高考物理一轮复习讲义第72课时　电磁振荡与电磁波（教师版）

第72课时电磁振荡与电磁波【复习定位】1.了解LC振荡电路中振荡电流的产生过程及电磁振荡过程中能量转化情况。2.掌握电磁振荡的周期公式和频率公式。3.理解麦克斯韦电磁场理论，了解电磁波的产生、发射、传播和接收过程。必备知识自主学习对应学生用书P246一、电磁振荡1．振荡电流：大小和方向都做eq\o(□,\s\up5(1))周期性迅速变化的电流。2．振荡电路：产生eq\o(□,\s\up5(2))振荡电流的电路。由电感线圈L和电容C组成的最简单的振荡电路，称为eq\o(□,\s\up5(3))LC振荡电路。3．电磁振荡中的能量变化(1)放电过程中电容器储存的eq\o(□,\s\up5(4))电场能逐渐转化为线圈的eq\o(□,\s\up5(5))磁场能。(2)充电过程中线圈中的eq\o(□,\s\up5(6))磁场能逐渐转化为电容器的eq\o(□,\s\up5(7))电场能。(3)在电磁振荡过程中，电场能和磁场能会发生eq\o(□,\s\up5(8))周期性的转化。4．电磁振荡的周期和频率(1)周期T＝eq\o(□,\s\up5(9))2πeq\r(LC)。(2)频率f＝eq\o(□,\s\up5(10))eq\f(1,2π\r(LC))。二、电磁场与电磁波1．麦克斯韦电磁场理论2．电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成eq\o(□,\s\up5(11))电磁波。(2)电磁波的传播不需要eq\o(□,\s\up5(12))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eq\o(□,\s\up5(13))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eq\o(□,\s\up5(14))小。(4)v＝λf，f是电磁波的频率。3．电磁波的发射(1)发射条件：eq\o(□,\s\up5(15))开放电路和eq\o(□,\s\up5(16))高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。(2)调制方式①调幅：使高频电磁波的eq\o(□,\s\up5(17))振幅随信号的强弱而改变。②调频：使高频电磁波的eq\o(□,\s\up5(18))频率随信号的强弱而改变。4．无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率eq\o(□,\s\up5(19))相同时，激起的振荡电流eq\o(□,\s\up5(20))最强，这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作eq\o(□,\s\up5(21))调谐，能够调谐的接收电路叫作eq\o(□,\s\up5(22))调谐电路。(3)从经过调制的高频振荡信号中还原出调制信号的过程，叫作eq\o(□,\s\up5(23))解调。这个过程是eq\o(□,\s\up5(24))调制的逆过程。调幅波的解调也叫作eq\o(□,\s\up5(25))检波。5．电磁波谱：按照电磁波的eq\o(□,\s\up5(26))波长大小或eq\o(□,\s\up5(27))频率高低的顺序把它们排列成的谱叫作电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、eq\o(□,\s\up5(28))可见光、紫外线、X射线、γ射线。1．判断正误。(1)电磁波在真空中和介质中的传播速度相同。(×)(2)LC振荡电路中，回路中的电流值最大时回路中的磁场能最大。(√)(3)电磁振荡的固有周期与电流的变化快慢有关。(×)(4)制作天线必须用导体。(√)(5)只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。(×)2．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电路中电流和电容器上极板所带电荷量变化的图像如图甲、乙所示，t＝0.02s时电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大，根据图像乙可知周期为T＝0.04s，故A错误；根据图像甲、乙可知电流最大时，电容器中电荷量为0，电场能最小，故B错误；1.01s时，经过25eq\f(1,4)T，根据图像甲可知此时电流最大，电流沿逆时针方向，说明电容器放电完毕，电场能全部转化为磁场能，此时磁场能最大，故C正确，D错误。关键能力阶梯突破对应学生用书P247考点一电磁振荡1．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像甲乙丙丁戊eq\o(\s\up15(),\s\do15(图(a)以逆时针方向电流为正))eq\o(\s\up15(),\s\do15(图(b)图中q为上极板的电荷量))2．LC振荡电路充、放电过程的判断方法根据电流流向判断当电流流向带正电的极板时，电容器的带电荷量增加，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，电容器的带电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程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、电场强度E)增大或电流i(磁感应强度B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程根据能量判断电场能增加时充电，磁场能增加时放电【例1】某LC电路的振荡频率为520kHz，为能提高到1040kHz，以下说法正确的是(B)A．调节可变电容，使电容增大为原来的4倍B．调节可变电容，使电容减小为原来的eq\f(1,4)C．调节电感线圈，使线圈匝数增加到原来的4倍D．调节电感线圈，使线圈电感变为原来的eq\f(1,2)解析由振荡频率公式f＝eq\f(1,2π\r(LC))可知，要使频率提高到原来的2倍，可以减小电容使之变为原来的eq\f(1,4)，或减小电感使之变为原来的eq\f(1,4)，故B正确，A、C、D错误。【例2】(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则(ABC)A．若磁感应强度正在减弱，则电容器正在充电，电流方向由b向aB．若磁感应强度正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电C．若磁感应强度正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电D．若磁感应强度正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b解析若磁感应强度正在减弱，则电流在减小，是电容器的充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a，电场能增大，电容器上极板带负电，故A、B两项正确；若磁感应强度正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，电容器上极板带正电，故C项正确，D项错误。【例3】如图所示是由线圈L和电容器C组成的最简单的LC振荡电路。先给电容器充满电。t＝0时如图(a)所示，电容器两板间的电势差最大，电容器开始放电。t＝0.005s时如图(b)所示，LC回路中线圈上的电流第一次达到最大值，则(C)A．此LC振荡电路的周期T＝0.01sB．t＝0.025s时，回路电流方向与图(b)中所示电流方向相反C．t＝0.035s时，线圈中的磁场能最大D．t＝0.040s至t＝0.045s时，线圈中的电流逐渐减小解析从开始放电到第一次放电完毕需要eq\f(1,4)T，可知此LC振荡电路的周期为T＝0.02s，选项A错误；因为eq\f(0.025,0.02)T＝1eq\f(1,4)T，所以回路电流方向与题图(b)中所示电流方向相同，选项B错误；因为eq\f(0.035,0.02)T＝1eq\f(3,4)T，此时电容器反向放电完毕，线圈中电流最大，磁场能也最大，选项C正确；t＝0.040s至t＝0.045s，即2T～2eq\f(1,4)T时，电容器正向放电，线圈中的电流逐渐增大，选项D错误。考点二电磁波的产生、发射和接收1．对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场2.电磁波的发射示意图(如图所示)3．电磁波接收的方法(1)利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强。(2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来。(3)调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。【例4】(多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是(ACD)A．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波B．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭合的C．当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强D．要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程解析音频电流的频率比较低，需放大后搭载到高频电磁波上，故A正确；为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是开放电路，故B错误；当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强，故C正确；解调就是从调频或调幅的高频信号中把音频、视频等调制信号分离出来的过程，要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程，故D正确。【例5】关于电磁场的理论，下列说法正确的是(D)A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B．变化的磁场周围产生的电场一定是变化的C．均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的D．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的解析根据麦克斯韦电磁场理论知，只有变化的电场(磁场)能产生磁场(电场)，均匀变化的电场(磁场)产生稳定的磁场(电场)，非均匀变化的电场(磁场)才产生变化的磁场(电场)，故A、B、C错误，D正确。【例6】(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是(BCD)A．机械波与电磁波本质上是一致的B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，还与电磁波的频率有关C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象解析机械波由波源振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生；机械波传播需要介质，波速由介质决定；电磁波的传播不需要介质，电磁波在介质中的波速由介质和本身频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，任何波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象，故B、C、D三项正确，A项错误。考点三无线电波、电磁波谱1．电磁波谱分析及应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波＜3×1011＞10-3波动性强，易发生衍射无线电技术衍射能力减弱，直线传播能力增强红外线1011～101510-7～10-3热效应红外遥感可见光101510-7引起视觉照明、摄影紫外线1015～101610-8～10-7化学效应、荧光效应、灭菌消毒医用消毒、防伪X射线1016～101910-11～10-8穿透本领强检查、医用透视γ射线＞1019＜10-11穿透本领更强工业探伤、医用治疗2.各种电磁波产生机理无线电波振荡电路中电子周期性运动产生红外线、可见光和紫外线原子的外层电子受激发后产生X射线原子的内层电子受激发后产生γ射线原子核受激发后产生3.对电磁波的两点说明(1)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，穿透能力越强。(2)同频率的电磁波在不同介质中传播速度不同，不同频率的电磁波在同一种介质中传播时，频率越高，折射率越大，速度越小。【例7】(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是(AB)A．在真空中各种电磁波的传播速度都相同B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射现象D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线解析电磁波在真空中的传播速度都为3.0×108m/s，故A正确；γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐变短，频率逐渐升高，而波长越长，波动性越强，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，电磁波谱中无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。【例8】(多选)关于物理知识在生活中的应用，下列说法正确的是(BCD)A．机场、车站所用的测量人体温度的测温仪应用的是紫外线B．雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的无线电设备C．γ射线可以用来治疗某些癌症D．医院给病人做的脑部CT应用了X射线穿透本领较强的特点解析一切物体均发出红外线，温度不同，辐射强度不同，测量人体温度的测温仪应用的是红外线，A错误；雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的，B正确；γ射线可以摧毁病变的细胞，用来治疗某些癌症，C正确；医院给病人做的脑部CT应用了X射线穿透本领较强的特点，D正确。课时作业对应学生用书P455[基础过关]1．以下关于电磁场和电磁波的说法中正确的是(D)A．电场和磁场总是同时存在的，统称为电磁场B．电磁波是机械波，传播需要介质C．电磁波的传播速度是3×108m/sD．电磁波是一种物质，可在真空中传播解析变化的电场与变化的磁场相互联系，它们统称为电磁场，选项A错误；电磁波不是机械波，传播不需要介质，选项B错误；电磁波在介质中的波速由介质和本身频率共同决定，在真空中的传播速度是3×108m/s，选项C错误；电磁波是一种物质，可在真空中传播，选项D正确。2．使用蓝牙耳机可以接听手机来电，蓝牙通信的电磁波波段为(2.4～2.48)×109Hz。已知可见光的波段为(3.9～7.5)×1014Hz，则蓝牙通信的电磁波(C)A．是蓝光B．波长比可见光短C．比可见光更容易发生衍射现象D．在真空中的传播速度比可见光小解析根据题意可知，蓝牙通信的电磁波频率低于可见光频率，所以蓝牙通信的电磁波不可能是蓝光，故A错误；因为蓝牙通信的电磁波频率低于可见光频率，根据c＝λf可知，波长比可见光长，故B错误；因为蓝牙通信的电磁波波长比可见光长，所以更容易发生衍射现象，故C正确；所有电磁波在真空中传播速度都为光速，是一样的，故D错误。3．(多选)下列说法正确的是(AC)A．LC电路产生电磁振荡的过程中，回路电流值最小时刻，磁场能最小B．变化的电场一定产生变化的磁场C．无线电波发射接收过程中，使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐D．空调遥控器是利用发射紫外线来控制空调的解析LC电路产生电磁振荡的过程中，回路电流值最小时刻，磁场能最小，而电容器所带电荷量最大，故A正确；均匀变化的电场产生的是稳定的磁场，故B错误；无线电波发射接收过程中，使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，故C正确；空调遥控器是利用发射红外线来控制空调的，故D错误。4．(多选)下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法中正确的是(AD)A．经过调制的高频电磁波向外辐射能量的本领更强B．经过调制的电磁波在空间传播得更快C．经过调制的电磁波在空间传播的波长不变D．经过调制的电磁波在空间传播的波长改变解析调制是把要发射的信号“加”到高频振荡电流上去，频率越高，传播信息能力越强，A正确；电磁波在空气中的传播速度接近光速且恒定不变，B错误；由v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错误，D正确。5．太赫兹辐射通常是指频率在0.1～10THz(1THz＝1012Hz)，即频率在微波与红外线之间的电磁辐射，其频率高于微波，低于红外线、紫外线，远低于X射线。太赫兹波对人体安全，可以穿透衣物等不透明物体，实现对隐匿物体的成像。近年来太赫兹技术在国家安全、信息技术等诸多领域取得了快速发展，被誉为“改变未来世界十大技术”之一。由上述信息可知，太赫兹波(C)A．其光子的能量比红外线光子的能量更大B．比微波更容易发生衍射现象C．比紫外线更难使金属发生光电效应D．比X射线穿透性更强解析太赫兹波的频率比红外线的频率低，所以其光子的能量比红外线光子的能量更小，故A错误；太赫兹波的频率比微波的频率高，波长比微波的短，所以比微波更不容易发生衍射现象，故B错误；太赫兹波的频率比紫外线的频率低，所以比紫外线更难使金属发生光电效应，故C正确；太赫兹波的频率远低于X射线的频率，其光子能量远低于X射线的光子能量，所以比X射线穿透性更弱，故D错误。6．如图甲所示为某一LC振荡电路，图乙所示的i­t图像为LC振荡电路的电流随时间变化的关系图像。在t＝0时刻，回路中电容器的M板带正电，下列说法中正确的是(C)A．O～a阶段，电容器正在充电，电场能正在向磁场能转化B．a～b阶段，电容器正在放电，磁场能正在向电场能转化C．b～c阶段，电容器正在放电，回路中电流沿顺时针方向D．c～d阶段，电容器正在充电，回路中电流沿逆时针方向解析O～a阶段，电容器正在放电，电流不断增加，电场能正在向磁场能转化，选项A错误；a～b阶段，电容器正在充电，电流逐渐减小，磁场能正在向电场能转化，选项B错误；b～c阶段，电容器正在放电，回路中电流沿顺时针方向，选项C正确；c～d阶段，电容器正在充电，回路中电流沿顺时针方向，选项D错误。7．如图所示，表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是(D)A．电容器正在充电B．电感线圈中的磁场能正在减小C．电感线圈中的电流正在减小D．此时自感电动势正在阻碍电流的增大解析根据磁感线的方向可以判断电流方向是逆时针方向，再根据电容器极板上带电的性质可以判断电容器在放电，A错误；电容器在放电，所以电流在增大，磁场能在增大，自感电动势正在阻碍电流的增大，B、C错误，D正确。[能力提升]8．如图所示为某款玩具内的LC振荡电路，已知线圈自感系数L＝2.5×10-3H，电容器电容C＝4μF，LC振荡电路的周期公式为T＝2πeq\r(LC)。t＝0时刻，上极板带正电，下极板带负电，瞬时电流为零，则(B)A．LC振荡电路的周期T＝π×10-4sB．当t＝eq\f(π,2)×10-4s时，电路中的磁场能最大C．当t＝eq\f(3π,2)×10-4s时，线圈中的自感电动势最大D．在t＝eq\f(π,2)×10-4s至eq\f(3π,2)×10-4s时间内，电路中电流始终沿逆时针方向解析由周期公式可得T＝2π×10-4s，A错误；经过t＝eq\f(π,2)×10-4s，即eq\f(T,4)，放电完毕，电场能最小，电流最大，磁场能最大，B正确；经过t＝eq\f(3π,2)×10-4s，即eq\f(3T,4)，电流最大，但变化最慢，故自感电动势最小，C错误；以顺时针方向为正方向，可画出电流随时间的变化图像，如图所示，故在eq\f(T,4)～eq\f(3T,4)时间内，电流先顺时针减小再逆时针增大，即电流方向发生变化，D错误。9．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(C)A．甲、乙两图一定能持续产生电磁波B．对甲图，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，故D错误。10．(多选)一种简易的LC振荡回路如图所示，L为线圈，C为固定在真空中的平行板电容器。将单刀双掷开关K拨至触点a，使电容器与直流电源E接通。稳定后，位于两水平金属板中间P处的带电液滴恰能静止。将K拨至触点b并开始计时，当t＝0.02s时液滴的加速度第1次等于重力加速度g，不计回路的能量损失且液滴未到达两金属板，下列说法正确的是(BC)A．液滴带负电B．t＝0.03s时，电容器上极板带正电且电荷量正在增大C．t＝0.06s时，线圈L中磁场的方向向上且磁场能最大D．t＝0.07s时，线圈L中磁场的方向向下且下极板带正电解析液滴静止时所受电场力竖直向上，而此时下极板带正电，所以液滴带正电，故A错误；将K拨至触点b并开始计时，当t＝0.02s时液滴的加速度第1次等于重力加速度g，即此时电容器所带电荷量为零，则电容器刚好完成第一次放电，由此可推知LC振荡回路的周期为0.08s，则t＝0.03s时，电容器正在经历第一