电磁振荡电磁波的发射和接收要点

1、第二三节 电磁振荡电磁波的发射和接收,知识梳理图 (学生用书P77) 电磁振荡 电磁波的发射和接收,知识点 1.电磁振荡的产生和过程 2.电磁振荡的周期公式 3.调制和解调,情 景 设 置 (学生用书P77) 由麦克斯韦的电磁场理论我们知道,振荡的电场能在周围空间产生振荡的磁场,那么怎样才能获得振荡的电场(或磁场)呢?利用怎样的装置来产生振荡的电场呢?,深 化 探 究 (学生用书P77) 一电磁振荡的产生和过程 1.振荡电流的产生和过程 (1)振荡起始,如下图所示.,将开关S掷向a使容器充电,待充电完毕后,将开关S掷向b,这一时刻起电容器开始放电,这时瞬间电路中电流为零,此时电容器里的电场为最

2、强,电场能为最大,电路中的全部能量以电势能的形式储存在电容器的电场中. (2)放电过程:由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大,电容器极板上的电荷逐渐减少,电容器里的电场逐渐减弱.线圈的磁场逐渐增强,电场能逐渐转化为磁场能.放电完毕,电流达到最大,电场能全部转化为磁场能.,(3)充电过程:电容器放电完毕后,由于线圈的自感作用,电流保持原来的方向逐渐减小,电容器将进行充电,线圈的磁场逐渐减弱,电容器里的电场逐渐增强,磁场能逐渐转化为电场能,充电完毕,电流减小到零.磁场能全部转化成电场能. (4)反向放电:放电完毕,再充电,这样不断循环,电路中出现电磁振荡.,2.电磁振荡 在振荡电路产生振荡电流

3、的过程中,电容器极板上的电荷,极板间的电压,电路中的电流以及电容器两极板间的电场,线圈里的磁场,都发生周期性的变化的现象,叫做电磁振荡.,3.电磁振荡中的电流i,极板间电压U,极板上的电量q,电场能和磁场能之间的对应关系,如下图所示.,4.极板间电压U,电场能EE,磁场能EB随时间变化图象如下图所示.,5.阻尼振荡和无阻尼振荡 (1)无阻尼振荡:没有能量损耗的电磁振荡.无阻尼振荡必是等幅振荡,如下图(左)所示. (2)阻尼振荡:有能量损耗的振荡,若能量得不到补充,振幅会逐渐减小,如图下(右)所示.,二LC振荡电路的周期和频率 (1)周期:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间,用T表示. (2)

4、频率:一秒钟内电磁振荡完成周期性变化的次数,用f表示. (3)影响周期或频率的因素:电容或电感增加时,周期变长,频率变低;电容或电感减小时,周期变短,频率变高.,其中L为线圈的自感系数,C为电容器的电容,L的单位亨利(H),C的单位法拉(F),T的单位秒(s),f的单位赫兹(Hz).,三电磁波的发射和接收 1.电磁波的发射 (1)有效发射电磁波,振荡电路必须具有的特点: 第一,要有足够高的振荡频率,理论研究证明:振荡电路向外辐射能量的本领与振荡频率密切相关,频率越高,发射电磁波的本领越大. 第二,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.用开放电路可以有效地把

5、电磁波发射出去,如下图表示发射电路由闭合电路转化为开放电路.,发射电路由闭合电路变成开放电路,2.无线电波的发射与调制 在电磁波的发射技术中,使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制.如下图所示为调制的装置.,(1)调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变,这种调制方法叫做调幅(Am). 如下图所示.,(2)调频:使高频电磁波的频率随信号而改变,叫做调频,如下图所示.,(3)电磁波的发射方框图.,3.无线电波的接收 (1)电谐振: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.电谐振是电磁学上的共振现象. (2)调谐:使接收电路产生电谐振的过程

6、叫调谐.能够调谐的接收电路叫调谐电路调谐的方法一般是改变电路中的L或C. (3)解调:从接收到的高频电磁波中还原出所携带的信号波,叫做解调,调幅波的解调也叫检波.,4.电磁波的波段划分 波长大于1 mm的电磁波叫无线电波,无线电波可以分为若干波段,不同波段的无线电波的传播特点不一样.发射和接收所用的设备和技术也不相同,因此有不同的用途.见下表.,典 例 分 析 (学生用书P79) 一有关电磁振荡的基本问题 例1:关于LC振荡电路中振荡电流,下列说法正确的是( ) A.振荡电流最大时,电容器两极板间的电场最大 B.振荡电流为零时,线圈中自感电动势为零 C.振荡电流增大的过程,线圈中的磁场能转化成

7、电场能 D.振荡电流减小的过程,线圈中自感电动势增大,解析:本题考查的是电磁振荡产生的过程,振荡电流最大时,线圈中磁场能最大,电容器中电场能为零,场强为零,A选项是错误的.振荡电流为零的时刻,LC回路中振荡电流改变方向,这时电流的变化最快,即电流的变化率最大,线圈中产生的自感电动势最大,故B选项错误.振荡电流增大的过程,线圈中磁感应强度和磁场能也随着增大,这一过程是电场能向磁场能转化的过程,是电容器的放电过程,故C选项错误.振荡电流减小的过程,是磁场能转化为电场能的过程,也是电容器的充电过程,电流的变化率不断增大,振荡电流为零时,电流的变化率为最大,线圈中自感电动势为最大,故D选项正确. 答案

8、:D,巩固练习1 如图所示,某瞬间回路中电流方向如箭头所示,且此时电容器的极板A带正电荷,则该瞬间( ),A.电流i正在增大,线圈L中的磁场也正在增大 B.电容器两极板间电压正在增大 C.电容器带电量正在减小 D.线圈中电流产生的磁场感应强度正在增强 解析:图中标明电流方向为顺时针方向,且电容器上板带正电,说明电容器正处于充电状态,电容器充电过程中,回路中电流减小,磁场能减少,电场能增多,电容器带电量正在增大,电压正在增大,线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减弱,故只有B正确. 答案:B,二电磁振荡的图象问题 例2:LC回路中电容器两极板间的电压U随时间t变化的关系如右图所示,则得( ) A

9、.在t1时刻,电路中的电流最大 B.在t2时刻,电路中的磁场能最小 C.在t2t3时间内,电路中的电场能不断增大 D.在t3t4时间内,电容器的带电量不断增大,解析:在t1时刻,LC回路中电容器两板间的电压最大,电场能最大,磁场能为零,对应电流为零,A错误;在t2时刻,电压为零,电场能最小,磁场能最大,B错误;在t2t3时间内,电容器电压增大,电场能不断增大,C正确;在t3t4时间内,电压变小,电容器的带电量不断减小,D错误. 答案:C 点评:此题考查了电磁振荡的产生过程,电容器极板间的电压,即线圈的自感电动势,与例1的解析内容相同,只要清楚了电磁振荡的全过程,这类问题就得以解决.,巩固练习2

10、 理想的LC振荡回路中电流i随时间t的变化关系如图所示,则下列说法正确的是( ) A. t1时刻,电容器的带电量最大 B. t2时刻,电路中的磁场能量最小 C.从t2时刻到t3时刻电路中的电场能不断增大 D.从t3时刻到t4时刻,电容器的带电量不断增大,解析:由题中所给电流i和时间t的图线可知,振荡电路中电流最大时,磁场能最强;电流为零时电场能最强;电流增大的过程对应的是电容器的放电过程电容器极板所带电荷量是减小的过程;电流减小的过程,对应电容器充电过程极板所带电荷量增加的过程.故BD选项正确. 答案:BD,三电磁波的发射 例3:要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应该采用的措施是( ) A.

11、增大电容器极板间距离 B.使振荡电容器的正对面积足够大 C.尽可能使电场和磁场分散开 D.增加回路中的电容和电感,解析:要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应从两个方面考虑,一是提高振荡频率;二是使磁场和电场尽可能分散开,所以C正确,由 可知,当增大电容器极板间距离时C变小,f增大,A正确;使电容器正对面积变大,C变大,f变小,B选项错误,D选项也是错误的.,答案:AC,四电磁波的接收 例4:调谐电路的可变电容的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到较高频电台发出的电信号,要收到电信号,应( ) A.增大调谐电路中线圈的匝数 B.加大电源电压 C.减少调谐电路中线圈的匝数 D.将线圈中的铁芯取走,

12、解析:当调谐电路的固有频率等于接收电磁波的频率时,发生电谐振才能较好地收到电台信号,本题中收不到信号的原因是调谐电路的固有频率低.由 可知,在C无法调节的情况下,可减小L以提高f,故CD选项正确.,答案:CD,梯 度 练 习 (学生用书P80) 基础强化 1.在LC振荡电路中,电容器充电完毕的瞬间,下列判断中正确的是( ) A.电场能向磁场能的转化刚好完毕 B.磁场能向电场能的转化刚好完毕 C.电路中的电流达到最大值 D.电路中电流为零 答案:BD,2.关于LC回路,下列说法正确的是( ) A.一个周期内,电容器充放电各一次 B.电容器极板上电压最大时,线圈中的电流最强 C.电容器开始充电时,

13、线圈中的磁场能最强 D.电容器开始充电时,电场能最大,解析:电容器从开始充电到放电完毕才经历半个周期,一个周期内,电容器应充放电各两次,A选项错误;电容器上的电压最大时,电场能最大,此时磁场能为零,线圈中电流为零,B选项错误;电容器开始充电时,电场能为零,线圈中磁场能最大,所以C选项正确,D错误. 答案:C,3.LC振荡电路中,某时刻磁场方向如下图所示,则下列说法正确的是( ) A.若磁场正在减弱,则电容器上极板带正电 B.若电容器正在充电,则电容器下极板带正电 C.若电容器上极板带正电,则线圈中电流正在增大 D.若电容器正在放电,则自感电动势正在阻碍电流增大,解析:题中图示只告诉了电流的磁场

14、方向,由安培定则可判断电流方向,但未标明电容器极板带电情况,只能假设出电容器带电如下:若该时刻电容器上极板带正电,则可知电容器正处于放电阶段,电流正在增大,可知C选项正确,而A错误.若此时刻电容器上极板带负电,则可知电容器正在充电,电流正在减小,可知B选项正确,由楞次定律知,D选项正确. 答案:BCD,4.为了使需要传递的信息(如声音,图象等)载在电磁波上发射到远方,就必须对振荡电流进行( ) A.调谐 B.放大 C.调制 D.检波 答案:C,5.使接收电路产生电谐振的过程叫( ) A.调幅 B.调频 C.调谐 D.检波 答案:C,6.要接收到载有音频信号的电磁波,并通过耳机发出声音,在接收电

15、路中必须经过下列过程中的( ) A.调幅 B.调频 C.调谐 D.解调 答案:CD,7.用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路,要增大发射电磁波的波长,可采用的做法是( ) A.增大电容器两极板的距离 B.减小电容器两极板间的距离 C.减小电容器两极板的正对面积 D.增大电容器两极板的电压 答案:B,8.如果收音机调谐电路中是采用改变电容的方式来改变回路固有的频率的.当接收的电磁波的最长波长是最短波长的3倍时,则电容器的最大电容量与最小电容量之比为( ) A.3:1 B.9:1 C.1:3 D.1:9 答案:B,能力提升 9.下图表示LC振荡电路某时刻的情况,以下说法正确的是( ) A.电

16、容器正在充电 B.电感线圈中的磁场能正在增加 C.电感线圈中的电流正在增大 D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大,解析:由题中图示条件:电容器上极板带正电,磁方向可知此时电流为放电电流,故A选项错误,放电完毕时电流达到最大,故BCD选项正确. 答案:BCD,10.一个电容为C的电容器,充电至电压等于U以后,与电源断开并通过一个自感系数为L的线圈放电.从开始放电到第一次放电完毕的过程中,下列判断错误的是( ) A.振荡电流一直在不断增大 B.振荡电流先增大后减小 C.通过电路的平均电流等于 D.磁场能一直在不断增大,答案:B,11.已知LC振荡电路中电容器极板1上的电荷量随时间变化的曲线如下图所

17、示,则( ) A.a、c两时刻电路中电流最大,方向相同 B.a、c两时刻电路中电流最大,方向相反 C.b、d两时刻电路中电流最大,方向相同 D.b、d两时刻电路中电流最大,方向相反,解析:a、c两时刻电路中电容器带电量最多,电场能最多,电流为零,所以AB选项错误;b时刻电容器为上极板带正电,顺时针放电完毕瞬间,电流为顺时针最大;而d时刻为电容器下极板带正电,逆时针放电完毕瞬间,电流为逆时针最大,故C选项错误,D选项正确. 答案:D,12.如右图所示,L为一电阻可忽略的线圈,D为一灯泡,C为电容器,开关S处于闭合状态,灯D正常发光,现突然断开S,并开始计时,能正确反映电容器a极板上电量q随时间变化的图象是下图中的(图中q为正值表示a极板带正电)( ),解析:当S闭合状态,灯泡正常发光,线圈L中有电流.当S断开瞬间,LC路中电流最大,磁场能最大,电场能为零,电容器极板上所带电量为零.然后给电容器充电,b极板开始带正电,故B选项正确.,答案:B,13.如图所示,LC振荡电