選修二第四章 電磁振蕩與電磁波

第一節(jié) 電磁振蕩

本節(jié)需要明白什么是電磁振蕩,就是電能轉(zhuǎn)化為磁場能,再由磁場能轉(zhuǎn)化為電能,從而出現(xiàn)周期性變化的電流,這個電流就叫做振蕩電流,這種現(xiàn)象叫做電磁振蕩,產(chǎn)生電磁振蕩的電路叫振蕩電路,線圈與電容器組成的電路是最簡單的振蕩電路,叫做LC振蕩電路。

本節(jié)需要明白電磁振蕩中能量轉(zhuǎn)化的原理與特點。在電容器放電過程中,是電場能轉(zhuǎn)化為磁場能的過程,電流從最小達(dá)到最大;放電結(jié)束時,由于線圈自感作用,對電容器沿同方向進(jìn)行充電,磁場能又轉(zhuǎn)化為電場能;電容器開始反方向放電,電場能轉(zhuǎn)化為磁場能,這個過程電流都是增大的,直到全部放電完畢,電流達(dá)到最大;放電結(jié)束時,由于線圈自感,對電容器進(jìn)行同方向的充電,從而返回最初狀態(tài),進(jìn)行下一個周期的變化。

本節(jié)還需要明白電磁振蕩是周期性變化的電流,產(chǎn)生交流電,具有周期與頻率,其周期與線圈的電感、電容器的電容大小有關(guān),頻率同樣與他們有關(guān)。根據(jù)電磁波的傳播速度與波長、頻率的關(guān)系,可以根據(jù)圖像計算出激發(fā)的電磁波波長。

第二章 麥克斯韋電磁場理論

麥克斯韋提出的兩個假設(shè):根據(jù)電磁感應(yīng)定律提出變化的磁場產(chǎn)生電場;根據(jù)對稱性,他提出變化的電場產(chǎn)生磁場,并通過小磁針的實驗進(jìn)行了驗證。電場與磁場是不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場,他們的存在體現(xiàn)了統(tǒng)一性與多樣性。

電磁波的預(yù)言:麥克斯韋的推斷:周期性變化的電場會在周圍產(chǎn)生周期性變化的磁場;這個變化的磁場又會在較遠(yuǎn)的空間引起周期性變化的電場,這樣變化的電場與磁場由近到遠(yuǎn)向空間傳播,預(yù)言電磁波的存在,猶如水波。

電磁波的特點:E與B方向相互垂直,電磁波是橫波;電磁波傳播速度等于光速,光就是一種電磁波。

赫茲實驗:通過線圈與電容產(chǎn)生電磁振蕩,向外發(fā)射電磁波,當(dāng)發(fā)生火花放電時,在接收器一端也由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生火花放電,此現(xiàn)象證明接受到了電磁波。

第三節(jié) 電磁波的發(fā)射、傳播和接收

本節(jié)需要明確電磁波是如何發(fā)射的。有效發(fā)射電磁波,LC振蕩電路必須滿足條件,就是振蕩頻率要高,單位時間發(fā)射出去的電磁波的能量與振蕩頻率四次方成正比,提高振蕩頻率的方法是減少LC的乘積,具體是減少線圈匝數(shù)、減少正對面積、增大板間距離,甚至把閉合的振蕩電路改成一條直導(dǎo)線的開放電路。

具體發(fā)射過程:感應(yīng)耦合——圖片、文字、圖像信號變成電信號——調(diào)制,低頻電信號加載到高頻電流上(包含調(diào)幅與調(diào)頻:高頻電磁波振幅與頻率隨電信號強(qiáng)弱變化,聲音、音頻廣播采取調(diào)頻方式,圖像采取調(diào)幅方式)。

電磁波的傳播:

無線電波:在無線電技術(shù)中使用的電磁波叫無線電波;無線電波波長范圍是1mm~30km,按波長或頻率可分為長波、中波、中短波、短波、微波(米波、分米波、厘米波、毫米波)。這些波傳播的方式有地波、天波與直線傳播三種。沿地球表面?zhèn)鞑シ绞浇械夭▊鞑ィ么髿鈱与婋x層的反射傳播的方式叫天波傳播,以直線傳播的方式叫直線傳播。中長波利用地波傳播,如超遠(yuǎn)程無線電通信與導(dǎo)航;短波與部分中部利用天波傳播,如調(diào)幅無線電廣播、通信;微波采用直線傳播,如調(diào)頻無線電廣播、電視、導(dǎo)航、雷達(dá),直線傳播距離不遠(yuǎn),需要中繼站,同步通信衛(wèi)星是很大的中繼站。

電磁波的接收:

調(diào)諧電路(通過可調(diào)電容器與線圈調(diào)節(jié)到空間某一電磁波信號)——檢波或調(diào)解(調(diào)制過程的逆過程,從高頻信號中檢測出低頻信號)——放大、重現(xiàn),還原成文字、聲音與圖像。

第四節(jié) 電磁波譜

電磁波譜:電磁波的頻率很廣,將他們按波長或頻率大小的順序排列成譜,稱為電磁波譜。它包含有無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、\gamma 射線。無線電波的應(yīng)用有廣播、電視、微波爐等,紅外線的應(yīng)用有紅外攝影、紅外掃描儀等,紫外線的應(yīng)用有紫外線殺菌燈等,X射線的應(yīng)用有X射線透視、安全檢測等,\gamma 射線的應(yīng)用有探傷、摧毀病變細(xì)胞等。

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