专题18 电磁波-【教育机构专用】2021年春季高二物理辅导讲义

专题18 电磁波（教师版） 一、目标要求 目标要求 重、难点 LC振荡电路 电磁波的产生与特点 重点 电磁波的应用 重点 二、知识点解析 1．电磁波的发现 19世纪中叶，英国物理学家麦克斯韦总结前人对电磁波规律的研究，建立了经典电磁场理论．他提出：变化的磁场周围存在电场，变化的电场周围存在磁场，如图1所示． 图1 麦克斯韦预言：若空间中存在周期性变化的磁场，它就会激发出周期性变化的电场；而这个周期性变化的电场又会激发出新的周期性变化的磁场……于是变化的磁场和变化的电场交替出现，由近及远地向周围传播，这样就形成了电磁波．如图2所示，这个预言由德国物理学家赫兹用实验证实． 从图2还可以看出，电场与磁场相互垂直，且均与传播方向垂直，因此电磁波是横波；经赫兹测量证明，电磁波的传播速度为光速c． 图2 2．电磁振荡 (1)LC振荡电路 要产生持续的电磁波，则需要变化的电磁场；要产生变化的电磁场，需要变化的电流；这里介绍一种激发电磁波的装置——LC振荡电路． 如图3所示，单刀双掷开关S先接通1，使电容器充电，之后再接通2．回路中电流、极板所带电荷量以及能量转变如下表所示． 图3 放电过程 充电过程 放电过程 充电过程 原理 线圈的自感现象 回路电流方向 逆时针 逆时针 顺时针 顺时针 电流大小变化 逐渐增至最大 逐渐减小至零 逐渐增至最大 逐渐减小至零 极板电性 上正下负 上负下正 上负下正 上正下负 电量大小变化 逐渐减小至零 逐渐增至最大 逐渐减小至零 逐渐增至最大 能量转变 电场能逐渐减小至零，磁场能逐渐增至最大 电场能逐渐增至最大，磁场能逐渐减小至零 电场能逐渐减小至零，磁场能逐渐增至最大 电场能逐渐增至最大，磁场能逐渐减小至零 电容器上所带电荷量（上极板）和回路中电流变化（顺时针为正）如图4所示． 图4 因为电容器和线圈的反复充放电，使得回路中出现了周期性变化的交变电流，我们将这种频率很高的交变电流称为振荡电流，因回路中出现了振荡电流，因此LC振荡电路激发了电磁波．若能持续地为振荡电路补充能量，则可以形成稳定的电磁波． (2)振荡电路的周期和频率 ①定义：振荡电路完成一次周期性变化所需时间称为一个周期，1 s内完成周期性变化的振荡次数称为频率，若不计能量损失，也无外界影响，这时的周期和频率也称振荡电路的固有周期和固有频率． ②表达式：， 3．电磁波的应用 (1)电磁波谱 电磁波的波速、频率和波长满足，其中c是真空中的光速．电磁波变化范围很广，按波长或频率大小顺序将电磁波排列成谱，称为电磁波谱，如图5所示． 图5 (2)电磁波的应用 ①无线电波：即图5中的长波、中波、短波和微波，长波、中波和短波主要用于通信、广播及其他信号传输；微波可以引起食物中水分子的共振，从而使水分子热运动加剧，食物的温度升高． ②红外线：所有物体都向外辐射红外线，温度越高的物体，红外辐射越强；红外线可以应用于遥感技术，如家庭中电视和空调遥控器等． ③可见光：人眼可以感知的电磁波称为可见光． ④紫外线：太阳光中有许多紫外线，适当地照射太阳光可以促进人体钙的吸收，但过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤；紫外线的能量较高，能够破坏细胞核中的物质，因此可以利用紫外线消毒杀菌；某些物质在紫外线照射下会发出荧光，根据这一点可以设计防伪标志． ⑤X射线：X射线对生命物质有较强的作用，长时间照射X射线会引起生物体的病变；X射线能够穿透物质，可以用来检验人体内部器官；工业生产也利用X射线检测金属元件内部缺陷；机场等地安检时利用X射线可以轻易检测出箱内的物品． ⑥γ射线：具有极高的能量，可以破坏生命物质，因此医学上利用γ射线杀伤癌变细胞；γ射线穿透能力极强，也可以检验金属元件内部的缺陷． 三、考查方向 题型1：电磁波的产生和特点 典例一：（多选）关于电磁波，下列叙述中正确的是(　　) A．电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光速 B．电磁波和机械波一样依赖于媒质传播 C．电磁波中每一处电场强度方向和磁感应强度方向总是相互垂直，并且与波的传播方向也垂直 D．只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波 题型2：机械波和电磁波的区别 典例二：（多选）关于对机械波和电磁波的认识，以下说法正确的是(　　) A．机械波和电磁波的传播都需要介质 B．机械波和电磁波在同一种介质中传播的速度是相同的 C．机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象，都具有波的特性 D．机械波可能是横波也可能是纵波，而电磁波都是横波 题型3：电磁振荡和LC振荡电路 典例三：（2020年1月浙江选考）如图所示，单刀双掷开关 S 先打到 a 端电容器充满电。 t 0 时开关 S 打到 b 端，t 0.02