第十二章 第3讲 电磁波 传感器及其应用-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮教师用书word（新教材，鲁科版）

第3讲　电磁波　传感器及其应用 一、电磁场与电磁波 1.麦克斯韦电磁场理论 2.电磁场和电磁波 电磁场:交变的电场和交变的磁场相互联系在一起,就会在空间形成一个统一的不可分割的电磁场。 (1)电磁波的产生:在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了电磁波。 (2)电磁波的特点。 ①电磁波是横波,在空间传播不需要介质。 ②电磁波在真空中的传播速度等于光速c。 ③电磁波能发生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。 3.赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在。 二、电磁振荡 1.电磁波的产生 电磁振荡能够产生电磁波。 2.电磁振荡的产生 (1)振荡电流:大小和方向都周期性变化的电流称为振荡电流。 (2)振荡电路:产生振荡电流的电路称为振荡电路。 (3)LC振荡电路:由电感线圈L和电容器C组成的电路就是一种基本的振荡电路,称为LC振荡电路。 (4)电磁振荡过程。 ①电容器放电:如图a、b所示,充电的电容器未放电时,电路中电流为0,电路能量为电场能;电容器放电,其电荷量减少,电流逐渐增大,放电完毕时电流最大,电场能逐渐转化为磁场能。 ②电容器充电:如图b、c所示,放电完成后电路中电流保持原来方向对电容器反向充电,电流逐渐变小,电容器电荷量逐渐增多,电路中磁场能逐渐转化为电场能,充电结束时,电路中电流为0。 2.电磁振荡的周期和频率 (1)周期:完成一次周期性变化的时间称为电磁振荡的周期。 (2)频率:一段时间内完成的周期性变化的次数与这段时间之比称为电磁振荡的频率。 (3)固有周期和固有频率:如果没有能量损失,也没有外界影响,这时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率,简称振荡电路的周期和频率。 (4)周期T=2π。 (5)频率f=。 三、电磁波的发射和接收 1.电磁波的发射 (1)为有效地发射电磁波,振荡电路必须满足两个条件。 ①振荡频率足够高。 ②电场和磁场尽可能分布到较大的空间。 (2)调制。 ①定义:把低频信号加载到高频等幅振荡电流上称为调制。 2.电磁波的接收 (1)原理:电磁波在传播时如果遇到导体,会使导体中产生感应电流。因此,空中的导体可以用来接收电磁波,这就是接收天线。 (2)调谐与解调。 ①电谐振:两个电路的振荡频率相同时,电磁波会使接收电路中产生最强的电流,这种现象称为电谐振现象,相当于机械振动中的共振。 ②调谐:对空间存在的各种频率的电磁波,需要选择某一种特定的频率接收,这个选择过程称为调谐。 ③检波:把声音或图像信号从高频电流中“检”出来。这个过程称为检波,是调制的逆过程,也叫解调。 四、电磁波谱 1.定义:按照电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱,叫作电磁波谱。 2.按波长由长到短排列:电磁波谱为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 五、传感器及其应用 1.传感器 (1)定义:能感受外界信息,并将其按照一定的规律转换成可用输出信号(主要是电信号)的器件或装置。 (2)应用:应用在自动测量和自动控制系统中,担负着信息采集和转化任务。 (3)构成:主要由敏感元件和转换元件组成,敏感元件直接感受被测的量,并输出与测量的量有确定关系的信号;转换元件将敏感元件输出的物理信号转换为便于显示、记录、处理和控制的电信号。 2.敏感元件 (1)光敏元件:主要有光敏电阻、光敏晶体管、光电池等,它们都是利用某些物质在光照射下电学特性随之改变的特性制成的。 (2)热敏元件:主要有热敏电阻以及其他类型的热敏元件。它们都是利用敏感元件的某种电学特性随温度变化而变化的规律制成的。 (3)磁敏元件:霍尔元件是一种磁敏元件,广泛应用于传感器中。用霍尔元件制成的磁传感器可直接测量磁场的磁感应强度,还可通过测量电流周围的磁场间接测量电流的大小。 [科技情境] 在信息技术高速发展的今天,电磁波对我们来说越来越重要,广播、电视要利用电磁波,无线电通信、雷达定位等要利用电磁波,航空、航天中的自动控制和通信联系都要利用电磁波。 1.正误辨析 (1)电磁波可在真空中传播。(　√　) (2)只要有电场和磁场,就能产生电磁波。(　×　) (3)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。(　√　) (4)振荡电路的频率越高,发射电磁波的本领越大。(　√　) (5)雷达是利用超声波测定物体位置的。(　×　) 2.(多选)关于电磁波,下列说法正确的是(　ABC　) A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波 C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度的方向均垂直 D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输 解析:电磁波在真空中的传播速度为3.0×108 m/s,与电磁波的频率无关,A项正确;周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,周期