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1、电磁波电磁振荡电磁波电磁振荡第1页，本讲稿共43页两个元件两个元件 电场能与磁场能电场能与磁场能电容器能储存电场能，储存电场能的多少与电压电容器能储存电场能，储存电场能的多少与电压有关，有关，电压电压越高，越高，电场能电场能越大。越大。电感线圈能储存磁场能，储存磁场能的多少与电流电感线圈能储存磁场能，储存磁场能的多少与电流有关，有关，电流电流越高，越高，磁场能磁场能越大。越大。第2页，本讲稿共43页电磁振荡模拟图电磁振荡模拟图第3页，本讲稿共43页1振振荡荡电电流流：像像这这种种由由电电路路产产生生大大小小和和方方向向都都做做周周期期性性变变化化的的电电流流，叫做振荡电流叫做振荡电流 振振荡荡
2、电电流流跟跟正正弦弦交交变变电电流流一一样样，也也按按正正弦弦规规律律变变化化是是频率很高的交变电流频率很高的交变电流2振荡电路：能够产生振荡电流的电路，叫做振荡电路振荡电路：能够产生振荡电流的电路，叫做振荡电路 由由自自感感线线圈圈和和电电容容器器组组成成的的振振荡荡电电路路叫叫做做LC振振荡荡电电路路，它它是是一种最简单的振荡电路一种最简单的振荡电路3、在在LC振振荡荡电电路路中中，电电场场能能与与磁磁场场能能的的相相互互转转化化，电电容容器器极极板板上上的的电电量量q、电电路路中中的的电电流流i、电电容容中中的的电电场场强强度度E与与电电感感线线圈圈中中的磁感应强度的磁感应强度B都在发生
3、周期性的变化，这种现象就是都在发生周期性的变化，这种现象就是电磁振荡电磁振荡。第4页，本讲稿共43页第5页，本讲稿共43页充放电情况充放电情况第6页，本讲稿共43页第7页，本讲稿共43页从能量角度：从能量角度：放电过程，就是电场能转化为磁场能的过程，充放电过程，就是电场能转化为磁场能的过程，充电过程，就是磁场能转化为电场能的过程电过程，就是磁场能转化为电场能的过程 电压电压越高，表示电容器中的越高，表示电容器中的电场能电场能越大；越大；电流电流越大，表示电感中的越大，表示电感中的磁场能磁场能越大越大第8页，本讲稿共43页阻尼振荡和无阻尼振荡阻尼振荡和无阻尼振荡 1 1任何电磁振荡电路中，总存在
4、能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减任何电磁振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减小，这种振荡叫做小，这种振荡叫做阻尼振荡阻尼振荡，或叫做减幅振荡，或叫做减幅振荡 (1)(1)振荡电路中的能量损耗有一部分转化为内能（产生焦耳热）振荡电路中的能量损耗有一部分转化为内能（产生焦耳热），还有一部以电磁波的形式向外辐射出去，还有一部以电磁波的形式向外辐射出去 (2)(2)如果用振荡器不断地将电源的能量补充到振荡电路中去，就可如果用振荡器不断地将电源的能量补充到振荡电路中去，就可以保持等幅振荡以保持等幅振荡2 2在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡电流的振幅保持不变在电磁振荡中，如果没有能量损失
5、，振荡电流的振幅保持不变,这这种振荡叫种振荡叫无阻尼振荡无阻尼振荡.(.(也叫做等幅振荡也叫做等幅振荡)第9页，本讲稿共43页思思考考：如如图图所所示示的的振振荡荡电电路路中中，某某时时刻刻线线圈圈中中磁磁场方向向上，且电路的电流正在增强，则此时场方向向上，且电路的电流正在增强，则此时Aa点电势比点电势比b点低点低B电容器两极板间场强正在减小电容器两极板间场强正在减小C电路中电场能正在增大电路中电场能正在增大D线圈中感应电动势正在减小线圈中感应电动势正在减小 第10页，本讲稿共43页电磁振荡的周期和频率电磁振荡的周期和频率 LCLC回回路路的的周周期期和和频频率率由由回回路路本本身身的的特特性
6、性决决定定这这种种由由振振荡荡回回路路本本身身特特性性所所决决定定的的振振荡荡周周期期（或或频频率率）叫叫做做振振荡荡电电路路的的固固有有周周期期（或或固固有有频频率率），简称振荡电路的周期（或频率）简称振荡电路的周期（或频率）第11页，本讲稿共43页麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论一、变化的磁场产生电场一、变化的磁场产生电场 线圈不存在时线圈不存在时,线圈所处线圈所处的空间还有电场吗的空间还有电场吗?二、变化的电场产生磁场二、变化的电场产生磁场 第12页，本讲稿共43页麦克斯韦电磁场理论的另一种理解稳定稳定的电场不产生磁场的电场不产生磁场均匀变化均匀变化的电场在周围空间的电场在周围空间产
7、生恒定产生恒定的磁场的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场非均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场非均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场非均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场非均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场振荡磁场产生同频率的振荡电场预言电磁场的存在预言电磁场的存在-1864年，麦年，麦氏发表了电磁场理论，成为人类历史氏发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。上预言电磁波存在的第一人。并揭示了电、磁、光在本质上的统一性。并揭示了电、磁、光在
8、本质上的统一性。第13页，本讲稿共43页 电磁波传播的速度是光速。光是电电磁波传播的速度是光速。光是电磁波的一种。磁波的一种。电磁波在空间传播时，在任一位置电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）上（或任一时刻）E E、B B、v v三矢量相互三矢量相互垂直。垂直。电磁波是横波电磁波是横波。E E达到最大时，达到最大时，B B也达到最大。也达到最大。电磁波图景的分析：电磁波图景的分析：PLAY 第14页，本讲稿共43页1886年赫兹的电火花年赫兹的电火花人类历史上最早捕捉到的电人类历史上最早捕捉到的电磁波磁波 赫兹还观察到了电磁波的反射赫兹还观察到了电磁波的反射,折射折射,干涉干涉,偏振
9、和衍射偏振和衍射等现象，他还测量出电磁波和光有相同的速度等现象，他还测量出电磁波和光有相同的速度.这样赫兹验这样赫兹验证了麦克斯韦关于光的电磁理论证了麦克斯韦关于光的电磁理论.第15页，本讲稿共43页例：例：电流随时间变化的规律如下列图所示，能发射电磁波的是电流随时间变化的规律如下列图所示，能发射电磁波的是（）第16页，本讲稿共43页无线电技术中使用的电磁波叫无线电技术中使用的电磁波叫无线电波。无线电波。波段波长频率传播方式主要用途长波30000m3000m10kHz100kHz地波超远程无线电通信和导航中波3000m200m100kHz1500kHz地波和天波调幅（AM）无线电广播、电报、通
10、信中短波200m50m1500kHz6000kHz短波50m10m6MHz30MHz天波微波米波（VHF）10m1m30MHz300MHz近似直线传播调频（FM）无线电广播、电视、导航分米波（UHF）1m0.1m300MHz3000MHz直线传播电视、雷达、导航厘米波10cm1cm3000MHz30000MHz毫米波10mm1mm30000MHz300000MHz第17页，本讲稿共43页（一）有效的向外界发射电磁波的条件（一）有效的向外界发射电磁波的条件1、要有、要有足够高的振荡频率足够高的振荡频率，因为频率越高，发射电磁波的本，因为频率越高，发射电磁波的本领越大。领越大。一、无线电波发射 振
11、荡电流的频率越高，向外辐射电磁波能量的本领也越强单位振荡电流的频率越高，向外辐射电磁波能量的本领也越强单位时间内辐射出去的能量，与电磁波频率的四次方成正比时间内辐射出去的能量，与电磁波频率的四次方成正比2、振荡电路为开放电路，电场和磁场必须分散到尽可能大的空、振荡电路为开放电路，电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才可能有效的将电磁场的能量传播出去。间，才可能有效的将电磁场的能量传播出去。第18页，本讲稿共43页发射无线电波的装置：发射无线电波的装置：第19页，本讲稿共43页电磁波传递声音和图像信号：电磁波传递声音和图像信号：先将信号载在电磁波上，再把载有信号的电磁波发先将信号载在电磁波上，再
12、把载有信号的电磁波发射出去，到达接收处设法从电磁波上把信号检出来射出去，到达接收处设法从电磁波上把信号检出来.调制调制 发射发射 接收接收 检波检波第20页，本讲稿共43页(一一)发射的无线电波如何被接收到呢？发射的无线电波如何被接收到呢？电谐振电谐振 当接收电路的固有频率跟接收到的电磁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波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强流最强.二、无线电波接收第21页，本讲稿共43页用调谐电路接收到的感应电流是调制的高频振荡电流，要直用调谐电路接收到的感应电流是调制的高频振荡电流，要直接感受到所需要的信号，还需要接感受到所需要的
13、信号，还需要检波检波。第22页，本讲稿共43页第23页，本讲稿共43页电磁波在我们的生活中那么重要，它甚至改变了我们的生活方电磁波在我们的生活中那么重要，它甚至改变了我们的生活方式式手机手机电视电视雷达雷达因特网因特网微波炉微波炉第24页，本讲稿共43页电视广播的发射和接收过程电视广播的发射和接收过程第25页，本讲稿共43页测距：测距：发射接收利用发射与接收之间的时间差，计算出物体的距离。利用发射与接收之间的时间差，计算出物体的距离。了解雷达用的是什么电磁波了解雷达用的是什么电磁波?为什么可以根据雷达显示屏看出离障碍物有多远？为什么可以根据雷达显示屏看出离障碍物有多远？第26页，本讲稿共43页
14、电磁波的危害尽管电磁波为人类造福，但也给人类带来某尽管电磁波为人类造福，但也给人类带来某些害处，它会干扰人体生理节律，破坏免疫些害处，它会干扰人体生理节律，破坏免疫机能，引起头疼、失眠等症状，常被人们称机能，引起头疼、失眠等症状，常被人们称为为“无形杀手无形杀手”。1995年年4月，美国一架飞月，美国一架飞机在航行中，由于机上有人使用手机，使机机在航行中，由于机上有人使用手机，使机上的电子设备全部失灵，飞机偏离了航线。上的电子设备全部失灵，飞机偏离了航线。所以，电磁污染对人类生存环境的干扰已成所以，电磁污染对人类生存环境的干扰已成为环境科学中的新课题。为环境科学中的新课题。第27页，本讲稿共4
15、3页电磁波谱电磁波谱、电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的、电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱.、电磁波谱由无线电波、红外线、可见光、电磁波谱由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、紫外线、伦琴射线、射线合起来构成范围非射线合起来构成范围非常广阔的大家族常广阔的大家族.第28页，本讲稿共43页电磁波谱分布示意图电磁波谱分布示意图按频率由小到大（波长由大到小）排列形成的电磁波谱是：按频率由小到大（波长由大到小）排列形成的电磁波谱是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线射线第
16、29页，本讲稿共43页二、无线电波无线电波：波长大于无线电波：波长大于1mm（频率小于（频率小于300GHz)的电的电磁波磁波用途：通信、广播和天体物理研究等用途：通信、广播和天体物理研究等第30页，本讲稿共43页(1)红外线是一种波长比红红外线是一种波长比红 光的波长还长的不可见光。其光的波长还长的不可见光。其波长范围很宽，约波长范围很宽，约750nm106nm(2)显著作用：热作用。显著作用：热作用。(3)由英国物理学家赫谢尔于由英国物理学家赫谢尔于1800年首先发现红外线，年首先发现红外线，一切物体都在不停地辐射红外线，物体温度越高，辐射一切物体都在不停地辐射红外线，物体温度越高，辐射红
17、外线的本领越强。红外线的本领越强。三、红外线三、红外线(4)用途用途:红外摄影、红外遥感技术红外摄影、红外遥感技术第31页，本讲稿共43页红外线感应防盗报警器是将红外红外线感应防盗报警器是将红外线遥感探测技术和无线数码遥控线遥感探测技术和无线数码遥控技术结合的高科技新型产品，利技术结合的高科技新型产品，利用人体所产生的微弱红外线而触用人体所产生的微弱红外线而触发。当有人试图进入它的探测范发。当有人试图进入它的探测范围时，它就会发出警报声，直到围时，它就会发出警报声，直到人离开才停止。人离开才停止。第32页，本讲稿共43页 利用红外线检测人体的健康状态，本图片是人体的背部热图，透过图片利用红外线
18、检测人体的健康状态，本图片是人体的背部热图，透过图片可以根据不同颜色判断病变区域可以根据不同颜色判断病变区域返回第33页，本讲稿共43页四、可见光四、可见光、能作用于人的眼睛并引起视觉的称为可见光，、能作用于人的眼睛并引起视觉的称为可见光，如：红、橙、如：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色光。观察物体，照像等等，都是可见光黄、绿、蓝、靛、紫各色光。观察物体，照像等等，都是可见光的应用。的应用。、在电磁波中是一个很窄的波段，（波长为、在电磁波中是一个很窄的波段，（波长为750nm370nm）。）。第34页，本讲稿共43页五、紫外线五、紫外线、紫外线是一种波长比紫光还短的不可见光；其波长范围约、紫外线
19、是一种波长比紫光还短的不可见光；其波长范围约5nm370nm，、紫外线由德国物理学家里特于紫外线由德国物理学家里特于1801年首先发现的，一切高年首先发现的，一切高温物体发出的光中，都有紫外线。温物体发出的光中，都有紫外线。、显著作用：、显著作用：A、荧光，、荧光，B、化学作用，、化学作用，C、杀菌消毒、杀菌消毒第35页，本讲稿共43页（淡蓝色的光不是紫外线。（淡蓝色的光不是紫外线。紫紫外线看不见。）外线看不见。）利用紫外线的荧光作用检验人民利用紫外线的荧光作用检验人民币的真伪画面上可以清晰的看到币的真伪画面上可以清晰的看到钱币上的防伪标记钱币上的防伪标记 第36页，本讲稿共43页紫外线杀菌灯
20、紫外线杀菌灯防紫外线雨伞防紫外线雨伞紫外线可以促使人体合成维生素紫外线可以促使人体合成维生素D，有助于人体对钙的吸收，所以儿童有助于人体对钙的吸收，所以儿童经常晒太阳能够预防缺钙引起的佝偻经常晒太阳能够预防缺钙引起的佝偻病，但是过多的紫外线会使皮肤粗糙，病，但是过多的紫外线会使皮肤粗糙，甚至诱发皮肤癌甚至诱发皮肤癌第37页，本讲稿共43页六、伦琴射线和六、伦琴射线和射线射线、伦琴射线（、伦琴射线（X射线）是一种波长比紫外线更短射线）是一种波长比紫外线更短的不可见光。的不可见光。、有较强的穿透能力。、有较强的穿透能力。、比伦琴射线还短的是、比伦琴射线还短的是射线。射线。、伦琴射线有较强的穿透本领
21、，利用其穿透本领与物质、伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷；的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷；射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，如探伤，测厚或用如探伤，测厚或用刀进行手术刀进行手术第38页，本讲稿共43页 波长比紫外线更短的光叫做伦琴射线，也叫波长比紫外线更短的光叫做伦琴射线，也叫X X射线射线.是德国物理学家伦琴在是德国物理学家伦琴在18951895年发现的他的穿透能力很强，年发现的他的穿透能力很强，能使包在黑纸里的照像底片感光，下图是产生能使包在黑纸里的
22、照像底片感光，下图是产生X X射线的装置，射线的装置，叫做叫做X X射线管：射线管：1 1、K K是阴极是阴极2 2、A A是阳极是阳极（也叫对阴极）（也叫对阴极）第39页，本讲稿共43页X X射线照射下的鱼射线照射下的鱼X X射线照射下的手射线照射下的手第40页，本讲稿共43页七、电磁波的能量电磁波具有能量，电磁波是一种物质第41页，本讲稿共43页八、太阳辐射能能量量的的相相对对大大小小波长波长/nm400800120016002000紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线黄绿光黄绿光第42页，本讲稿共43页、阳光含有：无线电波、红外线、可见光、紫外、阳光含有：无线电波、红外线、可见光、紫外线、线、x射线、射线、射线射线、太阳辐射的能量集中在可见光、红外线、紫外、太阳辐射的能量集中在可见光、红外线、紫外线三个区域线三个区域、阳光中波长在、阳光中波长在5.5x10-7m的黄绿光附近，辐射的的黄绿光附近，辐射的能量最强，这区域恰好是人眼最敏感区域能量最强，这区域恰好是人眼最敏感区域.第43页，本讲稿共43页