高中物理电磁场和电磁波部份专题讲练

C
L
+ + + +
―― ―－
C
q=0 i=I m 充
电
q ↑
i ↓ 充 电 q ↑
i ↓
一 个 周
期
性 变
化
放 电 q ↓ i ↑
《电磁场与电磁波》专题讲练
一、考纲要求
十二、电磁振荡和电磁波
内 容
要求 说明 86．电磁场．电磁波．电磁波的周期、频率、波长和波速 87．无线电波的发射和接收
88．电视．雷达
Ⅰ Ⅰ Ⅰ
本部份内容在高考中很少出现，只要求做简单的了解。

一、典例分类评析 1、电磁振荡： ①电磁振荡现象概念：物理上把大小和方向都随时间做周期性转变的电流，叫做振荡电流.能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路.由自感线圈和电容器组成的振荡电路，称为LC 回路.（如下图是）
②电磁振荡抽象，进程复杂，难以理解，要抓住问题的本质、关键，即电场能和磁场能交替转化。

L 、C 上的转变情况如下图所示。

放电进程：在放电进程中，q ↓、u ↓、E 电场能↓→i ↑、B ↑、E 磁场能↑，电容器的电场能逐渐转变成线圈的磁场能。

放电结束时，q=0， E 电场能=0，i 最大，E 磁场能最大，电场能完全转化成磁场能。

充电进程：在充电进程中，q ↑、u ↑、E 电场能↑→I ↓、B ↓、E 磁场能↓，线圈的磁场能向电容器的
能转化。

充电结束时，q 、E 电场能增为最大，i 、
E 磁场能均减小到零，磁场能向电场能转化结束。

③当电容C 中贮存电场能最大时(带电量、场强值最大、电压最高)，电路中电流为零。

磁场能为零。

随着电容C 逐渐放电，电场能ε电(带电量Q ，电压U)逐渐减小，而磁场能ε磁(电流i)将逐渐增大。

④电磁振荡的特点：
LC 回路工作进程具有对称性和周期性，可归结为： ①两个物理进程：
放电进程；电场能转化为磁场能，q ↓→ i ↑ 充电进程：磁场能转化为电场能，q ↑ → i ↓ ②两个特殊状态：
放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小。

充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小。

⑤电磁振荡的转变规律：
①总能量守恒＝ 电场能 ＋ 磁场能 ＝ 恒量 ②电场能与磁场能交替转化
电场能
磁场能 电容器电压ｕ 电容器带电量ｑ 电路中电流ｉ
⑥电磁振荡转变规律的图象描述
⑦无阻尼振荡和阻尼振荡
(1)无阻尼振荡：振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅将不变，叫做无阻尼振荡（或等幅振荡），如图所示。

(2)阻尼振荡：任何振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减少，叫做阻尼振荡（或减幅振荡），如图所示。

二、电磁振荡的周期和频率
(1)电磁振荡的周期和频率
①周期：电磁振荡完成一次周期性转变所需的时间叫周期，用T 表示.。

②频率：一秒钟完成周期性转变的次数叫频率，用f 表示。

(2)固有周期和固有频率 步 调 相 反 同步
变
化
同步变化
t
放电
充电
①自由振荡
振荡电路中发生电磁振荡时，若是没有能量损失，也不受其他外界的影响，这样的振荡叫做自由振荡。

②固有周期和固有频率
自由振荡的周期和频率叫做振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。

固有周期和固有频率由振荡电路本身的特点所决定。

（3）与LC 回路周期和频率有关的因素
LC 回路的周期和频率与电容器的电容C 和线圈的自感系数L 有关。

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； （4)LC 回路的周期和频率只与电容和自感系数有关. 公式：T =2πLC f =
LC
21
例一、已知LC 振荡电路中电容器的极板1上的电量随时间转变曲线如图所示，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。

例二、下图（a ）中LC 振荡回路中电流随时
间的转变关系图像，如图（b ）所示，在t =0时刻，电容器M 板带正电，在某段时间里，电路中的磁场能在减小，M 板仍带正电，则这段时间是图b 中的
A.Oa 段
B.ab 段
C.bc 段
D.cd 段
例3、一个LC 回路能够产生535 kHz 到1605 kHz 的电磁振荡，如线圈不变，可变电容的最大电容量和最小电容量之比应是（ ） A.3∶1 B.2∶1 C.9∶1 D.4∶1 例4、要使LC 振荡电路的周期变大，可用的方式是( ) A.增大电容器初始带电量 B.在线圈中插入铁芯
C.增大电容器两极板间的正对面积
D.增大平行板电容器两极板间的距离
例五、LC 回路振荡的某时刻线圈中的磁场方向如下图所示，下列说法正确的是（ ） A.若磁场正在减弱，则极板A 带负电 B.若电容器正在放电，则极板A 带负电 C.若电路中电流正在增大，则极板A 的带电量正在减小 D.若电容器正在放电，则线圈的自感电动势正在阻碍电流减小
二、电磁场：转变的电场和磁场彼此联系，形成一个统一的场叫电磁场；麦克斯韦电磁场理论的两大支柱（1）转变的磁场产生电场（2）转变的电场产生磁场。

电磁波：(1)电磁波：电磁场由近及远地传播，就形成电磁波。

(2)发射电磁波的条件
第一，要有足够高的振荡频率。

第二，振荡电路的电场和磁场必需分散到尽可能大的空间，才能有效地把电磁场的能量传播出去。

电磁波的特点
(1)电磁波中的电场和磁场彼此垂直，而且都与波的传播方向垂直，即电磁波是横波。

(2)三个特征量的关系
v＝λ/T＝λf
(4)电磁波可以在真空中传播，向周围空间传播电磁能，在传播进程中，电磁波能发生反射、折射、干与和衍射。

例一、关于电磁场理论，下列说法正确的是（）
A.在电场周围必然产生磁场，磁场周围必然产生电场
B.在转变的电场周围必然产生转变的磁场，转变的磁场周围必然产生转变的电场
C.均匀转变的电场周围必然产生均匀转变的磁场
D.周期性转变的电场周围必然产生周期性转变的磁场
例2、如图所示,内壁滑腻、水平放置的玻璃圆环内,有一直径略小于环口径的带正电的小球,以速度V0沿逆时针方向匀速转动.若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比增加的转变磁场.设运动进程中小球带电量不变,那么( ).
A、小球对玻璃环的压力必然不断增大
B、小球受到的磁场力必然不断增大
C、小球先沿逆时针方向减速运动,过一段时间后沿顺时针方向加速运动
D、磁场力对小球一直不做功
例3、电磁波和机械波相较较，下列说法正确的有（）
A.电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质
B.电磁波在任何物质中传播速度都相同，机械波波速大小决定于介质
C.电磁波、机械波都不会产生衍射
D.电磁波和机械波都不会产生干与
例4、以下关于电磁场和电磁波的正确说法是（）
A．电场和磁场老是彼此联系的，它们统称为电磁场
B. 电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波
C．电磁波传播速度老是3×108 m/s
D．电磁波是一种物质，不可以在真空中传播
3、无线电波的分段
(1)无线电波：无线电技术中利用的电磁波叫做无线电波。

(2)无线电波的分段
无线电波的波长从几毫米到几十千米。

通常按照波长或频率把无线电波分成几个波段，如下表所示：
波段波长频率传播方
式
主要用途
长波30 000m～3 000m 10 kHz～100 kHz 地波超远程无线通讯和导航
中波 3 000m～200m 100 kHz～1 500 kHz 地波和
天波调幅无线电广
播、电报、通信中短波200m～50m 1500 kHz～6 000 kHz
短波50m～10m 6MHz～30 MHz 天波
微
波
米波10m～1m 30MHz～300MHz
近似直
线传播
调频无线电广
播、电视、导航分米波 1 m～0.1m 300 MHz～3 000 MHz
直线传
播
电视、雷达、导
航
厘米波10cm～1cm 3 000 MHz～30 000 MHz
毫米波10mm～1mm 30000MHz～300 000 MHz
4、无线电波的发射
在无线电波的发射进程中，需要将被传递的信号如声音、图象等信号附加到高频振荡信号上向外发射出去，下面就学习无线电波的发射。

(1)发射电路
实际应用中的开放电路，线圈下部用导线接地，这条导线叫做地线；线圈上部接到比较高的导线上，这条导线叫做天线（图示右部）。

无线电波就由这样的开放电路发射出去。

电视发射塔建得很高，是为了使无线电波发射得较远。

在实际发射无线电波的装置中，在上面所说的开放电路旁还需加一个振荡器电路与之耦合（图示左部）。

LC振荡器电路产生的高频振荡电流通过L2与L1的互感作用，使L1也产生同频率的振荡电流，振荡电流在开放电路中激发出无线电波，向周围发射。

(2)调制
①调制：要传递的信号附加到高频等幅振荡电流上的进程叫调制。

②调制的两种方式：制分调幅和调频两种方式。

a．调幅
使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅。

调幅广播(AM)一般利用中波和短波的波段。

b．调频
使高频振荡的频率随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式来调制，通常利用微波中的甚高频(VHF)和超高频(UHF)波段。

2六、电波的接收
(1)电谐振
接收电磁波时，首先要从诸多的电磁波中把咱们需要的选出来，通常叫做选台。

这就要设法使咱们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强。

在无线电技术里，是利用电谐振来达到这个目的的。

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。

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，这种现象叫电谐振。

(2)调谐和调谐电路
使接收电路产生电谐振的进程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路。

(3)检波和检波电路
由调谐电路接收到的感应电流，是通过调制的高频振荡电流，还不能使咱们直接感受到所需要的信号。

例如在收音机中，这种高频振荡电流不能使耳机或扬声器的振动片振动发声。

要听到声音，必需从高频振荡电流中“检”作声音信号，使扬声器(或耳机)中的动片随声音信号振动。

从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号，叫做检波。

检波是调制的逆进程，因此也叫解调。

右图中L2、D、C2和耳机一路组成检波电路。

检波以后的信号再通过放大、重现，咱们就可以够听到或看到了。

此刻移动电话的利用十分普遍、无绳电话、寻呼机也走入人们的生活，这些都是借助电磁波来传递信息的。

例题：调谐电路中可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率电台发出的电信号，要收到该电台的信号，应该怎么办？C
A ．增加调谐电线路圈的匝数
B ．加大电源电压
C ．减少调谐电线路圈的匝数
D ．减小电源电压
例题： 电子感应加速器是利用转变磁场产生的电场来加速电子的。

在圆形磁铁的两极之间有一环形真空室，用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场，从而在环形室内产生很强的电场，使电子加速。

被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动。

设法把高能电子引入靶室，能使其进一步加速。

在一个半径为r =0.84m 的电子感应加速器中，电子在被加速的4.2ms 内取得的能量为120MeV 。

这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性转变的，磁通量从零增到1.8Wb ，求电子共绕行了多少周？
解：按照法拉第电磁感应定律，环形室内的感应电动势为E =
t
∆∆Φ
= 429V ，设电子在加速器中绕行了N 周，则电场力做功NeE 应该等于电子的动能E K ，所以有N = E K /Ee ，带入数据可得N =2.8×105周。

例题：如图所示，半径为 r 且水平放置的滑腻绝缘的环形管道内，有一个电荷量为 e ，质量为 m 的电子。

此装置放在匀强磁场中，其磁感应强度随时间转变的关系式为 B =B 0+kt （k >0）。

按照麦克斯韦电磁场理论，均匀转变的磁场将产生稳定的电场，该感应电场对电子将有沿圆环切线方向的作使劲，使其取得加速。

设t =0时刻电子的初速度大小为v 0，方向顺时针，从此开始后运动一周后的磁感应强度为B 1，则此时电子的速度大小为
A.m re B 1
B.m ke r v 2
202π+ C.m re B 0 D.m
ke r v 2
202π-
解：感应电动势为E =k πr 2，电场方向逆时针，电场力对电子做正功。

在转动一圈进程中对电
子用动能定理：2
22
01122
k r e mv mv π=
-，B 正确；由半径公式知，A 也正确，答案为AB 。

例题：如图所示，平行板电容器和电池组相连。

用绝缘工具将电容器两板间的距离逐渐增
大的进程中，关于电容器两极板间的电场和磁场，下列说法中正确的是 A.两极板间的电压和场强都将逐渐减小 B.两极板间的电压不变，场强逐渐减小 C.两极板间将产生顺时针方向的磁场
D.两极板间将产生逆时针方向的磁场
解：由于极板和电源维持连接，因此两极板间电压不变。

两极板间距离增大，因此场强E =U /d 将减小。

由于电容器带电量Q =UC ，d 增大时，电容C 减小，因此电容器带电量减小，即电容器放电。

放电电流方向为逆时针。

在引线周围的磁场方向为逆时针方向，因此在两极板间的磁场方向也是逆时针方向。

选BD 。