第4章電磁振蕩與電磁波主題1理解電磁振蕩的三個(gè)“兩”1．兩類物理量一類是與電場(chǎng)有關(guān)的物理量，一類是與磁場(chǎng)有關(guān)的物理量。(1)電流i，它決定了磁場(chǎng)能的大小。振蕩電流i在電感線圈中形成磁場(chǎng)，因此，線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通量Φ和磁場(chǎng)能E磁具有與之相同的變化規(guī)律。(2)電量q，它決定了電場(chǎng)能的大小。電容器兩極板間的電壓U、場(chǎng)強(qiáng)E、電場(chǎng)能E電，線圈的自感電動(dòng)勢(shì)E的變化規(guī)律與q的相同。注意：電流i和電量q的變化不同步，規(guī)律如圖所示。2．兩個(gè)過(guò)程(1)充電：當(dāng)電容器的電量增加時(shí)為充電過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中電路的電流減小。(2)放電：電量減小時(shí)為放電過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中電路的電流增加。注意：在任意兩個(gè)過(guò)程的分界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，各物理量取特殊值(零或最大值)。3．兩類初始條件圖甲和圖乙電路，表示了電磁振蕩的兩類不同初始條件。(1)圖甲中開關(guān)S從1合向2時(shí)，振蕩的初條件為電容器開始放電。(2)圖乙中開關(guān)S從1合向2時(shí)，振蕩的初始條件為電容器開始充電。甲乙學(xué)習(xí)中應(yīng)注意區(qū)分這兩類初始條件，否則會(huì)得出相反的結(jié)論。【典例1】(多選)如圖所示，甲為L(zhǎng)C振蕩電路，通過(guò)P點(diǎn)的電流如圖乙，規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)檎较?，下列說(shuō)法正確的是()甲乙A．0至t1，電容器正在充電，上極板帶正電B．t1到t2，電容器正在放電，上極板帶負(fù)電C．在t3時(shí)刻，線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)最大，且P為正極D．在t4時(shí)刻，線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)最大，且P為正極BC[0到t1，電流為正，且在減小，即電流為逆時(shí)針方向減小，說(shuō)明電容器正在充電，電流方向?yàn)檎姾傻倪\(yùn)動(dòng)方向，所以上極板帶負(fù)電荷；t1到t2，電流為負(fù)且在增大，即電流為順時(shí)針方向增大，說(shuō)明電容器在放電，上極板帶負(fù)電荷；在t3時(shí)刻，電流的變化率eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Δi,Δt)))最大，所以自感電動(dòng)勢(shì)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(E＝L\f(Δi,Δt)))最大，而t3之前的電流為負(fù)且減小，即順時(shí)針減小，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的減小，如能產(chǎn)生電流，則與原電流同向，即P點(diǎn)為正極；在t4時(shí)刻，電流最大，電流的變化率為零，自感電動(dòng)勢(shì)為零。故B、C正確，A、D錯(cuò)誤。]緊抓住能量轉(zhuǎn)化這條線，理解電磁振蕩過(guò)程。在電容器充電過(guò)程中，q↑→電場(chǎng)↑→電場(chǎng)能↑→磁場(chǎng)能↓→磁場(chǎng)↓→線圈中的電流i↓。在電容器放電過(guò)程中，q↓→電場(chǎng)↓→電場(chǎng)能↓→磁場(chǎng)能↑→磁場(chǎng)↑→線圈中的電流i↑。主題2電磁波與機(jī)械波的區(qū)別和聯(lián)系電磁波與機(jī)械波都是波，但又各有自己的特點(diǎn)，如能正確比較電磁波和機(jī)械波的異同，就能全面、透徹地理解這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)。1．電磁波和機(jī)械波的共同點(diǎn)(1)二者都能發(fā)生干涉和衍射。(2)二者的傳播速度都與介質(zhì)有關(guān)。(3)二者在不同介質(zhì)中傳播時(shí)頻率不變。2．電磁波和機(jī)械波的區(qū)別(1)二者本質(zhì)不同電磁波是電磁場(chǎng)的傳播，機(jī)械波是質(zhì)點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)的傳播。(2)傳播機(jī)理不同電磁波的傳播機(jī)理是電磁場(chǎng)交替感應(yīng)，機(jī)械波的傳播機(jī)理是質(zhì)點(diǎn)間的機(jī)械作用。(3)電磁波傳播不需要介質(zhì)，而機(jī)械波傳播需要介質(zhì)。(4)電磁波是橫波。機(jī)械波既有橫波又有縱波，甚至有的機(jī)械波同時(shí)有橫波和縱波，例如地震波?！镜淅?】(多選)關(guān)于機(jī)械波和電磁波，下列說(shuō)法中正確的是()A．機(jī)械波和電磁波都能在真空中傳播B．機(jī)械波和電磁波都可以傳遞能量C．機(jī)械波和電磁波都能發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象D．電磁波的波速與介質(zhì)無(wú)關(guān)BC[本題考查機(jī)械波與電磁波的區(qū)別。機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，而電磁波的傳播不需要介質(zhì)，選項(xiàng)A不正確；干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確；波能傳遞能量，選項(xiàng)B正確；電磁波在不同介質(zhì)中，傳播速度一般不同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。](1)頻率由波源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)。(2)電磁波可以在真空中傳播也可以在介質(zhì)中傳播，機(jī)械波只能在介質(zhì)中傳播。(3)電磁波的波速與頻率和介質(zhì)均有關(guān)，機(jī)械波的波速僅與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無(wú)關(guān)。主題3雷達(dá)的原理和應(yīng)用1．利用雷達(dá)測(cè)定物體的距離：解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵是區(qū)分發(fā)射脈沖波形和反射脈沖波形，找出從發(fā)射電磁波和接收到回來(lái)的電磁波的時(shí)間差，再利用s＝eq\f(1,2)vt，求出物體的距離。2．利用雷達(dá)測(cè)定物體的速度：這類問(wèn)題往往要有兩個(gè)(或兩個(gè)以上)的發(fā)射脈沖與反射脈沖，可以確定一段時(shí)間前后物體的兩個(gè)位置或一段時(shí)間的位移，從而測(cè)出物體的速度。3．利用雷達(dá)確定物體的位置：雷達(dá)有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的天線，它能向一定方向發(fā)射無(wú)線電(微波)脈沖，雷達(dá)可根據(jù)發(fā)射無(wú)線電波的方向和仰角，再參考所測(cè)得物體的距離，從而確定某一時(shí)刻物體的位置。實(shí)際上，這一切數(shù)據(jù)都由電子電路自動(dòng)計(jì)算并在熒光屏上顯示出來(lái)。【典例3】某一戰(zhàn)斗機(jī)正以一定的速度朝雷達(dá)的正上方水平勻速飛行，已知雷達(dá)發(fā)射相鄰兩次電磁波之間的時(shí)間間隔為5×10－4s，某時(shí)刻在雷達(dá)熒光屏上顯示的波形如圖甲所示，t＝173s后雷達(dá)向正上方發(fā)射和接收的波形如圖乙所示，雷達(dá)熒光屏上相鄰刻線間表示的時(shí)間間隔為10－4s，電磁波的傳播速度為c＝3×108甲乙[解析]由題意知熒光屏相鄰刻線間的時(shí)間間隔t0＝10－4s，甲圖發(fā)射波和接收波的時(shí)間間隔t1＝4×10－4s，乙圖時(shí)間間隔t2＝1×10－4s，所以，第一次戰(zhàn)斗機(jī)距雷達(dá)的距離為s1＝c×eq\f(t1,2)＝6.0×104m，第二次戰(zhàn)斗機(jī)在雷達(dá)正上方，所以，戰(zhàn)斗機(jī)的高度h＝c×eq\f(t2,2)＝1.5×104m，故173s內(nèi)戰(zhàn)斗機(jī)飛行的水平距離為s＝eq\r(s\o\al(2,1)－h(huán)2)＝5.8×104m。所以v＝eq\f(s,t)≈335m/s。[答案]335m/s通過(guò)雷達(dá)測(cè)量距離實(shí)際是測(cè)量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時(shí)間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成目標(biāo)的精確距離。通過(guò)雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)方位是利用天線的尖銳方位波束測(cè)量。測(cè)量仰角靠窄的仰角波束測(cè)量。根據(jù)仰角和距離就能計(jì)算出目標(biāo)高度?？茖W(xué)技術(shù)是一把雙刃劍——電磁污染電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交互變化產(chǎn)生電磁波。電磁波向空中發(fā)射或匯汛的現(xiàn)象，叫電磁輻射。過(guò)量的電磁輻射就造成了電磁污染。電磁污染是指天然的和人為的各種電磁波的干擾及有害的電磁輻射。電磁污染包括天然和人為兩種來(lái)源。(1)天然的電磁污染是某些自然現(xiàn)象引起的。最常見的是雷電，雷電除了可能對(duì)電氣設(shè)備、飛機(jī)、建筑物等直接造成危害外，還會(huì)在廣泛的區(qū)域產(chǎn)生從幾千Hz到幾百M(fèi)Hz的極寬頻率范圍內(nèi)的嚴(yán)重電磁干擾。(2)人為的電磁污染包括有：①脈沖放電。例如切斷大電流電路時(shí)產(chǎn)生電磁污染的火花放電，其瞬變電流很大，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁。它在本質(zhì)上與雷電相同，只是影響區(qū)域較小。②工頻交變電磁場(chǎng)。例如在大功率電機(jī)、變壓器以及輸電線等附近的電磁場(chǎng)，它并不以電磁波的形式向外輻射，但在近場(chǎng)區(qū)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾。③射頻電磁輻射。例如無(wú)線電廣播、電視、微波通信等各種射頻設(shè)備的輻射，頻率范圍寬，影響區(qū)域也較大，能危害近場(chǎng)區(qū)的工作人員。射頻電磁輻射已經(jīng)成為電磁污染環(huán)境的主要因素。[設(shè)問(wèn)探究]1．什么是電磁污染，電磁污染對(duì)人類會(huì)產(chǎn)生哪些危害？2．從物理學(xué)的角度怎樣防止電磁污染？提示：1．電磁污染又稱電磁波污染或射頻輻射污染。研究發(fā)現(xiàn)，電磁輻射會(huì)危害人體健康，波長(zhǎng)越短，危害越突出，過(guò)量的電磁波輻射對(duì)心臟、血液和眼睛等都有很大的危害。2．電磁波污染的防治從物理學(xué)角度看，可以從電磁波源、電磁波的傳播途徑以及受輻射的人這三個(gè)方面進(jìn)行防護(hù)。[深度思考]科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，電磁波的應(yīng)用也是這樣。它在使人類的生活發(fā)生日新月異變化的同時(shí)也存在副作用——電磁污染。頻率超過(guò)0.1MHz的電磁波的強(qiáng)度足夠大時(shí)就會(huì)對(duì)人體構(gòu)成威脅。按照有關(guān)規(guī)定，人體所受到的電磁輻射強(qiáng)度(即單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的電磁波的能量)不得超過(guò)某一規(guī)定值Ie。已知某無(wú)線通信設(shè)備發(fā)射電磁波的功率為P，設(shè)該通信設(shè)備向四面八方均勻地發(fā)射電磁波，且電磁波在傳播過(guò)程中無(wú)能量損失。由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，球面的面積S＝4πr2(式中r為球半徑)，球半徑與球面總是垂直的。根據(jù)上述資料，可估算出人體到該通信設(shè)備發(fā)射電磁波處的安全距離至少應(yīng)為多少時(shí)，人體所受的電磁輻射強(qiáng)度才不會(huì)超過(guò)規(guī)定值？[解析]設(shè)人到污染源的距離為r。以污染波源為球心，以r為半徑作一球面，若球面上電磁波的輻射強(qiáng)度為Ie，則4πr2Ie＝P所以r＝eq\r(\f