第3講電磁振蕩和電磁波第十二章交變電流電磁波傳感器1.了解LC振蕩電路中振蕩電流的產(chǎn)生過程及電磁振蕩過程中能量轉(zhuǎn)化情況。

2.掌握電磁振蕩的周期公式和頻率公式。3.理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,了解電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射、傳播和接收過程。學(xué)習(xí)目標(biāo)目

錄CONTENTS考點(diǎn)01限時(shí)作業(yè)02考點(diǎn)1考點(diǎn)二電磁場(chǎng)與電磁波電磁波譜考點(diǎn)一電磁振蕩考點(diǎn)一電磁振蕩1.振蕩電流

大小和方向都做_________迅速變化的電流。2.振蕩電路

產(chǎn)生____________的電路。由電感線圈L和電容C組成最簡(jiǎn)單的振蕩電路,稱為______振蕩電路,如圖所示。周期性振蕩電流LC3.電磁振蕩:在LC振蕩電路中,電容器不斷地充電和放電,就會(huì)使電容器極板上的電荷量q、電路中的_________、電容器內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度E、線圈內(nèi)的__________________發(fā)生周期性的變化,這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。4.電磁振蕩中的能量變化 (1)放電過程中電容器儲(chǔ)存的______能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈的______能。 (2)充電過程中線圈中的______能逐漸轉(zhuǎn)化為電容器的______能。 (3)在電磁振蕩過程中,電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能會(huì)發(fā)生_________的轉(zhuǎn)化。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5.電磁振蕩的周期和頻率

(1)周期T=_____________。(2)頻率f=_____________。6.振蕩電流、極板帶電荷量等隨時(shí)間的變化(1)圖像描述

(2)圖表分析(電容器電荷量最大時(shí)開始計(jì)時(shí))時(shí)刻(時(shí)間)0→→→→T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電判斷正誤×√(1)LC振蕩電路中,電容器放電完畢時(shí),回路中電流最小。()(2)LC振蕩電路中,回路中的電流最大時(shí)回路中的磁場(chǎng)能最大。()(3)電磁振蕩的固有周期與電流的變化快慢有關(guān)。()×例1

(2025·北京東城模擬)如圖甲所示為某一LC振蕩電路,圖乙i-t圖像為L(zhǎng)C振蕩電路的電流隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像。在t=0時(shí)刻,回路中M板帶正電,下列說法中正確的是(

)CA.O~a階段,電容器正在充電,電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化B.a~b階段,電容器正在放電,磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化C.b~c階段,電容器正在放電,回路中電流沿順時(shí)針方向D.c~d階段,電容器正在充電,回路中電流沿逆時(shí)針方向解析

O~a階段,電容器正在放電,電流不斷增加,電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;a~b階段,電容器正在充電,電流逐漸減小,磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;b~c階段,電容器正在放電,回路中電流沿順時(shí)針方向,選項(xiàng)C正確;c~d階段,電容器正在充電,回路中電流沿順時(shí)針方向,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

C

例3

如圖為發(fā)射電磁波的LC振蕩電路,某時(shí)刻電路中電流方向如圖所示,此時(shí)電容器的上極板帶正電,下極板帶負(fù)電,則下列說法正確的是(

)BA.電容器正在放電

B.電流正在減小C.線圈中的磁場(chǎng)能正在增大

D.電容器中的電場(chǎng)能正在減小解析

由題圖知,電流正流向電容器正極,電容器正在充電,電流正在減小,磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,線圈中磁場(chǎng)能正在減小,電容器中的電場(chǎng)能正在增大,故B正確?？偨Y(jié)提升

LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法根據(jù)電流流向判斷當(dāng)電流流向帶正電的極板時(shí),電容器的電荷量增加,磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化,處于充電過程;反之,當(dāng)電流流出帶正電的極板時(shí),電荷量減少,電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化,處于放電過程根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、電場(chǎng)強(qiáng)度E)增大或電流i(磁感應(yīng)強(qiáng)度B)減小時(shí),處于充電過程;反之,處于放電過程根據(jù)能量判斷電場(chǎng)能增加時(shí)充電,磁場(chǎng)能增加時(shí)放電例4

如圖所示,單刀雙擲開關(guān)S打到a端讓電容器充滿電。t=0時(shí)開關(guān)S打到b端,t=0.02

s時(shí)LC回路中電容器下極板帶正電荷且電荷量第一次達(dá)到最大值。則(

)CA.LC回路的周期為0.02

sB.LC回路的電流最大時(shí)電容器中電場(chǎng)能最大C.t=1.01

s時(shí)線圈中磁場(chǎng)能最大D.t=1.01

s時(shí)回路中電流沿順時(shí)針方向

考點(diǎn)二電磁場(chǎng)與電磁波電磁波譜1.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)不均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)不均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)周期性振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)周期性振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)2.電磁波電磁波(1)電磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,形成_________。(2)電磁波的傳播_________(選填“需要”或“不需要”)介質(zhì)。在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同,都等于___________________。在同一介質(zhì)中不同頻率的電磁波傳播速度是______的,頻率越高,波速______。

(3)v=______,f是電磁波的頻率。不需要光速3×108m/s不同越小λf3.無線電波的發(fā)射開放(1)發(fā)射條件:______電路和____________信號(hào),所以要對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。(2)調(diào)制方式①調(diào)幅:使高頻電磁波的______隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變。②調(diào)頻:使高頻電磁波的______隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變。高頻振蕩振幅頻率4.無線電波的接收相同(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率______時(shí),接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng),這就是電諧振現(xiàn)象。(2)使接收電路產(chǎn)生_________的過程叫作調(diào)諧,能夠調(diào)諧的接收電路叫作______電路。(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)中_______________的過程,叫作檢波。檢波是______的逆過程,也叫作______。電諧振調(diào)諧“檢”出調(diào)制信號(hào)調(diào)制解調(diào)5.電磁波譜頻率(1)定義:按照電磁波的波長(zhǎng)大小或______高低的順序把它們排列成的譜叫作電磁波譜。(2)電磁波譜分析及應(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):通信、廣播及其他信號(hào)傳輸波長(zhǎng)越長(zhǎng),越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象,波長(zhǎng)越短,穿透能力越強(qiáng)。不同頻率的電磁波在同一種介質(zhì)中傳播時(shí),頻率越高,折射率越大,速度越小紅外線1011~101510-3~10-7熱效應(yīng)紅外遙感技術(shù)可見光101510-7引起視覺照明、攝影紫外線1015~101710-7~10-9化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽檢查X射線1016~101910-8~10-11穿透本領(lǐng)強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用透視、機(jī)場(chǎng)等安檢γ射線>1019<10-11穿透本領(lǐng)最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療癌癥

6.各種電磁波產(chǎn)生機(jī)理無線電波振蕩電路中電子周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生紅外線、可見光和紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生X射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生γ射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)生×√(1)法拉第預(yù)言了電磁波的存在,并揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一性。()(2)赫茲通過一系列實(shí)驗(yàn),證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論。()(3)電場(chǎng)周圍一定存在磁場(chǎng),磁場(chǎng)周圍一定存在電場(chǎng)。()(4)電磁波與機(jī)械波不同,機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只與介質(zhì)有關(guān),電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān)。()判斷正誤×√例5

(多選)關(guān)于電磁波,下列說法正確的是(

)ABCA.電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān)B.周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā),形成電磁波C.電磁波在真空中自由傳播時(shí),其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直D.利用電磁波傳遞信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無線通信,但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸解析

電磁波在真空中的傳播速度等于光速,與電磁波的頻率無關(guān),選項(xiàng)A正確;

周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā),形成電磁波,選項(xiàng)B正確;電磁波傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直,選項(xiàng)C正確;電磁波可以通過全反射在光纜中傳輸,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。例6

(多選)關(guān)于電磁波的接收,下列說法正確的是(

)ADA.當(dāng)處于電諧振時(shí),所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流B.當(dāng)處于電諧振時(shí),只有被接收的電磁波才能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流C.由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,再經(jīng)過耳機(jī)就可以聽到聲音了D.由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,再經(jīng)過檢波、放大,通過耳機(jī)才可以聽到聲音解析

當(dāng)處于電諧振時(shí),所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,只不過頻率跟接收電路固有頻率相等的電磁波,在接收電路中激發(fā)的感應(yīng)電流最強(qiáng),由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,要再經(jīng)過檢波(也就是調(diào)制的逆過程)、放大,通過耳機(jī)才可以聽到聲音,故A、D正確。例7

關(guān)于生活中遇到的各種波,下列說法正確的是(

)BA.電磁波可以傳遞信息,聲波不能傳遞信息B.手機(jī)在通話時(shí)涉及的波既有電磁波又有聲波C.太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同D.遙控器發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)和醫(yī)院“CT”中的X射線波長(zhǎng)相同解析

電磁波、聲波等一切波都可以傳遞能量和信息,A錯(cuò)誤;手機(jī)在通話時(shí)需要聲音信號(hào)與電信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換,電信號(hào)以電磁波的形式在空中傳播,B正確;超聲波是聲波,在空氣中傳播速度約為340

m/s,C錯(cuò)誤;由電磁波譜分布情況可知,紅外線的波長(zhǎng)比X射線的波長(zhǎng)長(zhǎng),D錯(cuò)誤。

限時(shí)作業(yè)2基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練D對(duì)點(diǎn)練1

電磁振蕩1.某電路中電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像如圖所示,能發(fā)射電磁波的是(

)解析

由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論知,當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場(chǎng)時(shí)(如題圖A),由于它不激發(fā)磁場(chǎng),故無電磁波產(chǎn)生;當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場(chǎng)時(shí)(如題圖B、C),會(huì)激發(fā)出磁場(chǎng),但磁場(chǎng)恒定,不會(huì)在較遠(yuǎn)處激發(fā)出電場(chǎng),故也不會(huì)產(chǎn)生電磁波;只有周期性變化的電場(chǎng)(如題圖D),才會(huì)激發(fā)出周期性變化的磁場(chǎng),它又激發(fā)出周期性變化的電場(chǎng)……如此交替的產(chǎn)生磁場(chǎng)和電場(chǎng),便會(huì)形成電磁波,故D正確。A2.要想增大LC振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率,可采用的方法是(

)

B3.如圖所示的是LC振蕩電路某時(shí)刻的情況,以下說法正確的是(

)A.此時(shí)電路中電流等于零

B.電容器正在充電C.電感線圈中的電流正在增大

D.電容器兩極板間的電場(chǎng)能正在減小解析

根據(jù)圖示磁場(chǎng)方向結(jié)合安培定則可知,電流流向電容器的正極板,說明電容器正在充電,電路中電流不為零,此時(shí)電感線圈中的電流逐漸減小,磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,所以電容器兩極板間的電場(chǎng)能正在增大,A、C、D錯(cuò)誤,B正確。C4.將線圈、電容器、電流表、電源和單刀雙擲開關(guān)連成如圖所示的電路。先把開關(guān)置于1位置,為電容器充電。已知線圈的自感系數(shù)為L(zhǎng),電容器的電容為C。把開關(guān)置于2位置并開始計(jì)時(shí),下列說法正確的是(

)

C對(duì)點(diǎn)練2

電磁場(chǎng)與電磁波

電磁波譜5.如圖所示,我國(guó)成功研發(fā)的反隱身先進(jìn)米波雷達(dá)堪稱隱身飛機(jī)的克星,它標(biāo)志著我國(guó)雷達(dá)研究又創(chuàng)新的里程碑。米波雷達(dá)發(fā)射無線電波的波長(zhǎng)在1~10

m范圍內(nèi),則對(duì)該無線電波的判斷正確的是(

)A.米波的頻率比厘米波頻率高

B.和機(jī)械波一樣須靠介質(zhì)傳播C.同光波一樣會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象

D.不可能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象

ACD6.(多選)目前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率多在200

MHz至1

000

MHz的范圍內(nèi)。下列關(guān)于雷達(dá)和電磁波的說法正確的是(

) A.真空中上述雷達(dá)發(fā)射的電磁波的波長(zhǎng)范圍在0.3

m至1.5

m之間 B.電磁波是由恒定不變的電場(chǎng)或磁場(chǎng)產(chǎn)生的 C.測(cè)出從發(fā)射電磁波到接收反射波的時(shí)間間隔可以確定雷達(dá)和目標(biāo)的距離 D.波長(zhǎng)越短的電磁波,反射性能越強(qiáng)

AD7.(多選)下列關(guān)于無線電廣播要對(duì)電磁波進(jìn)行調(diào)制的原因的說法中正確的是(

)A.經(jīng)過調(diào)制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領(lǐng)更強(qiáng)B.經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播得更快C.經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播的波長(zhǎng)一定不變D.經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播的波長(zhǎng)可能改變解析

調(diào)制是把要發(fā)射的信號(hào)“加”到高頻振蕩電流上去,頻率越高,傳播信息能力越強(qiáng),A正確;電磁波在空氣中的傳播速度接近光速且恒定不變,B錯(cuò)誤;由v=λf,知波長(zhǎng)與波速和傳播頻率有關(guān),C錯(cuò)誤,D正確。AC8.(多選)(2025·北京海淀區(qū)高三期末)各種電磁波在日常生活和生產(chǎn)中已經(jīng)被大量應(yīng)用了。關(guān)于電磁波的應(yīng)用,下列說法中正確的有(

) A.控制電視、空調(diào)的遙控器使用的是紅外線 B.銀行和商店用來鑒別大額鈔票真?zhèn)蔚尿?yàn)鈔機(jī)使用的是X射線 C.手機(jī)通話使用的是無線電波 D.機(jī)場(chǎng)、車站用來檢查旅客行李包的透視儀使用的是紫外線

解析

控制電視、空調(diào)的遙控器使用的是紅外線,故A正確;銀行和商店用來鑒別大額鈔票真?zhèn)蔚尿?yàn)鈔機(jī)使用的是紫外線,不是X射線,故B錯(cuò)誤;手機(jī)通話使用的是無線電波,故C正確;機(jī)場(chǎng)、車站用來檢查旅客行李包的透視儀使用的是X射線,不是紫外線,故D錯(cuò)誤。綜合提升練BD9.(多選)下列說法正確的是(

)A.在均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng),在均勻變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的電場(chǎng)B.電磁場(chǎng)是周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生而形成的不可分離的統(tǒng)一體C.在電磁波譜中,最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線D.機(jī)械波和電磁波都可發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象解析

均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng),故A錯(cuò)誤;根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,電磁場(chǎng)是周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生而形成的不可分離的統(tǒng)一體,故B正確;在電磁波譜中,無線電波的波長(zhǎng)最長(zhǎng),則最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波,故C錯(cuò)誤;反射、折射、干涉和衍射是波的特性,機(jī)械波和電磁波它們都可發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象,故D正確。A10.如圖甲所示,線圈L的直流電阻不計(jì),閉合開關(guān)S,待電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后斷開開關(guān)S,LC回路中將產(chǎn)生電磁振蕩。從開關(guān)S斷開計(jì)時(shí),線圈中的磁場(chǎng)能EB隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示。下列說法中不正確的是(

)A.LC電路振蕩周期為2×10-3

sB.在1×10-3

s時(shí),電容器右極板帶正電C.電容器中最大的電場(chǎng)能為2.5×10-2

JD.0~1×10-3

s時(shí)間內(nèi)