第十四章-電磁波

十四章電磁波觀察第一節(jié)：電磁波的發(fā)現(xiàn)分析：麥克斯韋認為變化的磁場在線圈中產(chǎn)生電場，正是這種電場(渦旋電場)在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動，引起了感應電流。變化的磁場產(chǎn)生電場現(xiàn)象：變化的電場周圍小磁針發(fā)生擺動觀察分析：電荷運動時，周圍的小磁針擺動，說明小磁針所在處產(chǎn)生了另一個磁場，使小磁針發(fā)生擺動，這個磁場是由電荷運動在周圍空間產(chǎn)生的變化電場引起的。變化的電場產(chǎn)生磁場變化的電場產(chǎn)生磁場根據(jù)這兩個基本論點，麥克斯韋推斷：如果在空間某域中有周期性變化的電場，那么，它就在空間產(chǎn)生周期性變化的磁場；這個變化的磁場又引起新的周期性變化的電場……。于是，變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠地向周圍傳播。BBEEEE①電磁場由產(chǎn)生區(qū)域向外傳播就形成了電磁波。②電磁波傳播的速度等于光速。光是一種電磁波。③電磁波在空間傳播時，在任一位置上（或任一時刻）E、B、v三矢量相互垂直。電磁波做一做捕捉電磁波一.麥克斯韋理論：變化的磁場產(chǎn)生電場變化的電場產(chǎn)生磁場二．電磁場：按照麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分離的統(tǒng)一場，稱為電磁場。電場和磁場只是這個統(tǒng)一的電磁場的兩種具體表現(xiàn)。三．電磁波：不均勻變化的電場產(chǎn)生磁場，不均勻變化的磁場產(chǎn)生電場，于是不均勻變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠向周圍傳播，就形成了電磁波。四．電磁波的特點：①電磁波是橫波。在電磁波傳播方向上的任一點，場強E和磁感應強度B均與傳播方向垂直且隨時間變化，因此電磁波是橫波。②電磁波的傳播不需要介質(zhì)，在真空中也能傳播。在真空中的波速為c=3.0×108m/s。③波速和波長、頻率的關系：c＝λf

電磁波速與介質(zhì)、頻率有關實驗表明，LC回路里產(chǎn)生的振蕩電流是按正弦規(guī)律變化的。在一個周期內(nèi)，振蕩電流的方向改變兩次；電場能或磁場能）完成兩次周期性變化．第二節(jié)：電磁振蕩LC回路振蕩過程阻尼振蕩和無阻尼振蕩

2．阻尼振蕩：任何電磁振蕩電路中，總存在能量損耗，使振蕩電流的振幅逐漸減小，這種振蕩叫做阻尼振蕩，或叫做減幅振蕩．（1）振蕩電路中的能量損耗有一部分轉化為內(nèi)能（產(chǎn)生焦耳熱），還有一部向外輻射出去而損失．（2）如果用振蕩器不斷地將電源的能量補充到振蕩電路中去，就可以保持等幅振蕩．

1．無阻尼振蕩：在電磁振蕩中，如果沒有能量損失，振蕩電流的振幅保持不變，這種振蕩叫做無阻尼振蕩，也叫做等幅振蕩．五.電磁波的物質(zhì)基礎----電磁振蕩1．振蕩電路：大小和方向都隨時間做周期性變化的電流叫做振蕩電流，能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路，LC回路是一種簡單的振蕩電路。2．LC回路的電磁振蕩過程：可以用圖象來形象分析電容器充、放電過程中各物理量的變化規(guī)律，如圖所示3．LC回路的振蕩周期和頻率

分析電磁振蕩要掌握以下三個要點（突出能量守恒的觀點）：⑴理想的LC回路中電場能E電和磁場能E磁在轉化過程中的總和不變。⑵回路中電流越大時，L中的磁場能越大（磁通量越大）。⑶極板上電荷量越大時，C中電場能越大（板間場強越大、兩板間電壓越高、磁通量變化率越?。?。LC回路中的電流圖象和電荷圖象總是互為余函數(shù)（見右圖）。一、無線電波的發(fā)射1.要有效發(fā)射電磁波，振蕩電路須具有如下特點：⑴要有足夠高的振蕩頻率。⑵振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間，這樣才能有效地把能量輻射出去。第三節(jié)：電磁波的發(fā)射和接收振蕩電路聲音信號高頻振蕩電流使電磁波隨各種信號而改變,叫做調(diào)制調(diào)幅無線電波的發(fā)射振蕩電路聲音信號高頻振蕩電流使電磁波隨各種信號而改變,叫做調(diào)制調(diào)頻無線電波的發(fā)射無線電波的接收1、接收無線電波的裝置：上圖為收音機的調(diào)諧電路圖示為收音機的簡單的調(diào)諧電路，通過可變電容改變調(diào)諧電路的固有頻率，使其與接收電臺的電磁波頻率相同，這個頻率的電磁波就在調(diào)諧電路里激起較強的感應電流，這樣就選出了電臺。可變電容彩塔接收天線電報大樓上的接收天線信號調(diào)制振蕩電流發(fā)射調(diào)諧電路解調(diào)輸出無線電波發(fā)射和接受流程圖無線電波的發(fā)射無線電波的接收六.電磁波的發(fā)射和接收有效發(fā)射電磁波條件：a.足夠高的頻率

b.采用開放電路發(fā)射：

發(fā)射端

接收端調(diào)制調(diào)頻調(diào)幅接收：調(diào)諧檢波（解調(diào)）第四節(jié)：電磁波與信息化社會七.電磁波與信息化社會廣播、電視、雷達、無線通信等都是電磁波的具體應用。雷達：無線電定位的儀器，波長越短的電磁波，傳播的直線性越好，反射性能強，多數(shù)的雷達工作于微波波段。缺點，沿地面?zhèn)鞑ヌ綔y距離短。中、長波雷達沿地面的探測距離較遠，但發(fā)射設備復雜。電磁波可能造成的傷害

1、手機釋放的電磁輻射對腦細胞的影響。

2、電磁輻射的遺害會不斷累積﹐在十至十五年后，很可能出現(xiàn)更多因手機普及而導致的癌癥病例

3、電磁輻射對胎兒的發(fā)育起到極大的影響。容易導致胎兒畸形和發(fā)育不良。oh！mygod!第五節(jié)：電磁波譜八.電磁波譜無線電波紅外線可見光紫外線可見光X射線γ射線電磁波譜太陽輻射陽光含有：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、x射線、γ射線太陽輻射的能量集中在可見光、紅外線、紫外線三個區(qū)域陽光中波長在5.5x10-7m的黃綠光附近，輻射的能量最強，這區(qū)域恰好是人眼最敏感電磁波譜無線電波紅外線可見光紫外線X射線（倫琴射線）r射線頻率由左向右，頻率逐漸增大。真空中波長由左向右，波長逐漸增小。特性波動性強波長較長、熱效應顯著可見、感光性強熒光、化學作用、殺菌消毒穿透力強穿透力最強用途通信、廣播和天體物理研究紅外攝影、紅外遙感觀察物體、照像熒光防偽、殺菌消毒、治療皮膚病檢查、探測、透視、治療探測、治療按頻率由小到大（波長由大到?。┡帕行纬傻碾姶挪ㄗV是：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線．這些頻率不同的電磁波本質(zhì)是相同的．它們的行為服從共同的規(guī)律，但是他們產(chǎn)生的機理不同，因而具有不同的特性．在觀察方法和應用上也有所不同．

關于電磁波譜的幾點強調(diào)

1．不同電磁波產(chǎn)生的機理無線電波是振蕩電路中自由電子作周期性的運動產(chǎn)生的．紅外線、可見光、紫外線是原子外層電子受激發(fā)產(chǎn)生的．倫琴射線是原子內(nèi)層電子受激發(fā)產(chǎn)生的．

γ射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的．關于電磁波譜的幾點強調(diào)

2、頻率(波長)不同的電磁波表現(xiàn)出作用不同．紅外線主要作用是熱作用，可以利用紅外線來加熱物體和進行紅外線遙感；紫外線主要作用是化學作用、熒光作用和殺菌消毒作用，可用來防偽、預防疾病、醫(yī)用殺菌和消毒；倫琴射線有較強的穿透本領，利用其穿透本領與物質(zhì)的密度有關，進行對人體的透視和檢查部件的缺陷；

γ射線的穿透本領更大，在工業(yè)和醫(yī)學等領域有廣泛的應用，如探傷，測厚或用γ刀進行手術．關于電磁波譜的幾點強調(diào)

紫外線紫外線有熒光作用，有些物質(zhì)受到紫外線照射時可以發(fā)出可見光．紫外線可以促使人體合成維生素D，有助于人體對鈣的吸收，所以兒童經(jīng)常曬太陽能夠預防缺鈣引起的佝僂病，但是過多的紫外線會使皮膚粗糙，甚至誘發(fā)皮膚癌．紫外線能夠殺滅多種細菌，可以用紫外線進行消毒．【例1】某時刻LC回路中電容器中的電場方向和線圈中的磁場方向如右圖所示。則這時電容器正在_____（充電還是放電），電流大小正在______（增大還是減?。L【例2】右邊兩圖中電容器的電容都是C=4×10-6F，電感都是L=9×10-4H，左圖中電鍵K先接a，充電結束后將K扳到b；右圖中電鍵K先閉合，穩(wěn)定后斷開。兩圖中LC回路開始電磁振蕩t=3.14×10-4s時刻，C1的上極板正在____電（充電還是放電）,帶_____電（正電還是負電）；L2中的電流方向向____(左還是右)，磁場能正在_____（增大還是減?。?/p>

aKb

C1

L1L2C2

K【例3】右圖中，內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于環(huán)口徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時針方向勻速轉動。若在此空間突然加上豎直向上、磁感應強度B隨時間成正比例增加的變化磁場，設小球運動過程中的電量不變，那么（）A.小球?qū)ΣＡЛh(huán)的壓力不斷增大B.小球受到的磁場力不斷增大C.小球先沿逆時針方向做減速運動，過一段時間后，沿順時針方向做加速運動D.磁場力一直對小球不做功v0B【例4】一臺收音機，把它的調(diào)諧電路中的可變電容器的動片從完全旋入到完全旋出，仍然收不到某一較高頻率的電臺信號。要想收到該電臺信號，應該______（增大還是減?。╇姼芯€圈的匝數(shù)?！纠?】某防空雷達發(fā)射的電磁波頻率為f=3×103MHZ，屏幕上尖形波顯示，從發(fā)射到接受經(jīng)歷時間Δt=0.4ms，那么被監(jiān)視的目標到雷達的距離為______km。該雷達發(fā)出的電磁波的波長為______m?！纠?】電子感應加速器是利用變化磁場產(chǎn)生的電場來加速電子的。如圖所示，在圓形磁鐵的兩極之間有一環(huán)形真空室，用交變電流勵磁的電磁鐵在兩極間產(chǎn)生交變磁場，從而在環(huán)形室內(nèi)產(chǎn)生很強的電場，使電子加速．被加速的電子同時在洛倫茲力的作用下沿圓形軌道運動。設法把高能電子引入靶室，就能進一步進行實驗工作。已知在一個軌道半徑為r=0.84m的電子感應加速器中，電子在被加速的4.2ms內(nèi)獲得的能量為120MeV．設在這期間電子軌道內(nèi)的高頻交變磁場是線性變化的，磁通量的最小值為零，最大值為1.8Wb，試求電子在加速器中共繞行了多少周？【例7】如圖所示，半徑為r

且水平放置的光滑絕緣的環(huán)形管道內(nèi)，有一個電荷量為e，質(zhì)量為m

的電子。此裝置放在勻強磁場中，其磁感應強度隨時間變化的關系式為B=B0+kt（k>0）。根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，均勻變化的磁場將產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，該感應電場對電子將有沿圓環(huán)切線方向的作用力，使其得到加速。設t=0時刻電子的初速度大小為v0，方向順時針，從此開始后運動一周后的磁感應強度為B1，則此時電子的速度大小為A.B.C.D.

v0【例8】如圖所示，平行板電容器和電池組相連。用絕緣工具將電容器兩板間的距離逐