習用平行板電容器和自感線圈組成的振蕩電路，若要增大振蕩電路的頻率，可采用的方法是：

如圖所示的LC振蕩電路中振蕩電流的周期為2×10-2S，自振蕩電流逆時針方向達到最大值時開始計時，當t＝3.4×10-2S時，電容器正處于__狀態（填“充電”、“放電”、“充電完畢”、“放電完畢”），這時電容器上板帶____電。A、增大電容器兩極板間的距離B、升高電容器的充電電壓C、增加線圈的匝數D、減少線圈的匝數E、在線圈中插入鐵芯F、在電容器兩極板間插入電介質CL電磁場變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場，這是麥克斯韋理論的兩大支柱．按照這個理論，變化的電場和磁場總是相互聯系的，形成一個不可分離的統一的場，這就是電磁場．電場和磁場只是這個統一的電磁場的兩種具體表現．【例題】根據麥克斯韋的電磁理論，下列說法正確的是：[]A．在電場周圍一定產生磁場，磁場周圍一定產生電場B．在變化的電場周圍一定產生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產生變化的電場C．均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場D．振蕩的電場一定產生同頻率振蕩的磁場答案：D

電磁波的產生

從麥克斯韋的電磁場理論可以知道：如果在空間某處發生了變化的電場，就會在空間引起變化的磁場，這個變化的電場和磁場又會在較遠的空間引起新的變化的電場和磁場．這樣，變化的電場和磁場并不局限于空間某個區域，而要由近及遠向周圍空間傳播開去．電磁場這樣由近及遠地傳播，就形成電磁波．研究表明，要有效地向外界發射電磁波，振蕩電路必須具有如下的特點：第一，要有足夠高的振蕩頻率．理論的研究證明，振蕩電路向外界輻射能量的本領，即單位時間內輻射出去的能量，與頻率的四次方成正比．頻率越高，發射電磁波的本領越大．第二，振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間，才能有效地把電磁場的能量傳播出去．電磁波的特點

電磁波是橫波

電磁波在空間以一定的速度傳播，其波長λ、頻率f（或周期T）和波速v之間的關系遵從波動的一般關系，即v=λ/T=λf．上圖表示經過一個周期T電磁波向前傳播的情形．經過一個周期T，電磁波傳播的距離等于波長λ．電磁波在真空中的傳播速度C＝3.0×108.m/s．從場的觀點來看電場具有電能，磁場具有磁能，電磁場具有電磁能．電磁波的發射過程就是輻射能量的過程．電磁波在空間傳播，電磁能就隨著一起傳播．電磁波不需要任何介質，在真空中也能傳播

.德國物理學家赫茲（1857－1894）第一次用實驗證實了電磁波的存在．赫茲還測定了電磁波的波長和頻率，得到電磁波的傳播速度，證實這個速度等于光速．赫茲還用實驗證明，電磁波跟所有波動一樣，能產生反射、折射、衍射、干涉等現象，從而充分證實了麥克斯韋的電磁場理論，同時也為在此之后迅速發展起來的無線電技術的應用奠定了實驗基礎．

電磁波與機械波有本質的不同．前者是電磁現象，后者是力學現象．機械波要靠介質來傳播，電磁波的傳播則不需要靠別的物質作介質，在真空中也可以傳播．但二者具有波動的共性．機械波是位移這個物理量隨時間和空間做周期性的變化，電磁波則是E和B這兩個物理量隨時間和空間做周期性的變化．二者都能產生反射、折射、衍射和干涉等現象．無線電波的幾個波段上海東方明珠電視塔無線電波的發射實際應用中的開放電路，線圈下部用導線接地，這條導線叫做地線；線圈上部接到比較高的導線上，這條導線叫做天線。

在電磁波發射技術中，使電磁波隨各種信號而改變叫做調制．使高頻振蕩的振幅隨信號而改變叫做調幅，調幅廣播（AM）一般使用中波和短波波段．使高頻振蕩的頻率隨信號而改變叫做調頻，調頻廣播（FM）和電視廣播都采用調頻的方法來調制，通常使用微波中的甚高頻（VHF）和超高頻（UHF）波段．無線電波的接收

電磁波在空間傳播時，如果遇到導體，會使導體中產生感應電流．感應電流的頻率跟激起它的電磁波的頻率相同．因此，利用放在電磁波傳播空間中的導體，就可以接收到電磁波．在無線電技術中，用天線和地線組成的接收電路來接收電磁波．當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強．這種現象叫做電諧振，相當于機械振動中的共振．

使接收電路產生電諧振的過程叫做調諧，能夠調諧的接收電路叫做調諧電路．圖示是收音機的調諧電路．調節可變電容器的電容來改變調諧電路的頻率，使它跟要接收的電臺發出的電磁波的頻率相同，這個頻率的電磁波在調諧電路里激起較強的感應電流，這樣就選出了這個電臺．

從接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號，叫做檢波．檢波是調制的逆過程，因此也叫解調．

電視雷達

在電視發射端，由攝像管攝取景物并將景物反射的光轉換為電信號．攝像鏡頭把被攝景物的像成在攝像管中的屏上．電子槍發出的電子束按一定規律偏轉，對屏上的圖像進行掃描．掃描的路線如圖所示，從a開始，逐行進行，直到b．把一幅圖像按照各個部分的明暗情況，逐點地變為強弱不同的信號電流．然后通過天線把帶有信號的電磁波發射出去．在電視接收端，由電視接收機的顯像管把電信號還原成景物的像．電視接收天線接收到電磁波以后，經過調諧、檢波，將得到的電信號送到顯像管．顯像管里的電子槍發射電子束的強弱受電信號的控制，并且用與攝像管的電子槍相同的方式和步調進行掃描．這樣，當電子束射到顯像管的熒光屏上時，在屏上便出現了與攝像管屏上相同的像．電視接收機的天線接收到的電磁波除了載有圖像信號外，還有伴音信號．伴音信號經檢波取出后，送到揚聲器，揚聲器便伴隨電視屏幕上的景像發出聲音來．

電視的應用正在日益擴大．例如，在自動化企業的控制中心，可以利用電視來監視各條生產線的工作情況．一些不便直接觀察的地方，如有毒氣或強烈放射性的地方，可以用電視作間接的觀察．現在，電視技術已經應用到工業、交通、文化教育、國防和科學研究等各個方面．雷達

雷達是利用無線電波來測定物體位置的無線電設備．

電磁波遇到障礙物要發生反射，雷達就是利用電磁波的這個特性工作的．波長越短的電磁波，傳播的直線性越好，反射性能越強，因此雷達用的是微波波段的無線電波．雷達有一個特制的可以轉動的天線，它能向一定的方向發射不連續的無線電波．每次發射的時間約為百萬分之一秒，兩次發射的時間間隔大約是萬分之一秒．這樣，發射出去的無線電波遇到障礙物時，可以在這個時間間隔內反射回來被天線接收．

無線電波的傳播速度是c，測出從發射無線電波到接收到反射回來的無線電波的時間t，就可以由公式2s＝ct確定障礙物的距離s．再根據發射無線電波的方向和仰角，便可以確定障礙物的位置了．

實際