第12章6电磁振荡电磁场和电磁波电磁波谱

,本课件主要使用工具为office2003，Mathtype5.0,几何画板4.0,flashplayer10.0,2,6电磁振荡电磁场和电磁波电磁波谱,光相对论电磁振荡与电磁波,第十二章,3,1.麦克斯韦的电磁理论(1)变化的磁场(电场)能够在周围空间产生电场(磁场)；(2)均匀变化的磁场(电场)能够在周围空间产生的电场(磁场)；(3)振荡的磁场(电场)能够在周围空间产生同频率的电场(磁场)；说明：麦克斯韦根据电磁理论预言了电磁波的存在.,稳定,振荡,4,2.电磁场按照麦克斯韦的电磁理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的场，称为电磁场.电磁场是一种.电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现.3.电磁波.变化的电场和磁场从产生的区域地向周围空间传播开去，就形成了电磁波.,统一,物质,由近及远,5,4.振荡电路和振荡电流.由实验现象观察到，在由电感L和电容C组成的电路中，充电的电容器通过电感放电，电路中产生了的电流，我们把这样的电流叫振荡电流，能产生振荡电流的电路叫振荡电路，由组成的电路叫LC回路.LC回路是一种简单的振荡电路.,大小和方向随时间作周期性变化,电感L和电容C,6,5.电磁振荡.在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容器极板上的、通过线圈的，以及跟电流和电荷相联系的和都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡.电磁振荡原理.利用电容器的充、放电和线圈的自感作用产生振荡电流，同时形成电场能和磁场能的周期性变化.,电荷,电流,磁场,电场,7,注意：振荡电流和照明用交变电流都按正弦规律变化，都是由电路中的形成的.振荡电流的比照明用的交流电流高得多，很难在交流发电机中产生，只能在振荡电路中产生.,自由电子做简谐运动,频率,8,6.LC回路的振荡周期和频率.实验知道，LC回路的周期和频率跟振荡电路中的自感系数L和电容C有关，与其他的外界因素无关，电容C和电感L增加时，周期变，频率变；电容C和电感L减小时，周期变，频率变.,长,小,短,大,9,进一步可证明，LC回路的周期T和L、C的关系是：公式中T、L、C、f的单位分别是秒(s)、亨利(H)、法拉(F)、赫兹(Hz).,10,7.电磁波的特点(1)电磁波是.在电磁波传播方向上的任一点，场强E和磁感应强度B均与传播方向垂直且随时间变化，因此电磁波是横波.(2)电磁波的传播需要介质，这一点和机械波不同，机械波的传播需要介质.电磁波的传播靠的是电和磁的相互“感应”.在真空中也能传播.在真空中的波速为c=3.0108m/s.,横波,不,11,(3)波速和波长、频率的关系：=.(4)电磁波的波速.各种频率的电磁波在真空中传播速度与光速相同.在同一介质中，不同频率的电磁波传播速度同，频率越大传播速度越.在不同介质中，同一频率的电磁波传播速度与有关.,不,小,介质,12,(5)电磁波具有波的共性，能产生、等现象.(6)电磁波具有能量，电磁波向外传播的过程伴随着向外传播.(7)电磁波可以脱离“波源”而存在.电磁波发射出去后，产生电磁波的振荡电路停止振荡后，在空间的电磁波仍继续传播.,干涉,衍射,能量,13,注意：麦克斯韦根据他提出的电磁理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速c，后由赫兹用实验证实了电磁波的存在.,14,8.无线电波.无线电技术中使用的电磁波叫无线电波，无线电波的波长从几毫米到几十千米.通常根据波长或频率把无线电波分成长波、中波、中短波、短波和微波等几个波段.,15,9.调制：调幅与调频在电磁波发射技术中，如果把电信号“加”到高频等幅振荡电流上，那么，载有信号的高频振荡电流产生的电磁波就载着要传送的信号一起发射出去.把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使电磁波随各种信号而改变叫做调制.进行调制的装置叫做调制器.要传递的电信号叫做调制信号.,16,使高频振荡电流的振幅随调制信号而改变叫做调幅，调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段.电流的频率随调制信号而改变叫做调频，调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法来调制，通常使用微波中的甚高频(VHF)和超高频(UHF)波段.,使高频振荡,17,10.调谐.接收电磁波时，首先要从诸多的电磁波中把所需要的选出来，通常叫做选台.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.这种现象叫做电谐振，相当于机械振动中的共振.接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路.,18,11.检波.从接收到的高频振荡电流中“检”出所携带的调制信号过程，叫做检波.检波是调制的逆过程，因此也叫解调.由于调制的方法不同，检波的方法也不同.,19,12.电磁波的应用广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用.雷达：无线电定位的仪器，波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能强，多数的雷达工作于微波波段.缺点是沿地面传播探测距离短.中、长波雷达沿地面的探测距离较远，但发射设备复杂.,20,13.光的电磁说光本质上是一种电磁波，这就是光的电磁说.光的电磁说说明了光波跟机械波有本质的不同，光波属于电磁波，电磁场本身就是物质，因此不需要“弹性介质”来传递.光的电磁说揭露了光现象的电本质，把光学和电磁学统一起来了.光的电磁说提出的根据.光与电磁波一样都能在真空中传播.光与电磁波在真空中是相同的.,传播速度,21,14.电磁波谱电磁波按波长由大到小顺序排列起来就构成了范围非常广阔的电磁波谱.电磁波谱按波长从长到短的次序排列为：.其中最长波长是最短波长的1021倍以上.,无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线,22,不同电磁波产生机理不同.无线电波是产生的.红外线、可见光、紫外线是产生的.X射线是产生的.射线是产生的.不同波长的电磁波，它们的本质是相同的，它们的行为服从共同的规律，如光和电磁波都具有反射、折射、干涉、衍射等性质.同时它们又具有某些特性.,振荡电路中自由电子的周期性的运动,原子的外层电子受到激发后,原子的内层电子受到激发后,原子核受到激发后,23,15.电磁波的波动性、粒子性波长越长的波波动性越，越容易表现出干涉、衍射等现象，像无线电波.而波长越短的波要观察到它们的干涉、衍射就比较困难，像X射线，射线等.频率越大的波粒子性越，射线、X射线等的穿透本领很强，而无线电波的穿透本领很弱.能引起人的眼睛视觉的可见光波长范围是：400nm770nm.,显著,显著,24,16.电磁波的性质（1）红外线：红光外侧，频率比红光低.显著作用是，容易穿透云雾，用于烘干，夜视，遥感技术.一切物体都在不停地辐射红外线.（2）紫外线：紫光外侧，频率比紫光大.主要作用是，诱杀害虫.高温物体辐射紫外线.,热作用,化学作用，消毒、荧光效应,25,（3）X射线：原子内层电子受到激发后产生的，很强，用于人体透视，检查金属部件，高速电子流打到固体上，产生X射线.（4）射线：原子核受到激发后产生的，有，用于检查金属部件.,穿透能力,很强的穿透能力,26,1.怎样分析电磁振荡过程？分析电磁振荡要掌握三个要点(突出能量守恒的观点)：理想的LC回路中电场能E电和磁场能E磁在转化过程中的总和不变.LC回路电磁振荡过程实质上是磁场能和电场能之间通过充放电的形式相互转化的过程.回路中电流越大时，L中的磁场能越大(磁通量越大).极板上电荷量越大时，C中电场能越大(板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大).,27,注意：振荡过程中同一瞬间有多种说法.如电容器放电完毕瞬间，还可以说成：电场能向磁场能转化完毕，磁场能开始向电场能转化，电容器开始反方向充电等.振荡电流的变化规律：放电过程，电流逐渐变大，放电完毕，电流最大；充电过程，电流变小，充电完毕，电流为零.充、放电的含义：电容器电荷量增加，电流方向从电容器负极板流向正极板为充电；电容器电荷量减小，电流方向从正极板流向负极板为放电.,28,2.电磁波与机械波有何异同？电磁波的表现形式在很多方面跟机械波相类似，但必须注意它们本质的不同.电磁波是电磁现象，是靠电和磁的相互“感应”传播，电磁波是一种特殊的物质，在空间里传播的是电磁场，传播不需要介质，真空中也可传播.,29,机械波是力学现象，要靠介质传播，在真空中不能传播，机械波在介质中传播的是运动.电磁波与机械波具有波动的共性.机械波是位移这个物理量随时间和空间做周期性的变化，电磁波则是E和B这两个物理量随时间和空间做周期性的变化.二者都能产生反射、折射、衍射和干涉等现象.,30,1.电磁理论关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是()A.均匀变化的电场在它周围空间产生均匀变化的磁场B.电磁波和机械波一样依赖于介质传播C.电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直，且与波的传播方向垂直,CD,31,D.只要空间某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的电场在它的周围只能产生恒定的磁场，A不对.电磁波本身是一种物质，它的传播不需要介质，B不对.电磁波是横波，C正确.振荡电场磁场相互产生并向远处传播形成电磁波，D正确.,32,磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如图所示，其中能产生电场的有图示的磁场，能产生持续电磁波的有图示的磁场.,BCD,BD,33,34,ABC,2.电磁振荡的过程（2009湘潭一中模拟）LC回路发生电磁振荡时，回路中电流i随时间t变化图象如图12-6-1所示，由图象可知（）A.t1时刻电容器所带电量为零B.t2时刻电容器所带电量最大C.t1至t2时间内，电容器两板间电压增大D.t2至t3时间内，电容器两板间电压增大,图12-6-1,35,t=0时刻i=0，表示此时极板上所带电量最大，两极板间电压最大，此时的q-t，u-t图可以如下表示：由两图可以判断出ABC正确.,36,（2008长沙雅礼中学）如图12-6-2所示为LC振荡电路中电容器极板上的电量q随时间t变化的图线，由图可知()A.在t1时刻，电路中的磁场能最小B.从t1到t2，电路中的电流值不断变小C.从t2到t3，电容器不断充电D.在t4时刻，电容器的电场能最小,图12-6-2,ACD,37,3.光的电磁说下列关于电磁波谱的说法中，正确的是()A.夏天太阳把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的B.验钞机验钞票真伪体现了紫外线的荧光作用C.利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离D.电磁波谱中最难发生衍射的是X射线,BC,38,热效应最强的是红