1、调频波的调制与解调

实验一、调频波的调制与解调

一、实验内容

1．调频波的调制

2．调频波的解调

二、实验目的和要求

1．熟悉MATLAB系统的基本使用方法

2．掌握调制原理和调频波的调制方法

3．掌握解调原理和调频波的解调方法

三、预习要求

1．熟悉有关调频的调制和解调原理

2．熟悉鉴频器解调的方法并了解锁相环解调

四、实验设备（软、硬件）

1．MATLAB软件通信工具箱，SIMULINK

2．电脑

五、实验注意事项

通信仿真的过程可以分为仿真建模、实验和分析三个步骤。应该注意的是，通信系统仿真是循环往复的发展过程。也就是说，其中的三个步骤需要往复的执行几次之后，以仿真结果的成功与否判断仿真的结束。

六、实验原理

1调频波的调制方法

1.1 调制信号的产生

产生调频信号有两种方法，直接调频法和间接调频法。间接调频法就是可以通过调相间接实现调频的方法。但电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需多次倍频使频移增加。对调频器的基本要求是调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。所以本实验中所用的方法为直接调频法。通过一振荡器，使它的振荡

f的正弦波；频率随输入电压变化。当输入电压为零时，振荡器产生一频率为

当输入基带信号的电压变化时，该振荡频率也作相应的变化。

1.2 调频波的调制原理与表达式

此振荡器可通过VCO（压控振荡器）来实现。压控振荡器是一个电压——频率转化装置，振荡频率随输入控制电压线性变化。在实际应用中有限的线性控

制范围体现了压控的控制特性。同时，压控振荡器的输出反馈在鉴相器上，而鉴相器反应的是相位不是频率，而这是压控相位和角频率积分关系固有的，所以需要压控的积分作用，压控输出信号的频率随输入信号幅度的变化而变化，确切的说输出信号频率域输入信号幅度成正比，若输入信号幅度大于零，输出信号频率高于中心频率；若小于零，则输出信号频率低于中心频率。从而产生所需的调频信号。

利用压控振荡器作为调频器产生调频信号，模型框图如图1所示：

图1 利用压控振荡器作为调制器

在本章的调频仿真中，用到的调制信号为单音正弦波信号。因此，这里讨论调制信号为单频余弦波的情况。

在连续波的调制中，调制载波的表达式为

()cos()C C t A t ωφ=+ (1)

如果幅度不变，起始相位为零时，而瞬时角频率时调制信号的线性函数，则这种调制方式为频率调制。此时瞬时角频率偏移为

()FM K f t ω?= (2)

瞬时角频率为

()C FM K f t ωω=+ (3)

其中()f t 为调制信号，FM K 为频偏常数。

由于瞬时角频率与瞬时相位之间互为微分或积分关系，即

()()C FM d t K f t dt

φωω==+ ...........................（4） ()()C FM t dt t K f t dt φωω==+?? (5)

故调频信号可表达为

()cos[()]FM C FM S t A t K f t dt ω=+? (6)

在本章的调频仿真中，用到的调制信号为单音正弦波信号。因此，这里讨论

调制信号为单频余弦波的情况。调制信号为

()cos m m f t A t ω= (7)

如果进行频率调制，则由公式（6）可得调频信号表达式为

（8）

调制指数………………………………（9） 其中、

取具体数值：

采样频率fs=10000Hz

振荡器的振荡频率（即调频波的调制信号的频率）实验要求800Hz ——17KHz

初始相位

信号灵敏度Kc=0.1

2 调频波的解调原理和解调方法

解调主要方法：

调频收音机的核心部件是调频解调器，其中调频解调器有三种：普通鉴频器、调频负反馈解调器和利用锁相环的调频解调器。

2.1普通鉴频器的原理

图2 普通鉴频器原理框图 普通鉴频器是先将调频信号变换为调幅调频信号，使该调幅调频信号幅度与调频信号的瞬时频率成比例，然后再利用调幅解调器提取其包络，恢复出原基带信号。

2.2调频负反馈解调器原理

]sin cos[)(S ?ωω++=t A K t A t m m FM c FM c fm

K 2K π=c f πω2c =0=

?

图3 调频负反馈解调框图

在调频解调器中引入负反馈，使得加于鉴频器输入端的调频信号的调制指数很小，这样使得鉴频器前的带通滤波器的带宽是窄的，它对抑制鉴频前的加性噪声有益处。带通滤波器输出的调频信号，其调制指数远远小于接收输入调频信号的调制指数，因此带通滤波器输出的调频信号是窄带调频信号，所以调频负反馈接收机的带通滤波器及鉴频器的带宽均是窄带，低通滤波器的限制于基带信号的带宽，输出即是所需的原基带信号。调频负反馈解调器可降低门限信噪比大约3dB。

2.3利用锁相环作调频解调器原理

图4 利用锁相环作调频解调器

锁相环解调器一种低门限的解调电路，与调频负反馈不同之处在于该锁相环在锁定时，VCO输出的调频信号与接收输入的调频信号是同频且几乎是同相的，两者的相位差甚小。环路滤波器频率相应的带宽与基带信号的带宽相同，因而对在环路滤波器输出端的噪声也进行了限带，而VCO的输出是宽带调频信号，它的瞬时频率跟随接收频率信号的瞬时频率而变。

2.4 利用锁相环解调器解调调频信号

原理：在锁相环中，PFD鉴相器检测参考信号与反馈信号之间的误差信号，是一个具有抽样性质的电路。当PFD（鉴相器）检测到两个信号均有一次下降沿是，PFD（鉴相器）输出一次相位误差，随后相位误差被送到低通滤波器，低通

滤波器滤除其中的高频信号，计算出控制信号送入压控震荡器，压控根据控制信号输出合成信号，在反馈给PFD （鉴相器），与参考信号比较相位误差。相位误差输出一次，锁相环状态改变一次，同理不输出相位误差，则锁相环信号均不改变。

其中调频负反馈以及锁相环解调器与普通鉴频器相比，它们的主要优点是可以扩展门限、降低门限信噪比，是低门限解调电路。所以首选调频负反馈以及锁相环解调器作为普通鉴频器的升级版。就本实验而言以锁相环解调器为核心器件。

非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器等组成，其方框图如图2-3

所示。限幅器输入为已调频信号和噪声，限幅器是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变；带通滤波器的作用是用来限制带外噪声，使调频信号顺利通过。鉴频器中的微分器把调频信号变成调幅调频波，然后由包络检波器检出包络，最后通过低通滤波器取出调制信号。

设输入调频信号为：

。。。。。。（10）

（一）微分器的作用是把调频信号变成调幅调频波。微分器输出为

.。。。。。。。（11） （二）包络检波的作用是从输出信号的幅度变化中检出调制信号。

包络检波器输出为： 。。。（12）

K d 称为鉴频灵敏度（V/Hz ），是已调信号单位频偏对应的调制信号的幅度，经低通滤波器后加隔直流电容，隔除无用的直流，得:

。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。（13）

连续傅里叶变换是一个特殊的把一组函数映射为另一组函数的线性算子。 傅里叶变换就是把一个函数分解为组成该函数的连续频率谱。在数学分析中，)

)(cos()()(S ττωd m K t A t S t t

f c FM t ?∞-+==dt t dS dt t dS t FM i d )()()(S ==)

)(sin()]([ττωωd m K t t K t

f c fm c ?∞-++-=)()]([)(S t K K K t K K t fm d c d fm c d o +=+=ωω)()(m 0t K K t fm d =

信号f(t)的傅里叶变换被认为是处在频域中的信号。离散傅里叶变换的一种快速算法,简称FFT。为了节省电脑的计算时间，实现数字信号的实时处理，减少离散傅里叶变换（DFT）的计算量。

七、实验步骤

1 调频波调制Matlab仿真模拟

第一步，设计原理框图:

图5调频系统——间接调频法原理框图

第二步，本实验采用间接调频，实验的主要方法是：首先需要对调制信号进

行积分，然后将积分过后的信号对载频信号进行调相，输出得到调频信号。

第三步，具体操作：

(1)通过sine wave模块（正弦信号源）输入幅度为5，角频率为200*pi rad/s，周期为200Hz，初始相位为90度以满足输出为单频余弦信号；

(2)后跟着积分器integrator模块；作为调相的输入。

(3)同时在两侧高频载波由正弦与余弦cos(2*pi*u)，sin(2*pi*u)产生，然后乘上高频载波，得到了两路载波，相乘后利用积化和差原理得到调频信号。

第四步，SIMULINK模型的连接及参数配置

图6调频系统——调频波调制模块图

第四步，具体参数设置如下：

图7 Sine wave单频余弦信号源的参数

图8 Sine wave1单频余弦信号源的参数配置

图9 Sine wave2单频正弦信号源的参数配置

2、解调设计的步骤与参数要求

第一步，设计原理框图

图10 调频系统——非相干解调器原理框图

非相干解调器有限幅器、鉴频器和低通滤波器组成，

（1）原信号的幅度为5，所以限幅器saturation模块参数设置上下限为5，是为了消除接受信号在幅度上可能出现的畸变；

（2）带通滤波器Analog Filter Design模块截止频率为语音信号的两倍即800Hz-10000Hz，换算为角频率为2pi*f是用来限制带外噪声。

（3）鉴频器包括微分器Derivative和包络检波器，其中的微分器把调频信号变成调幅调频波。

（4）然后又通过包络检波器检出包络，包络检波器包括限幅器上下限为2和低通截止频率为300Hz，再换算成角频率填入参数

（5）最后通过带通滤波器取50-150Hz，取出调制的源信号。

解调的主要过程就是：非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器组成。已调信号首先经过限幅器1，通过带通滤波器1，经包络检波器(即限幅器和低通滤波器组成)检出包络，经过带通滤波器得到解调出的信号。

第二步，simulink模块的连接及参数设置

图11 调频系统——解调的模块图图12 第一个限幅器的参数配置

图13第一个带通滤波器的参数配置

图14 包络检波器中的限幅器的参数配置

图15 包络检波器中的低通滤波器参数配置

图16 带通滤波器的参数配置

调频波的仿真构建与结果分析

两个仿真模块连接起来就成了调频波的调制与解调，见下图：

图17 调频波的调制与解调simulink模块

图18 各项仿真结果1.输入的余弦信号2.调频波3.解调后的信号

图18（2）仿真结果1.输入的余弦信号2.调频波3.解调后的信号

上面两幅图第一个调制波失真较为严重，恢复的较为理想，在积分器后插入示波器，未失真，那么是调相时的失真。

第二幅图是更改了调相的两个正余弦高频载波的频率，可能是带通滤波器的参数设置超出了恢复信号的频率范围造成的，第二幅图符合解调的结果。

调频波的调制解调系统仿真分析：

在此次仿真过程中，依照原有的通信Fm调频信号的调制解调原理，通过对相关模块参数的配置，经过间接调频，中心频率较为稳定，但是实现有点复杂，可能参数还是不够细腻，得到的调频波仍有一定的失真，但经过非相干解调还是能够很好地恢复，在其间不免有过很多次的更改参数，甚至有过想删除模块的冲动，但还是克服了很多的错误与不足，最后得到了比较理想的结果。

八、实验报告要求

1、结合实验要求，写明实验所需模块、实验原理、实验内容、画出仿真链接图以及步骤。

2、分析实验结果。分析调频收音机输入输出信号的变化。

3、通过调节不同的参数观察输出波形的变化。

九、参考资料

1、《通信原理教程》秦静主编中国人民公安大学出版社 2014年9月出版

2、《基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用》薛定宇，陈阳泉著清

华大学出版社 2011年出版

十、思考题

1、观测并分析调频波的频谱特点？

2、调频波的时域波形与调幅波的时域波形有什么异同？

高中物理必修第3册第十三章 电磁感应与电磁波试卷综合测试卷(word含答案)

高中物理必修第3册第十三章 电磁感应与电磁波试卷综合测试卷（word 含答 案） 一、第十三章 电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．如图所示，三根相互平行的固定长直导线1L 、2L 和3L 垂直纸面如图放置，与坐标原点 分别位于边长为a 的正方形的四个点上， 1L 与2L 中的电流均为I ，方向均垂直于纸面向外， 3L 中的电流为2I ，方向垂直纸面向里（已知电流为I 的长直导线产生的磁场中，距导 线r 处的磁感应强度kI B r （其中k 为常数）．某时刻有一质子（电量为e ）正好沿与x 轴正方向成45°斜向上经过原点O ，速度大小为v ，则质子此时所受磁场力为( ) A ．方向垂直纸面向里，大小为23kIve B ．方向垂直纸面向外，大小为32kIve C ．方向垂直纸面向里，大小为32kIve a D ．方向垂直纸面向外，大小为232kIve a 【答案】B 【解析】 【详解】 根据安培定则，作出三根导线分别在O 点的磁场方向，如图： 由题意知，L 1在O 点产生的磁感应强度大小为B 1＝ kI a ，L 2在O 点产生的磁感应强度大小

为B2＝ 2 kI a ，L3在O点产生的磁感应强度大小为B3＝2kI a ，先将B2正交分解，则沿x轴 负方向的分量为B2x＝ 2 kI a sin45°＝ 2 kI a ，同理沿y轴负方向的分量为 B2y＝ 2 kI a sin45°＝ 2 kI a ，故x轴方向的合磁感应强度为B x＝B1+B2x＝ 3 2 kI a ，y轴方向的合磁感应强度为B y＝B3?B2y＝ 3 2 kI a ，故最终的合磁感应强度的大小为22 32 2 x y kI B B B a ＝＝， 方向为tanα＝y x B B ＝1，则α=45°，如图： 故某时刻有一质子（电量为e）正好沿与x轴正方向成45°斜向上经过原点O，由左手定则 可知，洛伦兹力的方向为垂直纸面向外，大小为f＝eBv＝ 32 2 kIve a ，故B正确; 故选B． 【点睛】 磁感应强度为矢量，合成时要用平行四边形定则，因此要正确根据安培定则判断导线周围磁场方向是解题的前提. 2．三根相互平行的通电长直导线放在等边三角形的三个顶点上，右图为其截面图，电流方向如图所示．若每根导线的电流均为I，每根直导线单独存在时，在三角形中心O点产生的磁感应强度大小都是B，则三根导线同时存在时O点的磁感应强度大小为（） A．0 B．B C．2B D．B 【答案】C 【解析】 分析：三角形中心O点到三根导线的距离相等．根据安培定则判断三根导线在O点产生的磁感应强度的方向，根据平行四边形定则进行合成，求出三根导线同时存在时的磁感应强

调频连续波雷达简要分析

连续波调频雷达 雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达，常规脉冲雷达是周期性地发射高频脉冲。而连续波雷达即是发射连续波信号的雷达，它的信号可以是单频、多频或者调频（多种调制规律如三角形、锯齿波、正弦波、噪声和双重调频或者是编码调制）的。单频连续波雷达可用于测速，多频（至少三个频点）和调频连续波雷达可用于测速和测距。它的优点是不存在距离盲点、精度高、带宽大、功率低、简单小巧，缺点是测距量程受限、存在多普勒距离耦合和收发很难完全隔离。 f 锯齿波调频 频率-时间特性曲线 调频连续波雷达参数与性能分析： 1、频率： 13.6GHz (±15MHz) （Ku 波段） 2、扫频带宽F ?： 30MHz 距离分辨率：m F C R 51030210326 8 =???==?? 3、调制周期T ： ms 06.1=T 理论最大量程：Km C T R 1591031053.02 max 83=???=?=- 0 调制周期T 带宽 F t

4、实际回波最大迟延： s d m 16.0t max = 实际最大量程： Km C R d 241031008.02 t max 83max =???=?= -‘ 实际最大差拍频率： M T t F d b 53.4f max max =?=? 5、相干处理时间间隔：ms s d 9.0m 16.0ms 06.1t -T T max Coherent =-== f 锯齿波调频 频率-时间特性曲线 可采点数： 36000m 9.040T Fs N Coherent =?=?=s MHz 实际频率分辨率： Hz MHz N Fs 111136000 400f === 对应的实际距离分辨率：m F C T R 89.5103021111 1031006.120f 6 83=??????=??= ??‘ （量程越小，差拍频率越小，可获得的越大的相干处理时间，能该晒距离分辨率） 6、速度多普勒耦合： 速度较小不考虑，采用锯齿波调频信号时，一般直接将其影响加到系统误差中去。若采用三角波调频倒可以再信号处理时对其进行补偿。 0 调制周期T 带宽 F t

电磁感应 电磁场和电磁波(附答案)

一 填空题 1. 把一个面积为S ，总电阻为R 的圆形金属环平放在水平面上，磁感应强度为B 的匀强磁场竖直向下，当把环翻转?180的过程中，流过环某一横截面的电量为 。 答：R BS 2。 2. 一半径为m 10.0=r 的闭合圆形线圈，其电阻Ω=10R ，均匀磁场B ρ 垂直于线圈平面。欲使线圈中有一稳定的感应电流A 01.0=i ，B 的变化率应为多少 1s T -?。 答：1s T 18.3-?。 3. 如图所示，把一根条形磁铁从同样高度插到线圈中同样的位置处，第一次动作快，线圈中产生的感应电动势为1ε；第二次慢，线圈中产生的感应电动势为2ε，则两电动势的大小关系是1ε 2ε 答：>。（也可填“大于”） 4. 如图所示，有一磁感强度T 1.0=B 的水平匀强磁场，垂直匀强磁场放置一很长的金属框架，框架上有一导体ab 保持与框架边垂直、由静止开始下滑。已知ab 长 m 1.0，质量为kg 001.0，电阻为Ω1.0，框架电阻不计，取2s m 10?=g ，导体ab 下落的最大速度 1s m -?。

答：1s m 10-?。 5. 金属杆ABC 处于磁感强度T 1.0=B 的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里（如图所示）。已知BC AB =m 2.0=，当金属杆在图中标明的速度方向运动时，测得C A ,两点间的电势差是V 0.3，则可知B A ,两点间的电势差ab V Ｖ。 答：V 0.2。 6. 半径为r 的无限长密绕螺线管，单位长度上的匝数为n ，通以交变电流 t I I ωcos 0=，则围在管外的同轴圆形回路(半径为R )上的感生电动势为 。 答：t nI r ωωμsin π002。 7. 铁路的两条铁轨相距L ，火车以v 的速度前进，火车所在地处地磁场强度在竖直方向上的分量为B 。两条铁轨除与车轮接通外，彼此是绝缘的。两条铁轨的间的电势差U 为 。 答：BLv 。 8. 图中，半圆形线圈感应电动势的方向为 （填：顺时针方向或逆时针方向）。 答：逆时针方向。 9. 在一横截面积为0.2m 2的100匝圆形闭合线圈，电阻为0.2Ω。线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直线圈截面，其磁感应强度B 随时间t 的变化规律如图所示。线圈中感应电流的大小是 A 。

调频连续波(FMCW)雷达微波物位计的工作原理

调频连续波（FMCW）雷达/微波物位计的工作原理 FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的词头的缩写。FMCW 技术是在雷达物位测量设备中最早使用的技术。 FMCW微波物位计采用线性的调制的高频信号，一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法，由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描，同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例关系。 如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为K,发射信号和反射信号的频率为rf,滞后时间差为rt,发射天线到介质表面的距离为R，C为光速。 那么我们可以得到：rt = 2R/C 由于采用的是调频的微波信号，因此我们可得：rf = K×rt； 两式合并后，我们得到公式： R = C× rf/2K （公式2） 根据公式2，我们可以看到，天线到介质表面的距离R与发射 频率和反射频率差rf成正比关系。 信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理，得到混合信号频谱，并通过独立的快速傅立叶（FFT）变化来区分不同的频率信号，最后得到准确地数字回波信号，计算出天线到介质表面的距离。 实际上，FMCW信号是在两个不同的频率之间循环。目前市场上的FMCW微波物位计主要以两种频率为主：9到10GHz和24.5到25.5GHz。 采用FMCW原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。被处理的信号与一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。任何差值会自动得到补偿，这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引起的可能的测量漂移。 2.2、脉冲 脉冲雷达物位计，与超声波技术相似，使用时差原理计算到介质表面的距离。设备传输固定频率的脉冲，然后接收并建立回波图形。信号的传播时间直接与到介质的距离成一定比例。但是与超声波使用声波不同，雷达使用的是电磁波。它利用好几万个脉冲来“扫描”容器并得到完整的回波图。 通常，采用脉冲方式的微波物位计的精度和可靠性都不如FMCW微波位计，但是脉冲物位计因为价格较FMCW低很多，因此是目前市场应用得最多的微波物位计。当然，很多生产厂商通过增强回波处理功能等方式大大提高了脉冲雷达的可靠性。

内蒙古赤峰二中物理第十三章 电磁感应与电磁波精选测试卷

内蒙古赤峰二中物理第十三章电磁感应与电磁波精选测试卷 一、第十三章电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图（a）所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为I的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B，若将另一根长导线对折后绕成如图（b）所示的螺线管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为（） A．0 B．0.5B C．B D ．2 B 【答案】A 【解析】 试题分析：乙为双绕线圈，两股导线产生的磁场相互抵消，管内磁感应强度为零，故A正确． 考点：磁场的叠加 名师点睛：本题比较简单，考查了通电螺线管周围的磁场，弄清两图中电流以及导线的绕法的异同即可正确解答本题． 2．如图甲，一电流强度为I 的通电直导线在其中垂线上A点处的磁感应强度B∝，式中r 是A点到直导线的距离．在图乙中是一电流强度为I的通电圆环，O是圆环的圆心，圆环的半径为R，B是圆环轴线上的一点，OB间的距离是r0，请你猜测B点处的磁感应强度是( ) A． 2 2 R I B r ∝ B．()3 222 I B R r ∝ + C．() 2 3 222 R I B R r ∝ + D．() 2 3 222 r I B R r ∝ + 【答案】C

【解析】 因一电流强度为I 的通电直导线在其中垂线上A 点处的磁感应强度B ∝ I r ，设比例系数为 k ，得：B=K I r ，其中 I r 的单位A/m ；220R I r 的单位为A ，当r 0为零时，O 点的磁场强度变 为无穷大了，不符合实际，选项A 错误． () 3 2 220 I R r + 的单位为A/m 3，单位不相符，选项 B 错误， () 232 220 R I R r +的单位为A/m ，单位相符；当r 0为零时，也符合实际，选项C 正 确． () 2032 220 r I R r + 的单位为A/m ，单位相符；但当r 0为零时，O 点的磁场强度变为零了， 不符合实际，选项D 错误；故选C ． 点睛：本题关键是结合量纲和特殊值进行判断，是解决物理问题的常见方法，同时要注意排除法的应用，有时能事半功倍． 3．三根通电长直导线垂直纸面平行固定，其截面构成一正三角形，O 为三角形的重心，通过三根直导线的电流分别用I 1、I 2、I 3表示，方向如图。现在O 点垂直纸面固定一根通有电流为I 0的直导线，当1230I I I I ===时，O 点处导线受到的安培力大小为F 。已知通电长直导线在某点产生的磁感应强度大小和电流成正比，则（ ） A ．当102303I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为4F B ．当102303I I I I I ===、时，O 3F C ．当201303I I I I I ===、时，O 3F D ．当301203I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为2F 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】 根据安培定则画出123I I I 、、在O 点的磁感应强度123B B B 、、的示意图如图所示

调频连续波

信号采集与处理单元关键技术研究 1.1 太赫兹频段线形调频连续波雷达系统及工作原理 1.1.1 LFMCW雷达的基本特点 调频连续波(FMCW)雷达一种通过对连续波进行频率调制来获得距离与速度信息的雷达体制。雷达调频可以采用多种方式，线性和正弦调制在过去都已经得到广泛的运用。其中线性调频是最多样化的，在采用FFT处理时它也是最适合于在大的范围内得到距离信息的。鉴于此原因，有关调频连续波的焦点问题基本上都集中在LFMCW雷达上。 线性调频连续波（LFMCW）雷达是具有高距离分辨率、低发射功率、高接收灵敏度、结构简单等优点，不存在距离盲区，具有比脉冲雷达更好的反隐身、抗背景杂波及抗干扰能力的特点，且特别适用于近距离应用，近年来在军事和民用方面都得到了较快的发展。主要优点可归结为以下三方面： LFMCW最大的优点是其调制很容易通过固态发射机实现； 要从LFMCW系统中提取出距离信息，必须对频率信息进行处理,而现在这一步可以通过基于FFT的处理器来完成； LFMCW的信号很难用传统的截获雷达检测到。 除了上述优点外，LFMCW雷达也存在一些缺点。主要表现在两个方面： 作用距离有限：LFMCW雷达发射机和接收机是同时工作的，作用距离增大时，

发射机泄漏到接收机的功率也增加； 距离-速度耦合问题：LFMCW雷达采用的是超大时带积的线性调频信号，根据雷达信号模糊函数理论，它必然存在距离与速度的耦合问题，这不仅导致系统的实际分辨能力下降，而且会引起运动目标测距误差。 1.1.2 太赫兹频段LFMCW雷达系统 根据目前国内的元器件水平和技术条件，在能够满足太赫兹波探测系统技术指标的前提下，本系统工作频率为220GHz，采用宽带线性调频探测体制方案，依靠天线测量目标的散射特性获取目标信息和距离信息。线性调频连续波雷达具有低截获特性，在距离速度模糊方面与普通的脉冲雷达相比具有较大优势。对于调频体制，利用在时间上改变发射信号的频率并与接收信号频率进行混频处理不仅能测定目标距离，而且能够精确测量目标径向速度，所以线性调频探测系统实现了太赫兹频段雷达的主动探测功能。 现代的连续波雷达普遍采用零拍接收机，也可称为零中频超外差接收机，本地振荡器就用发射机泄漏过来的信号代替，与回波信号直接混频，产生窄带差拍信号，经特性滤波和放大后，由A/D采样进行数字化处理。因此，LFMCW雷达结构较 为简单，易于实现。 频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号，并通过正交解调和倍频，生成所需频段的线性调频信号，一路经过多级放大后由发射天线发射出去，另一路耦合到混频器作为本振信号，高频电磁波遇目标后反射回接收天线，经放大后

电磁感应电磁波

电磁感应电磁波集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-

第十讲 电磁感应 电磁波 一、磁通量：面积S 垂直放入磁场B ，则B 与S 的乘积表示穿过这个面的磁通量 1、大小：BS =Φ （适用于垂直的情况） 单位：韦伯 Wb 垂直时磁通量最大，平行是磁通量等于零。 二、电磁感应现象:由磁场产生电流的现象。 1、产生感应电流的条件：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电流。 2、感应电动势：在电磁感应现象中，若电路不闭合，虽然没有感应电流， 但感应电动势仍存在。 3、电磁感应现象中，能量是守恒的。 二、法拉第电磁感应定律 1、内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率 成正比。（实验定律） 2、表达式： t n E ??Φ= N 表示线圈匝数，t ??Φ磁通量变化率 三、导线切割磁感线时，感应电动势 表达式：E ＝ＢＬv 适用于B 、L 、V 垂直情 况 感应电流方向：右手定则判定。 右手定则：伸开右手，让拇指与其余四指垂直，并且跟手掌在同一个平面内。 让磁感线垂直穿过掌心。拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的 是感应电流的方向。 电磁波 一、 麦克斯韦的电磁场理论： 1、 变化的磁场在周围空间产生电场 2、 变化的电场在周围空间产生磁场 二、 电磁场：变化的磁场和变化的电场是相互联系着的，形成一个不可分离的统一体， 这就是电磁场。 三、 电磁波：电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波。 麦克斯韦：预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在 1、任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是c=3×108m/s 2、电磁波的波速、波长、频率和周期的关系为：c=λf=λ/T 3、电磁波传递能量和信息。 四、电视和雷达（见课本）

第十三章电磁感应与电磁波初步

第十三章电磁感应与电磁波初步 1.磁场磁感线 练习与应用 1. 音箱中的扬声器、电话、磁盘、磁卡等生活中的许多器具都利用了磁体的磁性。请选择一个你最熟悉的器具，简述它是怎样利用磁体的磁性来工作的。 2. 日常生活中，磁的应用给我们带来方便。例如：在柜门上安装“门吸”能方便地把柜门关紧；把螺丝刀做成磁性刀头，可以像手一样抓住需要安装的铁螺钉，还能把掉在狭缝中的铁螺钉取出来。请你关注自己的生活，看看还有哪些地方如果应用磁性可以带来方便。写出你的创意，并画出你设计的示意图。 3. 磁的应用非常广泛，不同的人对磁应用的分类也许有不同的方法。请你对磁的应用分类，并每类举一个例子。 4. 通电直导线附近的小磁针如图13.1-13所示，标出导线中的电流方向。 5. 如图13.1-14，当导线环中沿逆时针方向通过电流时，说出小磁针最后静止时N 极的指向。 6. 通电螺线管内部与管口外相比，哪里的磁场比较强？你是根据什么判断的？ 7. 为解释地球的磁性，19 世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I 引起的。在图13.1-15 中，正确表示安培假设中环形电流方向的是哪一个？请简述理由。

2.磁感应强度磁通量 练习与应用 1. 有人根据B ＝IlF 提出：磁场中某点的磁感应强度B 与通电导线在磁场中所受的磁场力F 成正比，与电流I 和导线长度l 的乘积成反比。这种说法有什么问题？ 2. 在匀强磁场中，一根长0.4 m 的通电导线中的电流为20 A，这条导线与磁场方向垂直时，所受的磁场力为0.015 N，求磁感应强度的大小。 3. 如图13.2-8，匀强磁场的磁感应强度B为0.2 T，方向沿x轴的正方向，且线段MN、DC相等，长度为0.4 m，线段NC、EF、MD、NE、CF相等，长度为0.3 m，通过面积SMNCD、SNEFC、SMEFD的磁通量Φ1、Φ2、Φ3 各是多少？ 4. 在磁场中放置一条直导线，导线的方向与磁场方向垂直。先后在导线中通入不同的电流，导线所受的力也不一样。图13.2-9中的图像表现的是导线受力的大小F与通过导线的电流I 的关系。A、B各代表一组F、I 的数据。在甲、乙、丙、丁四幅图中，正确的是哪一幅或哪几幅？说明道理 3.电磁感应现象及应用 练习与应用 1. 图13.3-7 所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框。在下列几种情况下，线框中是否产生感应电流？（1）保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中上下运动（图13.3-7 甲）。 （2）保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中左右运动（图13.3-7 乙）。 （3）线框绕轴线转动（图13.3-7 丙）。

第十三章 电磁感应与电磁波精选试卷测试卷(解析版)

第十三章 电磁感应与电磁波精选试卷测试卷（解析版） 一、第十三章 电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．如图所示，匀强磁场中有一圆形闭合线圈，线圈平面与磁感线平行，能使线圈中产生感应电流的应是下述运动中的哪一种（ ） A ．线圈平面沿着与磁感线垂直的方向运动 B ．线圈平面沿着与磁感线平行的方向运动 C ．线圈绕着与磁场平行的直径ab 旋转 D ．线圈绕着与磁场垂直的直径cd 旋转 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 A ．线圈平面沿着与磁感线垂直的方向运动时，磁通量始终为零，保持不变，线圈中没有感应电流产生；故A 错误． B ．线圈平面沿着与磁感线平行的方向运动时，磁通量始终为零，保持不变，线圈中没有感应电流产生；故B 错误． C ．线圈绕着与磁场平行的直径ab 旋转时，磁通量始终为零，保持不变，线圈中没有感应电流产生；故C 错误． D ．线圈绕着与磁场垂直的直径cd 旋转时，磁通量从无到有发生变化，线圈中有感应电流产生；故D 正确． 故选D ． 【点睛】 感应电流产生的条件有两个：一是线圈要闭合；二是磁通量发生变化. 2．三根通电长直导线垂直纸面平行固定，其截面构成一正三角形，O 为三角形的重心，通过三根直导线的电流分别用I 1、I 2、I 3表示，方向如图。现在O 点垂直纸面固定一根通有电流为I 0的直导线，当1230I I I I ===时，O 点处导线受到的安培力大小为F 。已知通电长直导线在某点产生的磁感应强度大小和电流成正比，则（ ）

A ．当102303I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为4F B ．当102303I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为3F C ．当201303I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为3F D ．当301203I I I I I ===、时，O 点处导线受到的安培力大小为2F 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】 根据安培定则画出123I I I 、、在O 点的磁感应强度123B B B 、、的示意图如图所示 当1230I I I I ===时，三根导线在O 点产生的磁感应强度大小相等，设为0B ，根据磁场叠加原理可知，此时O 点的磁感应强度为 02B B = 此时O 点处对应的导线的安培力 002F B I L = AB ．由于通电长直导线在某点产生的磁感应强度大小和电流成正比，当 102303I I I I I ===、时，则有 103B B =，230B B B == 根据磁场叠加原理可知，此时O 点的磁感应强度为 04B B = 此时O 点处对应的导线的安培力 0042F B I L F '== 故AB 错误； C ．当201303I I I I I ===、时，有 203B B =，130B B B ==

调频连续波激光调制方法研究

收稿日期:2014-10-11;修订日期:2014-11-18 基金项目:机电动态控制重点实验室资助项目(9140C360202130C36129) 作者简介:陈慧敏(1973-),男,副教授,博士,主要从事激光探测与目标识别方面的研究工作。Email:laserchm@https://www.wendangku.net/doc/1a13794334.html, 调频连续波激光调制方法研究 陈慧敏,高志林,朱雄伟 (北京理工大学机电动态控制重点实验室,北京100081) 摘要:调频连续波(FMCW)激光调制电路是FMCW 激光探测系统的重要组成部分。对FMCW 激光调制方法进行研究,设计并实现由线性调频信号产生电路和半导体激光器驱动电路组成的激光调制电路,并给出相应的实验结果。其中线性调频信号产生电路采用基于直接数字频率合成技术的集成芯片AD9958进行设计,产生10~110MHz 的锯齿波线性调频信号;半导体激光器驱动电路采用直接电流调制方式,利用线性调频信号对激光载波的强度进行调制,激励激光器出光。测试结果表明:调频连续波激光调制电路能够满足调制频偏100MHz 、调频周期100μs 的设计要求。 关键词:调频连续波; 光强调制;直接数字频率合成中图分类号:TN249文献标志码:A 文章编号:1007-2276(2015)06-1762-04Method of frequency modulated continuous wave laser modulation Chen Huimin,Gao Zhilin,Zhu Xiongwei (Science and Technology on Electromechanical Dynamic Control Laboratory,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China)Abstract:Frequency modulated continuous wave (FMCW)laser modulation circuit is an important part of the FMCW laser detection system.In this paper,the method of FMCW laser modulation was studied and a laser modulation circuit composed of a linear frequency modulation signal producing circuit and a semiconductor laser driver circuit was designed and implemented.Experimental result is given.The linear frequency modulation signal producing circuit was designed using the direct digital synthesis chip AD9958and produced a 10-110MHz sawtooth linear frequency modulation signal.The semiconductor laser driver circuit modulates the laser intensity with the linear frequency modulation signal through direct current modulation.Test results show that the laser modulation circuit can meet the design requirements :frequency deviation of 100MHz,frequency modulation period of 100μs. Key words:frequency modulated continuous wave;laser intensity modulation;direct digital synthesis 第44卷第6期 红外与激光工程2015年6月 Infrared and Laser Engineering

电磁感应 电磁场和电磁波(附答案)讲课稿

电磁感应电磁场和电磁波(附答案)

一 填空题 1. 把一个面积为S ，总电阻为R 的圆形金属环平放在水平面上，磁感应强度为B 的匀强磁场竖直向下，当把环翻转?180的过程中，流过环某一横截面的电量为 。 答：R BS 2。 2. 一半径为m 10.0=r 的闭合圆形线圈，其电阻Ω=10R ，均匀磁场B 垂直于线圈平面。欲使线圈中有一稳定的感应电流A 01.0=i ，B 的变化率应为多少 1s T -?。 答：1s T 18.3-?。 3. 如图所示，把一根条形磁铁从同样高度插到线圈中同样的位置处，第一次动作快，线圈中产生的感应电动势为1ε；第二次慢，线圈中产生的感应电动势为2ε，则两电动势的大小关系 是1ε 2ε 答：>。（也可填“大于”） 4. 如图所示，有一磁感强度T 1.0=B 的水平匀强磁场，垂直匀强磁场放置一很长的金属框架，框架上有一导体ab 保持与框架边垂直、由静止开始下滑。已知ab 长m 1.0，质量为kg 001.0，

电阻为Ω1.0，框架电阻不计，取2s m 10?=g ，导体ab 下落的最大速度 1s m -?。 答：1s m 10-?。 5. 金属杆ABC 处于磁感强度T 1.0=B 的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里（如图所示）。已知BC AB =m 2.0=，当金属杆在图中标明的速度方向运动时，测得C A ,两点间的电势差是V 0.3，则可知B A ,两点间的电势差ab V Ｖ。 答：V 0.2。 6. 半径为r 的无限长密绕螺线管，单位长度上的匝数为n ，通以交变电流t I I ωcos 0=，则围在管外的同轴圆形回路(半径为R )上的感生电动势为 。 答：t nI r ωωμsin π002。

调频连续波

三、信号采集与处理单元关键技术研究 Equation Section 3 3.1 太赫兹频段线形调频连续波雷达系统及工作原理 3.1.1 LFMCW雷达的基本特点 调频连续波(FMCW)雷达一种通过对连续波进行频率调制来获得距离与速度信息的雷达体制。雷达调频可以采用多种方式，线性和正弦调制在过去都已经得到广泛的运用。其中线性调频是最多样化的，在采用FFT处理时它也是最适合于在大的范围内得到距离信息的。鉴于此原因，有关调频连续波的焦点问题基本上都集中在LFMCW雷达上。 线性调频连续波（LFMCW）雷达是具有高距离分辨率、低发射功率、高接收灵敏度、结构简单等优点，不存在距离盲区，具有比脉冲雷达更好的反隐身、抗背景杂波及抗干扰能力的特点，且特别适用于近距离应用，近年来在军事和民用方面都得到了较快的发展。主要优点可归结为以下三方面： LFMCW最大的优点是其调制很容易通过固态发射机实现； 要从LFMCW系统中提取出距离信息，必须对频率信息进行处理,而现在这一步可以通过基于FFT的处理器来完成； LFMCW的信号很难用传统的截获雷达检测到。 除了上述优点外，LFMCW雷达也存在一些缺点。主要表现在两个方面： 作用距离有限：LFMCW雷达发射机和接收机是同时工作的，作用距离增大时，发射机泄漏到接收机的功率也增加； 距离-速度耦合问题：LFMCW雷达采用的是超大时带积的线性调频信号，根据雷达信号模糊函数理论，它必然存在距离与速度的耦合问题，这不仅导致系统

的实际分辨能力下降，而且会引起运动目标测距误差。 3.1.2 太赫兹频段LFMCW雷达系统 根据目前国内的元器件水平和技术条件，在能够满足太赫兹波探测系统技术指标的前提下，本系统工作频率为220GHz，采用宽带线性调频探测体制方案，依靠天线测量目标的散射特性获取目标信息和距离信息。线性调频连续波雷达具有低截获特性，在距离速度模糊方面与普通的脉冲雷达相比具有较大优势。对于调频体制，利用在时间上改变发射信号的频率并与接收信号频率进行混频处理不仅能测定目标距离，而且能够精确测量目标径向速度，所以线性调频探测系统实现了太赫兹频段雷达的主动探测功能。 现代的连续波雷达普遍采用零拍接收机，也可称为零中频超外差接收机，本地振荡器就用发射机泄漏过来的信号代替，与回波信号直接混频，产生窄带差拍信号，经特性滤波和放大后，由A/D采样进行数字化处理。因此，LFMCW雷达结构较为简单，易于实现。基本框图如图19所示： 图1调频连续波雷达基本组成框图 频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号，并通过正交解调和倍频，生成所需频段的线性调频信号，一路经过多级放大后由发射天线发射出去，另一路耦合到混频器作为本振信号，高频电磁波遇目标后反射回接收天线，经放大后

高中物理必修第3册第十三章 电磁感应与电磁波测试卷练习(Word版 含答案)

高中物理必修第3册第十三章 电磁感应与电磁波测试卷练习（Word 版 含答 案） 一、第十三章 电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．如图所示，三根相互平行的固定长直导线1L 、2L 和3L 垂直纸面如图放置，与坐标原点分别位于边长为a 的正方形的四个点上， 1L 与2L 中的电流均为I ，方向均垂直于纸面向外， 3L 中的电流为2I ，方向垂直纸面向里（已知电流为I 的长直导线产生的磁场中，距导 线r 处的磁感应强度kI B r （其中k 为常数）．某时刻有一质子（电量为e ）正好沿与x 轴正方向成45°斜向上经过原点O ，速度大小为v ，则质子此时所受磁场力为( ) A ．方向垂直纸面向里，大小为 23kIve B ．方向垂直纸面向外，大小为 32kIve C ．方向垂直纸面向里，大小为 32kIve a D ．方向垂直纸面向外，大小为 232kIve a 【答案】B 【解析】 【详解】 根据安培定则，作出三根导线分别在O 点的磁场方向，如图： 由题意知，L 1在O 点产生的磁感应强度大小为B 1＝ kI a ，L 2在O 点产生的磁感应强度大小

为B2＝ 2 kI a ，L3在O点产生的磁感应强度大小为B3＝2kI a ，先将B2正交分解，则沿x轴 负方向的分量为B2x＝ 2 kI a sin45°＝ 2 kI a ，同理沿y轴负方向的分量为 B2y＝ 2 kI a sin45°＝ 2 kI a ，故x轴方向的合磁感应强度为B x＝B1+B2x＝ 3 2 kI a ，y轴方向的合磁感应强度为B y＝B3?B2y＝ 3 2 kI a ，故最终的合磁感应强度的大小为22 32 2 x y kI B B B a ＝＝， 方向为tanα＝y x B B ＝1，则α=45°，如图： 故某时刻有一质子（电量为e）正好沿与x轴正方向成45°斜向上经过原点O，由左手定则 可知，洛伦兹力的方向为垂直纸面向外，大小为f＝eBv＝ 32 2 kIve a ，故B正确; 故选B． 【点睛】 磁感应强度为矢量，合成时要用平行四边形定则，因此要正确根据安培定则判断导线周围磁场方向是解题的前提. 2．如图所示为六根与水平面平行的导线的横截面示意图，导线分布在正六边形的六个角， 导线所通电流方向已在图中标出。已知每条导线在O点磁感应强度大小为 B，则正六边形中心O处磁感应强度的大小和方向（） A．大小为零 B．大小 2B，方向沿x轴负方向 C．大小 4B，方向沿x轴正方向 D．大小 4B，方向沿y轴正方向

河南省固始县一中物理第十三章 电磁感应与电磁波专题试卷

河南省固始县一中物理第十三章 电磁感应与电磁波专题试卷 一、第十三章 电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．如图所示，三根相互平行的固定长直导线1L 、2L 和3L 垂直纸面如图放置，与坐标原点 分别位于边长为a 的正方形的四个点上， 1L 与2L 中的电流均为I ，方向均垂直于纸面向外， 3L 中的电流为2I ，方向垂直纸面向里（已知电流为I 的长直导线产生的磁场中，距导 线r 处的磁感应强度kI B r （其中k 为常数）．某时刻有一质子（电量为e ）正好沿与x 轴正方向成45°斜向上经过原点O ，速度大小为v ，则质子此时所受磁场力为( ) A ．方向垂直纸面向里，大小为23kIve B ．方向垂直纸面向外，大小为322kIve a C ．方向垂直纸面向里，大小为32kIve a D ．方向垂直纸面向外，大小为23kIve 【答案】B 【解析】 【详解】 根据安培定则，作出三根导线分别在O 点的磁场方向，如图： 由题意知，L 1在O 点产生的磁感应强度大小为B 1＝ kI a ，L 2在O 点产生的磁感应强度大小

为B2＝ 2 kI a ，L3在O点产生的磁感应强度大小为B3＝2kI a ，先将B2正交分解，则沿x轴 负方向的分量为B2x＝ 2 kI a sin45°＝ 2 kI a ，同理沿y轴负方向的分量为 B2y＝ 2 kI a sin45°＝ 2 kI a ，故x轴方向的合磁感应强度为B x＝B1+B2x＝ 3 2 kI a ，y轴方向的合磁感应强度为B y＝B3?B2y＝ 3 2 kI a ，故最终的合磁感应强度的大小为22 32 2 x y kI B B B a ＝＝， 方向为tanα＝y x B B ＝1，则α=45°，如图： 故某时刻有一质子（电量为e）正好沿与x轴正方向成45°斜向上经过原点O，由左手定则 可知，洛伦兹力的方向为垂直纸面向外，大小为f＝eBv＝ 32 2 kIve a ，故B正确; 故选B． 【点睛】 磁感应强度为矢量，合成时要用平行四边形定则，因此要正确根据安培定则判断导线周围磁场方向是解题的前提. 2．取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图（a）所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为I的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B，若将另一根长导线对折后绕成如图（b）所示的螺线管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为（） A．0 B．0.5B C．B D．2 B 【答案】A 【解析】 试题分析：乙为双绕线圈，两股导线产生的磁场相互抵消，管内磁感应强度为零，故A正确． 考点：磁场的叠加 名师点睛：本题比较简单，考查了通电螺线管周围的磁场，弄清两图中电流以及导线的绕

高中物理第十三章 电磁感应与电磁波第十三章 电磁感应与电磁波精选测试卷测试卷附答案

高中物理第十三章电磁感应与电磁波第十三章电磁感应与电磁波精选测试卷 测试卷附答案 一、第十三章电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优（难） 1．如图所示，通电螺线管置于水平放置的光滑平行金属导轨MN和PQ之间，ab和cd是放在导轨上的两根金属棒，它们分别静止在螺线管的左右两侧，现使滑动变阻器的滑动触头向左滑动，则ab和cd棒的运动情况是() A．ab向左运动，cd向右运动 B．ab向右运动，cd向左运动 C．ab、cd都向右运动 D．ab、cd保持静止 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】 由安培定则可知螺线管中磁感线方向向上，金属棒ab、cd处的磁感线方向均向下，当滑动触头向左滑动时，螺线管中电流增大，因此磁场变强，即磁感应强度变大，回路中的磁通量增大，由楞次定律知，感应电流方向为a→c→d→b→a，由左手定则知ab受安培力方向向左，cd受安培力方向向右，故ab向左运动，cd向右运动； A. ab向左运动，cd向右运动，与结果一致，故A正确； B. ab向右运动，cd向左运动，与结果不一致，故B错误； C. ab、cd都向右运动，与结果不一致，故C错误； D. ab、cd保持静止，与结果不一致，故D错误； 2．如图所示，三根相互平行的固定长直导线1L、2L和3L垂直纸面如图放置，与坐标原点分别位于边长为a的正方形的四个点上，1L与2L中的电流均为I，方向均垂直于纸面向外，3L中的电流为2I，方向垂直纸面向里（已知电流为I的长直导线产生的磁场中，距导 线r处的磁感应强度 kI B r （其中k为常数）．某时刻有一质子（电量为e）正好沿与x 轴正方向成45°斜向上经过原点O，速度大小为v，则质子此时所受磁场力为( )

第十五章 电磁感应与电磁波范文

第十五章电磁感应与电磁波 [教学时数] 12 [教学内容] 第一节电磁感应的基本定律 第二节动生电动势 第三节感生电动势 第四节自感和互感 第五节磁场的能量 第六节电磁波 [教学要求] （1）熟悉电磁感应现象，掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律； （2）深刻理解动生电动势、感生电动势、自感电动势、互感电动势等概念； （3 （4）了解磁场能量、能量密度等概念，会求磁场能量、能量密度； （5）理解位移电流的概念，知道电磁波的产生机制。 [重点] 求解动生电动势和感生电动势 [难点] 互感电动势 [教学方法] 讲授法、谈话法、启发法、范例教学法 [教学方案] 1. 内容安排 每小节用两个课时完成 2. 活动安排 理论讲授、例题讲解、课堂练习、课后练习

第一节 电磁感应的基本定律 1． 电磁感应现象 2． 1831年实验物理学家法拉第从实验中发现，当通过 任一闭合导体回路所包围面积的磁通量发生变化时，回 路中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象，产生的 电流叫感应电流。回路中有电流的原因是电路中有电动 势，直接由电磁感应得到的电动势叫感应电动势。 2．楞次定律 楞次定律指出：闭合回路中的感应电流总是企图使 它自己所产生的磁场反抗原磁通量的变化。因此对感应 (1)原磁场的方向及磁通量Φm 如何变? (2)由“反抗”Φm 的变化确定感应电流的磁场方向； (3)由感应电流的磁场方向确定感应电流(电动势) 这里要注意“反抗”的含义，反抗并不是相反，“反抗”是指Φm 若变大，感应电流的磁场方向应与之相反；而Φm 变小，感应电流的磁场方向应与之相同。例如在图8(a)中，导体CD 向右滑动，(1)回路中B 垂直低面向内，Φm 在增加；(2)由“反抗”知感应电流的磁场方向应相反，即垂直纸面向外；(3)要得到这样的磁场，电流(电动势)必为C →D 。 3．法拉第电磁感应定律 法拉第全面总结了磁通量的变化与感应电动势之间的关系而得出：不论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律 ε = - dt d φ 式中负号表明感应电动势的方向和磁通量变化率之间的关系，是楞次定律的数学表示，判断时先任取一个回路方向(绕行方向)，并按右螺旋法则定出回路法线n 的方向；再定磁通量的正负，与n 同向为正，异向为负；最后由d Φ/dt 的正负确定εi 的正负，如图8.1.2所示。显然用这种方法确定感应电动势的方向很复杂，因此在实际解算中，常常是利用楞次定律来 第二节 动生电动势 1．动生电动势 由于闭合回路或一段导体在稳恒磁场中运动而回路或导体内产生的感应电动势叫动生电动势。 ε = dt d φ = Bl dt dx = Blv 动生电动势的本质是自由电子在磁场中受到洛仑兹力的结果。导体CD 向右运动时，自

电磁感应与电磁波参考答案

电磁感应与电磁波参考答案 填空题选择题先加速最后以一恒 速度一个反抗拉力远离导线大，短；小，长 T ?20N221a0N2a22R，?2R， ?0N1N2a22R使二线圈 的半径相等，同轴紧套在一起两线圈互相垂直放置同轴顺向紧密连接先将电阻丝折成双 线，再绕在绝缘筒上而使电流相反交流电源，减少，焦耳热载流长直导线电流减小；矩形导线框B向右平动；矩形导线框绕ad边向里转动且转动角小于900。B，S，θ 收缩

变短俯视为逆时针 1??10?5 T/S 变化的磁场，闭合曲线洛仑兹，感生电场50 V 镇流器变化的磁场激发涡旋电场，变化的电场激发涡旋磁场全电流 D C C D C D C D C D B B A D A A A D A D D D 证明及简答题接通开关的瞬间，灯泡N1比N2亮；稳态时，灯泡N1和N2一样亮；开关断开瞬间，灯泡N2立刻熄灭，灯泡N1于自感逐渐熄灭。答：时变磁场会激发电场，时变电场也会激发磁场，电场和磁场是相互联系的整体，称为电磁场；全空间中只有电磁场而没有带电粒子的电磁场称为无源电磁场。???答：能流密度S?E?H称为坡印廷矢量，或能流密度矢量，其物理意义是：单位时间内流过垂直于传播方向单位面积的电磁场能量。变化的B在薄片上产生涡电流，椤次定律可知，涡流磁场总是阻碍原磁场变化，因而具有磁屏蔽作

用。计算题解：导线ab上产生的动生电动势为???Bl,回路中感应电流为I??R??BlR Ab若作匀速运动，拉力只须克服安培力；而导线ab上的安培力等于Fm?IBl??BlRBl??B2l2R F?Fm??B2l2R4???? PF?F???4?2W PR?IR? 当杆A、B以v0的初速度向右运动，要产生动生电动势，于它与电阻R组成闭合回路，有感应电流，即 2?2B2l2R2R??2B2l2R?F??2W ?BA ??BL i?vBLR载流导体AB在磁场中受与速度方向相反的安培力作用，即??B2l2v?F??ilBi??i R牛顿第二定律得B2L2dsd???ma?mRdtdt mRds??22dvBL 金属杆能够移动的最大距离是杆的速度为零，上式积分得?s0ds???Smax2）在此过程中回路的焦耳热是mRdvv0B2l2 mRv?220Bl