普通高等教育“十二五”创新型规划教材《物理》教学课件：第十四章电磁振荡和电磁波

普通高等教育普通高等教育“十二五十二五”创新型规划教材创新型规划教材物 理 主讲人：第十四章 电磁振荡和电磁波 本章主要讲述有关电磁振荡和电磁波的一些基本知识，并概略地介绍电磁波在无线电技术中的应用.第一节 电磁振荡一、振荡电路电路中产生了大小和方向都发生周期性变化的电流，这种电流叫作振荡电流.能够产生振荡电流的电路叫作振荡电路.振荡电路的工作原理：如图14-2所示.以上过程反复的循环下去，在电路中就出现了大小和方向都随时间变化的振荡电流.同时，电路中的能量不断地在电场能与磁场能间相互转化.这种电场能与磁场能不断发生周期性的相互转化的现象，叫作电磁振荡.在电磁振荡中，电荷、电流、电场强度、磁感应强度这几个物理量随时间做周期性变化. 磁场能和电场能发生周期性的相互转化.二、自由振荡和阻尼振荡 1. 自由振荡 在振荡电路中，如果电路中没有能量的损失和补充，振荡将永远进行下去，振荡电流的振幅将维持不变，这种振荡叫自由振荡. 振荡电路的固有周期T和固有频率分别表示为2. 阻尼振荡实际上，任何电路都有电阻，因而在电磁振荡中总有一部分能量转化为热能，还有一部分能量要辐射到周围空间中去.这样，振荡电流的振幅就会不断减小，最后停下来，这种振荡叫作阻尼振荡.思考与练习（14.1）第二节 电磁场与电磁波一、电磁场1. 变化的磁场在周围空间产生电场 2. 变化的电场在周围空间产生磁场二、电磁波振荡电路是产生电磁波的波源.电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随着一起传播.电磁波的传播，靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠介质的机械传递.电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播.电磁波的波长、波速及周期或频率的关系为无线电技术中应用的电磁波，叫作无线电波.其波长从几毫米到3 000米以上.思考与练习（14.2）第三节 电磁波的发射一、开放振荡电路普通的由电容器与线圈组成的LC振荡电路，如图14-10(a).在电磁振荡过程中，电场能和磁场能主要是在电路内互相转化，辐射出去的很少，因此，不能用来发射电磁波.这样的振荡电路，叫作闭合振荡电路.要有效地向外界发射电磁波，振荡电路必须具有如下的特点：(1)要有足够高的振荡频率.(2)振荡电路的电场和磁场必须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.如果把电路按照图14-10(b)、(c)所示的那样改进，就会发现，它向外发射电磁波的本领越来越强.这种能够向外发射电磁波的电路，叫作开放振荡电路.二、感应耦合感应耦合在实际发射无线电波的装置中，使开放振荡电路产生振荡电流的方法是：使LC振荡器的线圈L2靠近开放振荡电路的线圈L1，如图14-11所示.这样振荡器电路产生的高频振荡电流通过L2与L1间的互感作用，使L1中就产生了与L2中同频率的振荡电流，振荡电流在开放电路中激发出无线电波，向四周发射.这种方法叫作感应耦合.三、电磁波的调制1. 调幅 使高频等幅振荡电流的振幅随信号而改变，叫作调幅.如图14-12所示.经过调幅后发射出去的电磁波叫作调幅波.调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段. 2. 调频 使高频振荡电流的频率随信号而改变的过程，叫作调频.调频广播(FM)和电视都采用调频的方法来调制，通常使用微波中的高频(VHF)和超高频(UHF)波段.如图14-13所示.四、无线电广播的发射在无线电广播中、一般采用调幅方法进行调制.图14-14是无线电发射机构造示意图.无线电话筒就是一个调制器.由声源S发出的声音使话筒的碳精薄片振动，薄片的振动使碳粒的接触时紧时松，碳粒接触紧，电阻小些；碳粒接触松，则电阻大些.所以，虽然在振荡器中产生的是高频等幅振荡，但线圈中通过的振荡电流的振幅却随声音而改变.由于电磁感应，线圈中的振荡电流也随声音而改变，因此，由天线发射出去的电磁波的振幅也是随声音而改变.思考与练习（14.3）第四节 电磁波的接收 电谐振一、电谐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.这种现象叫作电谐振.使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路.图14-15所示是收音机的调谐电路.二、解调由无线电发射机发出的电滋波，在无线电接收机天线的调谐电路中激起的感应电流，仍是经过调制的高频振荡电流，还不是我们所需要的信号.必须从这个高频振荡电流中检出它载运着的信号电流来.这个检出的过程，叫作检波.能完成检波作用的装置，叫作检波器.检波是调制的逆过程，因此也叫解调.三、无线电广播的接收从天线上接收到的电信号需经过高频放大器放大，然后利用检波器的单向导电作用，将接收到的高频振荡电流的下半周全部隔除掉.由于检波后的电流中还有高频部分，经接地电容，可将其中的高频部分去掉，最后剩下的是原来电台发射时的音频电流.为了提高响度，还需经音频放大器进行功率放大，最后，由扬声器还原成声音.思考与练习（14.4）