高中人教物理选择性必修二专题18 电磁波-学生版

1、专题18 电磁波（教师版）一、目标要求目标要求重、难点LC振荡电路电磁波的产生与特点重点电磁波的应用重点二、知识点解析1电磁波的发现19世纪中叶，英国物理学家麦克斯韦总结前人对电磁波规律的研究，建立了经典电磁场理论他提出：变化的磁场周围存在电场，变化的电场周围存在磁场，如图1所示图1麦克斯韦预言：若空间中存在周期性变化的磁场，它就会激发出周期性变化的电场；而这个周期性变化的电场又会激发出新的周期性变化的磁场于是变化的磁场和变化的电场交替出现，由近及远地向周围传播，这样就形成了电磁波如图2所示，这个预言由德国物理学家赫兹用实验证实从图2还可以看出，电场与磁场相互垂直，且均与传播方向垂直，因此电磁

2、波是横波；经赫兹测量证明，电磁波的传播速度为光速c图22电磁振荡(1)LC振荡电路要产生持续的电磁波，则需要变化的电磁场；要产生变化的电磁场，需要变化的电流；这里介绍一种激发电磁波的装置LC振荡电路如图3所示，单刀双掷开关S先接通1，使电容器充电，之后再接通2回路中电流、极板所带电荷量以及能量转变如下表所示图3放电过程充电过程放电过程充电过程原理线圈的自感现象回路电流方向逆时针逆时针顺时针顺时针电流大小变化逐渐增至最大逐渐减小至零逐渐增至最大逐渐减小至零极板电性上正下负上负下正上负下正上正下负电量大小变化逐渐减小至零逐渐增至最大逐渐减小至零逐渐增至最大能量转变电场能逐渐减小至零，磁场能逐渐增至

3、最大电场能逐渐增至最大，磁场能逐渐减小至零电场能逐渐减小至零，磁场能逐渐增至最大电场能逐渐增至最大，磁场能逐渐减小至零电容器上所带电荷量（上极板）和回路中电流变化（顺时针为正）如图4所示图4因为电容器和线圈的反复充放电，使得回路中出现了周期性变化的交变电流，我们将这种频率很高的交变电流称为振荡电流，因回路中出现了振荡电流，因此LC振荡电路激发了电磁波若能持续地为振荡电路补充能量，则可以形成稳定的电磁波(2)振荡电路的周期和频率定义：振荡电路完成一次周期性变化所需时间称为一个周期，1 s内完成周期性变化的振荡次数称为频率，若不计能量损失，也无外界影响，这时的周期和频率也称振荡电路的固有周期和固有

4、频率表达式：，3电磁波的应用(1)电磁波谱电磁波的波速、频率和波长满足，其中c是真空中的光速电磁波变化范围很广，按波长或频率大小顺序将电磁波排列成谱，称为电磁波谱，如图5所示图5(2)电磁波的应用无线电波：即图5中的长波、中波、短波和微波，长波、中波和短波主要用于通信、广播及其他信号传输；微波可以引起食物中水分子的共振，从而使水分子热运动加剧，食物的温度升高红外线：所有物体都向外辐射红外线，温度越高的物体，红外辐射越强；红外线可以应用于遥感技术，如家庭中电视和空调遥控器等可见光：人眼可以感知的电磁波称为可见光紫外线：太阳光中有许多紫外线，适当地照射太阳光可以促进人体钙的吸收，但过强的紫外线会伤

5、害眼睛和皮肤；紫外线的能量较高，能够破坏细胞核中的物质，因此可以利用紫外线消毒杀菌；某些物质在紫外线照射下会发出荧光，根据这一点可以设计防伪标志X射线：X射线对生命物质有较强的作用，长时间照射X射线会引起生物体的病变；X射线能够穿透物质，可以用来检验人体内部器官；工业生产也利用X射线检测金属元件内部缺陷；机场等地安检时利用X射线可以轻易检测出箱内的物品射线：具有极高的能量，可以破坏生命物质，因此医学上利用射线杀伤癌变细胞；射线穿透能力极强，也可以检验金属元件内部的缺陷三、考查方向题型1：电磁波的产生和特点典例一：（多选）关于电磁波，下列叙述中正确的是()A电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光

6、速B电磁波和机械波一样依赖于媒质传播C电磁波中每一处电场强度方向和磁感应强度方向总是相互垂直，并且与波的传播方向也垂直D只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波题型2：机械波和电磁波的区别典例二：（多选）关于对机械波和电磁波的认识，以下说法正确的是()A机械波和电磁波的传播都需要介质B机械波和电磁波在同一种介质中传播的速度是相同的C机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象，都具有波的特性D机械波可能是横波也可能是纵波，而电磁波都是横波题型3：电磁振荡和LC振荡电路典例三：（2020年1月浙江选考）如图所示，单刀双掷开关 S 先打到 a 端电容器充满电。 t 0 时开关

7、 S 打到 b 端，t 0.02s 时， LC 回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则（ ）A. LC 回路中的周期为0.02sB. LC 回路中电流最大时电容器中电场能最大C. t 1.01s 时线圈中磁场能最大Dt 1.01s 时回路中的电流沿顺时针方向题型4：电磁波的应用典例四：（2020高考北京卷）随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相比，5G使用的电磁波（ ）A.光子能量更大B.衍射更明显 C.传

8、播速度更大D.波长更长四、模拟训练一、基础练习1.（多选）关于电磁场和电磁波，正确说法是()A电磁波传播速度总是 3108 m/sB电磁波是一种物质，可以在真空中传播C电场和磁场总是相互联系，它们统称为电磁场D光是一种电磁波2.（多选）关于电磁波，下列说法中正确的是()A电磁波是由不均匀变化的电场和磁场产生的B电磁波是横波C电磁波不能在真空中传播D电磁波在不同介质中传播时的速度大小不变3.（多选）关于电磁波，下列说法正确的是()A电磁波和机械波都可以在真空中传播B电磁波和机械波都能产生多普勒效应C电磁波中电场强度和磁感应强度随时间和空间做周期性的变化D以下三种电磁波按频率由高到低排序为：无线电

9、波、紫外线、射线4.（多选）如图所示的LC振荡电路中，某瞬间电流如箭头所示，且正在增大，则()A这时电容器A极板带负电荷，B板带正电荷B电容器中电场能正在增加C线圈中磁场能正在增加D线圈中感应电动势正在减少5.在LC振荡电路中，用以下的哪种办法可以使振荡频率增大一倍()A自感L和电容C都增大一倍B自感L增大一倍，电容C减小一半C自感L减小一半，电容C增大一倍D自感L和电容C都减小一半6.（多选）图1为LC振荡电路若规定如图1所示方向为电流的正方向，振荡电路中产生的振荡电流的图象如图2所示由图象可知()A在t1时刻，电容器所带的电荷量最大B在t2时刻，电容器内的电场能最大C在t3时刻，电感线圈的

10、磁场能最大D在t4时刻，电容器两个极板间的电压最大7.如图所示为某时刻LC振荡电路所处的状态，则该时刻()A振荡电流i在增大B电容器正在放电C磁场能正在向电场能转化D电场能正在向磁场能转化8.（多选）LC电路中电容两端的电压u随时刻t变化的关系如图所示，由图可知()A在t1时刻，电路中的电流最大B在t2时刻，电路的磁场能最大C从t2时刻至t3时刻，电路的电场能不断增大D从t3时刻至t4时刻，电容器的带电荷量不断增大9.（多选）对于红外线的产生和作用，下列叙述正确的是()A物体都在不停地辐射红外线B红外线有很强荧光作用C红外线最显著的作用是热作用D红外线比紫外线更易穿过烟尘10.电磁波无处不在，

11、我们身边的广播、电视、移动通信都与电磁波有着密不可分的联系，WiFi、非接触式公交卡、导航、雷达、微波加热、射电天文学、遥感遥测也都与电磁波有关频率是电磁波的一个重要参量，不同频率的电磁波在空中互不干扰，保证了各项无线电应用的顺利开展例如，我国自主建立的北斗导航系统所使用的电磁波频率约为1561 MHz；家用微波炉加热食物所使用的电磁波频率约为2450 MHz；家用5GWiFi所使用的电磁波频率约为5725 MHz对于家用5GWiFi的信号，下列说法中正确的是()A一定不会产生偏振现象B从一个房间穿越墙壁进入另一个房间后，频率保持不变C与北斗导航信号叠加时，将产生明显的干涉现象D与微波炉所使用

12、的微波相比，更容易产生明显衍的射现象11.利用所学物理知识，可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理及相关问题 IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路公交车上的读卡机(刷卡时“嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输下列说法正确的是()AIC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池B仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时，IC卡才能有效工作C若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L中不会产生感应电流DIC卡只能接收读卡机发射的电磁波，而不能向读卡机传输自身的数据信息1

13、2.麦克斯韦的电磁场理论指出：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场电场和磁场在空间的交替传播就形成了电磁波从1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在至今，电磁波已经与我们的生活紧密相关：机场安检门使用频率为7 kHz的电磁波，GPS定位系统使用频率为10.23 MHz(1 MHz=106 Hz)的电磁波，手机工作时使用频率为8001900 MHz的电磁波，无线WiFi使用频率为2.4 GHz(1 GHz=109 Hz)的电磁波，地铁行李安检时使用频率为1018 Hz的电磁波根据图中给出的电磁波谱和相关信息，下列说法正确的是()A手机工作时使用的电磁波是纵波B机场安检门使用的电磁波只能在空气中传

14、播C地铁行李安检时使用的电磁波是利用了电磁波的穿透本领D无线WiFi使用的电磁波比GPS定位系统使用的电磁波更容易发生衍射现象13.微波炉是用微波来加热食品的工具微波是一种电磁波，它一碰到金属就会发生反射，金属不吸收也不传导微波；微波穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料时几乎不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被食物吸收微波炉正是利用微波的这些特性来工作的微波炉的外壳用不锈钢金属材料制成，可以阻挡微波丛炉内逸出，以免影响人们的身体健康装食物的容器则用绝缘材料制成微波炉的磁控管是个微波发生器，它能产生每秒钟振动频率为2450 MHz的微波，这种微波能穿透食物达5 cm深，并使

15、食物中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是食物“煮”熟了根据上述信息，下列说法正确的是()A微波炉利用的是电流的热效应加热食品B微波炉利用的是电磁感应现象C微波炉加热时，不能使用金属容器D微波可能是纵波二、提升练习1.（2020高考天津卷）新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较（ ）A红外线的光子能量比紫外线的大B真空中红外线的波长比紫外线的长C真空中红外线的传播速度比紫外线的大D红外线能发生偏振现象，而紫

16、外线不能2.（2020年7月浙江选考）在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图所示。下列说法正确的是（ ）A当体温超过37.3 时人体才辐射红外线B当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线C红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的D红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的3.（2020高考江苏物理多选）电磁波广泛应用在现代医疗中.下列属于电磁波应用的医用器械有（ ）A.杀菌用的紫外灯 B.拍胸片的X光机C.治疗咽喉炎的超声波雾化器 D.检查血流情况的“彩超”机4.（2018江苏物理多选）梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波，该电磁波（ ）A是横波B不能在真空中传播C只能沿着梳子摇动的方向传播D在空气中的传播速度约为3108m/s5.（全国理综多选）关于电磁波，下列说法正确的是_。A电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度垂直D利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输E电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失6.（北京高考理综）下列说法正确的是（ ）A.电磁波在真空中以光速c传播 B.在空气中传播的声波是横波C.声波只能在空气中传播