關於電磁場和電磁波的知識點及練習題

　　電磁場、電磁波及其應用

　　一. 本週教學內容：

　　三. 要點：

　　1. 振盪電流和振盪電路

　　大小和方向都做週期性變化的電流叫振盪電流，能產生振盪電流的電路叫振盪電路，LC電路是最簡單的振盪電路。

　　2. 電磁振盪及週期、頻率

　　（1）電磁振盪的產生

　　（2）振盪原理：利用電容器的充放電和線圈的自感作用產生振盪電流，形成電場能與磁場能的相互轉化。

　　（3）振盪過程：電容器放電時，電容器所帶電量和電場能均減少，直到零，電路中電流和磁場均增大，直到最大值。

　　給電容器反向充電時，情況相反，電容器正反方向充放電一次，便完成一次振盪的全過程。

　　（4）振盪週期和頻率：電磁振盪完成一次週期性變化所用時間叫電磁振盪的週期，一秒內完成電磁振盪的次數叫電磁振盪的頻率。對於LC振盪電路，

　　（5）電磁場：變化的電場在周圍空間產生磁場，變化磁場在周圍空間產生電場，變化的電場和磁場成為一個完整的整體，就是電磁場。

　　3. 電磁波

　　（1）電磁波：電磁場由近及遠的傳播形成電磁波

　　（2）電磁波在空間傳播不需要介質，電磁波是橫波，電磁波傳遞電磁場的能量。

　　（3）電磁波的波速、波長和頻率的關係，。

　　4. 電磁波的發射，傳播和接收

　　（1）發射

　　將電磁波發射出去，首先要有開放電路，其次，發射出去的電磁波要攜帶有訊號，因而必須把要傳遞的電訊號“加”別高頻等幅振盪電流上去。

　　我們把將電訊號加到高頻等幅振盪電流上去的過程叫調製。

　　（2）傳播

　　電磁波傳播方式一般有三種：地波、天波、直線傳播

　　地波：沿地球表面空間向外傳播，適於長波、中波和中短波，傳播距離為幾百公里。

　　天波：依靠電離層的反射來傳播，適於傳播短波，傳播距離為幾千公里。

　　直線傳播：在短距離內（幾十公里）依靠波的直進，直接在空間傳播多用於傳播微波，需有中繼站“接力”才能傳遠。

　　（3）接收

　　① 電諧振、調諧

　　② 檢波

　　四. 規律技巧

　　電磁波的波速問題

　　真空中電磁波的波速與光速相同，

　　1. 同一種電磁波在不同介質中傳播時，頻率不變（頻率電波源決定）、波速、波長髮生改變，在介質中的`速度都比在真空中速度小。

　　2. 不同電磁波在同一介質中傳播時，傳播速度不同，頻率越高，波速越小，頻率越低波速越大。

　　3. 在真空中傳播時，不同頻率的電磁波的速度相同

　　4. 電磁波和聲波的特點不同，聲波在介質中傳播的速度與介質有關，電磁波在介質中傳播的速度與介質和頻率均有關。

　　【典型例題

　　[例1] 下列關於電磁波的敘述中，正確的是（）

　　A. 電磁波是電磁場由發生區域向遠處傳播

　　B. 電磁波在任何介質中的傳播速度均是C. 電磁波由真空進入介質傳播時，波長將變短

　　D. 電磁波不能產生干涉、衍射現象

　　分析與解答：

　　該題為1994上海題，電磁波只有在真空中的傳播速度才是。

　　電磁波與其他波同樣具有波的基本特徵，即能產生干涉和衍射現象，當電磁波由真空進入介質傳播時，，f定，由∴ 正確答案AC

　　[例2] 某發電站用燃燒煤來發電，每1kg煤放出500J熱能，熱能發電為0.8，發電站透過升壓器、輸電線和降壓器把電能輸送給生產和照明組成的使用者，發電機輸出功率是100kW，輸出電壓是250V，升壓器原副線圈的匝數之比為1:25，輸電線上功率損失為4%，使用者需要電壓為220V，則（1）輸電線的電阻和降壓器的匝數比為多少？（2）若有60kW分配給生產用電，其餘電能用來照明，那麼可裝25W的電燈多少盞？

　　分析與解答：

　　（1）遠距離輸電電路如下圖，升壓器副線圈兩端電壓

　　副線圈中的電流

　　輸電線電阻R上損失的功率∴

　　降壓器原線圈電壓

　　降壓器原副線圈匝數比

　　（2）由能量守恆： ∴ ∴

　　[例3] 電視機的映象管中，電子束的偏轉是用磁偏轉技術實現的，如下圖所示電子束經過電壓為U的加速電場後，進入一圓形勻強磁場區，磁場方向垂直於圓面，磁場區的中心為O點，半徑為r，當不加磁場時，電子束將透過O點，而打到螢幕的中心M點，為了讓電子束射到螢幕邊緣P，需要加磁場，使電子束偏轉?D已知角

　　分析與解答：

　　電子在磁場中沿圓弧運動，設電子在磁場中做圓周運動的半徑為R。

　　則又 ∵ ∴

　　[例4] 質譜儀，如下圖所示是一種質譜儀的示意圖，其中MN板的左方是帶電粒子速度選擇器，選擇器內有正交的勻強電場E和勻強磁場B。