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自感、容抗、感抗、电磁波 ///////
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课堂探究
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知识点1 互感和自感
1．互感现象
在法拉第的实验中，两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势．这种现象叫做互感，这种感应电动势叫做互感电动势．
利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛的应用．变压器就是利用互感现象制成的．
2．自感现象：
（1）定义：当线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，也会在本身激发出感应电动势，这种现象叫做自感．
（2）自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势．自感电动势总是阻碍电流的变化．
自感电动势正比于电流的变化率，即，为自感系数，简称自感或电感．
①自感系数跟线圈的形状、大小、匝数，是否有铁芯等因素有关．自感系数的单位：亨利，简称亨，符号，常用单位还有毫亨（）、微亨（）．
②在电流变化相同的情况下，自感系数越大的线圈，产生的自感电动势就越大；对同一线圈而言，通过线圈的电流变化得越快，线圈中的自感电动势越大．
（3）分析自感现象时，除了要定性分析通电和断电时的自感现象外，还应半定量地分析电路中的电流变化，分析时主要抓住通过自感线圈的电流不能突变这一特点，其次是注意电路结构在稳定和不稳定时的变化．要明确自感电动势总是阻碍电流的变化．线圈中电流增大时，自感电动势（电流）方向与原电流方向相反，阻碍电流的增大；线圈中电流减小时，自感电动势（电流）方向与原电流方向相同，阻碍电流的减小．正是这种阻碍作用，使线圈中的电流只能从原来的值逐渐变化，不能发生突变．
（4）应用
①日光灯：如图所示：
开关闭合后，电源电压加在启动器的两极之间，使氖泡发出辉光，产生的热
量使形动触片膨胀，接通电路．此时有电流流过镇流器和灯丝，这时启动
器停止放电，形动触片冷却收缩，电路断开，镇流器线圈产生很高的自感
电动势，电动势的方向与原电压的方向相同，因而形成一瞬间高压，加在灯管两端，使灯管中
的气体放电，从而灯管成为电流通路，使日光灯发光．正常发光后，镇流器起到降压限流的作
用，保证日光灯正常工作．
②自感现象的防止：
变压器、电动机等器材都有很大的线圈，当电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至引起人身伤害．因此，电动机等大功率用电器的开关应该装在金属壳中．最好使用油浸开关，即把开关的接触点浸在绝缘油中，避免出现电火花．同时我们还可以用定值电阻双线绕法来排除自感电动势的影响．如图所示．
3．通电自感和断电自感的比较
通电自感 断电自感
电路图
器材要求 A1、A2同规格，R＝RL，L较大 L很大(有铁芯)
现象 在S闭合瞬间，A2立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮 在开关S断开时，A灯渐渐熄灭
原 因 由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢 断开开关S时，流过线圈L的电流减小，产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间，在S断开后，通过L的电流反向通过灯A，A灯不会立即熄灭，若RL＜RA，原来的IL＞IA，则A灯熄前要闪亮一下，若RL≥RA，原来的电流IL≤IA，则A灯逐渐熄灭，不再闪亮一下
能量转化情况 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能
４．自感现象与互感现象的区别与联系
（1）区别：①互感现象发生在靠近的两个线圈间，而自感现象发生在一个线圈导体内部；②通过互感可以使能量在线圈间传递，而自感现象中，能量只能在一个线圈中储存或释放.
联系：两者都是电磁感应现象.
知识点2 涡流
1．涡流：线圈中电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的导体中会产生感应电流，这种感应电流称为涡电流，简称涡流．
2．金属中的涡流会产生热量，若金属的电阻率小，则涡流强，产生的热量多．
3．应用
（1）真空冶炼炉：炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化．
（2）电动机、变压器的铁芯：由于涡流的存在，铁芯会发热，能量浪费．增大铁芯材料的电阻率可减小涡流，如使用硅钢；可用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块的硅钢铁芯．
（3）探雷器：探雷器线圈中有变化的电流，若地下有金属物品，金属中会感应出涡流，涡流的磁场会影响线圈中的电流，使仪器报警．用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷．
（4）安检门：探测携带的金属物品．
知识点3电磁阻尼和电磁驱动
1．电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为 电磁阻尼 . 磁电式仪表的指针能够很快停下，就是利用了电磁阻尼.“磁悬浮列车利用涡流减速”其实也是一种电磁阻尼.
2．电磁驱动：磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力使导体运动，这种作用称为 电磁驱动 . 安培力阻碍磁场与导体的相对运动的方式是多种多样的.当磁场以某种方式运动时(例如磁场转动)，导体中的安培力阻碍导体与磁场间的相对运动而使导体跟着磁场动起来(跟着转动)，这就是电磁驱动.
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随堂练习
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某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈L、小灯泡A 、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关s，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（）
A．电源的内阻较大 B．小灯泡电阻偏大
C．线圈电阻偏大 D．线圈的自感系数较大
在研究自感现象的实验中，用两个完全相同的灯泡、分别与有铁芯的线圈和定值电阻组成如图所示的电路（自感线圈的直流电阻与定值电阻的阻值相等），闭合开关达到稳定后两灯均可以正常发光．关于这个实验，下面说法中正确的是（）
A．闭合开关的瞬间，通过灯的电流大于通过灯的电流
B．闭合开关后，灯先亮，灯后亮
C．闭合开关，待电路稳定后断开开关，通过灯的电流不大于原来的电流
D．闭合开关，待电路稳定后断开开关，通过灯的电流大于原来的电
如图所示，L为一自感系数很大的有铁芯的线圈，电压表与线圈并联接入电路，在下列哪种情况下，有可能使电压表损坏（电压表量程为3 V）（ ）
A．开关S闭合的瞬间
B．开关S闭合电路稳定时
C．开关S断开的瞬间
D．以上情况都有可能损坏电压表
如图 （a）、（b）所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（ ）
A．在电路（a）中，断开S后，A将逐渐变暗
B．在电路（a）中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗
C．在电路（b）中，断开S后，A将逐渐变暗
D．在电路（b）中，断开S后，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在时刻闭合开关S，经过一段时间后，在时刻断开S，下列表示A、B两点间电压随时间t变化的图像中，正确的是（）
如图为日光灯电路，关于该电路，以下说法中正确的是（ ）
A．启动过程中，启动器断开瞬间镇流器产生瞬时高电压
B．日光灯正常发光后，镇流器使灯管两端电压低于电源电压
C．日光灯正常发光后启动器是导通的
D．图中的电源可以是交流电源，也可以是直流电源
如图所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频交变电流的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起.当A中通有交变电流时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化焊接起来.
（1）试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系.
（2）试分析说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件的其他部分并不很热？
如图所示，abcd是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则（ ）
A．线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反
B．线框进入磁场区域后，越靠近OO′线时速度越大，因而产生的感应电流也越大
C．线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小
D．线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能
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知识讲解
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知识点3 电感和电容对交变电流的影响
1.电感对交变电流的阻碍作用
把带铁芯的线圈与白炽灯串联起来，先把他们接到直流电源上，再把他们接到交流电源上．取直流电源的电压与交流电源的有效值相等．观察两种情况下灯泡的亮度．
在直流电路中，当电压一定时，影响电流强弱的只是电阻．但在交流电路中，电感对交变电流也有阻碍作用，阻碍作用的大小用感抗来表示．实验和理论分析都表明，线圈的自感系数越大、交流的频率越高，电感对交流的阻碍作用就越大，也就是说，线圈的感抗就越大．
扼流圈是电工技术和电子技术常用的元件，它利用了电感对交流的阻碍作用．扼流圈分为两种，一种是低频扼流圈，线圈绕在铁芯上，匝数为几千甚至超过一万，自感系数为几十享．即使交流的频率较低，例如家庭电流中的交流，这种线圈产生的感抗也很大．由于线圈是用铜线绕制的，对直流的阻碍作用较小，所以这种扼流圈可以用来“通直流，阻交流”．另一种是高频扼流圈．线圈有的绕在铁氧体芯上，有的是空心的，匝数为几百或几十，自感系数为几毫享．这种扼流圈只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流的阻碍作用更小，因此可用来“通低频、通直流，阻高频”．
2．交变电流能够通过电容器
如图，把白炽灯和电容器串联起来，先把他们接到直流电源上，再把他们接到交流电源上．观察灯泡的发光情况．
直流不能通过电容器，这是容易理解的，因为电容器的两个极板被绝缘介质隔开了．当电容器接到交流电源的两端时，实际上自由电荷也没有通过两板板间的绝缘介质．不过瞬时电压在不断变化，当电压升高时，电容器充电，电荷向电容器的极板上聚集，形成充电电流；当电压降低时，电容器放电，电荷从极板上放出，形成放电电流．电路中电压的大小和正负在不断地变化，电容器交替地进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器．
3．电容器对交变电流的阻碍作用
在上面的实验中，如果把电容器从电路中取下来，使灯泡直接与交流电源相连，灯泡要比接有电容器时更亮．这表明电容也有对交流的阻碍作用．
电容对交流阻碍作用的大小用容抗表示．实验和理论分析都表明，电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，也就是说，电容器的容抗就越小．
使用交流电源的电器设备和电子仪器，金属外壳与电源之间都有良好的绝缘．但是，有时候用手触摸外壳时仍会感到“麻手”，用试电笔测试时氖管也会发光，这是为什么？
原来，与电源相连的机芯和金属外壳可以看做电容 器的两个极板，电源中的交变电流能够“通过”这个“电容器”．虽然这一点点“漏电”一般不会造成人身伤害，但是为了确保安全，电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地．
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随堂练习
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关于电感对交变电流的影响，下列说法中正确的是（ ）
A．电感不能通直流电流，只能通交变电流
B．电感对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同
C．同一只电感线圈对频率低的交变电流的阻碍较小
D．同一只电感线圈对频率高的交变电流的阻碍较小
下列关于低频扼流圈和高频扼流圈的阻碍作用的说法中，正确的有（ ）
A．低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用就更大
B．低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用就较小
C．高频扼流圈对高频交流电有很大的阻碍作用，对低频交流电的阻碍作用就更大
D．高频扼流圈对高频交流电有很大的阻碍作用，对低频交流电的阻碍作用就较小
如图，白炽灯和电感线圈串联后接在交流电源的两端，当交流电源的频率增加时（ ）
A．线圈感抗增加 B．线圈感抗减少
C．电灯变暗 D．电灯变亮
对电容器能通交变电流的原因，下列说法中正确的有（ ）
A．当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流
B．当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流
C．在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动
D．在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器
如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率增加时（ ）
A．电容器电容增大 B．电容器电容减小
C．电灯变暗 D．电灯变亮
在图中所示的电路中，C为电容器，R为灯泡，电流总内阻为零，电压表内阻无穷大，若保持交流电源的电压的有效值不变，只将电源频率增大，下列说法中正确的有（ ）
A．电流表示数增大 B．电压表示数增大
C．灯泡变亮 D．灯泡变暗
两个相同的灯泡L1和L2，分别与两个相同的电容器C1和C2连接，如图所示，图中甲电路两端加恒定电压U1，乙电路两端加最大值1.2U1的正弦交变电压U2，则此两灯的发光情况是（ ）
A．L1灯比L2灯亮
B．L1灯发光，L2灯不发光
C．L1灯不发光，L2灯发光
D．两灯亮度相同
两个相同的灯泡L1和L2，接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同．更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度高于灯L2的亮度，新电源的电压最大值和频率可能是（ ）
A．最大值仍为Um，而频率大于f
B．最大值仍为Um，而频率小于f
C．最大值大于Um，而频率仍为f
D．最大值小于Um，而频率仍为f
在交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，频率可以改变，在如图所示电路两点间逐次将图中的电路元件（1）（2）（3）单独接入，当使交变电流频率增加时，可以观察到下列所述的哪种情况（ ）
A．读数不变，增大，减小
B．读数减小，不变，增大
C．读数增大，不变，减小
D．的读数均不变
如图所示的交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，交流电的频率增大时，可以观察到三盏电灯亮度的变化情况是（ ）
A．L1、L2、L3亮度都不变
B．L2变暗，L2不变、L3变亮
C．L1变暗、L2变亮、L3不变
D．L1变亮、L2变暗、L3不变
如图所示，三个灯泡是相同的，而且耐压足够，电源内阻忽略．当单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那S接B时（ ）
A．三个灯亮度相同
B．甲灯最亮，丙灯不亮
C．甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮
D．只有丙灯不亮，乙灯最亮
如图所示，在真空中速度v0=6.4×103m/s的电子束连续射入两平行板之间，板长L=12cm，板间距离d=0.5cm，两板不带电时，电子束将沿两板之间的中线做直线运动．在两板之间加一交变电压u=91sin100πtV，若不计电子间的相互作用，电子电荷量e=1.6×10-19C，电子质量m=9.1×10-31kg，不计电子打在极板上对两极电压的影响．
（1）在图中画出电子束可能出现的区域．（画斜线表示，要求有推理和计算过程）
（2）如果以两极板刚加上交变电压时开始计时（t=0），则何时进入交变电场的电子打在极板上具有最大的动能
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知识讲解
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知识点4 电磁波的发现
1．电磁波的发现
麦克斯韦从电磁场理论出发，运用了较为深奥的数学工具，得到了描述电磁场特性的规律，并预言了电磁波的存在．年后，他的学生赫兹用实验方法证实了麦克斯韦的伟大预言，发射并接收了电磁波，从而开创了无线电技术的新时代．
2．麦克斯韦的理论
要点一：变化的磁场产生电场
麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关．
要点二：变化的电场产生磁场
我们知道，电流周围存在着磁场，麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和联系．经过反复思考提出一个假设，变化的电场产生磁场．
这一点，我们从哲学上知道，事物之间是相互联系的，可以相互转化．
比如根据麦克斯韦的理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中电流要产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化着的电场周围也要产生磁场．
3．电磁波的特点：
①是横波；
②是物质波，真空中也能传播，能独立存在（与机械波不同）；
③具有反射、折射、干涉、衍射等波的一切特性；
④波速公式（为真空中速度，电磁波在真空中速度等于光速）．
4．电磁波谱
波段 波长/ 产生机理 来源 主要用途
无线电波 长、中、短波 自由电子振荡 振荡电路 超远程无线电通讯、导航、广播、电报
微波 电视、雷达、导航、微波炉
红外线 外层电子受激发 一切物体 ①热作用：烤箱，红外体温计②红外摄影：远距离和高空摄影③红外遥感：探测地热、火情、预告台风
可见光 光源 照明、光合作用
紫外线 一切高温物体 ①化学作用 ②荧光作用③杀菌作用 ④生理作用
射线 内层电子受激发 高速电流射到金属上 ①穿透本领：透视、检查砂眼、裂纹②对生命物质有较强作用
射线 原子核受激发 放射性物质 ①破坏生命物质，摧毁病变细胞②穿透能力较强
5．电磁波与机械波的比较
机械波：机械波属于力学现象，它传播时需要介质，在介质中的传播速度由介质决定，它与机械波的频率无关．机械波不能在真空中传播，机械波在传播的过程中，质点的位移随时间和空间周期性变化．
电磁波：电磁波属于电磁现象，它的传播不需要介质，它本身就是一种物质．电磁波可以在真空中传播，传播速度是光速=．电磁波在传播过程中，其电场、磁场随时间和空间周期性的变化．
机械波与电磁波都有反射、折射、干涉、衍射现象．
6．总结、扩展
麦克斯韦的电磁场理论三点
（1）变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场．
（2）均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，产生稳定的磁场．这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度（或电场强度）的变化量相等，或者说磁感应强度（或电场强度）对时间变化率一定．
（3）不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场
（4）振荡的（即周期性变化的）磁场产生同频率的振荡电场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场．
（5）变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，向周围空间传播这就是电磁波．
知识点5 电磁振荡
1．大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫做振荡电流，产生振荡电流的电路叫做振荡电路．图中，
当开关置于线圈一侧时，由线圈 和电容器 组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为振荡电路．
2．振荡电流的产生
当开关掷向线圈的一瞬间（图甲①），也就是电容器刚要放电的瞬间，电路里没有电流，电容器两极板上的电荷最多．从场的观点来看，此时电容器里的电场最强，电路里的能量全部储存在电容器的电场中．电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，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减少．到放电完毕时，电容器极板上没有电荷，放电电流达到最大值（图甲②）．在这个过程中，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．在放电完毕的瞬间，电场能全部转化为磁场能．电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为零，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小．由于电流在继续流动，电容器在与原来相反的方向重新充电，电容器两极板带上相反的电荷，并且电荷逐渐增多．到反方向充电完毕的瞬间，电流减小为零，电容器极板上的电荷量达到最大值（图甲③）．在这个过程中，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．到反方向充电完毕的瞬间，磁场能全部转化为电场能．此后电容器再放电、再充电（图甲④⑤）．这样不断地充电和放电，电路中就出现了大小、方向都在变化的电流，即出现了振荡电流．在这个过程中，电容器极板上的电荷量 、电路中的电流 、电容器里的电场场度 、线圈里的磁感应强度 ，都在周期性地变化着．这种现象就是电磁振荡．在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化．图乙、丙表示电路中的电流和电容器极板上的电荷量周期性变化的情况．
① ② ③ ④ ⑤
甲 电磁振荡过程
乙 电流的周期性变化（以图甲中顺时针方向电流为正）
① ② ③ ④ ⑤
丙 电容器极板上电荷量的周期性变化（为图甲中上面极板的电荷量）
3．无阻尼振荡和阻尼振荡
（1）振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅（）将不变，如图所示，叫做无阻尼振荡（或等幅振荡）
（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小，如图所示，这叫做阻尼振荡（或叫减幅振荡），如果用振荡器周期性地给振荡电路补充能量，就可以保持等幅振荡，这类似于受迫振动．
4．电磁振动的周期和频率
周期公式 频率公式
振荡电路的周期公式，频率公式要理解其物理含义，它只由电路本身的特性（、值）决定，所以叫做固有周期和固有频率，应用中，通过改变回路中的电感或电容，周期和频率也随之改变，满足各种需要．
知识点6 无线电波的发射和接收、电视和雷达
1．无线电波的发射
（1）发射电磁波的条件
第一，要有足够高的频率；第二，电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．
（2）发射电磁波是利用它传播某种信号，因此必须进行调制．所谓调制，就是要把传播的信号加在电磁波上的过程，有调幅和调频两种方式．
2．无线电波的接收
无线电波的接收过程是：调谐电路利用电谐振的原理接收所需的电磁波，再通过检波器检波得到电磁波所携带的信号．
（1）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）使接收电路产生电谐振的过程叫调谐．
（3）从接收到的高频电路中“检出”所携带信号的过程叫检波，也叫解调，它是调制的逆过程．
3．电视的基本原理
在电视发射端，由摄像管摄取景物并将反射的光转变为电信号的过程就叫摄像，这个过程由摄像管完成．在电视接收端，由电视接收机的显像管把电信号还原成景物的像，这一过程中要进行调谐、检波等过程．电视信号的传播主要通过无线传播．
4．雷达的基本原理
雷达是用电磁波来判定物体位置的电子设备．雷达向某一方向发射电磁波时，在显示器的荧光屏上呈现发射的尖形波，无线电波遇到障碍物反射回来，被雷达接收，在显示器的荧光屏上出现第二个尖形波，根据两个尖形波的距离，可得到障碍物到雷达的距离，再根据发射电磁波的方向和仰角，便可判定障碍物的位置．利用多普勒效应可测出移动物体的速度．雷达是利用电磁波的微波段工作的．
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知识讲解
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下列关于电磁波的叙述中，正确的是（ ）
A．电磁波是由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为
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和衍射现象
关于机械波和电磁波，下列说法中错误的是（ ）
A．机械波和电磁波都可以在真空中传播
B．机械波和电磁波都可以传递能量
C．波长、频率和波速间的关系，即对机械波和电磁波都适用
D．机械波和电磁波都能发生干涉和衍射现象
关于电磁场和电磁波，说法正确的是（ ）
A．只有不均匀变化的磁场，才能在其周围空间产生电场
B．电磁波的频率等于激起电磁波的振荡电流的频率
C．电磁波能脱离电荷而独立存在
D．电磁波的传播速度一定是
某电磁波从真空进入介质后，发生变化的物理量有（ ）
A．频率 B．波速和频率 C．波长和波速 D．频率和能量
根据麦克斯韦电磁理论，下述正确的是（ ）
A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场
C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D．振荡的电场一定产生同频率振荡的磁场
在如图所示的四个电场与时间的关系图象中，不能产生磁场的是图_______，能产生稳定磁场的图是________，能产生电磁波的是图__________．
关于电磁振荡电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．当电路里有振荡电流时，电路里就产生了电磁振荡
B．电路里电场能和磁场能的周期性交替变化叫电磁振荡
C．只要空间某处的电场或磁场发生了变化，就会在其周围空间产生电磁波
D．电磁场在空间的传播叫电磁波
下列说法正确的是（ ）
A．发射出去的无线电波，可以传播到无限远
B．无线电波遇到导体，就可在导体中激起同频率的振荡电流
C．波长越短的无线电波，越接近直线传播
D．移动电话也是通过无线电进行通讯的
实际发射无线电波如图所示．高频振荡器产生高频等幅振荡如图甲中所示，人对着话筒说话低频振荡如图乙所示．根据以上图象，发射出去的电磁波图象是下图中哪一个（ ）
要增大振荡回路的频率，可采取的办法是：（ ）
A．增大电容器两极板正对面积 B．减少极板带电荷量
C．在线圈中放入软铁棒做铁芯 D．减少线圈匝数
当振荡电路中的电流达到最大值时，中磁场的磁感应强度和电容器中电场的场强是（ ）
A．和E都达到最大值 B．和E都为零
C．达到最大值而E为零 D．为零而E达到最大值
在振荡电路中，当电容器上的电量最大（充电完毕）的瞬间，这时（ ）
A．电场能正在向磁场能转化
B．磁场能正在向电场能转化
C．电场能向磁场能转化刚好完毕
D．磁场能向电场能转化刚好完毕
图中是一个振荡电路电流随时间变化图象，下述看法中正确的是（ ）
A．在时刻电容器两端电压最大
B．在时刻电容器带的电荷量为零
C．在时刻电路中只有电场能
D．在时刻电容器两板间电压最大
如图所示为振荡电路中电容器极板上的电荷量随时间变化的图象，由图可知（ ）
A．在时刻，电路中的磁场能最小
B．从到，电路中的电流值不断变小
C．从到，电容器不断充电
D．在时刻，电容器的电场能最小
回路中电容器两端的电压随时间变化的关系如图所示，则（ ）
A．在时刻电路中电流最大
B．在时刻电路中的磁场能量大
C．从时刻到时刻，电路中电场能增大
D．从时刻到，电容的带电量不断增大
某振荡电路的电流按图甲所示的规律变化，则图乙所示的瞬间状态对应于图甲中的哪一点（设逆时针方向电流为正）（ ）
A．点 B．点 C．点 D．点
电容为C的电容器充电到两极板间电压为U，然后断开电源让它通过自感系数为L的线圈放电，在第一次放电完毕的过程中，流过线圈的电荷量为_________，流过电路的平均电流为__________．
某雷达工作时，发射电磁波的波长，每秒脉冲数，每个脉冲持续时间，求：
（1）电磁波的频率是多少
（2）最大侦察距离是多少
我国中波波段的频率范围是，为了收到整个频率范围内各电台的播音，求：
（1）可变电容最大值与最小值之比；
（2）当电容器动片全部旋出时，应能收到的电台讯号频率；
（3）若回路中不变，而最小电容为，那么多大
在振荡电路中，如已知电容，并测得电路的固有周期，即可求得电感．为了提高精度，需要多次改变值并测得相应的值，现将测得的五组数据标示在以为横坐标、为纵坐标的坐标纸上，即如图中用“”表示的点．
（1）的关系为．
（2）根据图中给出的数据点做出与的关系图线．
（3）求得的值是多少．
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自感、容抗、感抗、电磁波 ///////
//////////////dianxibo
)
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课堂探究
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知识点1 互感和自感
1．互感现象
在法拉第的实验中，两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势．这种现象叫做互感，这种感应电动势叫做互感电动势．
利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛的应用．变压器就是利用互感现象制成的．
2．自感现象：
（1）定义：当线圈中的电流变化时，它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势，也会在本身激发出感应电动势，这种现象叫做自感．
（2）自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势．自感电动势总是阻碍电流的变化．
自感电动势正比于电流的变化率，即，为自感系数，简称自感或电感．
①自感系数跟线圈的形状、大小、匝数，是否有铁芯等因素有关．自感系数的单位：亨利，简称亨，符号，常用单位还有毫亨（）、微亨（）．
②在电流变化相同的情况下，自感系数越大的线圈，产生的自感电动势就越大；对同一线圈而言，通过线圈的电流变化得越快，线圈中的自感电动势越大．
（3）分析自感现象时，除了要定性分析通电和断电时的自感现象外，还应半定量地分析电路中的电流变化，分析时主要抓住通过自感线圈的电流不能突变这一特点，其次是注意电路结构在稳定和不稳定时的变化．要明确自感电动势总是阻碍电流的变化．线圈中电流增大时，自感电动势（电流）方向与原电流方向相反，阻碍电流的增大；线圈中电流减小时，自感电动势（电流）方向与原电流方向相同，阻碍电流的减小．正是这种阻碍作用，使线圈中的电流只能从原来的值逐渐变化，不能发生突变．
（4）应用
①日光灯：如图所示：
开关闭合后，电源电压加在启动器的两极之间，使氖泡发出辉光，产生的热
量使形动触片膨胀，接通电路．此时有电流流过镇流器和灯丝，这时启动
器停止放电，形动触片冷却收缩，电路断开，镇流器线圈产生很高的自感
电动势，电动势的方向与原电压的方向相同，因而形成一瞬间高压，加在灯管两端，使灯管中
的气体放电，从而灯管成为电流通路，使日光灯发光．正常发光后，镇流器起到降压限流的作
用，保证日光灯正常工作．
②自感现象的防止：
变压器、电动机等器材都有很大的线圈，当电路中的开关断开时会产生很大的自感电动势，使得开关中的金属片之间产生电火花，烧蚀接触点，甚至引起人身伤害．因此，电动机等大功率用电器的开关应该装在金属壳中．最好使用油浸开关，即把开关的接触点浸在绝缘油中，避免出现电火花．同时我们还可以用定值电阻双线绕法来排除自感电动势的影响．如图所示．
3．通电自感和断电自感的比较
通电自感 断电自感
电路图
器材要求 A1、A2同规格，R＝RL，L较大 L很大(有铁芯)
现象 在S闭合瞬间，A2立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮 在开关S断开时，A灯渐渐熄灭
原 因 由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，使流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢 断开开关S时，流过线圈L的电流减小，产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间，在S断开后，通过L的电流反向通过灯A，A灯不会立即熄灭，若RL＜RA，原来的IL＞IA，则A灯熄前要闪亮一下，若RL≥RA，原来的电流IL≤IA，则A灯逐渐熄灭，不再闪亮一下
能量转化情况 电能转化为磁场能 磁场能转化为电能
４．自感现象与互感现象的区别与联系
（1）区别：①互感现象发生在靠近的两个线圈间，而自感现象发生在一个线圈导体内部；②通过互感可以使能量在线圈间传递，而自感现象中，能量只能在一个线圈中储存或释放.
联系：两者都是电磁感应现象.
知识点2 涡流
1．涡流：线圈中电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的导体中会产生感应电流，这种感应电流称为涡电流，简称涡流．
2．金属中的涡流会产生热量，若金属的电阻率小，则涡流强，产生的热量多．
3．应用
（1）真空冶炼炉：炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化．
（2）电动机、变压器的铁芯：由于涡流的存在，铁芯会发热，能量浪费．增大铁芯材料的电阻率可减小涡流，如使用硅钢；可用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块的硅钢铁芯．
（3）探雷器：探雷器线圈中有变化的电流，若地下有金属物品，金属中会感应出涡流，涡流的磁场会影响线圈中的电流，使仪器报警．用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷．
（4）安检门：探测携带的金属物品．
知识点3电磁阻尼和电磁驱动
1．电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为 电磁阻尼 . 磁电式仪表的指针能够很快停下，就是利用了电磁阻尼.“磁悬浮列车利用涡流减速”其实也是一种电磁阻尼.
2．电磁驱动：磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力使导体运动，这种作用称为 电磁驱动 . 安培力阻碍磁场与导体的相对运动的方式是多种多样的.当磁场以某种方式运动时(例如磁场转动)，导体中的安培力阻碍导体与磁场间的相对运动而使导体跟着磁场动起来(跟着转动)，这就是电磁驱动.
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随堂练习
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某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈L、小灯泡A 、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关s，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（）
A．电源的内阻较大 B．小灯泡电阻偏大
C．线圈电阻偏大 D．线圈的自感系数较大
【答案】C.
在研究自感现象的实验中，用两个完全相同的灯泡、分别与有铁芯的线圈和定值电阻组成如图所示的电路（自感线圈的直流电阻与定值电阻的阻值相等），闭合开关达到稳定后两灯均可以正常发光．关于这个实验，下面说法中正确的是（）
A．闭合开关的瞬间，通过灯的电流大于通过灯的电流
B．闭合开关后，灯先亮，灯后亮
C．闭合开关，待电路稳定后断开开关，通过灯的电流不大于原来的电流
D．闭合开关，待电路稳定后断开开关，通过灯的电流大于原来的电流
【答案】Ｃ
如图所示，L为一自感系数很大的有铁芯的线圈，电压表与线圈并联接入电路，在下列哪种情况下，有可能使电压表损坏（电压表量程为3 V）（ ）
A．开关S闭合的瞬间
B．开关S闭合电路稳定时
C．开关S断开的瞬间
D．以上情况都有可能损坏电压表
【解析】开关S闭合瞬间,L在电路中相当于断路，电压表两端的电压为3 V,所以A错；S闭合电路稳定时，L在电路中相当于短路，电压表两端的电压几乎为0，所以B错；开关S断开的瞬间，两端产生很高的电动势，可能损坏电压表.所以C正确.
【答案】选C.
如图 （a）、（b）所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则（ ）
A．在电路（a）中，断开S后，A将逐渐变暗
B．在电路（a）中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗
C．在电路（b）中，断开S后，A将逐渐变暗
D．在电路（b）中，断开S后，A将先变得更亮，然后渐渐变暗
【解析】（a）电路中，灯A和线圈L串联，电流相同，断开S时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，通过R、A形成回路，渐渐变暗．（b）电路中电阻R和灯A串联，灯A的电阻大于线圈L的电阻，电流则小于线圈L中的电流，断开S时，电源不给灯供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过R、A形成回路，灯A中电流比原来大，变得更亮，然后渐渐变暗．所以选项AD正确．
【答案】AD
如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值，在时刻闭合开关S，经过一段时间后，在时刻断开S，下列表示A、B两点间电压随时间t变化的图像中，正确的是（）
【答案】B
如图为日光灯电路，关于该电路，以下说法中正确的是（ ）
A．启动过程中，启动器断开瞬间镇流器产生瞬时高电压
B．日光灯正常发光后，镇流器使灯管两端电压低于电源电压
C．日光灯正常发光后启动器是导通的
D．图中的电源可以是交流电源，也可以是直流电源
【解析】启动过程中，启动器断开瞬间，流过镇流器的电流迅速减小，由于自感，镇流器产生自感电动势，形成瞬时高压，A对．正常发光时，由于自感作用，镇流器起到降压限流作用，使灯管两端电压低于电源电压，B对．当日光灯正常工作时，启动器已断开，C错．只有交流电才能通过镇流器起作用，D错．
【答案】AB
如图所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外圈A是通高频交变电流的线圈，B是自行车零件，a是待焊接口，焊接时接口两端接触在一起.当A中通有交变电流时，B中会产生感应电流，使得接口处金属熔化焊接起来.
（1）试分析说明，焊接的快慢与交变电流的频率有什么关系.
（2）试分析说明，为什么焊接过程中，接口a处被熔化而零件的其他部分并不很热？
【解析】（1）A中交变电流的频率越高，B中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流热功率P＝I2R也越大，焊接得越快.
（2）B中各处电流大小相等，但接口a处电阻大，电流热功率大，而其他部分电阻小，电流热功率小，所以接口a处已被熔化而零件的其他部分并不很热.
如图所示，abcd是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属线框在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则（ ）
A．线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反
B．线框进入磁场区域后，越靠近OO′线时速度越大，因而产生的感应电流也越大
C．线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小
D．线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能
【解析】线框在进入和离开磁场的过程中磁通量才会变化，也可以看做其部分在切割磁感线，因此有感应电流，且由楞次定律或右手定则可确定进入和离开磁场时感应电流方向是相反的，故A项正确；当线圈整体都进入匀强磁场后，磁通量就保持不变了，此段过程中不会产生感应电流，故B错误，但提醒一下的是此时还是有感应电动势的(如果是非匀强磁场，则又另当别论了)；
当线框在进入和离开磁场的过程中会有感应电流产生，则回路中有机械能转化为电能，或者说当导体在磁场中做相对磁场的切割运动而产生感应电流的同时，一定会有安培“阻力”阻碍其相对运动，故线框的摆角会减小，但当线框最后整体都进入磁场中后，并只在磁场中摆动时，没有感应电流产生，则机械能保持守恒，摆角就不会再变化，故C项正确，而D项错误.综上所述，正确答案是AC项.
【答案】AC
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课堂探究
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知识点3 电感和电容对交变电流的影响
1.电感对交变电流的阻碍作用
把带铁芯的线圈与白炽灯串联起来，先把他们接到直流电源上，再把他们接到交流电源上．取直流电源的电压与交流电源的有效值相等．观察两种情况下灯泡的亮度．
在直流电路中，当电压一定时，影响电流强弱的只是电阻．但在交流电路中，电感对交变电流也有阻碍作用，阻碍作用的大小用感抗来表示．实验和理论分析都表明，线圈的自感系数越大、交流的频率越高，电感对交流的阻碍作用就越大，也就是说，线圈的感抗就越大．
扼流圈是电工技术和电子技术常用的元件，它利用了电感对交流的阻碍作用．扼流圈分为两种，一种是低频扼流圈，线圈绕在铁芯上，匝数为几千甚至超过一万，自感系数为几十享．即使交流的频率较低，例如家庭电流中的交流，这种线圈产生的感抗也很大．由于线圈是用铜线绕制的，对直流的阻碍作用较小，所以这种扼流圈可以用来“通直流，阻交流”．另一种是高频扼流圈．线圈有的绕在铁氧体芯上，有的是空心的，匝数为几百或几十，自感系数为几毫享．这种扼流圈只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流的阻碍作用更小，因此可用来“通低频、通直流，阻高频”．
2．交变电流能够通过电容器
如图，把白炽灯和电容器串联起来，先把他们接到直流电源上，再把他们接到交流电源上．观察灯泡的发光情况．
直流不能通过电容器，这是容易理解的，因为电容器的两个极板被绝缘介质隔开了．当电容器接到交流电源的两端时，实际上自由电荷也没有通过两板板间的绝缘介质．不过瞬时电压在不断变化，当电压升高时，电容器充电，电荷向电容器的极板上聚集，形成充电电流；当电压降低时，电容器放电，电荷从极板上放出，形成放电电流．电路中电压的大小和正负在不断地变化，电容器交替地进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器．
3．电容器对交变电流的阻碍作用
在上面的实验中，如果把电容器从电路中取下来，使灯泡直接与交流电源相连，灯泡要比接有电容器时更亮．这表明电容也有对交流的阻碍作用．
电容对交流阻碍作用的大小用容抗表示．实验和理论分析都表明，电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，也就是说，电容器的容抗就越小．
使用交流电源的电器设备和电子仪器，金属外壳与电源之间都有良好的绝缘．但是，有时候用手触摸外壳时仍会感到“麻手”，用试电笔测试时氖管也会发光，这是为什么？
原来，与电源相连的机芯和金属外壳可以看做电容 器的两个极板，电源中的交变电流能够“通过”这个“电容器”．虽然这一点点“漏电”一般不会造成人身伤害，但是为了确保安全，电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地．
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随堂练习
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关于电感对交变电流的影响，下列说法中正确的是（ ）
A．电感不能通直流电流，只能通交变电流
B．电感对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同
C．同一只电感线圈对频率低的交变电流的阻碍较小
D．同一只电感线圈对频率高的交变电流的阻碍较小
【答案】C
下列关于低频扼流圈和高频扼流圈的阻碍作用的说法中，正确的有（ ）
A．低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用就更大
B．低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用就较小
C．高频扼流圈对高频交流电有很大的阻碍作用，对低频交流电的阻碍作用就更大
D．高频扼流圈对高频交流电有很大的阻碍作用，对低频交流电的阻碍作用就较小
【答案】AD
如图，白炽灯和电感线圈串联后接在交流电源的两端，当交流电源的频率增加时（ ）
A．线圈感抗增加 B．线圈感抗减少
C．电灯变暗 D．电灯变亮
【答案】AC
对电容器能通交变电流的原因，下列说法中正确的有（ ）
A．当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流
B．当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流
C．在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动
D．在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器
【答案】BD
如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率增加时（ ）
A．电容器电容增大 B．电容器电容减小
C．电灯变暗 D．电灯变亮
【答案】D
在图中所示的电路中，C为电容器，R为灯泡，电流总内阻为零，电压表内阻无穷大，若保持交流电源的电压的有效值不变，只将电源频率增大，下列说法中正确的有（ ）
A．电流表示数增大 B．电压表示数增大
C．灯泡变亮 D．灯泡变暗
【答案】AC
两个相同的灯泡L1和L2，分别与两个相同的电容器C1和C2连接，如图所示，图中甲电路两端加恒定电压U1，乙电路两端加最大值1.2U1的正弦交变电压U2，则此两灯的发光情况是（ ）
A．L1灯比L2灯亮
B．L1灯发光，L2灯不发光
C．L1灯不发光，L2灯发光
D．两灯亮度相同
【答案】C
两个相同的灯泡L1和L2，接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同．更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度高于灯L2的亮度，新电源的电压最大值和频率可能是（ ）
A．最大值仍为Um，而频率大于f
B．最大值仍为Um，而频率小于f
C．最大值大于Um，而频率仍为f
D．最大值小于Um，而频率仍为f
【答案】A
在交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，频率可以改变，在如图所示电路两点间逐次将图中的电路元件（1）（2）（3）单独接入，当使交变电流频率增加时，可以观察到下列所述的哪种情况（ ）
A．读数不变，增大，减小
B．读数减小，不变，增大
C．读数增大，不变，减小
D．的读数均不变
【解析】在交流电路中，当频率增加时，容抗减小，感抗增大，而电阻是与频率无关的，在电路中电源的电动势最大值不变，即间的电压不变，所以当频率增加时，读数增大，不变，读数要变小．
【答案】C
如图所示的交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，交流电的频率增大时，可以观察到三盏电灯亮度的变化情况是（ ）
A．L1、L2、L3亮度都不变
B．L2变暗，L2不变、L3变亮
C．L1变暗、L2变亮、L3不变
D．L1变亮、L2变暗、L3不变
【答案】C
如图所示，三个灯泡是相同的，而且耐压足够，电源内阻忽略．当单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那S接B时（ ）
A．三个灯亮度相同
B．甲灯最亮，丙灯不亮
C．甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮
D．只有丙灯不亮，乙灯最亮
【答案】D
如图所示，在真空中速度v0=6.4×103m/s的电子束连续射入两平行板之间，板长L=12cm，板间距离d=0.5cm，两板不带电时，电子束将沿两板之间的中线做直线运动．在两板之间加一交变电压u=91sin100πtV，若不计电子间的相互作用，电子电荷量e=1.6×10-19C，电子质量m=9.1×10-31kg，不计电子打在极板上对两极电压的影响．
（1）在图中画出电子束可能出现的区域．（画斜线表示，要求有推理和计算过程）
（2）如果以两极板刚加上交变电压时开始计时（t=0），则何时进入交变电场的电子打在极板上具有最大的动能
【答案】（1）见右图
（0.005+0.01n）s（n=0，1，2，…）
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知识点4 电磁波的发现
1．电磁波的发现
麦克斯韦从电磁场理论出发，运用了较为深奥的数学工具，得到了描述电磁场特性的规律，并预言了电磁波的存在．年后，他的学生赫兹用实验方法证实了麦克斯韦的伟大预言，发射并接收了电磁波，从而开创了无线电技术的新时代．
2．麦克斯韦的理论
要点一：变化的磁场产生电场
麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关．
要点二：变化的电场产生磁场
我们知道，电流周围存在着磁场，麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和联系．经过反复思考提出一个假设，变化的电场产生磁场．
这一点，我们从哲学上知道，事物之间是相互联系的，可以相互转化．
比如根据麦克斯韦的理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中电流要产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化着的电场周围也要产生磁场．
3．电磁波的特点：
①是横波；
②是物质波，真空中也能传播，能独立存在（与机械波不同）；
③具有反射、折射、干涉、衍射等波的一切特性；
④波速公式（为真空中速度，电磁波在真空中速度等于光速）．
4．电磁波谱
波段 波长/ 产生机理 来源 主要用途
无线电波 长、中、短波 自由电子振荡 振荡电路 超远程无线电通讯、导航、广播、电报
微波 电视、雷达、导航、微波炉
红外线 外层电子受激发 一切物体 ①热作用：烤箱，红外体温计②红外摄影：远距离和高空摄影③红外遥感：探测地热、火情、预告台风
可见光 光源 照明、光合作用
紫外线 一切高温物体 ①化学作用 ②荧光作用③杀菌作用 ④生理作用
射线 内层电子受激发 高速电流射到金属上 ①穿透本领：透视、检查砂眼、裂纹②对生命物质有较强作用
射线 原子核受激发 放射性物质 ①破坏生命物质，摧毁病变细胞②穿透能力较强
5．电磁波与机械波的比较
机械波：机械波属于力学现象，它传播时需要介质，在介质中的传播速度由介质决定，它与机械波的频率无关．机械波不能在真空中传播，机械波在传播的过程中，质点的位移随时间和空间周期性变化．
电磁波：电磁波属于电磁现象，它的传播不需要介质，它本身就是一种物质．电磁波可以在真空中传播，传播速度是光速=．电磁波在传播过程中，其电场、磁场随时间和空间周期性的变化．
机械波与电磁波都有反射、折射、干涉、衍射现象．
6．总结、扩展
麦克斯韦的电磁场理论三点
（1）变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场．
（2）均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，产生稳定的磁场．这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度（或电场强度）的变化量相等，或者说磁感应强度（或电场强度）对时间变化率一定．
（3）不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场
（4）振荡的（即周期性变化的）磁场产生同频率的振荡电场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场．
（5）变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，向周围空间传播这就是电磁波．
知识点5 电磁振荡
1．大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫做振荡电流，产生振荡电流的电路叫做振荡电路．图中，
当开关置于线圈一侧时，由线圈 和电容器 组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为振荡电路．
2．振荡电流的产生
当开关掷向线圈的一瞬间（图甲①），也就是电容器刚要放电的瞬间，电路里没有电流，电容器两极板上的电荷最多．从场的观点来看，此时电容器里的电场最强，电路里的能量全部储存在电容器的电场中．电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，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减少．到放电完毕时，电容器极板上没有电荷，放电电流达到最大值（图甲②）．在这个过程中，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．在放电完毕的瞬间，电场能全部转化为磁场能．电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为零，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小．由于电流在继续流动，电容器在与原来相反的方向重新充电，电容器两极板带上相反的电荷，并且电荷逐渐增多．到反方向充电完毕的瞬间，电流减小为零，电容器极板上的电荷量达到最大值（图甲③）．在这个过程中，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．到反方向充电完毕的瞬间，磁场能全部转化为电场能．此后电容器再放电、再充电（图甲④⑤）．这样不断地充电和放电，电路中就出现了大小、方向都在变化的电流，即出现了振荡电流．在这个过程中，电容器极板上的电荷量 、电路中的电流 、电容器里的电场场度 、线圈里的磁感应强度 ，都在周期性地变化着．这种现象就是电磁振荡．在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化．图乙、丙表示电路中的电流和电容器极板上的电荷量周期性变化的情况．
① ② ③ ④ ⑤
甲 电磁振荡过程
乙 电流的周期性变化（以图甲中顺时针方向电流为正）
① ② ③ ④ ⑤
丙 电容器极板上电荷量的周期性变化（为图甲中上面极板的电荷量）
3．无阻尼振荡和阻尼振荡
（1）振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅（）将不变，如图所示，叫做无阻尼振荡（或等幅振荡）
（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小，如图所示，这叫做阻尼振荡（或叫减幅振荡），如果用振荡器周期性地给振荡电路补充能量，就可以保持等幅振荡，这类似于受迫振动．
4．电磁振动的周期和频率
周期公式 频率公式
振荡电路的周期公式，频率公式要理解其物理含义，它只由电路本身的特性（、值）决定，所以叫做固有周期和固有频率，应用中，通过改变回路中的电感或电容，周期和频率也随之改变，满足各种需要．
知识点6 无线电波的发射和接收、电视和雷达
1．无线电波的发射
（1）发射电磁波的条件
第一，要有足够高的频率；第二，电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．
（2）发射电磁波是利用它传播某种信号，因此必须进行调制．所谓调制，就是要把传播的信号加在电磁波上的过程，有调幅和调频两种方式．
2．无线电波的接收
无线电波的接收过程是：调谐电路利用电谐振的原理接收所需的电磁波，再通过检波器检波得到电磁波所携带的信号．
（1）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）使接收电路产生电谐振的过程叫调谐．
（3）从接收到的高频电路中“检出”所携带信号的过程叫检波，也叫解调，它是调制的逆过程．
3．电视的基本原理
在电视发射端，由摄像管摄取景物并将反射的光转变为电信号的过程就叫摄像，这个过程由摄像管完成．在电视接收端，由电视接收机的显像管把电信号还原成景物的像，这一过程中要进行调谐、检波等过程．电视信号的传播主要通过无线传播．
4．雷达的基本原理
雷达是用电磁波来判定物体位置的电子设备．雷达向某一方向发射电磁波时，在显示器的荧光屏上呈现发射的尖形波，无线电波遇到障碍物反射回来，被雷达接收，在显示器的荧光屏上出现第二个尖形波，根据两个尖形波的距离，可得到障碍物到雷达的距离，再根据发射电磁波的方向和仰角，便可判定障碍物的位置．利用多普勒效应可测出移动物体的速度．雷达是利用电磁波的微波段工作的．
(
课堂探究
)
下列关于电磁波的叙述中，正确的是（ ）
A．电磁波是由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为
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和衍射现象
【解析】变化的磁场和变化的电场形成电磁场，电磁场由发生区域向远处传播形成电磁波；电磁波在真空中的传播速度才是，在其他介质中的传播速度小于，由，当电磁波由真空进入其他介质，频率不变，速度减小，波长变短；电磁波也是一种波，具有波的一切特征．
【答案】AC
关于机械波和电磁波，下列说法中错误的是（ ）
A．机械波和电磁波都可以在真空中传播
B．机械波和电磁波都可以传递能量
C．波长、频率和波速间的关系，即对机械波和电磁波都适用
D．机械波和电磁波都能发生干涉和衍射现象
【答案】A
关于电磁场和电磁波，说法正确的是（ ）
A．只有不均匀变化的磁场，才能在其周围空间产生电场
B．电磁波的频率等于激起电磁波的振荡电流的频率
C．电磁波能脱离电荷而独立存在
D．电磁波的传播速度一定是
【解析】麦克斯韦电磁理论：变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场；A错．电磁波只有在真空时其波速才为．错．
【答案】BC
某电磁波从真空进入介质后，发生变化的物理量有（ ）
A．频率 B．波速和频率 C．波长和波速 D．频率和能量
【解析】电磁波的频率等于振荡电路的频率，与传播电磁波的介质无关．电磁波在不同的介质中的传播速度不同，由知其波长也不同．
【答案】C
根据麦克斯韦电磁理论，下述正确的是（ ）
A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场
C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D．振荡的电场一定产生同频率振荡的磁场
【解析】变化的电场周围产生磁场，恒定的电场周围不会产生磁场，同理，恒定的磁场周围也不会产生电场，所以A选项错；随时间做均匀变化的电场，其变化率是常量，故周围产生的磁场是恒定的，同理，均匀变化的磁场周围产生的电场也是恒定的；所以选项B、C不对．电场周期性变化，其周围产生的磁场也是周期性变化，且变化周期相同，所以选项D正确．
【答案】D
在如图所示的四个电场与时间的关系图象中，不能产生磁场的是图_______，能产生稳定磁场的图是________，能产生电磁波的是图__________．
【解析】不能产生磁场的是中的匀强电场；能产生稳定磁场的是均匀变化的中的电场，能产生电磁波的是和的交变电场．
【答案】A B CD
关于电磁振荡电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．当电路里有振荡电流时，电路里就产生了电磁振荡
B．电路里电场能和磁场能的周期性交替变化叫电磁振荡
C．只要空间某处的电场或磁场发生了变化，就会在其周围空间产生电磁波
D．电磁场在空间的传播叫电磁波
【答案】ABD
下列说法正确的是（ ）
A．发射出去的无线电波，可以传播到无限远
B．无线电波遇到导体，就可在导体中激起同频率的振荡电流
C．波长越短的无线电波，越接近直线传播
D．移动电话也是通过无线电进行通讯的
【解析】电磁波向外传播过程中是有能量损失的，这就是为什么边远山区收不到电视节目的原因，故A不对，由电磁感应规律知B正确，当波长较大时，发生衍射现象而绕过障碍物，而波长较小时，接近直线传播，故C对．移动电话的发送和接收信号用的都是电磁波，故D对．
【答案】BCD
实际发射无线电波如图所示．高频振荡器产生高频等幅振荡如图甲中所示，人对着话筒说话低频振荡如图乙所示．根据以上图象，发射出去的电磁波图象是下图中哪一个（ ）
【解析】振荡器产生的高频等幅振荡，话筒结构中有碳膜电阻，它的阻值随压力变化而变化，当我们对着它说话时，空气对话筒碳膜的压力随着声音而变化，那么它的电阻也就随着声音信号而变化，振荡电流的振幅也就随着声音信号而变化，这就是调制．它不但影响了正半周，也影响了负半周．所以应选B．
【答案】B
要增大振荡回路的频率，可采取的办法是：（ ）
A．增大电容器两极板正对面积 B．减少极板带电荷量
C．在线圈中放入软铁棒做铁芯 D．减少线圈匝数
【解析】根据振荡回路的频率公式和平行板电容器电容公式有：
当增大电容器两极板正对面积时，增大，减小．当减少极板带电荷量，不影响，即
不变．在线圈中放入软铁棒做铁芯，增大，减小；减少线圈匝数，减少，增大．
【答案】D
当振荡电路中的电流达到最大值时，中磁场的磁感应强度和电容器中电场的场强是（ ）
A．和E都达到最大值 B．和E都为零
C．达到最大值而E为零 D．为零而E达到最大值
【答案】C
在振荡电路中，当电容器上的电量最大（充电完毕）的瞬间，这时（ ）
A．电场能正在向磁场能转化
B．磁场能正在向电场能转化
C．电场能向磁场能转化刚好完毕
D．磁场能向电场能转化刚好完毕
【答案】D
图中是一个振荡电路电流随时间变化图象，下述看法中正确的是（ ）
A．在时刻电容器两端电压最大
B．在时刻电容器带的电荷量为零
C．在时刻电路中只有电场能
D．在时刻电容器两板间电压最大
【解析】在图中，时刻是最大时刻，此时电容器放电完毕，电容器带电荷量为零，电容器两端电压为零．A错B对．在时刻，此时电容器充电完毕，磁场能完全转化成为电场能，电容器带电荷量最大，其两板间电压最大．C、D对．
【答案】BCD
如图所示为振荡电路中电容器极板上的电荷量随时间变化的图象，由图可知（ ）
A．在时刻，电路中的磁场能最小
B．从到，电路中的电流值不断变小
C．从到，电容器不断充电
D．在时刻，电容器的电场能最小
【解析】由电路的充、放电规律及图象可知：在时刻，最大，电容器将开始放电时刻，电路中磁场能最小，对；从到，电容器电荷量减小，电容放电，电流值不断增大，错；从到，电容器电荷量增加，电容充电对；在时刻，是电容器放电完毕时刻，其电场能最小．对．
【答案】ACD
回路中电容器两端的电压随时间变化的关系如图所示，则（ ）
A．在时刻电路中电流最大
B．在时刻电路中的磁场能量大
C．从时刻到时刻，电路中电场能增大
D．从时刻到，电容的带电量不断增大
【解析】由电压随时刻变化的关系可得电量随时间的变化关系也是按正弦规律变化，时刻电压最大，电量最大，电流为零；时刻电压为零，电流最大，磁场能最大；时刻到时刻，电压增大，电容器带电量增大；时刻到时刻，带电量不断减小．
【答案】BC
某振荡电路的电流按图甲所示的规律变化，则图乙所示的瞬间状态对应于图甲中的哪一点（设逆时针方向电流为正）（ ）
A．点 B．点 C．点 D．点
【答案】D
电容为C的电容器充电到两极板间电压为U，然后断开电源让它通过自感系数为L的线圈放电，在第一次放电完毕的过程中，流过线圈的电荷量为_________，流过电路的平均电流为__________．
【解析】对电容器由知，电路放电初时刻电容器极板上的电荷量为，第一次放电完毕即电容器极板上的电荷量从减小至零的过程，所以流过线圈的电荷量为，第一次放电完毕历时，所以．
【答案】CU，
某雷达工作时，发射电磁波的波长，每秒脉冲数，每个脉冲持续时间，求：
（1）电磁波的频率是多少
（2）最大侦察距离是多少
【解析】（1）电磁波一般在空气中传播，传播速度等于光速，因此
．
（2）雷达工作时发生电磁脉冲，每个脉冲持续时间，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收到反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量．设最大侦查距离为，则，而（故脉冲持续时间可以省略不计），所以．
【答案】
我国中波波段的频率范围是，为了收到整个频率范围内各电台的播音，求：
（1）可变电容最大值与最小值之比；
（2）当电容器动片全部旋出时，应能收到的电台讯号频率；
（3）若回路中不变，而最小电容为，那么多大
【解析】（1）根据有：
（2）当电容器动片完全旋出时，最小值对应．
（3）若最小电容时，，
【答案】
在振荡电路中，如已知电容，并测得电路的固有周期，即可求得电感．为了提高精度，需要多次改变值并测得相应的值，现将测得的五组数据标示在以为横坐标、为纵坐标的坐标纸上，即如图中用“”表示的点．
（1）的关系为．
（2）根据图中给出的数据点做出与的关系图线．
（3）求得的值是多少．
【解析】（1）测量自感系数采用固有振荡周期的办法，其原理是利用
①
变化后得 ②
即变化电容，测出相应的周期值，便可得到相应的电感值．为了提高测量精度，可测出多组值（如五组数据）便可在坐标中描出个点，将式②变化一下得
③
可见，该图象应为通过原点的直线，该直线的斜率，即
（2）实验中有偶然误差．为了消除偶然误差，在实验中采用了求平均值的方法，采用图象法求实验值为了消除偶然误差．因此在做此直线时必须遵守下列原则：①将偏离直线的点排除去（因为点误差太大，很可能是错误的实验操作引起），本实验中未发现这种类型的点；②让尽可能多的点在该直线上；③不在直线上的点应尽量靠近该直线，且尽量均匀地分布在直线的两侧．
按上述三原则可做出如图所示的图线．
（3）做出直线后，在该直线上任找两点，求出斜率为，再由，即可求出．
【答案】（1）；（2）见图所示；（3）在范围内为正确．
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