高中物理电磁场与电磁波部分专题讲练.doc

电磁场与电磁波专题讲练1、 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 本部分内容在高考中很少出现，只要求做简单的了解。1、 典例分类评析1、 电磁振荡：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变化的电流，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）电磁振荡抽象，过程复杂，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上的变化情况如下图所示。放电过程：在放电过程中，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。q=Qm i=0CL+ + + + CLq=0 i=Im+ + + + q=Qm i=0CL充电qi放 电q i充电qi一个周期性变化放 电q iCLq=0 i=Im充电过程：在充电过程中，q、u、E电场能I、B、E磁场能，线圈的磁场能向电容器的电场能转化。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。当电容C中储存电场能最大时(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，电场能电(带电量Q，电压U)逐渐减小，而磁场能磁(电流i)将逐渐增大。电磁振荡的特点：LC回路工作过程具有对称性和周期性，可归结为：两个物理过程：放电过程；电场能转化为磁场能，q i充电过程：磁场能转化为电场能，q i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。电磁振荡的变化规律：总能量守恒 电场能 磁场能 恒量电场能与磁场能交替转化放电充电同步变化同步变化电场能 磁场能电容器电压电容器带电量 电路中电流(1)(2)步 调 相 反电磁振荡变化规律的图象描述ot电场能ot磁场能otiotq(u)ito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。ito(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。2、电磁振荡的周期和频率(1)电磁振荡的周期和频率周期：电磁振荡完成一次周期性变化所需的时间叫周期，用T表示.。频率：一秒钟完成周期性变化的次数叫频率，用f表示。(2)固有周期和固有频率自由振荡振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失，也不受其他外界的影响，这样的振荡叫做自由振荡。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=2 f=例1、已知LC振荡电路中电容器的极板1上的电量随时间变化曲线如图所示，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2、下图（a）中LC振荡回路中电流随时间的变化关系图像，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.31B.21C.91D.41例4、要使LC振荡电路的周期变大，可用的方法是( )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5、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2、电磁场：变化的电场和磁场相互联系，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）变化的磁场产生电场（2）变化的电场产生磁场。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。电磁波的特点(1)电磁波中的电场和磁场互相垂直，并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/Tf(4)电磁波可以在真空中传播，向周围空间传播电磁能，在传播过程中，电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射。例1、关于电磁场理论，下列说法正确的是（ ）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.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场例2、如图所示,内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内,有一直径略小于环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、磁感应强度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,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、电磁波和机械波相比较，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涉例4、以下关于电磁场和电磁波的正确说法是 （ ） A电场和磁场总是相互联系的，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电磁波传播速度总是3108 m/sD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：无线电技术中使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。通常根据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 000m3 000m10 kHz100 kHz地波超远程无线通讯和导航中波3 000m200m100 kHz1 500 kHz地波和天波调幅无线电广播、电报、通信中短波200m50m1500 kHz6 000 kHz短波50m10m6MHz30 MHz天波微波米波10m1m30MHz300MHz近似直线传播调频无线电广播、电视、导航分米波1 m0.1m300 MHz3 000 MHz直线传播电视、雷达、导航厘米波10cm1cm3 000 MHz30 000 MHz毫米波10mm1mm30000MHz300 000 MHz4、无线电波的发射在无线电波的发射过程中，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，向四周发射。 (2)调制调制：要传递的信号附加到高频等幅振荡电流上的过程叫调制。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)一般使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法来调制，通常使用微波中的甚高频(VHF)和超高频(UHF)波段。 26、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我们需要的选出来，通常叫做选台。这就要设法使我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过程叫做调谐，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，是经过调制的高频振荡电流，还不能使我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，必须从高频振荡电流中“检”出声音信号，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。检波是调制的逆过程，因此也叫解调。右图中L2、D、C2和耳机共同组成检波电路。 检波之后的信号再经过放大、重现，我们就可以听到或看到了。现在移动电话的使用十分普遍、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？CA增加调谐电路线圈的匝数B加大电源电压C减少调谐电路线圈的匝数D减小电源电压例题： 电子感应加速器是利用变化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内获得的能量为120MeV。这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的，磁通量从零增到1.8Wb，求电子共绕行了多少周？解：根据法拉第电磁感应定律，环形室内的感应电动势为E= 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EK，所以有N= EK/Ee，带入数据可得N=2.8105周。例题：如图所示，半径为 r 且水平放置的光滑绝缘的环形管道内，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变化的关系式为 B=B0+kt（k0）。根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化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用力，使其得到加速。设t=0时刻电子的初速度大小为v0，方向顺时针，从此开始后运动一周后的磁感应强度为B1，则此时电子的速度大小为 A. B. C. D.解：感应电动势为E=kr2，电场方向逆时针，电场力对电子做正功。在转动一圈过程中对电子用动能定理：，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过程中，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：由于极板和电源保持连接，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。