【讲与练】高中物理人教版(2019)选择性必修2：第4章电磁振荡与电磁波章末小结学案

章末小结一、电磁振荡过程分析1．分析两类物理量：电荷量Q决定了电场能的大小，电容器极板间电压U、电场强度E、电场能EE的变化规律与Q的变化规律相同；振荡电流i决定了磁场能的大小，线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ、磁场能EB的变化规律与i的变化规律相同。2．两个过程：放电过程电荷量Q减小，振荡电流i增加；充电过程电荷量Q增加，振荡电流i减小。3．两个瞬间：放电完毕瞬间Q＝0，i最大；充电完毕瞬间i＝0，Q最大。典例1(2023·湖南高二期中)飞机失事后，为了分析事故的原因，必须寻找黑匣子，而黑匣子在30天内能以一定的频率自动发出信号，人们就可利用探测仪查找黑匣子发出的电磁波信号来确定黑匣子的位置。如图是黑匣子中电磁波发射电路中的LC电磁振荡电路，某时刻电路中电流的方向和电容器上、下极板带电情况如图所示。下列关于LC电磁振荡电路的说法中错误的是(B)A．线圈中的电流正在变大且磁场方向向上B．电容器极板间的电势差正在变大且板间的电场方向向上C．若增大线圈的自感系数L，则发射的电磁波频率变小D．若减小电容器的电容，则发射的电磁波波长变短解析：由图可知电容器正在放电，电流变大，线圈中的磁场方向向上且电流正在变大，故A正确，不符合题意；电容器中的电场方向向上，由于电容器正在放电，则电荷量减小，即板间电势差正在减小，故B错误，符合题意；若L变大，根据f＝eq\f(1,2π\r(LC))则发射的电磁波频率变小，故C正确，不符合题意；若电容器的C减小，根据λ＝cT＝2πceq\r(LC)则发射的电磁波波长变短，故D正确，不符合题意。二、电磁波与机械波的比较1．电磁波和机械波的共同点(1)二者都能发生干涉和衍射；(2)介质决定二者的传播速度；(3)二者在不同介质中传播时频率不变。2．电磁波和机械波的区别(1)二者本质不同电磁波是电磁场的传播，机械波是质点机械振动的传播。(2)传播的机理不同电磁波的传播机理是电磁场交替感应，机械波的传播机理是质点间的机械作用。(3)电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质。(4)电磁波是横波。机械波既有横波又有纵波，甚至有的机械波同时具有横波和纵波，例如地震波。典例2(2022·吉林洮南市高二期中)关于手机发出的无线电波与蝙蝠发出的超声波的说法正确的是(A)A．无线电波传播不需要介质，超声波传播需要介质B．无线电波在任何介质中传播速率都相同，超声波在同一种介质中传播速率都相同C．无线电波和超声波在真空中传播的速度都是3×108m/sD．无线电波和超声波都是电磁波，无线电波的频率大于超声波的频率解析：无线电波是电磁波，传播不需要介质，超声波是机械波，传播需要介质，故A正确，D错误；无线电波在介质中的传播速率与介质和频率都有关，超声波传播速率只与介质有关，故B错误；无线电波在真空中传播的速度是3×108m/s，超声波在真空中不能传播，故C错误。三、电磁波谱各种不同的电磁波既有共性，又有个性。共性：它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，都满足公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3×108m/s，它们的传播都不需要介质，各波段之间的区别并没有绝对的意义。个性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性。波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短观察干涉、衍射现象越困难，正是这些不同的特性决定了它们不同的用途。典例3(2023·江苏高二期中)如图所示，后车安装了“预碰撞安全系统”，其配备的雷达会发射毫米级电磁波(毫米波)，并对前车反射的毫米波进行运算，则(D)A．毫米波的频率比可见光高B．毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象C．经前车反射后毫米波的速度将比反射前大D．前车的金属尾板遇到毫米波时会产生极其微弱的感应电流解析：从电磁波谱的顺序可知毫米波的频率比可见光低，故A错误；毫米波的波长远小于车的大小，所以遇到前车时不会发生明显衍射现象，故B错误；电磁波在空中传播的速度不会变化，故C错误；电磁波实质是相互激发的电磁场，变化的磁场作用在前面汽车的金属尾板，一定会产生电流，故D正确。一、高考真题探析典题(2021·浙江卷，8)大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接收的微波功率达到250W/m2时会引起神经混乱，达到1000W/m2时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器，其发射功率P＝3×107W。若发射的微波可视为球面波，则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离约为(B)A．100m25m B．100m50mC．200m100m D．200m50m解析：设微波有效攻击范围为r时单位面积接收微波功率为P′＝eq\f(P,S)＝eq\f(P,4πr2)，解得r＝eq\r(\f(P,4πP′))则引起神经混乱时有r1＝eq\r(\f(P,4πP′1))＝eq\r(\f(3×107,4×3.14×250))m≈100m引起心肺功能衰竭时有r2＝eq\r(\f(P,4πP′2))＝eq\r(\f(3×107,4×3.14×1000))m≈50m所以B正确，A、C、D错误。二、进考场练真题1．(多选)(2020·江苏卷，18)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(AB)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”机解析：紫外线的频率高，能量强，所以用于杀菌，属于电磁波的应用，A正确；X光的穿透能力较强，所以用于拍胸片，属于电磁波的应用，B正确；超声波雾化器是超声波的应用，与电磁波无关，C错误；彩超属于超声波的应用，与电磁波无关，D错误。2．(2020·北京卷，3)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)A．光子能量更大 B．衍射更明显C．传播速度更大 D．波长更长解析：因为5G使用的电磁波频率比4G高，可知5G使用的电磁波比4G光子能量更大，故A正确；发生明显衍射的条件是障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小；因5G使用的电磁波频率更高，即波长更短，故5G更不容易发生明显衍射，故B错误；光在真空中的传播速度都是相同的，光在介质中的传播速度为v＝eq\f(c,n)，5G的频率比4G高，而频率越大折射率越大，光在介质中的传播速度越小，故C错误；因5G使用的电磁波频率更高，波长更短，故D错误。3．(2020·浙江卷，4)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(D)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解析：凡是温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射，故人体一直都会辐射红外线，故A错误，B错误；红外体温计是依据人体辐射红外线的强度高低来测体温的，并不是靠体温计发射的红外线来测体温的，故C错误，D正确。4．(2020·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(B)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，而紫外线不能解析：因为红外线的频率小于紫外线，根据E＝hν，可知红外线的光子能量比紫外线的低，故A错误；根据ν＝eq\f(c,λ)，可知红外线的波长比紫外线的波长长，故B正确；真空中红外线和紫外线的传播速度是一样的，故C错误；光都具有偏振现象，故D错误。故选B。5．(2020·浙江卷)如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t＝0时开关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(C)A．LC回路的周期为0.02sB．LC回路的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D．t＝1.01s时回路中电流沿顺时针方向解析：以顺时针电流为正方向，LC电路中电流和电荷量变化的图像如下：t＝0.02s时电容器下极板带正电荷且最大，根据图像可知周期为T＝0.04s，故A错误；根据图像可知电流最大时，电容器中电荷量为0，电场能最小为0，故B错误；1.01s时，经过25eq\f(1,4)T，根据图像可知此时电流最大，电流沿逆时针方向，说明电容器放电完毕，电能全部转化为磁场能，此时磁场能最大，故C正确，D错误。故选C。6．(多选)(2021·福建卷)以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是(BD)A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程解析：由题知，“奋斗者”号与“探索一号”通信是通过水声通信，声波属于纵波，故A错误；由题知，“奋斗者”号与“沧海”号通信是通过无线蓝绿光通信，电磁波属于横波，故B正确；因为太空中没有介质，故机械波无法传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁波来实现，故C错误；传递信息的过程也是传递能量的过程，故“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程，故D正确。故选BD。7．(2020·江苏卷，20)国际宇航联合会将202