13.3第十三章交变电流与电磁波第53课时电磁振荡与电磁波讲义人教版高三物理一轮大单元考点题

目录TOC\o"13"\h\z\u第53课时电磁振荡与电磁波 1考点一电磁波及其应用 1题型1：电磁波的发现与产生原理 2题型2：电磁波的发射、传播、和接收 3题型3：电磁波谱 3题型4：电磁波其他应用 4考点二电磁振荡及其应用 6题型：LC振荡电路 7巩固训练·提升能力 9考点一电磁波及其应用必备知识·回顾梳理1.电磁振荡（1）振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。（2）振荡电路：产生振荡电流的电路。由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。（3）电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器不断地充电和放电，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。（4）电磁振荡中的能量变化：电容器放电过程，电场能逐渐转化为磁场能；电容器充电过程，磁场能逐渐转化为电场能。在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。（5）电磁振荡的周期和频率：周期：T＝2πeq\r(LC)；频率：f＝eq\f(1,2π\r(LC))(其中L指线圈的自感系数即电感，C指电容器的电容)。2.电磁场与电磁波（1）麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。（2）电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。（3）电磁波：=1\*GB3①产生：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。=2\*GB3②电磁波是横波，在空间传播不需要介质。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\*GB3③电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3.0×108m/s。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，波速越小。=4\*GB3④v＝λf对电磁波同样适用。=5\*GB3⑤电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。=6\*GB3⑥赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论。3.无线电波的发射(1)发射电磁波的条件①要有足够高的振荡频率；②必须是开放电路，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。(2)信号的调制：为了利用电磁波传递信号，就要对电磁波调制。有调幅和调频两种调制方法。①调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。②调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。4.无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。(3)从经过调制的高频振荡电流中还原出原来的信号的过程叫作解调，它是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。5.电磁波谱定义按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。将电磁波按波长从长到短排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。6.电磁波谱的特性、应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用无线电波<3×1011>10－3波动性强，易发生衍射无线电技术红外线3×1011～101510－7～10－3温度越高，红外辐射越强红外线遥感可见光101510－7引起视觉照明、摄影紫外线1015～101710－9～10－7化学效应、荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪X射线1016～102010－12～10－8穿透能力强检查、医用透视γ射线>1019<10－11穿透能力更强工业探伤、医用治疗例题分析·考点题型题型1：电磁波的发现与产生原理1.（单选）目前，我国5G通信用户已突破10亿户，标志着5G技术的广泛应用。5G网络使用频率更高的电磁波，具有“高速率、低时延、大容量”等优点。若某区域磁场的磁感应强度B随时间t变化如图所示，则该区域内A.能产生电场，能产生电磁波 B.能产生电场，不能产生电磁波C.不能产生电场，能产生电磁波 D.不能产生电场，不能产生电磁波【答案】B

【解析】解：根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场；恒定的电场不能产生磁场；最终不能产生电磁波，故B正确，ACD错误。故选：B。题型2：电磁波的发射、传播、和接收2.（单选）无线电广播系统方框图如图所示，下列关于a、b装置说法正确的是(

)A.a是调制、b是调谐 B.a是调制、b是解调C.a是调谐、b是解调 D.a是调谐、b是调制【答案】B

【解析】无线电广播信号的发射过程依次是话筒完成信号的转换→调制器把音频电信号加载到高频电流上→天线发射电磁波，故a是调制；无线电广播信号的接收过程依次是接收天线→调谐→解调并留下音频信号→扬声器，故b是解调，故B正确。题型3：电磁波谱3.（单选）同步辐射是指在真空中以接近光速运动且具有相对论效应的带电粒子在磁场作用下偏转时，会沿着偏转轨道切线方向发射从红外线、可见光、紫外线直到X射线范围内的连续光谱。关于同步辐射和其发射的光谱，下列说法正确的是(

)A.红外线、可见光、紫外线、X射线的波长依次变大B.红外线、可见光、紫外线、X射线的频率依次降低C.红外线可应用于遥感和遥控技术D.同步辐射的机理与玻尔的能级跃迁相同【答案】C

【解析】AB.红外线、可见光、紫外线、X射线的频率依次升高，波长依次变小，故AB错误；C.红外线可应用于遥感和遥控技术，故C正确；D.辐射的机理是带电粒子在磁场作用下偏转时发射电磁波，与玻尔的能级跃迁不同，故D错误。故选C。题型4：电磁波其他应用4.（单选）下列关于电磁场和电磁波的说法正确的是A.任何电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×C.紫外线的频率比可见光的频率高，医学中常用于杀菌消毒D.电磁波中，γ射线的频率最高，最容易发生衍射现象【答案】C

【解析】变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场，A项错误;只有在真空中电磁波的传播速度才为3.0×108m/s，在其他介质中电磁波的传播速度小于3.0×10紫外线的频率比可见光的频率高，常用于杀菌消毒，C项正确;电磁波中，频率最高的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，D项错误。变式训练·举一反三5.（单选）如图甲所示，在变化的磁场中放置一个闭合电路，电路里产生了感应电流；如图乙所示，空间存在变化的磁场，其周围产生感应电场，下列说法正确的是(

)A.甲、乙两图一定能持续产生电磁波B.对图甲，从上向下看，电子在回路中沿顺时针方向运动C.闭合电路只是检验变化的磁场产生电场，即使没有闭合电路，空间仍能产生电场D.变化的电场周围产生磁场，与闭合电路是否存在有关【答案】C

【解析】若题图甲、乙中的磁场均匀变化，就会产生稳定不变的电场，稳定不变的电场不会产生磁场，就不会持续产生电磁波，故A错误；对题图甲，从上向下看，感应电流沿顺时针方向，电子在回路中沿逆时针方向运动，故B错误；变化的磁场周围产生电场是一种普遍存在的现象，与闭合电路是否存在无关，题图甲的闭合电路只是检验变化的磁场产生电场，题图乙即使没有闭合电路，空间仍能产生电场，故C正确；同理，变化的电场周围产生磁场也是一种普遍存在的现象，与闭合电路是否存在无关，D错误。6.（单选）在春晚舞台上很多演员使用了动圈式无线麦克风设备。这种麦克风能够将声音信号转换为电信号，然后通过无线传输的方式发送到音响设备中。关于动圈式无线麦克风的工作原理，下列说法正确的是A.动圈式麦克风是利用电磁感应原理将声音信号转换为电信号的B.无线传输过程中，电信号是通过超声波进行传播的C.音响设备将电信号转换为声音信号的过程中，利用了电流的热效应D.无线麦克风的信号传输速度比光速快【答案】A

【解析】A.动圈式麦克风是利用电磁感应原理将声音信号转换为电信号的，故A正确;B.无线传输过程中，电信号是通过电磁波进行传播的，故B错误;C.音响设备将电信号转换为声音信号的过程中，利用了电流的磁效应，故C错误;D.无线麦克风的信号传输速度与光速相同，故D错误。故选A。7.（单选）如图是我国研制的超导型核磁共振仪(MRI)。在圆筒状机器内部，通电的超导型线圈能在受检者周围制造高强度磁场环境，借由高频无线电波的脉冲撞击身体细胞中的氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核会将吸收的能量释放出来，按特定频率发出射频电信号，被电脑收录并加以分析，继而转换成2A.超导线圈的电流产生高强度磁场是电磁感应现象B.无线电波是电磁波，传播需要介质，不能在真空中传播C.无线电波脉冲激发身体的氢原子核应用了电流的磁效应D.检查过程中会产生高强度磁场，所以受检者不能携带铁磁性金属佩件【答案】D

【解析】A.超导线圈的电流产生高强度磁场是电流的磁效应，不是电磁感应现象，选项A错误；B.无线电波是电磁波，传播不需要介质，能在真空中传播，选项B错误；C.无线电波脉冲激发身体的氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量，不是应用了电流的磁效应，选项C错误；D.检查过程中会产生高强度磁场，所以受检者不能携带铁磁性金属佩件，以防对仪器产生影响，选项D正确。故选D。考点二电磁振荡及其应用必备知识·回顾梳理1.振荡电流、极板所带电荷量随时间的变化图像2.电磁振荡中各物理量的变化过程电荷量电场强度电场能电流磁感应强度磁场能放电过程变小变小变小变大变大变大放电完毕000最大最大最大充电过程变大变大变大变小变小变小充电完毕最大最大最大000从上表可总结出如下两类关系：(1)同步同变关系在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器相关的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。线圈相关的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。(2)同步异变关系在LC振荡过程中，电容器相关的三个物理量q、E、EE与线圈相关的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的。3．LC振荡电路充、放电过程的判断方法（1）根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程。（2）根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁感应强度B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。（3）根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电。例题分析·考点题型题型：LC振荡电路8.（单选）LC振荡电路如图所示，t=0时刻，线圈中磁场的方向如图所示，且磁场正在减弱。M、N分别为电容器的上、下极板，a、b为回路中的两个点。已知LC振荡电路的周期为T，下列说法正确的是A.此时回路中的电流由b流向aB.t=T2C.此时两板间的电场强度正在减小D.若将N板下移，则该振荡电路激发的电磁波波长变长【答案】B

【解析】A.

t=0

时刻磁场正在减弱，由右手螺旋定则可知，电流由

a

流向

b

，故A错误；B.

t=0

时刻磁场正在减弱，故电容器正在充电，则

t=T2

时刻，电容器也正在反向充电，故M板带正电，N板带负电，电荷量正在增大，电场能正在增加，故C.

t=0

时刻电容器正在充电，电荷量正在增大，则M、N板间的电压正在增大，两板间的电场强度正在增大，故C错误；D.若将N板下移，电容器极板间距增大，根据C=εrS4πkd，可知电容器的电容减小，由f=19.（多选）为了测量储液罐中不导电液体的液面高度，将与储液罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储液罐中，电容C可通过开关S与线圈L或电源构成闭合回路，如图所示。当开关从a拨到b时，由线圈L与电容C构成的回路中产生振荡电流，通过测量振荡频率可知储液罐内的液面高度。已知平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定，则下列说法正确的是A.在储液罐内的液面降低过程中，电容器的电容一直变小B.在储液罐内的液面降低一定高度稳定后，电容器会一直放电C.当储液罐内的液面升高一定高度稳定后，LC回路中振荡电流的频率变大D.当储液罐内的液面升高一定高度稳定后，LC回路中振荡电流的频率变小【答案】AD

【解析】在储液罐内的液面降低的过程中，根据电容的决定式C=εrS4πkd稳定后该电路为振荡电路，电容可能充电也可能放电，故B错误;当储液罐内的液面升高稳定后，根据电容的决定式C=εrS4πkd得，电容变大，根据振荡电流的频率f=12π变式训练·举一反三10.（单选）在理想LC振荡电路中的某时刻，电容器极板间的电场强度E的方向、线圈电流产生的磁场方向如图所示，灵敏电流计电阻不计.下列说法正确的是(

)A.流过电流计的电流方向向左 B.电容器的电荷量正在减小C.线圈中的磁感应强度正在增大 D.电容器两板间的电场强度恒定不变【答案】A

【解析】A.由线圈电流产生磁场的方向，结合右手螺旋定则，可知流过电流计的电流方向向左，A正确;BD.由电容器极板间的场强E的方向，可知电容器上极板带正电，结合电流方向，可知电容器正在充电，电容器的电荷量正在增大，两板间的电压、电场强度都在增大，B、D错误;C.由LC振荡电路的规律可知线圈中的电流正在减小，线圈中的磁感应强度正在减小，C错误．巩固训练·提升能力一、单选题。1.关于电磁波的理论和应用，下列说法正确的是(

)A.有磁场必定有电场，有电场必定有磁场B.麦克斯韦建立了电磁场理论，并成功地通过实验证明了电磁波的存在C.紫外线的频率较可见光更大，可利用紫外线消毒杀菌D.不同频率的电磁波在真空中的传播速度也不相同【答案】C

【解析】A.根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的磁场周围才能产生电场，变化的电场周围才能产生磁场，故A错误；B.麦克斯韦建立了电磁场理论，赫兹通过电火花实验证明了电磁波的存在，故B错误；C.电磁波谱中紫外线的频率比可见光更高，具有更大的能量，常用于消毒杀菌，故C正确；D.各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同，均为光速，故D错误。故选：C。2.下列有关电与磁的说法正确的是(

)A.在电磁波谱中，红外线的频率比紫外线大B.带电粒子在电场中一定受电场力作用，在磁场中不一定受磁场力作用C.楞次定律表明了感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的原磁场方向相反D.根据麦克斯韦的电磁场理论，在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场【答案】B

【解析】A.在电磁波谱中，按照频率从小到大的顺序依次为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。所以红外线的频率比紫外线小，故A错误；B.根据电场的基本性质，带电粒子在电场中一定会受到电场力作用，其大小为F=qE(q为粒子电荷量，E为电场强度)。而带电粒子在磁场中，当粒子速度方向与磁场方向平行时(v//B)，根据洛伦兹力公式F=qvBsinθ(θ为v与B的夹角)，此时sinθ=0，则粒子不受磁场力作用;C.楞次定律表明感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，并非总是相反，故C错误；D.根据麦克斯韦的电磁场理论，在变化的电场周围一定产生磁场，在变化的磁场周围一定产生电场。但均匀变化的电场产生稳定的磁场，均匀变化的磁场产生稳定的电场；只有非均匀变化的电场才产生变化的磁场，非均匀变化的磁场才产生变化的电场，故D错误。3.关于电磁波，下列说法正确的是A.X射线的波长比微波的波长长B.在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制C.高铁站、机场等地进行安全检查时，利用红外线能探测到箱内的物品D.利用紫外线遥感技术可以在飞机或人造地球卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮【答案】B

【解析】A.在电磁波谱中，X射线的频率比微波高。根据c=λf(c为光速，λ为波长，f为频率)，光速c不变，频率越高波长越短，所以X射线的波长比微波短，故A错误。B .在电磁波发射技术中，调制就是使载波随各种信号而改变的技术，分为调幅和调频等方式，

故B正确。C .高铁站、机场等地进行安全检查时，利用的是X射线能穿透物体并使底片感光的特性来探测箱内物品，不是红外线，故C错误。D.利用红外线遥感技术可以在飞机或人造地球卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮等，不是紫外线，紫外线主要用于杀菌消毒、验钞等，故D错误。4.我国科学家利用脑机接口技术帮助截瘫患者实现意念控制体外仪器。植入患者颅骨内的微处理器，将意念对应的低频神经信号，通过高频载波无线传输给体外仪器。则(

)A.高频载波属于纵波B.使高频载波的振幅随低频神经信号改变的过程属于调频C.体外接收电路的固有频率等于高频载波的频率D.体外接收电路中的信号经过调谐还原出低频神经信号【答案】C

【解析】A.高频载波是电磁波，属于横波，A错误；B.使高频载波的振幅随低频神经信号改变的过程属于调幅，B错误；C.体外接收电路的固有频率与高频载波的频率相等，C正确；D.体外接收电路中的信号经过解调还原出低频神经信号，D错误。故选C。5.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【答案】D

【解析】AB、物体在任何时候都会发出红外线，温度越高，辐射红外线的能力越强，所以人体在任何时候都会辐射红外线，故AB错误。C、红外体温计是依据人体发射红外线来测体温的，不是体温计发出的红外线，故C错误。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，故D正确。故选D。6.关于生活中遇到的各种电磁波，下列说法正确的是(

)A.医院里“CT”机使用的电磁波是γ射线，它具有较强的穿透能力B.由调谐电路接收到的感应电流，是经过调制的高频电流，是我们需要的声音或图像信号C.夜晚可看到偏红色和偏蓝色的恒星，“蓝星”表面温度比“红星”表面温度高D.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，他可以增大线圈的匝数来实现【答案】C

【解析】A.医院里“CT”机使用的电磁波是X射线，利用X射线能够穿透物质，来检查人体的内部器官，故A错误;B.由调谐电路接收到的感应电流，是经过调制的高频电流，还不是我们需要的声音或图像信号，因此还要使声音或图像信号从高频电流中还原出来，这个过程是调制的逆过程，叫作解调也叫检波，故B错误;C.恒星的颜色是由温度决定的，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝，故“蓝星”表面温度比“红星”表面温度高，故C正确;D.根据f=12πLC，说明增加调频回路固有频率f，需要减小7.关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是(

)A.广播电台、电视台发射无线电波时需要进行解调B.无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波C.光在真空中的传播速度是3×D.变化的磁场能够产生电场，变化的电场能够产生磁场【答案】A

【解答】A.利用无线电波传递声音或图象信号时，都需要调制，故A错误；B.电磁波有：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线，故B正确;C.电磁波在真空传播速度与光速一样，传播速度总是3×108m/sD.变化的电场能产生磁场，变化的磁场能产生电场．所以电场和磁场总是相互联系着的，故D正确。本题选择错误的，故选A。8.LC振荡电路中，自t=0时刻开始计时，极板M所带的电荷量q随时间t的变化如图所示。在下列哪段时间里，电路电流方向为顺时针，磁场能增加(

)A.0～t1 B.t1～t2 C.t2～t3 D.t3～t4【答案】C

【解答】A.0~t1时间内，M极板所带的正电荷量正在逐渐减少，电容器正在放电，LC振荡电路中的电流方向为逆时针，回路中的电场能正向磁场能转化，故A错误；B.t1~t2时间内，M极板所带的负电荷量正在逐渐增加，电容器正在反向冲电，LC振荡电路中的电流方向为逆时针，回路中的磁场能正向电场能转化，故B错误；C.t2~t3时间内，M极板所带的负电荷量正在逐渐减少，电容器正在放电，LC振荡电路中的电流方向为顺时针，则回路中的电场能正向磁场能转化，磁场能增加，故C正确；D.t3~t4时间内，M极板所带的正电荷量正在逐渐增加，电容器正在冲电，LC振荡电路中的电流方向为顺时针，则回路中的磁场能正向电场能转化，磁场能减小，电场能增加，故D错误。9.无线话筒是LC振荡电路的一个典型应用．在LC振荡电路中，某时刻磁场方向、电场方向如图所示，下列说法正确的是(

)A.电容器正在充电 B.振荡电流正在增大C.线圈中的磁场正在增强 D.增大电容器两板距离，LC振荡频率减小【答案】A

【解答】A、由题图中磁场的方向，根据安培定则可知电流由电容器上极板经线圈流向下极板，由电场方向可知，下极板是正极，故此时电容器正在充电，故A正确；BC、电容器正在充电，则电路中电流正在减小，线圈中的磁场正在减弱，故BC错误；D、根据平行板电容器公式C=ɛrS4πkd，增大电容器两板之间的距离，电容减小，根据f=11