第十三章　第3課時　電磁振蕩與電磁波-2025物理大一輪復習講義人教版

第3課時電磁振蕩與電磁波目標要求1.了解LC振蕩電路中振蕩電流的產(chǎn)生過程及電磁振蕩過程中能量轉(zhuǎn)化情況。2.掌握電磁振蕩的周期公式和頻率公式。3.理解麥克斯韋電磁場理論，了解電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射、傳播和接收過程?？键c一電磁振蕩1．振蕩電路：產(chǎn)生大小和方向都做周期性迅速變化的電流(即振蕩電流)的電路。由電感線圈L和電容C組成最簡單的振蕩電路，稱為LC振蕩電路。2．電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器不斷地充電和放電，就會使電容器極板上的電荷量q、電路中的電流i、電容器內(nèi)的電場強度E、線圈內(nèi)的磁感應強度B發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。3．電磁振蕩中的能量變化(1)放電過程中電容器儲存的電場能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈的磁場能。(2)充電過程中線圈中的磁場能逐漸轉(zhuǎn)化為電容器的電場能。(3)在電磁振蕩過程中，電場能和磁場能會發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。4．電磁振蕩的周期和頻率(1)周期T＝2πeq\r(LC)。(2)頻率f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))。思考如圖甲、乙、丙、丁、戊五個圖代表LC振蕩電路中的五個狀態(tài)。(1)甲圖qC最大，i＝0；乙圖i最大，qC＝0；丙圖qC最大，i＝0；丁圖i最大，qC＝0；戊圖qC最大，i＝0。(2)從甲→乙的過程中，i增大，qC減??；從乙→丙的過程中，i減小，qC增大；從丙→丁的過程中，i增大，qC減小；從丁→戊的過程中，i減小，qC增大。(3)畫出從甲開始計時一個周期內(nèi)i－t、qC－t圖像。答案1．LC振蕩電路中，電容器放電完畢時，回路中電流最小。(×)2．LC振蕩電路中，回路中的電流最大時回路中的磁場能最大。(√)3．電磁振蕩的固有周期與電流的變化快慢有關(guān)。(×)例1(2024·北京市模擬)如圖甲所示為某一LC振蕩電路，圖乙i－t圖像為LC振蕩電路的電流隨時間變化的關(guān)系圖像。在t＝0時刻，回路中電容器的M板帶正電，下列說法中正確的是()A．O～a階段，電容器正在充電，電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化B．a(chǎn)～b階段，電容器正在放電，磁場能正在向電場能轉(zhuǎn)化C．b～c階段，電容器正在放電，回路中電流沿順時針方向D．c～d階段，電容器正在充電，回路中電流沿逆時針方向答案C解析O～a階段，電容器正在放電，電流不斷增加，電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化，選項A錯誤；a～b階段，電容器正在充電，電流逐漸減小，磁場能正在向電場能轉(zhuǎn)化，選項B錯誤；b～c階段，電容器正在放電，回路中電流沿順時針方向，選項C正確；c～d階段，電容器正在充電，回路中電流沿順時針方向，選項D錯誤。例2(2023·江蘇南京市六校調(diào)研)在LC振蕩電路中，某時刻電路中的電流方向如圖所示，且電流正在減小，則該時刻()A．電容器上極板帶負電，下極板帶正電B．電容器兩極板間電壓正在減小C．電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化D．電流的變化率減小答案A解析根據(jù)電流正在減小可以判斷，此時電容器在充電，結(jié)合電流方向知電容器上極板應該帶負電，下極板帶正電，在振蕩電路中，當電容器充電時，電流減小但電流變化得越來越快，即電流變化率增大；電容器上的電荷量增大，此時，磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，故A正確，C、D錯誤；由Q＝CU可得，電容器電荷量增大，兩極板間的電壓也增大，故B錯誤。LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法根據(jù)電流流向判斷當電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉(zhuǎn)化，處于充電過程；反之，當電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，處于放電過程根據(jù)物理量的變化趨勢判斷當電容器的帶電荷量q(電壓U、電場強度E)增大或電流i(磁感應強度B)減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程根據(jù)能量判斷電場能增加時充電，磁場能增加時放電例3(2020·浙江1月選考·8)如圖所示，單刀雙擲開關(guān)S先打到a端讓電容器充滿電。t＝0時開關(guān)S打到b端，t＝0.02s時LC回路中電容器下極板帶正電荷且電荷量第一次達到最大值。則()A．LC回路的周期為0.02sB．LC回路的電流最大時電容器中電場能最大C．t＝1.01s時線圈中磁場能最大D．t＝1.01s時回路中電流沿順時針方向答案C解析以順時針電流為正方向，LC電路中電流和電荷量變化的圖像如圖所示，t＝0.02s時電容器下極板帶正電荷且最大，根據(jù)圖像可知周期為T＝0.04s，故A錯誤；根據(jù)圖像可知電流最大時，電容器中電荷量為0，電場能最小為0，故B錯誤；1.01s時，經(jīng)過25eq\f(1,4)T，根據(jù)圖像可知此時電流最大，電流沿逆時針方向，說明電容器放電完畢，電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能，此時磁場能最大，故C正確，D錯誤。例4某LC電路的振蕩頻率為520kHz，為能提高到1040kHz，以下說法正確的是()A．調(diào)節(jié)可變電容，使電容增大為原來的4倍B．調(diào)節(jié)可變電容，使電容減小為原來的eq\f(1,4)C．調(diào)節(jié)電感線圈，使線圈匝數(shù)增加到原來的4倍D．調(diào)節(jié)電感線圈，使線圈電感變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)答案B解析由振蕩頻率公式f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))可知，要使頻率提高到原來的2倍，則可以減小電容使之變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,4)，或減小電感使之變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,4)，故B正確，A、C、D錯誤?？键c二電磁波的特點及應用1．麥克斯韋電磁場理論2．電磁波(1)電磁場在空間由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波。(2)電磁波的傳播不需要(填“需要”或“不需要”)介質(zhì)。在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同，都等于光速3×108_m/s。在同一介質(zhì)中不同頻率的電磁波傳播速度是不同的，頻率越高，波速越小。(3)v＝λf，f是電磁波的頻率。3．無線電波的發(fā)射(1)發(fā)射條件：開放電路和高頻振蕩信號，所以要對傳輸信號進行調(diào)制。(2)調(diào)制方式①調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而改變。②調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而改變。4．無線電波的接收(1)當接收電路的固有頻率跟收到的無線電波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強，這就是電諧振現(xiàn)象。(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫作調(diào)諧電路。(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩信號中“檢”出調(diào)制信號的過程，叫作檢波。檢波是調(diào)制的逆過程，也叫作解調(diào)。5．(1)電磁波譜：按照電磁波的波長大小或頻率高低的順序把它們排列成譜叫作電磁波譜。按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。(2)電磁波譜分類及應用電磁波譜頻率/Hz真空中波長/m特性應用遞變規(guī)律無線電波＜3×1011＞10－3波動性強，易發(fā)生衍射無線電技術(shù)波長越長，越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長越短，穿透能力越強。不同頻率的電磁波在同一種介質(zhì)中傳播時，頻率越高，折射率越大，速度越小紅外線1011～101510－7～10－3熱效應紅外遙感可見光101510－7引起視覺照明、攝影紫外線1015～101610－8～10－7化學效應、熒光效應、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線1016～101910－11～10－8穿透本領(lǐng)強檢查、醫(yī)用透視γ射線＞1019＜10－11穿透本領(lǐng)最強工業(yè)探傷、醫(yī)用治療6.各種電磁波產(chǎn)生機理無線電波振蕩電路中電子周期性運動產(chǎn)生紅外線、可見光和紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生X射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生γ射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)生1．振蕩電路的頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。(√)2．要將傳遞的聲音信號向遠距離發(fā)射，必須以高頻電磁波作為載波。(√)3．振蕩電路的電場和磁場必須集中到盡可能小的空間，這樣才能有效地把能量輻射出去。(×)4．只有接收電路發(fā)生電諧振時，接收電路中才有振蕩電流。(×)5．解調(diào)是調(diào)制的逆過程。(√)例5(2024·上海市模擬)以下關(guān)于電磁場和電磁波的說法中正確的是()A．電場和磁場總是同時存在的，統(tǒng)稱為電磁場B．電磁波是機械波，傳播需要介質(zhì)C．電磁波的傳播速度是3×108m/sD．電磁波可在真空中傳播答案D解析變化的電場與變化的磁場相互聯(lián)系，它們統(tǒng)稱為電磁場，選項A錯誤；電磁波不是機械波，傳播不需要介質(zhì)，選項B錯誤；電磁波在真空中的傳播速度是3×108m/s，選項C錯誤；電磁波可在真空中傳播，選項D正確。例6(多選)(2020·江蘇卷·13B(1))電磁波廣泛應用在現(xiàn)代醫(yī)療中。下列屬于電磁波應用的醫(yī)用器械有()A．殺菌用的紫外燈B．拍胸片的X光機C．治療咽喉炎的超聲波霧化器D．檢查血流情況的“彩超”機答案AB例7(2023·廣東惠州市第一次調(diào)研)使用藍牙耳機接聽手機來電，信號傳輸示意圖如圖所示，以下說法正確的是()A．藍牙通信的電磁波是可見光B．在真空中藍牙通信的電磁波波長比手機通信的電磁波波長短C．兩束藍牙通信的電磁波在任何情況下都不會發(fā)生干涉D．藍牙通信的電磁波在真空中的傳播速度小于光速答案B解析藍牙通信的電磁波是無線電波，不是可見光，故A錯誤；藍牙通信的電磁波頻率高于手機通信的電磁波頻率，所以在真空中藍牙通信的電磁波波長比手機通信的電磁波波長短，故B正確；若兩束藍牙通信的電磁波頻率相同，相位差恒定，就會發(fā)生干涉，故C錯誤；藍牙通信的電磁波在真空中的傳播速度等于光速，故D錯誤。課時精練1．使用藍牙耳機可以接聽手機來電，藍牙通信的電磁波波段為(2.4～2.48)×109Hz。已知可見光的波段為(3.9～7.5)×1014Hz，則藍牙通信的電磁波()A．是藍光B．波長比可見光短C．比可見光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D．在真空中的傳播速度比可見光小答案C解析根據(jù)題意可知，藍牙通信的電磁波頻率低于可見光頻率，所以藍牙通信的電磁波不可能是藍光，故A錯誤；因為藍牙通信的電磁波頻率低于可見光頻率，根據(jù)c＝λf可知，波長比可見光長，故B錯誤；因為波長比可見光長，所以更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故C正確；所有電磁波在真空中傳播速度都為光速，是一樣的，故D錯誤。2．(2023·遼寧錦州市模擬)5G是“第五代移動通信技術(shù)”的簡稱，其最顯著的特點之一為具有超高速的數(shù)據(jù)傳播速率，5G信號一般采用3.3×109～6×109Hz頻段的無線電波，而第四代移動通信技術(shù)4G采用的是1.88×109～2.64×109Hz頻段的無線電波，則下列說法正確的是()A．空間中的5G信號和4G信號相遇會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B．5G信號比4G信號所用的無線電波在真空中傳播得更快C．5G信號相比于4G信號更不容易繞過障礙物，所以5G通信需要搭建更密集的基站D．5G信號比4G信號波長更長答案C解析空間中的5G信號和4G信號的頻率不同，不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，故A錯誤；5G信號與4G信號所用的無線電波在真空中傳播速度一樣，均等于光速，故B錯誤；5G信號相比于4G信號的頻率高，波長短，更不容易發(fā)生衍射，所以5G信號相比于4G信號更不容易繞過障礙物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，故C正確，D錯誤。3．(多選)下列關(guān)于無線電廣播要對電磁波進行調(diào)制的原因的說法中正確的是()A．經(jīng)過調(diào)制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領(lǐng)更強B．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播得更快C．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播的波長一定不變D．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播的波長可能改變答案AD解析調(diào)制是把要發(fā)射的信號“加”到高頻振蕩電流上去，頻率越高，傳播信息能力越強，A正確；電磁波在空氣中的傳播速度接近光速且恒定不變，B錯誤；由v＝λf，知波長與波速和傳播頻率有關(guān)，C錯誤，D正確。4．(多選)(2023·北京市海淀區(qū)期末)各種電磁波在日常生活和生產(chǎn)中已經(jīng)被大量應用了。關(guān)于電磁波的應用，下列說法中正確的有()A．控制電視、空調(diào)的遙控器使用的是紅外線B．銀行和商店用來鑒別大額鈔票真?zhèn)蔚尿炩n機使用的是X射線C．手機通話使用的是無線電波D．機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀使用的是紫外線答案AC解析控制電視、空調(diào)的遙控器使用的是紅外線，故A正確；銀行和商店用來鑒別大額鈔票真?zhèn)蔚尿炩n機使用的是紫外線，不是X射線，故B錯誤；手機通話使用的是無線電波，故C正確；機場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀使用的是X射線，不是紫外線，故D錯誤。5.(2023·河北省三模)如圖所示為某時刻LC振蕩電路所處的狀態(tài)，則該時刻()A．振蕩電流i在增大B．電容器上的電荷量增多C．磁場能正在向電場能轉(zhuǎn)化D．電容器兩極板間電壓在增大答案A解析圖示時刻電流流向負極板，可知極板所帶電荷量減小，即電容器在放電，振蕩電流增大，A正確；根據(jù)上述可知，電容器處于放電狀態(tài)，電容器上的電荷量減少，由C＝eq\f(Q,U)知，兩極板間電壓也在減小，B、D錯誤；根據(jù)上述，電容器處于放電狀態(tài)，電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化，C錯誤。6．(2023·浙江省稽陽聯(lián)誼學校聯(lián)考)金屬探測儀被很多考試的考場應用，從而營造了公平的考試環(huán)境。如圖甲為某一款金屬探測儀，探測儀內(nèi)部的線圈與電容器構(gòu)成LC振蕩電路，當探測儀檢測到金屬物體時，探測儀線圈的自感系數(shù)發(fā)生變化，從而引起振蕩電路中的電流頻率發(fā)生變化，探測儀檢測到這個變化就會驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響。在LC振蕩電路中，某時刻磁場方向如圖乙所示，且電容器上極板帶正電，下列說法正確的是()A．此時電容器中的電場能正在減小B．此時線圈中的自感電動勢正在減小C．此時電路中電流沿順時針方向且LC振蕩電路中電流減小D．若LC振蕩電路中的電感變小，其振蕩頻率也變小答案C解析題圖乙所示時刻，電容器正在充電，電荷量在增大，電路中電流沿順時針方向且在減小，減小得越來越快，線圈中的自感電動勢正在增大，電容器中的電場能正在增大，故A、B錯誤，C正確；若L減小，根據(jù)T＝2πeq\r(LC)，T減小，f增大，故D錯誤。7．(2023·山東泰安市模擬)關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是()A．紅外體溫計的工作原理是人的體溫越高，發(fā)射的紅外線越強，有時人體溫度較低，不發(fā)射紅外線，導致無法使用B．紫外線的頻率比可見光低，醫(yī)學中常用于殺菌消毒，長時間照射人體可能損害健康C．X射線、γ射線頻率較高，波動性較強，粒子性較弱，較難發(fā)生光電效應D．手機通信使用的是無線電波，其波長較長，更容易觀察到衍射現(xiàn)象答案D解析人體都會發(fā)射紅外線，A錯誤；紫外線的頻率比可見光高，B錯誤；X射線、γ射線頻率較高，波動性較弱，粒子性較強，較易發(fā)生光電效應，C錯誤；手機通信使用的是無線電波，其波長較長，更容易觀察到衍射現(xiàn)象，D正確。8．(2024·浙江寧波市光華學校開學考)某同學自己繞制天線線圈，制作一個最簡單的收音機，用來收聽中波的無線電廣播。他發(fā)現(xiàn)有一個頻率最高的中波電臺收不到，但可以接收其他中波電臺。為了收到這個電臺，他應該()A．增加線圈匝數(shù)B．減少線圈匝數(shù)C．換用其他材料的線圈D．換一個信號更好的位置答案B解析收不到高頻率的電臺信號，因此需要增加調(diào)諧電路的固有頻率，根據(jù)f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))可知，減少線圈匝數(shù)，會導致自感系數(shù)減小，從而使固有頻率增加，即應該減少線圈的匝數(shù)，故選B。9．(2023·重慶市模擬)某收音機中的LC振蕩電路，由固定線圈和可調(diào)電容器組成，能夠產(chǎn)生頻率范圍為f到kf(k>1)的電磁振蕩?？烧{(diào)電容器的最大電容和最小電容之比為()A．k4B．k3C．k2D．k答案C解析根據(jù)LC振蕩電路的固有頻率公式f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，可得電容C＝eq\f(1,4π2f2L)。所以當頻率范圍為f到kf(k>1)時，可調(diào)電容器的最大電容和最小電容之比為eq\f(Cmax,Cmin)＝eq\f(\f(1,4π2f2L),\f(1,4π2kf2L))＝k2，故選C。10．(多選)(2023·廣東佛山市三模)如圖(a)所示的LC振蕩電路中，電容器C極板上的帶電荷量q隨時間t變化的規(guī)律如圖(b)所示，則該振蕩電路()A．0～1×10－6s電容器處于放電過程B．t＝2×10－6s時磁場能最大C．增大電容器C的板間距，則周期會增大D．t＝4×10－6s時，電路中電流為零答案AD解析由題圖(b)可知，0～1×10－6s電容器極板上電荷量減少，所以電容器處于放電過程，故A正確；同理，t＝2×10－6s時電容器極板上電荷量達到峰值，極板間的電場能最大，此時磁場能最小，故B錯誤；根據(jù)C＝eq\f(εrS,4πkd)可知增大電容器的板間距，電容器的電容減小，根據(jù)T＝2πeq\r(LC)可知周期會減小，故C錯誤；根據(jù)I＝eq\f(q,t)可知q－t圖線的斜率表示電路中的電流，所以t＝4×10－6s時，電路中電流為零，故D正確。11．(2024·江蘇省模擬)為了測量儲液罐中液體的液面高度，有人設計了如圖所示裝置。當開關(guān)S從a撥到b時，由電感L與電容C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生振蕩電流而向外輻射電磁波，再使用調(diào)諧電路來接收甲振蕩電路中的電磁波，這樣就可通過測量乙中接收頻率而獲知甲中的發(fā)射頻率，進而再獲知電容C的值(L值已知)，從而測量油罐內(nèi)的液面高度。下列分析判斷正確的是()A．該裝