第十三章 第3讲 电磁振荡与电磁波-2025届高三一轮复习物理

第十三章交变电流电磁振荡电磁波传感器第3讲电磁振荡与电磁波对应学生用书P309考点一电磁振荡1.产生:在LC振荡电路中,电容器不断地充电和放电,就会使电容器极板上的电荷量q、电路中的电流i、电容器内的电场强度E、线圈内的磁感应强度B发生①的变化,这种现象就是②。

2.周期和频率周期:T=③。

频率:f=④(其中L指自感系数,C指电容)。

答案①周期性②电磁振荡③2πLC④1如图所示的实验装置,将开关S掷向1,先给电容器充电,再将开关掷向2,从此时起,电容器通过线圈放电,思考并探究下面的问题:(1)线圈中是否会产生自感电动势?自感电动势产生什么效果?(2)画出线圈中的电流i、电容器上的电荷量q随时间变化的图像。答案(1)线圈中的电流发生变化时,线圈中会产生自感电动势,阻碍线圈中电流的变化;放电过程线圈中的电流逐渐增大,电容器上的电荷逐渐减少。当线圈中的电流减小时,会对电容器充电。(2)如图所示。角度1电磁振荡的产生及能量变化(2024届东莞期中)如图1所示,在LC振荡电路中,通过P点的电流i变化规律如图2所示,若把通过P点向右的方向规定为电流i的正方向,则()。A.0.5s到1s时间内,电容器在放电B.0.5s至1s时间内,电容器的上极板带正电C.1s至1.5s时间内,Q点的电势比P点的电势高D.t=0.5s时电路中电场能最大,磁场能最小答案C解析0.5s至1s时间内,振荡电流是充电电流,此段时间电容器的上极板带负电,A、B两项错误;1s至1.5s时间内,振荡电流是放电电流,电流为负值,所以Q点的电势较高,C项正确;t=0.5s时电流最大,磁场能最大,电路中电场能最小,D项错误。角度2电磁振荡的周期与频率(多选)图1为某种车辆智能道闸系统的简化原理图:预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路,当车辆靠近地感线圈时,线圈自感系数变大,使得振荡电流频率发生变化,检测器将该信号发送至车牌识别器,从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图2所示,则下列有关说法正确的是()。A.t1时刻电容器间的电场强度为最小值B.t1~t2时间内,电容器处于充电过程C.汽车靠近线圈时,振荡电流频率变小D.从图2波形可判断汽车正靠近地感线圈答案ABC解析t1时刻电流最大,线圈中磁场能最大,电容器中电场能最小,电容器间的电场强度为最小值,A项正确;t1~t2时间内,电流逐渐减小,线圈中磁场能减小,电容器中电场能增大,电容器处于充电过程,B项正确;当车辆靠近地感线圈时,线圈自感系数变大,根据T=2πLC可知周期变大,频率变小,C项正确;从图2波形可知周期越来越小,频率越来越大,汽车正远离地感线圈,D项错误。考点二电磁场、电磁波1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生①;变化的电场能够在周围空间产生②。

2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播,形成③。

(2)电磁波的传播不需要④,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速)。

(3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越⑤。

(4)v=⑥,f是电磁波的频率。

3.电磁波的发射与接收(1)发射电磁波需要开放的高频振荡电路,并对电磁波根据信号的强弱进行⑦(两种方式:调幅、调频)。

(2)接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路,再把信号从高频电流中⑧出来,调幅波的解调也叫⑨。

4.电磁波谱按照电磁波的⑩或波长的大小顺序把它们排列成谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、、紫外线、X射线、γ射线。

答案①电场②磁场③电磁波④介质⑤小⑥λf⑦调制⑧解调⑨检波⑩频率可见光1.对麦克斯韦电磁场理论的理解2.电磁波与机械波的比较名称项目电磁波机械波产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生传播介质不需要介质(真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)波的种类波横波既有横波也有纵速度特点由介质和频率决定,在真空中等于光速(c=3×108m/s)仅由介质决定能量都能携带能量并传递能量速度公式v=λf遵循规律都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象角度1麦克斯韦电磁场理论的理解某电路中电场随时间变化的图像如下图所示,其中能发射电磁波的电场是()。ABCD答案D解析电场不随时间变化,不会产生磁场,A项不符合题意;电场随时间均匀变化,只能在周围产生稳定的磁场,也不会产生和发射电磁波,B、C两项不符合题意;电场随时间做不均匀的变化,能在周围空间产生变化的磁场,而这磁场的变化也是不均匀的,又能产生变化的电场,从而交织成一个不可分割的统一体,即形成电磁场,才能发射电磁波,D项符合题意。角度2无线电波的发射和接收在无线电波的接收中,调谐和检波是两个必须经历的过程,下列关于接收过程的顺序,正确的是()。A.调谐→高频放大→检波→音频放大B.检波→高频放大→调谐→音频放大C.调谐→音频放大→检波→高频放大D.检波→音频放大→调谐→高频放大答案A解析在无线电波的接收中,首先要选择出所需要的电磁波——调谐,然后经高频放大后,再将音频信号提取出来——检波,最后再进行音频放大,A项正确。(2024届宁波模拟)某同学自己绕制天线线圈,制作一个最简单的收音机,用来收听中波的无线电广播。他发现有一个频率最高的中波电台收不到,但可以接收其他中波电台。为了收到这个电台,他应该()。A.增加线圈匝数B.减少线圈匝数C.往线圈中插入铁芯D.换一个信号更好的位置答案B解析收不到高频率的电台信号,因此需要增加调谐电路的固有频率,根据f=12πLC可知,减小线圈匝数,会导致自感系数减小,从而导致固有频率增加,即应该减少线圈的匝数,而往线圈中插入铁芯,会导致自感系数增大,角度3电磁波特点及应用电磁波谱的分析及应用电磁波谱频率变化规律波长变化规律特性应用递变规律无线电波波动性强,易发生明显衍射无线电技术红外线热效应红外遥感可见光引起视觉照明、摄影紫外线化学效应、荧光效应、灭菌消毒医用消毒、防伪X射线贯穿本领强医用透视γ射线贯穿本领最强工业探伤、医用治疗(2024届海淀二模)关于电磁波的应用,下列说法正确的是()。A.雷达可以利用反射电磁波定位,是因为其工作波段的电磁波衍射效应较为明显B.移动电话选择微波作为工作波段,是因为微波比其他波段的电磁波的波速更快C.X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构,是因为X射线的波长与原子间距相近D.工程上用γ射线探测金属内部缺陷,是因为γ射线具有频率高、波动性强的特点答案C解析雷达可以利用反射电磁波定位,是因为其工作波段的电磁波衍射效应不明显,A项错误;真空中微波和其他波段的电磁波的波速一样,都为光速,B项错误;X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构,是因为X射线的波长与原子间距相近,C项正确;工程上用γ射线探测金属内部缺陷,是因为γ射线具有频率高、波动性弱的特点,D项错误。(2024届泉州期末)(多选)国产新能源汽车安装了“防撞预警安全系统”。新能源汽车配备的雷达会发射毫米级电磁波(简称“毫米波”),并对前车反射的毫米波进行处理,比较频率变化情况。下列关于毫米波和防撞系统的说法正确的是()。A.毫米波是横波B.毫米波不能在真空中传播C.毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象D.该系统运用了多普勒效应答案AD解析雷达发射的毫米级电磁波是横波,A项正确;毫米波作为电磁波,能在真空中传播,B项错误;毫米波由于波长较短,遇到前车时,不会发生明显衍射现象,C项错误;该系统对前车反射的毫米波进行处理,比较频率变化的情况,运用了多普勒效应,D项正确。见《高效训练》P1051.(2024届梅州期末)下列关于电磁波的说法正确的是()。A.只要有磁场就能产生电磁波B.电磁波不能在真空中传播C.麦克斯韦预言了电磁波的存在D.法拉第用实验证实了电磁波的存在答案C解析如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那么它就在空间引起周期性变化的磁场,于是变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播,就形成电磁波,故只要有磁场就能产生电磁波的说法是错误的,A项错误;电磁波可以在真空中传播,B项错误;麦克斯韦预言了电磁波的存在,C项正确;赫兹用实验证实了电磁波的存在,D项错误。2.(2024届广东联考)行车安全越来越被人们所重视,现在许多车企都在汽车上配置有自动紧急刹车系统(AEB)。该系统主要分为控制模块、测距模块和制动模块,利用微波雷达、图像识别技术和红外摄像头,可以将道路的图像和路况实时传递给控制模块,在紧急情况下,由车载微处理器发出控制命令,自动采取制动措施,保证车辆安全。微波的波长范围在0.001m~10m,下列说法正确的是()。A.产生微波的LC振荡电路中,要想增大振荡周期,可以增大电容器的电容CB.微波只能在空气中传播而不能在真空中传播C.微波遇到障碍物时,只能发生反射现象而不能发生衍射现象D.微波遇到障碍物时,只能发生衍射现象而不能发生反射现象答案A解析根据T=2πLC,可知要想增大振荡周期,可以增大电容器的电容C,A项正确;微波的传播可以不需要传播介质,它既可以在空气中传播,也可以在真空中传播,B项错误;微波遇到障碍物时,既可以发生衍射现象也可以发生反射现象,C、D两项错误。3.蓝牙和NFC是手机里常见的模块,蓝牙工作频段在2400MHz~2483.5MHz,NFC工作于13.56MHz频率,下图为电磁波谱,则下列说法正确的是()。A.蓝牙和NFC应用的都是无线电中波波段B.和NFC相比,蓝牙应用的电磁波波长较短C.和NFC相比,通过同一障碍物时蓝牙应用的电磁波衍射现象更明显D.和NFC相比,蓝牙应用的电磁波在真空中的传播速度更大答案B解析蓝牙使用的是无线电短波波段,NFC应用的是无线电中波波段,A项错误;蓝牙应用的电磁波频率较高,波长更短,B项正确;通过同一障碍物时,波的波长越长,衍射现象越明显,故NFC应用的电磁波较蓝牙的衍射现象更明显,C项错误;电磁波在真空中传播的速度都是c,D项错误。4.(2024届德清期中)电磁波在科学研究和日常生活中有着广泛的应用。如图所示,关于电磁波的应用,以下说法正确的是()。A.图1中经过调制后的电磁波的波长不变B.图2中天文学家利用射电望远镜接收超声波,进行天体物理研究C.图3中红外线夜视仪利用了红外线的衍射现象D.图4中CT机应用人体发射红外线的原理拍摄人体组织答案A解析图1中为调幅波,不影响频率,故波长不变,A项正确;图2中天文学家利用射电望远镜接收无线电波,进行天体物理研究,B项错误;红外线夜视仪利用了红外线的热效应,C项错误;CT机通过X射线拍摄人体组织,D项错误。5.(2024届武汉期中)“小蜜蜂”是老师上课常用的扩音设备,随着无线电技术的应用,很多老师用上了蓝牙“小蜜蜂”(蓝牙属于电磁波),麦克风与扩音器不用导线连接,老师拿着麦克风在教室中间说话,放在讲台上的扩音器也能工作。下列说法正确的是()。A.“小蜜蜂”只能接收来自麦克风的信号B.麦克风发出蓝牙信号是因为其中有恒定电流产生的磁场C.均匀变化的电场可以产生电磁波D.麦克风回路可通过减小发射电磁波的波长来提高LC振荡电路发射电磁波的本领答案D解析因为蓝牙属于电磁波,周围空间存在其他电磁波信号,所以“小蜜蜂”不只接收到了来自麦克风的信号,A项错误;恒定的电流产生恒定的磁场,不能产生电磁波信号,B项错误;均匀变化的电场可以产生稳定的磁场,不能产生电磁波,C项错误;减小发射电磁波的波长,则会提高频率,可以提高LC振荡电路发射电磁波的本领,D项正确。6.(2024届金华期末)某兴趣小组设计了一款金属探测仪,其原理图如图所示,探测仪内部的线圈与电容器构成LC振荡电路,当探测仪检测到金属物体时,探测仪线圈的自感系数发生变化,从而引起振荡电路中的电流频率发生变化,探测仪检测到这个变化就会驱动蜂鸣器发出声响。已知某时刻,电流的方向由b流向a,且电流正在增强,则()。A.该时刻电容器下极板带正电荷B.在电流增强过程中,线圈的自感电动势在减小C.探测仪逐渐靠近金属探测时,其线圈的自感系数增大,振荡电流的频率升高D.若探测仪在金属表面附近,并保持相对静止,则金属中不会产生感应电流答案B解析某时刻,电流的方向由b流向a,且电流正在增大,电容器正处于放电过程,上极板带正电荷,A项错误;电流的方向由b流向a,且电流正在增大,电流增大得越来越慢,则线圈的自感电动势正在减小,B项正确;当探测仪靠近金属时,相当于给线圈增加了铁芯,所以其自感系数L增大,根据公式f=12πLC可知,其自感系数L增大时振荡电流的频率降低,C项错误;电流正在增大,虽然探测仪与金属保持相对静止,金属也会产生感应电流7.(2024届威海期末)把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关连成图1所示的电路,把电压传感器的两端连在电容器的两个极板上。先把开关置于电源一侧,为电容器充电;稍后再把开关置于线圈一侧,使电容器通过线圈放电。观察计算机显示器显示的电压的波形如图2所示。下列说法正确的是()。A.电压最大时,磁场能也最大B.第三个四分之一周期内,电路中的电流逐渐增大C.图2振幅逐渐减小的主要原因是电路产生热量D.将电感L和电容C都变为原来的2倍,则电压的变化周期变为原来的4倍答案B解析电压最大时,磁场能最小,为零,A项错误;由题图2可看出,第三个四分之一周期内,电路中的电压减小,说明电容器在放电,电路中的电流逐渐增大,B项正确;题图2振幅逐渐减小的主要原因是电路向外发射电磁波,电路中的能量在耗散,C项错误;根据T=2πLC,可知将电感L和电容C都变为原来的2倍,则电压的变化周期变为原来的2倍,D项错误。8.(改编)(多选)如图所示,电源电动势为E,电容器的电容为C,线圈的电感为L。将开关S从a拨向b,经过一段时间后电容器放电完毕。则()。A.电容器的放电时间为12πB.电容器的放电时间为πLCC.放电电流的平均值为ED.放电电流的平均值为2答案AD解析电容器放电时间为14T,与电源电动势无关,即t=14×2πLC=12πLC,A项正确,B项错误;在14T内电流平均值I=ΔqΔt=CEπ9.(2024届贵阳联考)为了测量储罐中不导电液体的高度,将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中,电容C可通过开关S与电感L或电源相连,如图所示。当开关从a拨到b时,由电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流。现知道平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定的条件下,平行板电容器的电容与两极板间是否有电介质存在着确定的关系,当两极板间充入电介质时,电容增大。下列描述正确的是()。A.开关从a拨到b后,测得的LC回路振荡电流的振幅逐渐增大B.开关从a拨到b后,测得的LC回路振荡电流的振幅保持不变C.当储罐内的液面高度降低时,测得的LC回路振荡电流的频率会增大D.当储罐内的液面高度升高时,测得的LC回路振荡电流的频率会增大答案C解析开关从a拨到b后,LC回路有能量损失,振幅逐渐减小,A、B两项错误;平行板电容器的电容C=εrS4πkd,当储罐内的液面高度升高时,相当于插入电介质,介电常数εr增大,则电容增大,根据LC回路的振荡频率表达式f=12πLC可知,电容增大,频率减小,同理当储罐内的液面高度降低时,10.(2024届潍坊期中)如图所示,电路中电容器的电容为C,电感线圈的电感为L,电阻忽略不计。闭合开关S,待电路达到稳定状态后断开开关S,LC电路中将产生电磁振荡。断开开关的时刻t=0,则从t1=π2LC到t2=πLC这段时间内(A.线圈中的电流方向由a到bB.磁场能正在转化为电场能C.电容器两端电压逐渐增大D.线圈中