第十二章_电磁感应_电磁场和电磁波

电磁场与电磁波知识点整理一、电磁场的基本概念电磁场是由电场和磁场相互作用而形成的一种物理场。

电场是由电荷产生的，而磁场则是由电流或者变化的电场产生的。

电荷是产生电场的源。

正电荷会产生向外辐射的电场，负电荷则产生向内汇聚的电场。

电场强度 E 用来描述电场的强弱和方向，其单位是伏特每米（V/m）。

电流是产生磁场的源。

电流产生的磁场方向可以通过右手螺旋定则来确定。

磁场强度 H 用来描述磁场的强弱和方向，其单位是安培每米（A/m）。

法拉第电磁感应定律表明，变化的磁场会产生电场。

麦克斯韦进一步提出，变化的电场也会产生磁场。

这两个定律共同揭示了电磁场的相互联系和相互转化。

二、电磁波的产生电磁波是电磁场的一种运动形态。

当电荷加速运动或者电流发生变化时，就会产生电磁波。

例如，在一个开放的电路中，电荷在电容器和电感之间来回振荡，就会产生电磁波。

这种振荡电路是产生电磁波的一种简单方式。

电磁波的频率和波长之间存在着一定的关系，即光速 c ＝λf，其中c 是光速（约为 3×10^8 m/s），λ 是波长，f 是频率。

不同频率的电磁波具有不同的特性和应用。

例如，无线电波频率较低，用于通信和广播；而X 射线频率较高，用于医学成像和材料检测。

三、电磁波的传播电磁波在真空中可以无需介质传播，在介质中传播时，其速度会发生变化。

电磁波在传播过程中遵循反射、折射和衍射等规律。

当电磁波遇到障碍物时，会发生反射。

如果电磁波从一种介质进入另一种介质，会发生折射，折射的程度取决于两种介质的电磁特性。

衍射则是指电磁波绕过障碍物传播的现象。

当障碍物的尺寸与电磁波的波长相当或较小时，衍射现象较为明显。

电磁波的极化是指电场矢量的方向在传播过程中的变化。

常见的极化方式有线极化、圆极化和椭圆极化。

四、电磁波的特性1、电磁波是横波，电场和磁场的振动方向都与电磁波的传播方向垂直。

2、电磁波具有能量，其能量密度与电场强度和磁场强度的平方成正比。

3、电磁波的传播速度是恒定的，在真空中为光速。

电磁场与电磁波知识点在我们的日常生活中，电磁场与电磁波虽然看不见摸不着，但却无处不在，发挥着至关重要的作用。

从手机通讯到广播电视，从医疗设备到卫星导航，都离不开电磁场与电磁波的应用。

那么，究竟什么是电磁场与电磁波呢？让我们一起来探索一下相关的知识点。

首先，我们来了解一下电磁场。

电磁场是由电场和磁场组成的统一体。

电场是由电荷产生的，而磁场则是由电流或者变化的电场产生的。

电荷在其周围空间会产生电场，当电荷移动时，也就是形成电流，就会产生磁场。

电场的强度可以用电场强度这个物理量来描述。

它的单位是伏特每米（V/m），用来表示单位电荷在电场中所受到的力。

而磁场的强度则用磁感应强度来衡量，单位是特斯拉（T），描述的是单位电流元在磁场中所受到的力。

电磁波，简单来说，就是电磁场的一种运动形式。

当电场和磁场相互激发时，就会产生电磁波，并以光速在空间中传播。

电磁波具有波动性和粒子性双重性质。

电磁波的波动性可以通过波长、频率和波速这三个重要的参数来描述。

波长是指相邻两个波峰或者波谷之间的距离，单位通常是米（m）。

频率则是指电磁波在单位时间内振动的次数，单位是赫兹（Hz）。

波速是指电磁波在介质中传播的速度，在真空中，电磁波的波速约为3×10⁸米每秒。

它们之间存在着一个简单的关系：波速等于波长乘以频率。

电磁波的频率范围非常广泛，按照频率从低到高的顺序，可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和伽马射线等。

不同频率的电磁波具有不同的特性和应用。

无线电波的频率较低，波长较长，常用于广播、电视和通信等领域。

微波的频率比无线电波高一些，在雷达、卫星通信和微波炉等设备中得到广泛应用。

红外线具有热效应，常用于遥控器、红外测温等。

可见光就是我们能够看到的光，它的频率和波长在一定范围内，使我们能够感知到丰富多彩的世界。

紫外线具有杀菌消毒的作用，但过量的紫外线对人体有害。

X 射线具有很强的穿透力，常用于医学成像和安检。

第十二章 电磁感应 电磁场问题12-1 如图,在一长直导线L 中通有电流I ,ABCD 为一矩形线圈,试确定在下列情况下，ABCD 上的感应电动势的方向：(1)矩形线圈在纸面内向右移动；(2)矩形线圈绕AD 轴旋转；（3）矩形线圈以直导线为轴旋转.解 导线在右边区域激发的磁场方向垂直于纸面向里，并且由2IB rμ0=π可知，离导线越远的区域磁感强度越小，即磁感线密度越小．当线圈运动时通过线圈的磁通量会发生变化，从而产生感应电动势．感应电动势的方向由楞次定律确定．（1）线圈向右移动，通过矩形线圈的磁通量减少，由楞次定律可知，线圈中感应电动势的方向为顺时针方向．（2）线圈绕AD 轴旋转，当从0o到90o时，通过线圈的磁通量减小，感应电动势的方向为顺时针方向．从90o到180o时，通过线圈的磁通量增大，感应电动势的方向为逆时针. 从180o到270o 时，通过线圈的磁通量减少，感应电动势的方向为顺时针．从270o到360o 时，通过线圈的磁通量增大，感应电动势的方向为逆时针方向. （2）由于直导线在空间激发的磁场具有轴对称性，所以当矩形线圈以直导线为轴旋转时，通过线圈的磁通量并没有发生变化，所以，感应电动势为零.12-2 当我们把条形磁铁沿铜质圆环的轴线插入铜环中时,铜环内有感应电流和感应电场吗？ 如用塑料圆环替代铜质圆环,环中仍有感应电流和感应电场吗？解 当把条形磁铁沿铜质圆环的轴线插入铜环过程中，穿过铜环的磁通量增加，铜环中有感应电流和感应电场产生；当用塑料圆环替代铜质圆环，由于塑料圆环中的没有可以移动的自由电荷，所以环中无感应电流和感应电场产生.12-3 如图所示铜棒在均匀磁场中作下列各种运动，试问在哪种运动中的铜棒上会有感应电动势？其方向怎样？设磁感强度的方向铅直向下．（１）铜棒向右平移［图(a)］；（２）铜棒绕通过其中心的轴在垂直于B 的平面内转动［图(b)］；（３）铜棒绕通过中心的轴在竖直平面内转动［图(c)］．CI解 在磁场中运动的导体所产生的感应电动势为()d Lε=⨯⎰v B l ⋅，在图(a)与(c)中的运动情况中，⨯v B 的方向与d l 方向垂直，铜棒中没有感应电动势．在图(b)中，铜棒绕中心轴运动，左右两段产生的感应电动势大小相等，方向相反，所以铜棒中总的感应电动势为零．12-4 有一面积为S 的导电回路，其n e 的方向与均匀磁场的B 的方向之间的夹角为θ．且B 的值随时间变化率为d d B t .试问角θ为何值时，回路中i ε的值最大；角θ为何值时，回路中i ε的值最小？请解释之．解 由i d d d cos S S dt dtεθ=--⎰B BS =⋅，可得当0θ=o 时，回路中i ε的值最大，当90θ=o 时，回路中iε的值最小.12-5 有人认为可以采用下述方法来测量炮弹的速度．在炮弹的尖端插一根细小的永久磁铁，那么，当炮弹在飞行中连续通过相距为r 的两个线圈后，由于电磁感应，线圈中会产生时间间隔为t ∆的两个电流脉冲．您能据此测出炮弹速度的值吗？如0.1m r =，4=210s t -∆⨯，炮弹的速度为多少？解 带有小磁铁的炮弹飞向线圈，线圈中会产生感应电流， 测得的两个电流脉冲产生的时间间隔即炮弹飞过这两个线圈间距所用的时间. 由题意可知, 炮弹的速度为1500m s rv t-==⋅∆12-6 如图所示,在两磁极之间放置一圆形的线圈,线圈的平面与磁场垂直.问在下述各种情况中，线圈中是否产生感应电流？并指出其方向．（１）把线圈拉扁时；（２）把其中B B B (a)(b)(c)ne Bθ一个磁极很快地移去时；（３）把两个磁极慢慢地同时移去时．解 这三种情况中, 通过的磁通量均减小,线圈中均会产生感应电流, 从上往下看, 感应电流的方向沿顺时针方向.12-7 如图所示,均匀磁场被限制在半径为R 的圆柱体内,且其中磁感强度随时间的变化率d d B t =常量,试问: 在回路1L 和2L 上各点的d d B t 是否均为零？各点的k E 是否均为零？1kd L ⋅⎰ÑEl 和2k d L ⋅⎰ÑE l 各为多少？解 由于磁场只存在于圆柱体内，在回路1L 上各点d d B t 为常量，在回路2L 上各点d d B t 为零.空间中各点的感生电场分布为r R < k d 2d r BE t=r R > 2k d 2d R BE r t=可见在回路1L 和2L 上各点的k E 均不为零.对于在回路1L11k d d d d d d L L S S t t⋅=-=-⎰⎰ÑB B E l S ⋅对于回路2L 22kd d 0d L tΦ⋅=-=⎰ÑE l12-8 一根很长的铜管铅直放置，有一根磁棒由管中铅直下落．试述磁棒的运动情况．解 长直铜管可以看作由许多铜线圈组成，当磁棒下落，每通过一个线圈，线圈中的磁通量都会发生变化，在下落过程中，铜管中始终会有感应电流产生，并且感应电流产生的磁场的方向与磁棒磁场方向相反，因此，磁棒始终受到铜管对它的阻碍作用.12-9 有一些矿石具有导电性，在地质勘探中常利用导电矿石产生的涡电流来发现它，这叫电磁勘探．在示意图中，A 为通有高频电流的初级线圈，Ｂ为次级线圈，并连接电流计Ｇ，从次级线圈中的电流变R2L 1L化可检测磁场的变化．当次级线圈Ｂ检测到其中磁场发生变化时，技术人员就认为在附近有导电矿石存在．你能说明其道理吗？利用问题12-9图相似的装置，还可确定地下金属管线和电缆的位置，你能提供一个设想方案吗？解 该检测方法利用的原理是电磁感应。