电磁场与电磁波

1、第十四章第十四章 电磁波电磁波横横两两电电磁磁振荡频率振荡频率不同不同3108m/sv/f电磁电磁反射反射折射折射衍射衍射干涉干涉多普勒效应多普勒效应介质与频率介质与频率有横波也有纵波是横波种类取决于介质真空中：恒定介质：取决于介质与频率速度需要介质传播机械能及信息不需介质传播电磁能及信息传播本身不是物质，是运动形式的传播是一种客观存在的物质本质都是波，都会发生干涉、衍射等现象都满足关系：v=f联系机械波电磁波讨论与交流讨论与交流 从电磁波的特点出发，你认为电磁场是客从电磁波的特点出发，你认为电磁场是客观存在的物质吗？观存在的物质吗？电磁场具有：电磁场具有：1、 能量能量2、 动量（与其他物质

2、相互作用）动量（与其他物质相互作用）3、 运动质量运动质量 爱因斯坦认为：爱因斯坦认为：“在一个现代物理学家看来，在一个现代物理学家看来，电磁场正和他所坐的椅子一样的实在。电磁场正和他所坐的椅子一样的实在。”典例典例1 1 应用麦克斯韦的电磁场理论判断，如图所示的表示电应用麦克斯韦的电磁场理论判断，如图所示的表示电场产生磁场（或磁场产生电场）的关系图象中（每个选项中场产生磁场（或磁场产生电场）的关系图象中（每个选项中的上图表示的是变化的场，下图表示的是变化的场产生的另的上图表示的是变化的场，下图表示的是变化的场产生的另外的场），正确的是（外的场），正确的是（ ) )【规范解答】【规范解答】选选

3、B B、C.AC.A中的上图是稳定的磁场，由麦克斯韦中的上图是稳定的磁场，由麦克斯韦电磁场理论可知不会产生电场，故电磁场理论可知不会产生电场，故A A选项错误；选项错误；B B中的上图是中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，故均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，故B B选项正确；选项正确；C C中中的上图是振荡的磁场，它能产生相同频率的电场，且相位差的上图是振荡的磁场，它能产生相同频率的电场，且相位差为为/2/2，故，故C C选项正确；选项正确；D D中的上图是振荡的电场，在其空间中的上图是振荡的电场，在其空间产生振荡的磁场，但下图中的图象与上图相比较，相位差为产生振荡的磁场，但下图中

4、的图象与上图相比较，相位差为，故，故D D选项错误选项错误. .【例【例2 2】下列关于电磁波与机械波的说法正确的是】下列关于电磁波与机械波的说法正确的是 （ ）A A机械波和电磁波的传播都需要介质机械波和电磁波的传播都需要介质B B机械波和电磁波都是横波机械波和电磁波都是横波C C机械波和电磁波都是传播能量或信息的一种方式机械波和电磁波都是传播能量或信息的一种方式D D公式公式v vff都适用都适用【解析】【解析】选选C C、D.D.机械波的传播需要介质机械波的传播需要介质, ,电磁波的传播不需电磁波的传播不需要介质要介质,A,A错错; ;电磁波是横波电磁波是横波, ,机械波可能是横波机械波

5、可能是横波, ,也可能是纵也可能是纵波波,B,B错错; ;机械波传播的是机械能机械波传播的是机械能, ,电磁波传播的是电磁能电磁波传播的是电磁能,C,C对对; ;机械波和电磁波都是波机械波和电磁波都是波, ,一切关于波计算的公式都适用一切关于波计算的公式都适用,D,D对对. .三、电磁振荡的产生三、电磁振荡的产生1.1.振荡电流：大小和方向都做振荡电流：大小和方向都做_迅速变化的电流迅速变化的电流. .2.2.振荡电路：能产生振荡电路：能产生_的电路的电路. .3.3.振荡过程：如图所示，将开关振荡过程：如图所示，将开关S S掷向掷向1 1，先给电容器充电，再，先给电容器充电，再将开关将开关S

6、 S掷向掷向2 2，从此时起，电容器要对线圈放电，从此时起，电容器要对线圈放电. .周期性周期性振荡电流振荡电流（1 1）放电过程：由于线圈的）放电过程：由于线圈的_作用，放电电流不能立刻达作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐_._.放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到_._.该过程电容器储存的该过程电容器储存的_转化为线圈的转化为线圈的_._.自感自感减少减少最大值最大值磁场能磁场能电场能电场能（2 2）充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的）充电过程

7、：电容器放电完毕，由于线圈的_作用，电作用，电流并不会立刻消失，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减流并不会立刻消失，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始小，电容器开始_，极板上的电荷逐渐，极板上的电荷逐渐_._.当电流减小当电流减小到零时，充电结束到零时，充电结束, ,极板上的电荷量达到极板上的电荷量达到_._.该过程中该过程中, ,线线圈中的圈中的_又转化为电容器的又转化为电容器的_._.此后电容器再放电、此后电容器再放电、再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变化的振荡电流再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变化的振荡电流. .自感自感充电充电增加增加最大值最大值电场

8、能电场能磁场能磁场能（3 3）实际的）实际的LCLC振荡是阻尼振荡振荡是阻尼振荡. .电路中有电阻，振荡电流通电路中有电阻，振荡电流通过时会有过时会有_产生，另外还会有一部分能量以产生，另外还会有一部分能量以_的形的形式辐射出去式辐射出去. .如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中. .电磁波电磁波热量热量1.1.各物理量变化情况一览表各物理量变化情况一览表时刻时刻（时间）（时间）工作过程工作过程q qE Ei iB B能量能量T04TT42T3T243TT4放电过程放电过程q qm m00E Em m000 0i im m0B0Bm mE E电电

9、EE磁磁充电过程充电过程0q0qm m0E0Em mi im m00B Bm m00E E磁磁EE电电放电过程放电过程q qm m00E Em m000i0im m0B0Bm mE E电电EE磁磁充电过程充电过程0q0qm m0E0Em mi im m00B Bm m00E E磁磁EE电电2.2.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图象振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图象3.LC3.LC回路中各量间的变化规律及对应关系回路中各量间的变化规律及对应关系(1)(1)同步同变关系同步同变关系在在LCLC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量物理量

10、：电量q q、板间电压、板间电压U U、电场强度、电场强度E E、电场能、电场能E E电电是同步同向变化的，即：是同步同向变化的，即：qUEEqUEE电电(或或qUEEqUEE电电).).振荡线圈上的物理量：振荡电流振荡线圈上的物理量：振荡电流i i、磁感应强度、磁感应强度B,B,磁磁场能场能E E磁磁也是同步同向变化的，即：也是同步同向变化的，即：iBEiBE磁磁(或或iBEiBE磁磁).).(2)(2)同步异变关系同步异变关系在在LCLC振荡过程中，电容器上的三个物理量振荡过程中，电容器上的三个物理量q q、E E、E E电电与线圈中的三个物理量与线圈中的三个物理量i i、B B、E E磁

11、磁是同步是同步异向变化的，异向变化的，即即q q、E E、E E电电同时减小时，同时减小时，i i、B B、E E磁磁同时增大，同时增大，且它们的变化是同步的，即：且它们的变化是同步的，即：q q、E E、E E电电 i i、B B、E E磁磁. 同步异向变化（3 3）物理量的等式关系）物理量的等式关系线圈上的振荡电流线圈上的振荡电流 ，自感电动势，自感电动势 ，振荡周期，振荡周期 . .（4 4）极值、图象的对应关系）极值、图象的对应关系如图所示，如图所示，i=0i=0时，时，q q最大，最大，E E最大，最大，E E电电最大，最大，E E自自（E E自自为自感电为自感电动势）最大动势）最大

12、. . q=0时，时，i最大，最大，B最大，最大，E磁最大，磁最大，E电电=0.qitiELtT2LC 【典例【典例3 3】LCLC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则则( )( )A.A.若磁场正在减弱，则电容器正在充电，若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由电流由b b向向a aB.B.若磁场正在减弱，则电场能正在增大，若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电电容器上极板带负电C.C.若磁场正在增强，则电场能正在减少，若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上极板带正电电容器上极板带正电 D.D.若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流

13、方向由若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a a向向b bA、B、C【变式训练【变式训练】如如图甲中通过图甲中通过P P点电流（向右为正）的变化规律点电流（向右为正）的变化规律如图乙所示，则如图乙所示，则( )( )A.0.5 sA.0.5 s1 s1 s间，电容器间，电容器C C正在充电正在充电B.0.5 sB.0.5 s1 s1 s间，电容器间，电容器C C上极板带正电上极板带正电C.1 sC.1 s1.5 s1.5 s内，内，Q Q点的电势比点的电势比P P点的电势高点的电势高D.1 sD.1 s1.5 s1.5 s内，磁场能转化为电场能内，磁场能转化为电场能A、C【典例【典例4

14、】为了增大】为了增大LC振荡电路的固有频率，振荡电路的固有频率，下列办法中可采取的是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增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯放入铁芯B.减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数数C.减小电容器两极板的距离并在线圈中放入减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯铁芯D.减小电容器两极板的正对面积并减小线圈减小电容器两极板的正对面积并减小线圈的匝数的匝数 D 无线电波的发射无线电波的发射1.1.观察下图观察下图, ,探究如何把闭合振荡电路改造成探究如何把闭合振荡电路改造成开放电路开放电路, ,以有

15、效地发射电磁波以有效地发射电磁波. .2.2.在发射电磁波时为什么要对电磁波调制在发射电磁波时为什么要对电磁波调制? ?提示提示: :要有效地发射电磁波要有效地发射电磁波, ,就要有足够高的振荡频率就要有足够高的振荡频率, ,但但声音、图像信号的频率很低声音、图像信号的频率很低, ,不能直接发射出去不能直接发射出去, ,只有把声只有把声音、图像的低频信号调制到音、图像的低频信号调制到高频电磁波上高频电磁波上, ,使高频电磁波使高频电磁波带着低频信号向外发射带着低频信号向外发射. .点拨：点拨：调制就是要把频率较低的调制就是要把频率较低的信号加载到高频信号上去，就好信号加载到高频信号上去，就好像

16、人的远行能力有限，所以乘汽像人的远行能力有限，所以乘汽车、飞机一样车、飞机一样. .因此，高频振荡因此，高频振荡信号就是那些有用的低频信号的信号就是那些有用的低频信号的载体，而这载体，而这“加载加载”过程就是物过程就是物理上所说的理上所说的“调制调制”过程过程. . 3.3.通常情况下如何对电磁波进行调制通常情况下如何对电磁波进行调制? ?提示提示: :有调幅和调频两种有调幅和调频两种. .(1)(1)调幅调幅(AM)(AM)是使高频电磁波的振幅随信号的是使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变化强弱而变化, ,但频率不变但频率不变. .(2)(2)调频调频(FM)(FM)是使高频电磁波的频率是使高

17、频电磁波的频率随信号的强弱而变化随信号的强弱而变化, ,但振幅不变但振幅不变. .二、无线电波的接收二、无线电波的接收1.1.无线电波的接收原理无线电波的接收原理电磁波在传播时如果遇到导体电磁波在传播时如果遇到导体, ,会使导体中产生会使导体中产生_._.因因此空中的导体可以用来接收电磁波此空中的导体可以用来接收电磁波. .感应电流感应电流2.2.电谐振与调谐电谐振与调谐(1)(1)电谐振电谐振: :当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率_时时, ,接收电路中产生的振荡电流接收电路中产生的振荡电流_的现象的现象, ,它相当于机它相当于机械振动中的械振动

18、中的_._.(2)(2)调谐调谐: :使接收电路产生使接收电路产生_的过程的过程. .3.3.解调解调(1)(1)使声音或图像信号从调谐电路接收到的高频电流中使声音或图像信号从调谐电路接收到的高频电流中_出出来的过程来的过程, ,它是它是_的逆过程的逆过程. .(2)(2)调幅波的解调也叫调幅波的解调也叫_._.相同相同最强最强共振共振电谐振电谐振还原还原检波检波调制调制3.3.以接收声音信号为例以接收声音信号为例, ,总结无线电波的接收过程总结无线电波的接收过程. .提示提示: :如题图如题图, ,通过调节调谐电路中振荡电流的频通过调节调谐电路中振荡电流的频率率, ,使调谐电路发生电谐振使调

19、谐电路发生电谐振, ,接收到我们需要的无接收到我们需要的无线电波线电波, ,然后把声音信号从高频电流中解调出来然后把声音信号从高频电流中解调出来, ,经过放大就可在扬声器中重现了经过放大就可在扬声器中重现了. .调谐器调谐器检波器检波器扬声器扬声器新知初探自主学习新知初探自主学习一、电磁波与信息的传递一、电磁波与信息的传递1电磁波可以通过电磁波可以通过_、光缆进行有线传输，也可以实现无线传、光缆进行有线传输，也可以实现无线传输输.电磁波的电磁波的_越高越高,相同时间传递的信息量越大相同时间传递的信息量越大.2电磁波的应用实例电磁波的应用实例(1)电视：摄像机采集图像信号，在电视：摄像机采集图像

20、信号，在1 s内要传送内要传送_幅画面，电视接幅画面，电视接收机也以相同的收机也以相同的_在荧光屏上显现这些画面，便实现了影像的在荧光屏上显现这些画面，便实现了影像的传递和再现传递和再现(2)雷达：利用无线电波来测定物体雷达：利用无线电波来测定物体_的无线电设备的无线电设备(3)移动电话：指通信双方都可以移动电话：指通信双方都可以_进行信息交换的通信方进行信息交换的通信方式式电缆电缆频率频率25速率速率位置位置自由移动自由移动(4)因特网：因特网：20世纪世纪90年代中期，世界最大的计算机互联网年代中期，世界最大的计算机互联网_出现了爆炸式的发展出现了爆炸式的发展二、电磁波谱二、电磁波谱1概念

21、概念：按电磁波的：按电磁波的_大小的顺序把它们排列成的大小的顺序把它们排列成的谱谱2电磁波谱中，不同波长电磁波谱中，不同波长(或频率或频率)的电磁波的特点及应用的电磁波的特点及应用(1)无线电波：波长大于无线电波：波长大于1 mm(频率小于频率小于300 GHz)的电磁波是无线电的电磁波是无线电波，主要用于波，主要用于_和广播和广播(2)红外线：它是一种光波，它的波长比无线电波短，比可见光长，红外线：它是一种光波，它的波长比无线电波短，比可见光长，不能引起人的视觉不能引起人的视觉_物体都发射红外线，热物体的红外辐射物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强，主要应用于加热或比冷物体

22、的红外辐射强，主要应用于加热或_因特网因特网波长或频率波长或频率通信通信所有所有红外摄影红外摄影(3)可见光：可见光的波长在可见光：可见光的波长在760 nm到到400 nm之间分为红、橙、黄、之间分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色不同颜色的光波长绿、青、蓝、紫七种颜色不同颜色的光波长(频率频率) _ (4)紫外线紫外线波长范围在波长范围在5 nm到到370 nm之间，不能引起人的视觉，紫外线具有之间，不能引起人的视觉，紫外线具有_作用，应用于杀菌消毒；还有较强的荧光效应，用来激发荧光作用，应用于杀菌消毒；还有较强的荧光效应，用来激发荧光物质发光物质发光(5)X射线和射线和射线射线X射线：

23、频率比紫外线还高，又叫伦琴射线穿透力较强用来检查射线：频率比紫外线还高，又叫伦琴射线穿透力较强用来检查工业部件的内部有无裂纹或气孔工业部件的内部有无裂纹或气孔,医学上用于医学上用于_.射线：频率比紫外线高甚至比射线：频率比紫外线高甚至比X射线还要高，具有很高的能量，穿射线还要高，具有很高的能量，穿透能力更强主要应用有：医学上透能力更强主要应用有：医学上_作用，工业上作用，工业上_作用作用不同不同化学化学透视透视治疗治疗探测探测要点二电磁波谱及其性质要点二电磁波谱及其性质1电磁波谱电磁波谱无线电波、红外线、可见光、紫外线、无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线、射线合起来便成了射线合起来

24、便成了范围非常广阔的电磁波谱如图所示是按波长由大到小范围非常广阔的电磁波谱如图所示是按波长由大到小(频率由小到频率由小到大大)顺序排列的顺序排列的【名师归纳】【名师归纳】名称名称特性特性无线电波无线电波红外线红外线 可见光可见光紫外线紫外线X射线射线射线射线主要主要作用作用通信通信热作用热作用视觉作视觉作用用化学作用化学作用穿透作用穿透作用贯穿作用贯穿作用应用应用无线电技术无线电技术红外线红外线遥感遥感照明摄照明摄影影医用消毒医用消毒,防伪防伪检查，医用检查，医用透视透视工业探伤工业探伤医用治疗医用治疗产生产生机理机理振荡电路中振荡电路中自由电子的自由电子的周期性运动周期性运动原子外层电子受到

25、激发原子外层电子受到激发原子内层电原子内层电子受到激发子受到激发原子核受原子核受到激发到激发说明说明振荡电路中振荡电路中产生产生一切物一切物体都能体都能辐射辐射由七种由七种色光组色光组成成一切高温一切高温物体都能物体都能辐射辐射伦琴射线管伦琴射线管中高速电子中高速电子流射至阳极流射至阳极产生产生放射性元放射性元素衰变时素衰变时产生产生3电磁波传递能量电磁波传递能量(1)电磁波是一种物质电磁波是一种物质,_通过实验证实了电磁波的存在通过实验证实了电磁波的存在.(2)各种各样的仪器能够探测到许多电磁波，表明电磁波传递各种各样的仪器能够探测到许多电磁波，表明电磁波传递_4太阳辐射太阳辐射太阳辐射的能

26、量集中在太阳辐射的能量集中在_、红外线和紫外线三个区域、红外线和紫外线三个区域,在眼睛在眼睛感觉最敏感的感觉最敏感的_光附近，辐射的能量最强光附近，辐射的能量最强赫兹赫兹能量能量可见光可见光黄绿黄绿2.2.结合图片，探究电视摄像与显像原理结合图片，探究电视摄像与显像原理. .【典例【典例2 2】关于电磁波谱】关于电磁波谱, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( )( )A.A.电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波线电波B.B.紫外线的频率比可见光低紫外线的频率比可见光低, ,长时间照射可以促进长时间照射可以促进钙的吸收钙的吸收, ,改善身体健康

27、改善身体健康C.XC.X射线和射线和射线的波长比较短射线的波长比较短, ,穿透力比较强穿透力比较强D.D.红外线的显著作用是热作用红外线的显著作用是热作用, ,温度较低的物体不温度较低的物体不能辐射红外线能辐射红外线A十五章一二节十五章一二节-学习学习一、经典的相对性原理一、经典的相对性原理惯性参考系是指可以使惯性参考系是指可以使_成立的参考系成立的参考系1力学规律在任何惯性系中都是力学规律在任何惯性系中都是_的，这就是伽利略相对性原的，这就是伽利略相对性原理，又叫经典的相对性原理理，又叫经典的相对性原理. 2在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系在一个惯性参考系内进行的任何

28、力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做是否相对于另一个惯性系做_.或者说或者说,任何惯性参考系任何惯性参考系都是都是_的的牛顿运动定律牛顿运动定律相同相同匀速直线运动匀速直线运动平权平权二、狭义相对论的两个基本假设二、狭义相对论的两个基本假设1狭义相对性原理：狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是_的的2光速不变原理：光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是_的的三、时间和空间的相对性三、时间和空间的相对性1“同时同时”的相对性的相对性(1)经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同

29、时发生的两个事件，经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察在另一个惯性系中观察_的的(2)相对论的时空观：相对论的时空观：“同时同时”具有具有_性，即在同一个惯性系中性，即在同一个惯性系中不 同 地 点 同 时 发 生 的 两 个 事 件 ， 在 另 一 个 惯 性 系 中 观 察不 同 地 点 同 时 发 生 的 两 个 事 件 ， 在 另 一 个 惯 性 系 中 观 察_的的相同相同相同相同也是同时也是同时相对相对不一定是同时不一定是同时相对运动相对运动相对相对静止静止相同相同不同不同4相对论的时空观相对论的时空观(1)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，是经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的，