2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第4章电磁振荡与电磁波4.3无线电波的发射和接收课件

1|伟大的预言1.麦克斯韦电磁场理论英国物理学家麦克斯韦在总结前人对电磁现象研究成果的基础上,建立了完整的电磁场理论.可定性表述为:①变化的磁场产生电场,②变化的电场产生磁场.1电磁波的发现2电磁振荡3电磁波的发射和接收\n2.麦克斯韦对电磁波的预言如果在空间某区域中有③周期性变化的电场,那么它就在空间引起周期性变化的磁场;这个变化的磁场又引起新的④变化的电场……于是,变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播,形成了⑤电磁波.\n1.电磁波在真空中传播时,它的电场强度与磁感应强度互相⑥垂直,而且二者均与波的传播方向⑦垂直,因此电磁波是⑧横波.2.电磁波的速度等于⑨光速,光的本质是⑩电磁波.2|电磁波3|赫兹的电火花1.赫兹实验,证实了电磁波的存在.2.赫兹的其他实验成果:赫兹通过一系列的实验,观察到了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象,并通过测量证明,电磁波在真空中具有与光相同的速度,证实了麦克斯韦关于光的电磁理论.\n机械波电磁波研究对象研究力学现象研究电磁现象传播需要介质,波速与介质有关,与频率无关不需要介质,波速与介质及频率都有关系是横波还是纵波可以是纵波也可以是横波是横波联系都具有波的一切特性,例如干涉、衍射、反射、折射等性质,它们的波速、波长与频率的关系都是v=λf,都能传播能量4|电磁波与机械波的比较\n5|电磁振荡的产生1.振荡电流和振荡电路(1)振荡电流:大小和方向都做周期性迅速变化的电流.(2)振荡电路:产生振荡电流的电路.最简单的振荡电路为LC振荡电路.2.电磁振荡的过程放电过程:由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大,电容器极板上的电荷逐渐减少,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,放电完毕时,放电电流达到最大值,电场能全部转化为磁场能.充电过程:电容器放电完毕后,由于线圈的自感作用,电流会保持原来的方向并逐渐减小,电容器将进行反方向充电,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,反方向充电完毕时,电流减小为零,磁场能全部转化为电场能.此后,这样充电和放电的过程反复进行下去.\n3.电磁振荡的实质在电磁振荡过程中,电容器极板上的电荷量、电路中的电流、与振荡电流相联系的电场和磁场都在周期性地变化着,电场能和磁场能发生周期性的转化.1.周期T:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间.2.频率f:1s内完成的周期性变化的次数.3.LC电路的周期(频率)公式周期、频率公式:T=2π,f=.其中,周期T、频率f、自感系数L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F).6|电磁振荡的周期和频率\n7|无线电波的发射1.要有效地向外发射电磁波,振荡电路必须具有的两个特点(1)要有足够高的振荡频率:频率越高,发射电磁波的本领越大.(2)采用开放电路:用开放电路可以使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间.2.调制(1)调制:在电磁波发射技术中,使电磁波随各种信号而改变的技术.(2)调制的分类a.调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方法.b.调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方法.\n8|电磁波的接收1.电磁波的接收原理电磁波在传播时如果遇到导体,会使导体中产生感应电流.因此,空中的导体可以用来接收电磁波.2.电谐振与调谐(1)电谐振:当接收电路的固有频率跟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的现象.相当于机械振动中的共振.(2)调谐:使接收电路产生电谐振的过程.a.调谐电路:能够调谐的接收电路.b.选台:调节调谐电路中可变电容器的电容,可以改变电路的固有频率,使它与要接收的电台的电磁波的频率相同,这个电磁波在调谐电路里激起较强的感应电流,于是就选出了这个电台.\n3.解调使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程.它是调制的逆过程,调幅波的解调也叫检波.4.无线电波技术上把波长大于1mm(频率低于300GHz)的电磁波称做无线电波.按波长(频率)可把无线电波分为若干波段.不同波段的无线电波的传播特点不同,发射和接收所用的设备和技术也不相同,因此用途也不相同.\n5.无线电波分类比较无线电波按波长(或频率)分成若干个波段,各个波段有其不同的用途.各波段电磁波的传播特性如下表:适合的波段特点地波长波、中波衍射能力较强天波中波、中短波、短波反射能力较强(近似)沿直线传播微波穿透能力较强\n1.电场周围一定存在磁场,磁场周围一定存在电场.(✕)2.电磁波是纵波.(✕)3.电磁波的速度等于光速c,光的本质是电磁波.(√)4.含有电容器与电感线圈的电路都是振荡电路.(✕)5.改变振荡电路中电容器的电容或线圈的自感系数,就可以改变振荡电路的周期.(√)6.振荡电路的频率越高,发射电磁波的本领越大.(√)7.调制的两种方法是调谐和调频.(✕)8.解调是调制的逆过程.(√)判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”.\n1|电磁振荡的产生电磁振荡在振荡电路产生振荡电流的过程中,电容器极板上的电荷、电路中的电流、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度都在发生周期性的变化,这种现象就是电磁振荡.\n电磁振荡过程分析LC电路中电磁振荡规律可用下图表示.(图中↑表示增大,↓表示减小)\n无阻尼振荡和阻尼振荡(1)无阻尼振荡:没有能量损耗的电磁振荡.无阻尼振荡必是等幅振荡,如图甲所示.(2)阻尼振荡:有能量损耗的振荡.若能量得不到补充,振幅会逐渐减小,如图乙所示.\n2|LC振荡电路的周期和频率固有周期和固有频率如果没有能量损失,也不受其他外界影响,这时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.LC振荡电路的周期和频率公式:T=2π,f=.影响LC振荡电路的周期和频率的因素由LC振荡电路的周期和频率的公式知,要改变振荡电路的周期和频率,必须改变线圈的自感系数L或电容器的电容C.影响线圈自感系数L的因素有:线圈的大小、形状、匝数,以及有无铁芯等.匝数越多,自感系数L越大,有铁芯的线圈自感系数比无铁芯的大.影响平行板电容器电容C的因素有:两极板正对面积S、两极板间电介质的相对介电常数εr,以及两极板间距d,由C=,判断电容C的变化情况.\n(★☆☆)(多选)要增大如图所示振荡电路的频率,下列说法中正确的是(　　)A.减少电容器的带电荷量B.将开关S从“1”位置拨到“2”位置C.在线圈中插入铁芯D.将电容器两极板间的电介质抽出\n解析由公式f=可知,要增大f,必须减小L与C的乘积.电容器的电容C与其带电荷量无关,减小两极板的正对面积、增大两极板间的距离,或从两极板间抽出电介质都可减小电容C,故A错误,D正确.减少线圈匝数可使L减小,而插入铁芯将使L增大,故B正确,C错误.答案BD\n电磁振荡中的电流i、极板间电压u、极板上的电荷量q、电场强度E、电场能EE、磁感应强度B、磁场能EB随时间变化的规律及各量之间的对应关系,如表所示.3|LC电路中各量间的对应关系及其变化规律电磁振荡中的电流i、极板间电压u、极板上的电荷量q、电场强度E、电场能EE、磁感应强度B、磁场能EB随时间变化的规律及各量之间的对应关系图\n时刻t0T/4T/23T/4T电荷量q最多0最多0最多电压u最大0最大0最大电场能EE最大0最大0最大电场强度E最大0最大0最大电流i0最大0最大0磁场能EB0最大0最大0磁感应强度B0最大0最大0续表\n同步同变关系由上表可以看出,在LC电路发生电磁振荡的过程中,电容器的四个物理量:电荷量q、电压u、电场强度E、电场能EE是同步同向变化的,即q↓—u↓—E↓—EE↓(或q↑—u↑—E↑—EE↑).线圈的三个物理量:振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步同向变化的,即i↑—B↑—EB↑(或i↓—B↓—EB↓).同步异变关系在LC电路产生电磁振荡的过程中,电容器的四个物理量q、u、E、EE与线圈的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的,即q、u、E、EE同时减小时,i、B、EB同时增大,且它们是同步的.\n物理量的等式关系振荡电流i=,自感电动势E自=L·,振荡周期T=2π.极值、图象的对应关系i=0时,q最大,u最大,E最大,EE最大,E自(E自为自感电动势)最大.q=0时,i最大,B最大,EB最大,E自=0.自感电动势E自与i-t图象的关系由E自=L·知,E自∝,E自与i-t图象上某点处曲线切线的斜率成正比.所以,利用i-t图象可分析自感电动势随时间的变化和极值.\n(★★☆)(多选)如图所示,线圈的自感系数为L,其电阻不计,电容器的电容为C,开关S是闭合的.现将S突然断开并开始计时,以下说法中正确的是()A.当t=时,由a到b流经线圈的电流最大B.当t=π时,由b到a流经线圈的电流最大C.当t=时,电路中电场能最大D.当t=时,电容器左极板带有的正电荷量最多\n解析从0时刻算起,若规定a→b为电流的正方向,其振荡电流的i-t图象如图所示.当t==时,电流为零,磁场能为零,电场能最大,则A错,C对.当t=π=时,由b到a的电流最大,B正确.当t==T时,电流为零,此时磁场能为零,充电结束,且左极板带正电,D正确.答案BCD方法归纳(1)理解振荡电流与电场强度、电荷量、电场能为同步异变关系.(2)掌握影响电磁振荡的周期和频率的因素能帮助我们更好地认识电磁振荡,这些因素中任意改变一个都会使周期和频率发生变化.(3)解决此类问题时,画出相应的i-t图象可事半功倍.