第3講電磁振蕩與電磁波情境導(dǎo)思隨著科技的發(fā)展,越來越多的手機(jī)用戶選擇使用藍(lán)牙耳機(jī),手機(jī)與基站及耳機(jī)的通信如圖所示。若基站與手機(jī)、手機(jī)與耳機(jī)之間通信的電磁波分別為甲波、乙波;則:(1)甲、乙兩波是怎么產(chǎn)生的?(2)甲、乙波都是橫波還是縱波?都能在真空中傳播嗎?(3)甲、乙兩波的頻率哪個(gè)高?真空中,誰的速度大?(4)甲波與乙波有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象嗎?1.如圖甲所示為L(zhǎng)C振蕩電路,從t=0時(shí)刻開始,回路中的電流隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示,規(guī)定電流沿順時(shí)針方向?yàn)檎较?。下列說法正確的是()[A]0～t1時(shí)間內(nèi),兩極板間的電壓逐漸增大[B]t2時(shí)刻,LC振蕩電路的電場(chǎng)能最小[C]t2～t3時(shí)間內(nèi),上極板的正電荷逐漸減少[D]t3～t4時(shí)間內(nèi),電容器正在充電,且下極板帶負(fù)電【答案】C【答案】充電電流i磁感應(yīng)強(qiáng)度B電場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)電場(chǎng)周期性2πLC12.關(guān)于電磁波的應(yīng)用,下列說法不正確的是()[A]電磁爐是利用電磁波來工作的[B]微波爐是利用電磁波的能量來快速加熱食物的[C]雷達(dá)是利用電磁波的反射來偵測(cè)目標(biāo)的[D]夜視儀是利用紅外線來幫助人們?cè)谝归g看見物體的【答案】A【答案】電場(chǎng)磁場(chǎng)介質(zhì)3×108λf可見光考點(diǎn)一電磁振蕩1.各物理量變化情況(電容器電量最大時(shí)開始計(jì)時(shí))時(shí)刻(時(shí)間)0～TTT3T4工作過程放電過程充電過程放電過程充電過程電荷量q變小變大變小變大電壓u變小變大變小變大電場(chǎng)強(qiáng)度E變小變大變小變大電流i變大變小變大變小磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大變小變大變小能量轉(zhuǎn)化E電→E磁E磁→E電E電→E磁E磁→E電2.振蕩電流、極板帶電荷量隨時(shí)間的變化圖像[例1]【電磁振蕩過程的判斷】(2024·江蘇蘇州期中)LC振蕩電路既可產(chǎn)生特定頻率的信號(hào),也可從復(fù)雜的信號(hào)中分離出特定頻率的信號(hào),是許多電子設(shè)備中的關(guān)鍵部件。如圖所示,某時(shí)刻線圈中磁場(chǎng)方向向上,且電路中的電流正在增大,下列說法正確的是()[A]電容器正在充電[B]電路中的電場(chǎng)能正在增大[C]電容器上極板帶正電[D]電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度正在減小【答案】D【解析】因?yàn)殡娐分械碾娏髡谠龃?可知電容器正在放電,電路中的電場(chǎng)能正在減小,極板帶電量正在減小,則兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度正在減小,由右手螺旋定則可知,回路中的電流為順時(shí)針方向,電容器下極板帶正電,故選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤,D正確。[例2]【電磁振蕩過程的分析】(2025·湖北階段練習(xí))(多選)如圖所示,圖甲是LC振蕩回路中電流隨時(shí)間的變化關(guān)系,若以圖乙回路中順時(shí)針方向的電流為正,a、b、c、d均為電場(chǎng)能或磁場(chǎng)能最大的時(shí)刻,下列說法正確的是()[A]圖乙中的a是電場(chǎng)能最大的時(shí)刻,對(duì)應(yīng)圖甲中的T2[B]圖乙中的b是電場(chǎng)能最大的時(shí)刻,此后的T4[C]圖乙中的c是磁場(chǎng)能最大的時(shí)刻,對(duì)應(yīng)圖甲中的3T[D]圖乙中的d是磁場(chǎng)能最大的時(shí)刻,此后電容器的下極板將充上負(fù)電荷【答案】BD【解析】題圖乙中的a是電場(chǎng)能最大的時(shí)刻,由于上極板帶正電,此后的T4內(nèi)電容器放電,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針,對(duì)應(yīng)題圖甲中的0時(shí)刻或T時(shí)刻,故A錯(cuò)誤;題圖乙中的b是電場(chǎng)能最大的時(shí)刻,由于下極板帶正電,此后的T4內(nèi)電容器放電,電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,故B正確;題圖乙中的c是磁場(chǎng)能最大的時(shí)刻,此后磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,根據(jù)右手螺旋定則,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針,對(duì)應(yīng)題圖甲中的T4時(shí)刻,故C錯(cuò)誤;題圖乙中的d是磁場(chǎng)能最大的時(shí)刻,此后磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,此后電容器的下極板將充上負(fù)電荷,[例3]【周期公式的應(yīng)用】某LC電路的振蕩頻率為520kHz,為能提高到1040kHz,下列說法正確的是()[A]調(diào)節(jié)可變電容器,使電容增大為原來的4倍[B]調(diào)節(jié)可變電容器,使電容減小為原來的1[C]調(diào)節(jié)電感線圈,使線圈匝數(shù)增加到原來的4倍[D]調(diào)節(jié)電感線圈,使線圈電感變?yōu)樵瓉淼?【答案】B【解析】由振蕩頻率公式f=12πLC可知,要使頻率提高到原來的2倍,可以減小電容使之變?yōu)樵瓉淼?4,或減小電感使之變?yōu)樵瓉淼?4,故B正確,A考點(diǎn)二電磁場(chǎng)和電磁波電磁波譜1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論2.電磁波與機(jī)械波的比較項(xiàng)目電磁波機(jī)械波產(chǎn)生由周期性變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生波的特點(diǎn)橫波縱波或橫波波速由介質(zhì)和電磁波頻率共同決定,在真空中等于光速c=3.0×108m/s由介質(zhì)決定(如聲波波速在空氣中一般為340m/s)傳播是否需要介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播)必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)能量傳播電磁能機(jī)械能3.電磁波譜的分析及應(yīng)用電磁波譜頻率/Hz真空中波長(zhǎng)/m特性應(yīng)用遞變規(guī)律無線電波<3×1011>10-3波動(dòng)性強(qiáng),易發(fā)生衍射無線電技術(shù)紅外線1011～101510-7～10-3熱效應(yīng)紅外遙感可見光101510-7引起視覺照明、攝影紫外線1015～101610-8～10-7化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽X射線1016～101910-11～10-8穿透本領(lǐng)強(qiáng)檢查、醫(yī)用透視γ射線>1019<10-11穿透本領(lǐng)更強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療[例4]【麥克斯韋電磁場(chǎng)理論】(2024·廣西桂林期末)(多選)如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的以下四種磁場(chǎng)中,下列判斷正確的是()[A]圖甲能產(chǎn)生電場(chǎng),不能產(chǎn)生電磁波[B]圖乙能產(chǎn)生電場(chǎng),不能產(chǎn)生電磁波[C]圖丙能產(chǎn)生電場(chǎng),也能產(chǎn)生電磁波[D]圖丁能產(chǎn)生電場(chǎng),不能產(chǎn)生電磁波【答案】AC【解析】題圖甲是均勻變化的磁場(chǎng),可以產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng),但不能產(chǎn)生電磁波,故A正確;題圖乙是穩(wěn)定的磁場(chǎng),不可以產(chǎn)生電場(chǎng),不能產(chǎn)生電磁波,故B錯(cuò)誤;題圖丙是周期性變化的磁場(chǎng),能產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng),也能產(chǎn)生電磁波,故C正確;題圖丁是周期性變化的磁場(chǎng),能產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng),也能產(chǎn)生電磁波,故D錯(cuò)誤。[例5]【電磁波與機(jī)械波的比較】(2024·江蘇徐州階段練習(xí))下列關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法,錯(cuò)誤的是()[A]機(jī)械波可能是縱波,而電磁波必定是橫波[B]機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān),而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān),還與電磁波的頻率有關(guān)[C]它們都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象[D]機(jī)械波和電磁波本質(zhì)上是一致的【答案】D【解析】機(jī)械波可能是橫波也可能是縱波,而電磁波必定是橫波,故A說法正確;機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān),而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān),還與電磁波的頻率有關(guān),故B說法正確;它們都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象,故C說法正確;機(jī)械波與電磁波本質(zhì)上不同,電磁波的傳播不需要介質(zhì),機(jī)械波的傳播需要介質(zhì),故D說法錯(cuò)誤。[例6]【電磁波的應(yīng)用】(2024·江蘇宿遷開學(xué)考試)電磁波在醫(yī)院得到了廣泛應(yīng)用。關(guān)于電磁波的某些特性,下列說法不正確的是()[A]伽馬手術(shù)刀治療癌癥是利用γ射線強(qiáng)穿透力,能量高的特性[B]胸透又稱熒光透視,是利用X射線具有穿透性、熒光性和攝影效應(yīng)的特性[C]紅外線測(cè)溫儀,是利用了紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng)的特性[D]醫(yī)用紫外滅菌燈是利用了紫外線的消毒特性【答案】C【解析】γ射線能量高、穿透力強(qiáng),醫(yī)院常用γ射線照射癌細(xì)胞,治療癌癥,故A說法正確;X射線具有穿透性、熒光性和攝影效應(yīng)的特性,所以可以用來做胸透,故B說法正確;紅外線測(cè)溫儀,是利用了紅外線的熱效應(yīng),故C說法錯(cuò)誤;醫(yī)院用紫外線燈照射的方法來消毒滅菌,是利用了紫外線的消毒特性,故D說法正確。(滿分:60分)對(duì)點(diǎn)1.電磁振蕩1.(4分)(2024·江蘇徐州期末)某同學(xué)利用自制線圈和一個(gè)可調(diào)電容,制作一個(gè)最簡(jiǎn)單的LC調(diào)諧電路,用來收聽中波的無線電廣播。他發(fā)現(xiàn)有一個(gè)頻率最高的中波電臺(tái)收不到,但可以接收其他中波電臺(tái)。為了收到這個(gè)電臺(tái),下列做法可行的是()[A]線圈中插入鐵芯[B]減小線圈的匝數(shù)[C]增大電容器正對(duì)面積[D]減小電容器極板間距離【答案】B【解析】根據(jù)f=12πLC,為了收到這個(gè)電臺(tái),需要增大振蕩頻率。線圈中插入鐵芯,線圈自感系數(shù)L變大,振蕩頻率f減小,故A錯(cuò)誤;減小線圈的匝數(shù),線圈自感系數(shù)L變小,振蕩頻率f增大,故B正確;根據(jù)C=εrS4πkd,增大電容器正對(duì)面積或減小電容器極板間距離,電容C均增大,則振蕩頻率2.(4分)(2024·四川綿陽期末)中高考等國家考試使用“考試專用”的金屬探測(cè)儀檢查考生是否攜帶金屬物體進(jìn)入考場(chǎng)。如圖所示,金屬探測(cè)儀內(nèi)部有線圈與電容器,構(gòu)成了LC振蕩電路。當(dāng)探測(cè)儀檢測(cè)到金屬物體時(shí),探測(cè)儀線圈的自感系數(shù)發(fā)生變化,從而引起振蕩電路中的電流頻率發(fā)生變化,探測(cè)儀檢測(cè)到這個(gè)變化就會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲響。已知某時(shí)刻電流的方向由b流向a,且電流正在增大,則()[A]該時(shí)刻電容器下極板帶正電荷[B]線圈的磁場(chǎng)能在減小[C]電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度正在加強(qiáng)[D]線圈的自感電動(dòng)勢(shì)在減小【答案】D【解析】某時(shí)刻電流的方向由b流向a,且電流正在增大,說明電容器正處于放電的過程,可知該時(shí)刻電容器上極板帶正電荷,下極板帶負(fù)電荷,電容器所帶的電荷量在減小,則電容器的電場(chǎng)能在減小,線圈的磁場(chǎng)能在增加,A、B錯(cuò)誤;電容器正處于放電的過程,電容器兩端電壓在降低,由E=Ud可知,電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度正在減弱,C錯(cuò)誤;由電容器放電特點(diǎn)可知,電流增大得越來越慢,由自感電動(dòng)勢(shì)公式E自=LΔIΔt可知3.(6分)(2024·河南開封二模)(多選)圖甲為測(cè)量?jī)?chǔ)罐中不導(dǎo)電液體高度的電路,將與儲(chǔ)罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容C置于儲(chǔ)罐中,電容C可通過開關(guān)S與電感L或電源相連。當(dāng)開關(guān)從a撥到b時(shí),由電感L與電容C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生的振蕩電流如圖乙所示。在平行板電容器極板面積一定、兩極板間距離一定的條件下,下列說法正確的是()[A]儲(chǔ)罐內(nèi)的液面高度降低時(shí),LC回路振蕩電流的頻率將變大[B]t1～t2時(shí)間內(nèi)電容器放電[C]t2～t3時(shí)間內(nèi)LC回路中電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能[D]該振蕩電流的有效值為2Im【答案】AC【解析】LC回路振蕩電流的頻率為f=12πLC,根據(jù)平行板電容器電容的決定式有C=εrS4πkd,儲(chǔ)罐內(nèi)的液面高度降低時(shí),相對(duì)介電常數(shù)εr減小,電容減小,則LC回路振蕩電流的頻率將變大,故A正確;根據(jù)題圖乙可知,t1～t2時(shí)間內(nèi)電流減小,電容器充電,磁場(chǎng)能減小,電場(chǎng)能增大,LC回路中磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,故B錯(cuò)誤;根據(jù)題圖乙可知,t2～t3時(shí)間內(nèi)電流增大,電容器放電,磁場(chǎng)能增大,電場(chǎng)能減小,LC回路中電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能,故C正確;根據(jù)正弦式交變電流的有效值規(guī)律可知,該振蕩電流的有效值為I對(duì)點(diǎn)2.電磁場(chǎng)和電磁波電磁波譜4.(4分)(2024·山西太原期中)2024年10月30日,我國神舟十九號(hào)載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功飛向我國空間站。神十八、神十九兩個(gè)乘組“太空會(huì)師”,直播畫面通過電磁波傳送到地面。下列關(guān)于電磁波的說法正確的是()[A]電磁波可以在真空中傳播[B]麥克斯韋首次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在[C]電磁波傳播過程中,電場(chǎng)和磁場(chǎng)都是均勻變化的[D]太空中航天員講話時(shí)畫面與聲音同步,說明電磁波與聲波具有相同的傳播速度【答案】A【解析】電磁波可以在真空中傳播,故A正確;赫茲首次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在,故B錯(cuò)誤;均勻變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)變化時(shí)只能產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)和電場(chǎng),不會(huì)產(chǎn)生電磁波,故電磁波傳播過程中,電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是均勻變化的,故C錯(cuò)誤;太空中航天員講話時(shí)畫面與聲音都是通過電磁波傳播到地面的,故畫面和聲音同步,但不能說明電磁波與聲波具有相同的傳播速度,故D錯(cuò)誤。5.(4分)(2024·福建莆田期末)關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用,下列說法正確的是()[A]微波爐利用紅外線的熱效應(yīng)快速加熱食物[B]紫外線具有殺菌作用,醫(yī)院常用紫外線進(jìn)行消毒[C]γ射線穿透力很強(qiáng),醫(yī)學(xué)上常用它進(jìn)行人體透視檢查[D]車站、機(jī)場(chǎng)安全檢查時(shí)“透視”行李箱的安檢裝置利用的是紅外線【答案】B【解析】微波爐是利用了微波的頻率與水的固有頻率相接近,從而使水振動(dòng)而發(fā)熱的,故A錯(cuò)誤;紫外線具有殺菌作用,醫(yī)院常用紫外線進(jìn)行消毒,故B正確;X射線有很強(qiáng)的穿透本領(lǐng),常用于醫(yī)學(xué)上透視人體,故C錯(cuò)誤;車站、機(jī)場(chǎng)安全檢查時(shí)“透視”行李箱的安檢裝置利用的是X射線,故D錯(cuò)誤。6.(6分)(2021·福建卷,5)(多選)以聲波作為信息載體的水聲通信是水下長(zhǎng)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(hào)創(chuàng)造了10909米深潛紀(jì)錄。此次深潛作業(yè)利用了水聲通信和電磁通信等多種通信方式進(jìn)行指令傳輸或數(shù)據(jù)交換,如圖所示。下列說法正確的是()[A]“奮斗者”號(hào)與“探索一號(hào)”通信的信息載體屬于橫波[B]“奮斗者”號(hào)與“滄?！碧?hào)通信的信息載體屬于橫波[C]“探索一號(hào)”與通信衛(wèi)星的實(shí)時(shí)通信可以通過機(jī)械波實(shí)現(xiàn)[D]“探索一號(hào)”與“探索二號(hào)”的通信過程也是能量傳播的過程【答案】BD【解析】“奮斗者”號(hào)與“探索一號(hào)”通信是通過水聲通信,聲音在水中的傳播是縱波,故信息載體屬于縱波,故A錯(cuò)誤;“奮斗者”號(hào)與“滄?！碧?hào)通信是通過無線藍(lán)綠光通信,光以橫波的形式傳播,故信息載體屬于橫波,故B正確;因?yàn)樘罩袥]有介質(zhì),故機(jī)械波無法傳播,所以“探索一號(hào)”與通信衛(wèi)星的實(shí)時(shí)通信只能通過電磁通信來實(shí)現(xiàn),故C錯(cuò)誤;傳遞信息的過程也是傳遞能量的過程,故“探索一號(hào)”與“探索二號(hào)”的通信過程也是能量傳播的過程,故D正確。7.(6分)(2024·廣東江門期中)(多選)第五代移動(dòng)通信技術(shù)(簡(jiǎn)稱5G)是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù),5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、大規(guī)模設(shè)備連接等。與4G相比,5G使用的電磁波頻率更高。下列說法正確的是()[A]4G比5G使用的電磁波發(fā)生衍射現(xiàn)象更明顯[B]5G和4G使用的電磁波在真空中的傳播速度相同[C]5G和4G使用的電磁波都可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象[D]在真空中5G使用的電磁波波長(zhǎng)比4G的長(zhǎng)【答案】ABC【解析】5G和4G使用的電磁波在真空中的傳播速度相同,均為c;與4G相比,5G使用的電磁波頻率更高,根據(jù)λ=cf,可知4G使用的電磁波的波長(zhǎng)大于5G的,則4G比5G使用的電磁波發(fā)生衍射現(xiàn)象更明顯,故A、B正確,D錯(cuò)誤;干涉和衍射是波的特性,5G和4G使用的電磁波都可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象,故C8.(6分)(多選)如圖甲為某種車輛智能道閘系統(tǒng)的簡(jiǎn)化原理圖:預(yù)埋在地面下的地感線圈L和電容器C構(gòu)成LC振蕩電路,當(dāng)車輛靠近地感線圈時(shí),線圈自感系數(shù)變大,使得振蕩電流頻率發(fā)生變化,檢測(cè)器將該信號(hào)發(fā)送至車牌識(shí)別器,從而向閘機(jī)發(fā)送起桿或落桿指令。某段時(shí)間振蕩電路中的電流如圖乙所示,則下列有關(guān)說法正確的是()[A]t1時(shí)刻電容器間的電場(chǎng)強(qiáng)度為最小值[B]t1～t2時(shí)間內(nèi),電容器處于充電過程[C]汽車靠近線圈時(shí),振蕩電流頻率變小[D]從圖乙波形可判斷車輛正靠近地感線圈【答案】ABC【解析】由題圖乙可知,t1時(shí)刻地感線圈L中的電流最大,電容器間的電場(chǎng)強(qiáng)度為最小值,A正確;t1～t2時(shí)間內(nèi),線圈L中的電流減小,則電容器處于充電過程,B正確;汽車靠近線圈時(shí),線圈的自感系數(shù)增大,由f=12πLC可知,振蕩電流頻率變小,C正確;由題圖乙可知,頻率增大,則線圈自感系數(shù)變小,9.(4分)(2024·浙江金華期末)如圖所示,L為電阻可忽略的線圈,R為電阻,C為電容器,開關(guān)S處于閉合狀態(tài)?，F(xiàn)突然斷開S,并開始計(jì)時(shí),電路工作過程中,同時(shí)會(huì)向外輻射電磁波。下列選項(xiàng)能正確反映LC回路中電流i(順時(shí)針方向?yàn)檎?、電容器中電場(chǎng)E(豎直向下為正)、以及兩極板間電勢(shì)差Uab隨時(shí)間變化的圖像是() [A][B] [C][D]【答案】D【解析】L為一電阻可忽略的線圈,當(dāng)開關(guān)閉合時(shí),電容器帶電量為零,通過線圈L的電流向下;斷開S后,電流在LC電路中開始振蕩,電容器開始充電,電流沿逆時(shí)針方向(負(fù)方向)且電流逐漸減小,故A、B錯(cuò)誤;斷開S后,電容器開始充電,b板帶正電荷且逐漸增加,即負(fù)方向的電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸增加,則兩極板間電勢(shì)差Uab逐漸增大,且為負(fù),故C錯(cuò)誤,D正確。10.(4分)(2024·江西一模)如圖甲所示,在LC振蕩電路實(shí)驗(yàn)中,多次改變電容器的電容C并測(cè)得相應(yīng)的振蕩電流的周期T,如圖乙所示,以C為橫坐標(biāo)、T2為縱坐標(biāo),將測(cè)得的數(shù)據(jù)標(biāo)示在坐標(biāo)系中并用直線擬合數(shù)據(jù),則()[A]電路中的磁場(chǎng)能最大時(shí),電容器板間電場(chǎng)能最大[B]電容器板間場(chǎng)強(qiáng)增大時(shí),電路中電流正在增大[C]電容器帶電量最大時(shí),電路中電