【拓展阅读】电磁波的发射、传播和接收

电磁波的发射、传播和接收一、麦克斯韦的电磁波理论1、光的电磁说19世纪初，光的波动说获得很大成功，逐渐得到人们公认。但是当时人们把光波看成象机械波，需要有传播的媒介，曾假设在宇宙空间充满一种特殊物质“以太”，“以太”应具有的性质，一是很大的弹性（甚至象钢一样），二是极小的密度（比空气要稀薄得多），然而各种证明“以太”存在的实验结果都是否定的，这就使光的波动说在传播媒介问题上陷入了困境。19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出电磁场的理论，预见了电磁波的存在，并提出电磁波是横波，传播的速度等于光速，根据它跟光波的这些相似性，指出“光波是一种电磁波”-光的电磁说。1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在，测得它传播的速度等于光速，与麦克斯韦的预言符合得相当好，证实了光的电磁说是正确的。2、麦克斯韦的电磁波理论变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场.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的场，就是电磁场.注意5点：（1）变化的磁场产生电场（2）变化的电场产生磁场（3）均匀变化的磁场产生恒定的电场（4）均匀变化的电场产生恒定的磁场（5）振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场对麦克斯韦电磁场理论的理解，要从场的观点进行分析。在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流，这是我们学过的电磁感应现象。麦克斯韦从场的观点进行了研究，认为电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了一个电场，这个电场驱使导体中的自由电荷做定向移动，再把这种场的观点推广到不存在闭合电路的情形，认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象。电荷的周围存在电场，运动电荷产生的电场发生着变化，另一方面，运动的电荷在空间要产生磁场.用场的观点来分析，可认为：这个磁场是由变化的电场产生的。3、电磁波周期性变化的电磁场由近及远地传播形成电磁波。（1）电磁波与机械波的区别电磁波与机械波有本质的不同。机械波要靠介质传播，电磁波的传播不需要介质，在真空中也可以传播。但二者具有波动的共性，机械波是介质质点位移随时间和空间做周期性的变化，电磁波是电场强度和磁感应强度两个物理量随时间和空间做周期性变化。二者都能发生反射、折射、衍射和干涉等现象，因为这些现象都是波的性质。（2）电磁波的特点1、横波，E、B和速度方向V三者互相垂直，且E、B同时达到最大。2、波长、频率f（或周期T）和波速v之间的关系遵从波动的一般关系，即。在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度。二、电磁波的产生、发射和接收1、电磁波的发射无线电发射机中有一个叫振荡器的重要部件，它能产生频率很高的交变电流。高频交变电流流经天线时，在空间产生高频率的电磁场，于是电磁波就被发射出去。要有效发射电磁波，振荡电路须具有如下特点： 有足够高的振荡频率。发射效率与频率的四次方成正比。振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去。于是将LC回路改造成如图所示的天线和地线。L1由于互感现象而获得与L2中相同的振荡电流，从而补充以电磁场形式辐射出去的能量，这种现象叫耦合。2、加载信号发射电磁波是为了传递信息，所以要在波上加上信号。我们要传递的讯号不是等幅高频振荡电流，而是一些低频讯号（如：声音讯号频率只有几百至几千赫兹，图象讯号频率也不过上万赫兹）能否把它们直接发送出去？不能。（1）调制：把信息加到载波上，使载波随信号而改变叫调制。（2）调幅：使高频载波的振幅随信号而改变叫做调幅(AM)调频：使高频载波的频率随信号而改变叫做调频(FM)调幅广播(AM)：中波和短波波段；调频广播(FM)：微波（甚高频和超高频波段）3、电磁波的接收电磁波遇到导体，导体中会产生感应电流，类似机械振动的受迫振动。（1）电谐振接收电路的固有频率与电磁波的频率相同时，接收电路中的感应电流最强，这个现象就电谐振。类似受迫振动的共振现象。（2）调谐：使电路产生电谐振的过程收音机调台就是在调谐，调节的是电容C的