(共10张PPT)
第3章 电磁场与电磁波
变化的电场产生磁场
麦克斯韦的电磁场理论
变化的磁场产生电场
赫兹验证
LC振荡电路的构造、过程分析
电磁振荡
电磁场与电磁波
周期和频率
发射
电磁波接收
应
{构成
电磁波谱特性
应用
知识体系·网络构建
宏观把握·理清脉络
》专题归纳,整合提升
归纳整合·深度升华本章优化总结
电磁波与机械波的四点区别
1.电磁波是电磁场的传播，机械波是质点机械振动的传播.
2.电磁波的传播机理是电磁场交替感应，机械波的传播机理是质点间的机械作用.
3.电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质.
4.电磁波是横波.机械波既有横波又有纵波，甚至有的机械波同时有横波和纵波，例如地震波.
（多选）电磁波与机械波相比较有（ ）
A.电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质
B.电磁波在任何介质中传播速度都相同，机械波在同一介质中的传播速度都相同
C.电磁波与机械波都不能产生干涉现象
D.电磁波与机械波都能产生衍射现象
[解析] 电磁波的传播不需要介质，且在不同介质中，传播速度不同，即v＝，故A正确，B错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，故C错误，D正确.
[答案] AD
电磁振荡的三个“两”
1.两类物理量
一类是与电场有关的物理量，一类是与磁场有关的物理量.
（1）电流i，它决定了磁场能的大小.振荡电流i在电感线圈中形成磁场，因此，线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ和磁场能E磁具有与之相同的变化规律.
（2）电荷量q，它决定了电场能的大小.电容器两极板间的电压U、场强E、电场能E电、线圈的自感电动势E的变化规律与q的相同.
电流i和电荷量q的变化不同步，规律如图所示.
2.两个过程
电磁振荡过程按电容器的电荷量变化可分为充、放电过程.
（1）充电：当电容器的电荷量增加时为充电过程，这个过程中电路的电流减小；
（2）放电：电荷量减小时为放电过程，这个过程中电路的电流增加，变化如上图所示.
注意：在任意两个过程的分界点对应的时刻，各物理量取特殊值（零或最大值）.
3.两类初始条件
下图中的电路甲和乙，表示了电磁振荡的两类不同初始条件.
（1）图甲中开关S从1合向2时，振荡的初始条件为电容器开始放电.
（2）图乙中开关S从1合向2时，振荡的初始条件为电容器开始充电.
（多选）在LC振荡电路中，当电容器放电完毕瞬间，以下说法正确的是（ ）
A.电容器极板间的电压等于零，磁场能开始向电场能转化
B.电流达到最大值，线圈产生的磁场能达到最大值
C.如果没有能量辐射损耗，这时线圈的磁场能等于电容器开始放电时电容器的电场能
D.线圈中产生的自感电动势最大
[解析] 电容器放电完毕的瞬间，电场能向磁场能转化完毕，磁场能开始向电场能转化；电容器开始反方向充电.电容器放电完毕的瞬间，电容器电荷量Q＝0，板间电压u＝0，板间场强E＝0，线圈电流i最大，磁感应强度B最大，电路磁场能最大，电场能为零.线圈自感电动势E自＝，电容器放电完毕瞬间，虽然Φ最大，但为零，所以E自等于零.如果没有考虑能量的辐射，能量守恒，在这一瞬间电场能E电＝0，磁场能E磁最大，而电容器开始放电时，电场能E电′最大，磁场能E磁′＝0，则E磁＝E电′，所以选项A、B、C正确.
[答案] ABC
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3章末过关检测（三）
（时间：60分钟，满分：100分）
一、单项选择题（本题共6小题，每小题6分，共36分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确，选对的得6分，选错或不答的得0分）
1.比较机械波与电磁波，正确的说法是（ ）
A.二者都传递能量
B.二者传播都需要介质
C.二者都既有横波又有纵波
D.二者都是振动或电磁振荡停止，波立即消失
解析：选A.机械波与电磁波都具有波的一般性质，如传递能量，但由于两类波本质不同，又有各自的特性.如电磁波的传播不需要介质，且电磁波只有横波，可判定B、C选项错误；振动停止，两类波继续传播，D项错误.
2.关于LC电路，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，线圈中的磁场能最大
D.电容器开始充电时，电场能最大
解析：选C.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，线圈中的电流为零，B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正确，D错误.
3.在LC振荡电路中，电容器C的带电荷量q随时间t变化的图像如图所示.在1×10－6 s到2×10－6 s内，关于电容器的充（放）电过程及由此产生的电磁波的波长，正确的是（ ）
A.充电过程，波长为1 200 m
B.充电过程，波长为1 500 m
C.放电过程，波长为1 200 m
D.放电过程，波长为1 500 m
解析：选A.由图可知，在1×10－6 s到2×10－6 s内，电容器C的带电荷量由0增加到最多，因此是充电过程.电磁振荡周期等于所发射的电磁波的周期，那么电磁波的波长为λ＝cT＝3×108×4×10－6 m＝1 200 m.
4.无线电发射装置的振荡电路中的电容为30 pF时发射的无线电波的频率是1 605 kHz.若保持回路的电感不变将电容调为270 pF，这时发射的电波的波长为（ ）
A.62 m B.187 m
C.560 m D.1 680 m
解析：选C.由f＝ 得 ＝，f′＝5.35×105 Hz，
又因为λ＝＝ m≈560 m，故选C.
5.如图所示，是一台收音机的屏板，当向右调指针（图中黑块）时，所接收的电磁波（ ）
A.频率变大，波长变大
B.频率变大，波长变小
C.频率变大，波长不变
D.频率变小，波长变大
解析：选B.面板上所标识的数字是频率，向右调节时频率显然增大，由于波速一定时，波的频率与波长成反比关系，所以波长变小.
6.如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间的变化规律如图乙所示，则电路中振荡电流随时间的变化图像应是图中的哪一个（以回路中逆时针方向振荡电流为正）（ ）
解析：选D.从题图乙可以看出，在0～这段时间内是充电过程，且uAB>0，即uA>uB，A板应带正电，只有顺时针方向的回路电流（负方向）才能使A板被充电后带正电.同时要考虑到，电流最大时其变化率为零，即L（电动势）为零，所以应选D.
二、多项选择题（本题共4小题，每小题6分，共24分.在每小题给出的四个选项中，有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分）
7.下列关于无线电波的叙述中，正确的是（ ）
A.无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波
B.无线电波在任何介质中传播速度均为3.00×108 m/s
C.无线电波不能产生干涉和衍射现象
D.无线电波由真空进入介质传播时，波长变短
解析：选AD.无线电波中长波波长有几十千米，微波中的毫米波只有几毫米，A项正确；无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度，B项错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C项错误；无线电波由真空进入介质传播时，由于波速减小可知波长变短，D项正确.
8.关于电磁场和电磁波，下列叙述正确的是（ ）
A.变化的电场能够产生磁场，变化的磁场也能产生电场
B.电磁波和机械波都只能在介质中传播
C.电磁波在空间传播时，电磁能也随着一起传播
D.电磁波穿过两种介质的分界面时频率会发生变化
解析：选AC.由麦克斯韦的电磁场理论知，选项A正确；由于电磁波能够在真空中传播，选项B错误；电磁波传播的过程就是能量传播的过程，C项正确；电磁波的频率由波源决定，与介质无关，选项D错误.
9.雷达采用微波而不用其他无线电波的原因是（ ）
A.微波具有很高的频率
B.微波具有直线传播的特性
C.微波的反射性强
D.微波比其他无线电波（长波、中波、短波等）传播的距离更远
解析：选ABC.微波的波长较短，频率较高，不容易产生衍射或干涉现象，微波的反射性较强，直线性较好.微波与其他无线电波的波速相等，都可以传播较远的距离，所以A、B、C项正确.
10.图甲为一个调谐接收电路，（a）、（b）、（c）为电路中的电流随时间变化的图像，则（ ）
A.i1是L1中的电流图像
B.i1是L2中的电流图像
C.i2是L2中的电流图像
D.i3是流过耳机的电流图像
解析：选ACD.L2中由于电磁感应，产生的感应电动势的图像是同（a）图相似的，但是由于L2和D串联，所以当L2的电压与D反向时，电路不通，因此这时L2没有电流，所以L2中的电流应选（b）图.故应选A、C、D.
三、非选择题（本题共3小题，共40分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
11.（10分）某雷达工作时所发射的无线电波波长为1 m，它可以定向发出脉冲波，连续两个脉冲的时间间隔为10－4 s.一飞机始终在雷达的某一方位上做直线飞行，图为雷达屏幕，屏幕上方有时间尺，P1、P2是雷达发出的电波信号.n1、n2是P1、P2由飞机反射回来后雷达接收的信号.设雷达匀速扫描，根据图分析回答下列问题.
（1）飞机是朝着雷达飞行，还是远离雷达飞行？
（2）当信号P1传播到飞机处时，飞机距雷达多远？
解析：（1）由标尺上的时间刻度可以看出，第一个雷达信号P1从发出至返回历时为10个小格，第二个雷达信号P2从发出至返回历时为11个小格，即第二个雷达信号从发出至返回所用时间较长，表明P1、P2两个雷达信号分别遇到飞机时，第一个信号与飞机相遇的位置离雷达较近一些，第二个信号与飞机相遇的位置离雷达较远一些，可见飞机是朝着远离雷达的方向飞行的.
（2）在图上，P1、P2间相距为时间标尺上的20小格，由题意知连续两个脉冲间的时间间隔为10－4 s，故时间标尺上的每一小格代表的时间为Δt＝ s＝5×10－6 s.
由图可以看出，信号P1从发出至返回被雷达接收到（图上的n1）历时为10个小格，
则这段时间为
t＝10Δt＝5×10－5 s，
信号P1自发出后，经过就遇到了飞机，
则信号P1传播到飞机时，飞机与雷达之间的距离为
x＝c＝3.0×108×2.5×10－5 m＝7.5×103 m.
答案：（1）远离 （2）7.5×103 m
12.（14分）如图所示的电路中，电容器的电容C＝1 μF，线圈的自感系数L＝0.1 mH，先将开关S拨至a，这时电容器内有一带电油滴恰能保持静止，然后将开关S拨至b，经过3.14×10－5 s，油滴的加速度是多少？当油滴的加速度为何值时，LC回路中的振荡电流有最大值？（g取10 m/s2，π取3.14，研究过程中油滴不与极板接触）
解析：当S拨至a时，油滴受力平衡，显然油滴带负电，则mg＝q ①
当S拨至b时，LC回路中有振荡电流，振荡周期为T，
则T＝2π＝6.28×10－5 s.
当t＝3.14×10－5 s时，电容器恰好反向充电结束，两极板间场强与t＝0时两极板间场强等大反向，由牛顿第二定律得q＋mg＝ma ②
联立①②得a＝20 m/s2.
当振荡电流最大时，电容器处于放电完毕状态，两极板间无电场，油滴仅受重力作用，则mg＝ma′，a′＝10 m/s2，即当油滴加速度为10 m/s2时，LC回路中振荡电流有最大值.
答案：20 m/s2 10 m/s2
13.（16分）某雷达工作时，发射电磁波的波长λ＝20 cm，每秒脉冲数n＝5 000，每个脉冲持续时间t＝0.02 μs，求：该电磁波的振荡频率为多少？最大侦察距离是多少？
解析：由c＝λf可得电磁波的振荡频率
f＝＝Hz＝1.5×109Hz.
电磁波在雷达发射相邻两个脉冲间隔时间内传播的距离
s＝cΔt＝c＝3×108× m≈6×104m.
所以雷达的最大侦察距离s′＝＝3×104 m＝30 km.
答案：1.5×109Hz 30 km
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