資源簡介

第1講　電磁振蕩　電磁波
一、電磁振蕩(選二第四章第1節)
1.振蕩電流:大小和方向都做周期性迅速變化的電流。
2.振蕩電路:能產生振蕩電流的電路。最簡單的振蕩電路為LC振蕩電路。
3.電磁振蕩:振蕩電路中的電流i、電容器極板上的電荷量q、電容器里的電場強度E、線圈里的磁感應強度B,都在周期性地變化的現象。
4.LC電路的周期和頻率公式:
T=2π,f=
二、電磁波(選二第四章第2節)
1.麥克斯韋電磁場理論的理解
(1)變化的磁場產生電場。
(2)變化的電場產生磁場。
2.電磁波的認識
(1)產生:周期性變化的電場和磁場交替產生,由近及遠向周圍傳播,形成電磁波。
(2)電磁波是橫波,如圖所示。
(3)在真空中,電磁波的速度c=3.0×108 m/s。
(4)電磁波能產生反射、折射、干涉、偏振和衍射等現象。
3.電磁波具有能量
電磁場的轉換就是電場能量與磁場能量的轉換,電磁波的發射過程是輻射能量的過程,傳播過程是能量傳播的過程。
三、無線電波的發射和接收(選二第四章第3節)
1.電磁波的發射
(1)發射電磁波的振蕩電路的特點:需要足夠高的振蕩頻率和采用開放電路。
(2)電磁波的調制
調 制 在電磁波發射技術中,使載波隨各種信號而改變的技術
分 類 調幅 (AM) 使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變的調制技術
調頻 (FM) 使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變的調制技術
2.電磁波的接收
(1)原理
電磁波在傳播過程中如果遇到導體,會使導體中產生感應電流。因此,空中的導體可以用來接收電磁波。
(2)電諧振與調諧
①電諧振:當接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時,接收電路中產生的振蕩電流最強的現象。
②調諧(即選臺):使接收電路產生電諧振的過程。
四、電磁波譜(選二第四章第4節)
1.定義
按電磁波的波長大小或頻率高低的順序把它們排列成譜。
2.電磁波譜的排列
按波長由長到短依次為:無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。
3.不同電磁波的特性及應用
電磁波譜 特性 應用
無線電波 容易發生衍射 通信和廣播
紅外線 熱效應 紅外遙感
可見光 引起視覺 照明等
紫外線 熒光效應,能殺菌 滅菌消毒、防偽
X射線 穿透能力強 醫用透視、安檢
γ射線 穿透能力很強 工業探傷、醫用治療
【警示】電磁波在真空中傳播速度為光速,波長越短,頻率越高。
【質疑辨析】
角度1 電磁振蕩、電磁波
(1)麥克斯韋預言并證實了電磁波的存在。 (　×　)
(2)LC振蕩電路線圈的自感系數增大為原來的4倍,振蕩周期增大為原來的2倍。
(　√　)
(3)振蕩電場激發同頻率的振蕩磁場,空間將產生電磁波。 (　×　)
(4)當接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時,出現諧振現象。 (　√　)
(5)LC振蕩電路的電容器放電完畢時,回路中電流為零。 (　×　)
角度2 電磁波譜及其應用
(6)電磁波按照頻率由低到高依次是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。 (　√　)
(7)所有物體均可發射紅外線,紅外線的應用主要有紅外遙感和紅外體溫計。
(　√　)
精研考點·提升關鍵能力
考點一　電磁振蕩的過程分析　(核心共研)
【核心要點】
1.LC電磁振蕩的產生過程以及振蕩過程中電流i,極板上的電荷量q的變化規律
2.LC電磁振蕩中各物理量隨時間的變化規律與圖像的變化關系
振蕩電流圖像
電容器極板上電荷量的周期性變化
電路狀態
時刻t 0 T
電荷量q 最多 0 最多 0 最多
電流i 0 反向 最大 0 正向 最大 0
【典例剖析】
角度1 利用LC振蕩電路分析物理量變化
[典例1](2023·德州模擬)乘坐火車出行,進入候車室需要對乘客進行安檢。如圖甲所示的金屬探測儀內部的線圈與電容器構成LC振蕩電路,當探測儀檢測到金屬物體時,探測儀線圈的自感系數發生變化,從而引起振蕩電路中的電流頻率發生變化,探測儀檢測到這個變化就會驅動蜂鳴器發出聲響。已知某時刻線圈中的磁感線如圖乙所示,且電流強度正在減小,則此時 (　　)
A.電流由a流向b,且電容器正在充電
B.該時刻電容器上極板帶正電荷
C.該時刻線圈的自感電動勢正在變大
D.若探測儀靠近金屬時其自感系數增大,則振蕩電流的頻率升高
【備選例題】
　　(2023·廣州模擬)振蕩電路在測量、自動控制、無線電通訊及遙控等許多領域有廣泛應用。在LC振蕩電路中,某時刻線圈中的磁場及電容器中的電場如圖所示,關于振蕩電路正在發生的現象,下列說法正確的是 (　　)
A.電路中的電流正在增大
B.線圈中感應電動勢正在減小
C.電容器極板上的電荷量正在減小
D.振蕩電路中磁場能正在向電場能轉化
角度2 利用圖像分析物理量變化
[典例2](2023·張家口模擬)如圖甲所示的LC振蕩電路中,通過P點的電流隨時間變化的圖線如圖乙所示,若把通過P點向右規定為電流的正方向,則 (　　)
A.0.5~1 ms內,Q點比P點電勢低
B.1~1.5 ms內,電容器C正在充電
C.0.5~1 ms內,電場能正在增加
D.增大電容C的值,該電路振蕩頻率將變大
【備選例題】
　　(2023·錦州模擬)振蕩電路在測量、自動控制、無線電通訊及遙控等許多領域有廣泛應用。在如圖甲所示的LC振蕩電路中,電容器C極板上的電荷量隨時間變化的圖線如圖乙所示,則在1×10-6~2×10-6 s內,下列說法正確的是 (　　)
A.電容器的電容正在增大
B.電容器C正在充電
C.電場能正在向磁場能轉化
D.回路中振蕩電流正在逐漸增大
考點二　電磁波和電磁波譜　(核心共研)
【核心要點】
1.對麥克斯韋電磁場理論的理解
恒定的電場不產生磁場 恒定的磁場不產生電場
均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場 均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場
不均勻變化的電場在周圍空間產生變化的磁場 不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場
振蕩電場產生同頻率的振蕩磁場 振蕩磁場產生同頻率的振蕩電場
2.電磁波的理解
3.電磁波譜
【典例剖析】
角度1 麥克斯韋電磁場理論
[典例3](2023·天津紅橋區模擬)根據麥克斯韋的電磁場理論,下列說法正確的是
(　　)
A.變化的電場一定產生變化的磁場
B.均勻變化的電場產生均勻變化的磁場
C.振蕩電場能夠產生振蕩磁場
D.振蕩磁場不能夠產生振蕩電場
角度2 電磁波的理解
[典例4](多選)(2021·福建選擇考)以聲波作為信息載體的水聲通信是水下長距離通信的主要手段。2020年11月10日,中國載人潛水器“奮斗者”號創造了10 909米深潛紀錄。此次深潛作業利用了水聲通信和電磁通信等多種通信方式進行指令傳輸或數據交換,如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.“奮斗者”號與“探索一號”通信的信息載體屬于橫波
B.“奮斗者”號與“滄海”號通信的信息載體屬于橫波
C.“探索一號”與通信衛星的實時通信可以通過機械波實現
D.“探索一號”與“探索二號”的通信過程也是能量傳播的過程
【備選例題】
　　(2023·廣州模擬)使用藍牙耳機接聽手機來電,手機與基地臺及耳機的信號傳輸如圖所示。若基地臺與手機、手機與藍牙耳機之間通信的電磁波分別為甲波、乙波,則 (　　)
A.甲波的波長比乙波短
B.真空中甲波的傳播速度比乙波小
C.甲波與乙波有可能發生干涉現象
D.甲、乙波都是橫波,都能在真空中傳播
角度3 電磁波的應用
[典例5](2023·河源模擬)關于電磁波譜,下列說法正確的是 (　　)
A.紅外體溫計的工作原理是人的體溫越高,發射的紅外線越強,有時人體溫度較低,不發射紅外線,導致無法使用
B.紫外線的頻率比可見光低,醫學中常用于殺菌消毒,長時間照射人體可能損害健康
C.鐵路、民航等安檢口使用紅外線對行李內物品進行檢測
D.無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波
【備選例題】
　　太赫茲(THz)波是指頻率在0.1~10 THz(波長為3 000 μm~30 μm)范圍內的電磁波,利用該頻段可以加深和拓展人類對物理學、化學、天文學、信息學和生命科學中一些基本科學問題的認識。通過和電磁波譜對比,下列說法正確的是
(　　)
A.太赫茲波比紅光更容易發生明顯衍射
B.太赫茲波比紫外線的能量更大
C.太赫茲波比短波頻率更小
D.太赫茲波可以用于工業探傷
答案及解析
考點一　電磁振蕩的過程分析
【典例剖析】
角度1 利用LC振蕩電路分析物理量變化
[典例1](2023·德州模擬)乘坐火車出行,進入候車室需要對乘客進行安檢。如圖甲所示的金屬探測儀內部的線圈與電容器構成LC振蕩電路,當探測儀檢測到金屬物體時,探測儀線圈的自感系數發生變化,從而引起振蕩電路中的電流頻率發生變化,探測儀檢測到這個變化就會驅動蜂鳴器發出聲響。已知某時刻線圈中的磁感線如圖乙所示,且電流強度正在減小,則此時 (　　)
A.電流由a流向b,且電容器正在充電
B.該時刻電容器上極板帶正電荷
C.該時刻線圈的自感電動勢正在變大
D.若探測儀靠近金屬時其自感系數增大,則振蕩電流的頻率升高
【題眼破譯】
【解析】選C。根據題圖乙中磁感應強度的方向和安培定則可知,電流的方向由b流向a,且電流強度正在減弱過程中,電場能增大,磁場能減小,故自感電動勢阻礙電流的增大,則該時刻線圈的自感電動勢正在增大,選項A錯誤,C正確;電流的方向由b流向a,且電流強度正在減弱過程中,電容器充電,電容器下極板帶正電,選項B錯誤;若探測儀靠近金屬時其自感系數增大,根據公式f=可知,其自感系數L增大時振蕩電流的頻率降低,選項D錯誤。
【方法技巧】 電容器充電還是放電、自感電動勢的阻礙作用的判斷方法
(1)根據電流流向判斷:當電流流向帶正電的極板時,處于充電過程;反之,處于放電過程。
(2)根據物理量的變化趨勢判斷:當電容器的帶電荷量q(U、E)增大時,處于充電過程;反之,處于放電過程。
(3)自感電動勢是阻礙電流的增大還是阻礙電流的減小,可依據放電電流不斷增大,充電電流不斷減小來判斷。
【備選例題】
　　(2023·廣州模擬)振蕩電路在測量、自動控制、無線電通訊及遙控等許多領域有廣泛應用。在LC振蕩電路中,某時刻線圈中的磁場及電容器中的電場如圖所示,關于振蕩電路正在發生的現象,下列說法正確的是 (　　)
A.電路中的電流正在增大
B.線圈中感應電動勢正在減小
C.電容器極板上的電荷量正在減小
D.振蕩電路中磁場能正在向電場能轉化
【解析】選D。根據線圈中磁場的方向可判斷線圈中電流方向由下到上,根據電容器中電場線方向判斷上極板為正,則此時電容器極板上的電荷量正在增大,電容器正在充電,電流正在減小,感應電動勢正在增加,磁場能正在向電場能轉化,選項A、B、C錯誤,D正確。
角度2 利用圖像分析物理量變化
[典例2](2023·張家口模擬)如圖甲所示的LC振蕩電路中,通過P點的電流隨時間變化的圖線如圖乙所示,若把通過P點向右規定為電流的正方向,則 (　　)
A.0.5~1 ms內,Q點比P點電勢低
B.1~1.5 ms內,電容器C正在充電
C.0.5~1 ms內,電場能正在增加
D.增大電容C的值,該電路振蕩頻率將變大
【題眼破譯】
【解析】選C。由題圖乙知0.5~1 ms內電流在減小,電容器正在充電,電容器下極板帶正電,經過P點的電流方向向右,線圈相當于電源,Q點比P點電勢高,磁場能在減小,電場能正在增加,選項C正確,A錯誤;1~1.5 ms內電流增大,為放電過程,磁場能在增加,電場能正在減小,選項B錯誤;增大電容C的值,該電路振蕩頻率f=將變小,選項D錯誤。
【方法技巧】 處理電磁振蕩周期或頻率的關鍵
(1)記牢兩個公式
周期T=2π,頻率f=。
(2)明確兩個因素
①L:線圈的大小、形狀、匝數、鐵芯。
②C=:εr(介電常數)、兩板間正對面積、兩板間距離。
【備選例題】
　　(2023·錦州模擬)振蕩電路在測量、自動控制、無線電通訊及遙控等許多領域有廣泛應用。在如圖甲所示的LC振蕩電路中,電容器C極板上的電荷量隨時間變化的圖線如圖乙所示,則在1×10-6~2×10-6 s內,下列說法正確的是 (　　)
A.電容器的電容正在增大
B.電容器C正在充電
C.電場能正在向磁場能轉化
D.回路中振蕩電流正在逐漸增大
【解析】選B。電容器的電容不隨電容器充、放電改變,選項A錯誤;由圖乙可知,在1×10-6~2×10-6 s內,極板上電荷量正在增加,說明電容器正在充電,選項B正確;極板上電荷量正在增加,電場能增加,故磁場能向電場能轉化,選項C錯誤;極板上電荷量正在增加,極板上電場強度增大,回路中振蕩電流在減小,選項D錯誤。
考點二　電磁波和電磁波譜
【典例剖析】
角度1 麥克斯韋電磁場理論
[典例3](2023·天津紅橋區模擬)根據麥克斯韋的電磁場理論,下列說法正確的是
(　　)
A.變化的電場一定產生變化的磁場
B.均勻變化的電場產生均勻變化的磁場
C.振蕩電場能夠產生振蕩磁場
D.振蕩磁場不能夠產生振蕩電場
【解析】選C。變化的電場周圍空間產生磁場,均勻變化的電場周圍空間產生恒定的磁場,選項A錯誤;均勻變化的電場產生恒定的磁場,選項B錯誤;振蕩電場能夠產生同頻率的振蕩磁場,選項C正確;振蕩磁場能夠產生同頻率的振蕩電場,選項D錯誤。
角度2 電磁波的理解
[典例4](多選)(2021·福建選擇考)以聲波作為信息載體的水聲通信是水下長距離通信的主要手段。2020年11月10日,中國載人潛水器“奮斗者”號創造了10 909米深潛紀錄。此次深潛作業利用了水聲通信和電磁通信等多種通信方式進行指令傳輸或數據交換,如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.“奮斗者”號與“探索一號”通信的信息載體屬于橫波
B.“奮斗者”號與“滄海”號通信的信息載體屬于橫波
C.“探索一號”與通信衛星的實時通信可以通過機械波實現
D.“探索一號”與“探索二號”的通信過程也是能量傳播的過程
【解析】選B、D。由題知,“奮斗者”號與“探索一號”通信是通過水聲通信,聲波屬于縱波,故選項A錯誤;由題知,“奮斗者”號與“滄海”號通信是通過無線藍綠光通信,電磁波屬于橫波,故選項B正確;因為太空中沒有介質,故機械波無法傳播,所以“探索一號”與通信衛星的實時通信只能通過電磁通信來實現,選項C錯誤;傳遞信息的過程也是傳遞能量的過程,故“探索一號”與“探索二號”的通信過程也是能量傳播的過程,選項D正確。
【備選例題】
　　(2023·廣州模擬)使用藍牙耳機接聽手機來電,手機與基地臺及耳機的信號傳輸如圖所示。若基地臺與手機、手機與藍牙耳機之間通信的電磁波分別為甲波、乙波,則 (　　)
A.甲波的波長比乙波短
B.真空中甲波的傳播速度比乙波小
C.甲波與乙波有可能發生干涉現象
D.甲、乙波都是橫波,都能在真空中傳播
【解析】選D。由題圖可知甲波的頻率小于乙波的頻率,則甲波波長比乙波長,選項A錯誤;所有頻率的電磁波在真空中的傳播速度都為3×108 m/s,選項B錯誤;甲波與乙波頻率不同,不能發生干涉現象,選項C錯誤;所有頻率的電磁波都是橫波,且都能在真空中傳播,選項D正確。
角度3 電磁波的應用
[典例5](2023·河源模擬)關于電磁波譜,下列說法正確的是 (　　)
A.紅外體溫計的工作原理是人的體溫越高,發射的紅外線越強,有時人體溫度較低,不發射紅外線,導致無法使用
B.紫外線的頻率比可見光低,醫學中常用于殺菌消毒,長時間照射人體可能損害健康
C.鐵路、民航等安檢口使用紅外線對行李內物品進行檢測
D.無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波
【解析】選D。人們利用紅外線來測溫,是利用紅外線的熱效應,體溫越高人體發射的紅外線越強,溫度較低,仍發射紅外線,選項A錯誤;紫外線的頻率比可見光高,醫學中常用于殺菌消毒,長時間照射人體可能損害健康,選項B錯誤;安檢采用的是穿透力較強的X射線,紅外線不能用于內部物品檢測,選項C錯誤;無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波,選項D正確。
【備選例題】
　　太赫茲(THz)波是指頻率在0.1~10 THz(波長為3 000 μm~30 μm)范圍內的電磁波,利用該頻段可以加深和拓展人類對物理學、化學、天文學、信息學和生命科學中一些基本科學問題的認識。通過和電磁波譜對比,下列說法正確的是
(　　)
A.太赫茲波比紅光更容易發生明顯衍射
B.太赫茲波比紫外線的能量更大
C.太赫茲波比短波頻率更小
D.太赫茲波可以用于工業探傷
【解析】選A。發生明顯衍射現象的條件是尺度或者孔徑與波長相差不大或小于波長,太赫茲波波長比紅光大,更容易發生明顯衍射,選項A正確;由c=λf可知,波長越大,頻率越小,太赫茲波波長比紫外線大,頻率低于紫外線,根據愛因斯坦的光子說,可知它的光子的能量比紫外線光子的能量更小,選項B錯誤;太赫茲波波長比短波小,頻率比短波大,選項C錯誤;由于頻率越高,其穿透力越強,太赫茲波頻率遠低于X射線,其比X射線穿透能力更弱,不可以用于工業探傷,選項D錯誤。
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