电磁场、电磁波及其应用

　　一. 本周教学内容：

　　三. 要点：

　　1. 振荡电流和振荡电路

　　大小和方向都做周期性变化的电流叫振荡电流，能产生振荡电流的电路叫振荡电路，LC电路是最简单的振荡电路。

　　2. 电磁振荡及周期、频率

　　（1）电磁振荡的产生

　　（2）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，形成电场能与磁场能的相互转化。

　　（3）振荡过程：电容器放电时，电容器所带电量和电场能均减少，直到零，电路中电流和磁场均增大，直到最大值。

　　给电容器反向充电时，情况相反，电容器正反方向充放电一次，便完成一次振荡的全过程。

　　（4）振荡周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所用时间叫电磁振荡的周期，一秒内完成电磁振荡的次数叫电磁振荡的频率。对于LC振荡电路，

　　（5）电磁场：变化的电场在周围空间产生磁场，变化磁场在周围空间产生电场，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，就是电磁场。

　　3. 电磁波

　　（1）电磁波：电磁场由近及远的传播形成电磁波

　　（2）电磁波在空间传播不需要介质，电磁波是横波，电磁波传递电磁场的能量。

　　（3）电磁波的波速、波长和频率的关系， 。

　　4. 电磁波的发射，传播和接收

　　（1）发射

　　将电磁波发射出去，首先要有开放电路，其次，发射出去的电磁波要携带有信号，因而必须把要传递的电信号“加”别高频等幅振荡电流上去。

　　我们把将电信号加到高频等幅振荡电流上去的过程叫调制。

　　（2）传播

　　电磁波传播方式一般有三种：地波、天波、直线传播

　　地波：沿地球表面空间向外传播，适于长波、中波和中短波，传播距离为几百公里。

　　天波：依靠电离层的反射来传播，适于传播短波，传播距离为几千公里。

　　直线传播：在短距离内（几十公里）依靠波的直进，直接在空间传播多用于传播微波，需有中继站“接力”才能传远。

　　（3）接收

　　① 电谐振、调谐

　　② 检波

　　四. 规律技巧

　　电磁波的波速问题

　　真空中电磁波的波速与光速相同，

　　1. 同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变（频率电波源决定）、波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中速度小。

　　2. 不同电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率越高，波速越小，频率越低波速越大。

　　3. 在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度相同

　　4. 电磁波和声波的特点不同，声波在介质中传播的速度与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关。

　　【典型例题

　　[例1] 下列关于电磁波的叙述中，正确的是（ ）

　　A. 电磁波是电磁场由发生区域向远处传播

　　B. 电磁波在任何介质中的传播速度均是C. 电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短

　　D. 电磁波不能产生干涉、衍射现象

　　分析与解答：

　　该题为1994上海题，电磁波只有在真空中的传播速度才是 。

　　电磁波与其他波同样具有波的基本特征，即能产生干涉和衍射现象，当电磁波由真空进入介质传播时， ，f定，由∴ 正确答案AC

　　[例2] 某发电站用燃烧煤来发电，每1kg煤放出500J热能，热能发电为0.8，发电站通过升压器、输电线和降压器把电能输送给生产和照明组成的用户，发电机输出功率是100kW，输出电压是250V，升压器原副线圈的匝数之比为1:25，输电线上功率损失为4%，用户需要电压为220V，则（1）输电线的电阻和降压器的匝数比为多少？（2）若有60kW分配给生产用电，其余电能用来照明，那么可装25W的电灯多少盏？

　　分析与解答：

　　（1）远距离输电电路如下图，升压器副线圈两端电压

　　副线圈中的电流

　　输电线电阻R上损失的功率∴

　　降压器原线圈电压

　　降压器原副线圈匝数比

　　（2）由能量守恒： ∴ ∴

　　[例3] 电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的，如下图所示电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，磁场方向垂直于圆面，磁场区的中心为O点，半径为r，当不加磁场时，电子束将通过O点，而打到屏幕的中心M点，为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转?D已知角

　　分析与解答：

　　电子在磁场中沿圆弧运动，设电子在磁场中做圆周运动的半径为R。

　　则 又 ∵ ∴

　　[例4] 质谱仪，如下图所示是一种质谱仪的示意图，其中MN板的左方是带电粒子速度选择器，选择器内有正交的匀强电场E和匀强磁场B。

　　一束有不同速率的正离子水平地由小孔S进入场区，路经不发生偏转的条件是 ，∴ ，能通过速度选择器的带电粒子必是速度为质谱仪是在先对离子束进行速度选择后，相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场 中做匀速圆周运动，不同荷质比的离子轨道半径不同。

　　将落在MN板的不同位置，由此可以用来测定带电粒子的质量和分析同位素。

　　【模拟】（答题时间：60分钟）

　　1. 关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（ ）

　　A. 电场和磁场总是相互联系着，统称为电磁场

　　B. 电磁场由发生区域向远处传播就是电磁波

　　C. 电磁场是一种物质，可以在真空中传播

　　D. 电磁波的传播速度总是2. 某电磁波从真空进入介质后，发生变化的量有（ ）

　　A. 波长和频率 B. 波速和频率 C. 波长和波速 D. 频率和能量

　　3. 电磁波和机械波相比较，下列说法中正确的有（ ）

　　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、机械波都会发生衍射

　　D. 机械波会发生干涉，电磁波不会发生干涉

　　4. 下述关于电磁场的说法中正确的是（ ）

　　A. 只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波B. 任何变化的电场周围一定有磁场

　　C. 振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场

　　D. 电磁波的理论在先，实践证明在后

　　5. 按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（ ）

　　A. 恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场

　　B. 变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场

　　C. 均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场

　　D. 均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场

　　6. 一束持续电子流在电场力作用下做匀加速直线运动，则在其周围空间（ ）

　　A. 产生稳定的磁场 B. 产生变化的磁场

　　C. 所产生的磁场又可产生电场 D. 产生的磁场和电场形成电磁波

　　7. 某空间中出现了如图虚线所示的一组闭合的电场线，这可能是（ ）

　　A. 在中心O有一静止的点电荷

　　B. 沿AB方向有一段通有恒定电流的直导线

　　C. 沿BA方向的磁场在减弱

　　D. 沿AB方向的磁场在减弱

　　8. 如图所示，甲、乙完全相同的带正电粒子，以相同的动能在匀强磁场中运动，甲从B1区域运动到B2区域，且 ，乙在匀强磁场中作匀速圆周运动，且在 时间内，该磁场的磁感强度从B1增大为B2则当（B）图中磁场增大为B2时甲乙两粒子动能的变化情况为（ ）

　　A. 都保持不变 B. 甲不变，乙增大 C. 甲不变，乙减小 D. 甲增大，乙不变

　　9. 某电路中电场随时间变化的图象如图所示，能发射电磁波的电场是（ ）

　　A B

　　C D

　　10. 如图所示内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于口径的带正电的小球，以速率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，磁感强度B随时间成正比增加的变化磁场，设运动过程中小球带电量不变，那么（ ）

　　A. 小球对玻璃环的压力一定不断增大

　　B. 小球受到的磁场力一定不断增大

　　C. 小球先沿逆时针方向减速运动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

　　【试题答案】

　　1. BC 2. C 3. AC 4. BCD 5. BD 6. A 7. C

　　8. B 9. D 10. CD