第13章 第3讲 电磁振荡与电磁波（PPT课件）-【导学教程】2025年物理新编高考大一轮总复习（人教版）

第十三章　光　电磁振荡与电磁波 第3讲　电磁振荡与电磁波 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 必备知识·自主落实 01 关键能力·考点突破 02 课时作业·巩固提升 03 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 01 必备知识·自主落实 栏目导航 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 周期性 振荡电流 自感 减少 最大 电场能 磁场能 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 自感 充电 增加 最大 磁场能 电场能 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 周期性变化 固有 固有 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 电场 磁场 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 电磁场 介质 小 λf 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 调制 解调 检波 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 频率 波长 可见光 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 答案　B 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 02 关键能力·考点突破 栏目导航 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 03 课时作业·巩固提升 点击进入Word 栏目导航 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 谢谢观看 栏目导航 第十三章　光　电磁振荡与电磁波 1 一、电磁振荡的产生 1．振荡电流：大小和方向都做______变化的电流。 2．振荡电路：能产生________的电路。 3．LC振荡电路的放电、充电过程 (1)电容器放电：线圈有____作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，极板上的电荷逐渐____。放电完毕时，极板上的电荷量为零，放电电流达到____。该过程电容器的______全部转化为线圈的______。 (2)电容器充电：电容器放电完毕时，线圈有____作用，电流并不会立刻减小为零，而会保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始____，极板上的电荷逐渐____，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到____。该过程中线圈的______又全部转化为电容器的______。 二、电磁振荡的周期和频率 1．周期：电磁振荡完成一次__________需要的时间。 2．频率：电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间的比值。 如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分别叫做振荡电路的____周期和____频率。 3．周期和频率公式：T＝__________，f＝__________。 2πeq \r(LC) eq \f(1,2π\r(LC)) 三、电磁波 1．麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场能够在周围空间产生____，变化的电场能够在周围空间产生____。 2．电磁波及其传播 (1)______在空间由近及远的传播，形成电磁波。电磁波是横波。 (2)电磁波的传播不需要____。在真空中，不同频率的电磁波传播速度都等于光速。但在同一介质中，不同频率的电磁波传播速度是不同的，频率越高，波速越__(可联系v＝eq \f(c,n)理解记忆)。 (3)波速公式：v＝____，f是电磁波的频率。 3．电磁波的发射与接收 (1)发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行____(两种方式：调幅、调频)。 (2)接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中____出来。调幅波的解调也叫____。 4．电磁波谱 按照电磁波的____或____的大小顺序把它们排列成的谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、______、紫外线、X射线、γ射线等。 1．图甲是LC振荡回路中电流随时间的变化关系，若以图乙回路中顺时针方向的电流为正，(a)(b)(c)(d)均为电场能或磁场能最大的时刻，下列说法正确的是(　　) A．图乙中的(a)是电场能最大的时刻，对应图甲中的eq \f(3T,4)时刻 B．图乙中的(b)是电场能最大的时刻，此后的eq \f(T,4)内电流方向为正 C．图乙中的(c)是磁场能最大的时刻，对应图甲中的eq \f(3T,4)时刻 D．图乙中的(d)是磁场能最大的时刻，此后电容C的下极板将充上正电荷 解析　图乙中的(a)是电场能最大的时刻，由上极板带正电，即充电时电流沿顺时针方向，对应图甲中的T时刻，A错误；图乙中的(b)是电场能最大的时刻，由下极板带正电，此后的eq \f(T,4)内放电，电流沿顺时针方向，B正确；图乙中的(c)是磁场能最大的时刻，此后磁场能转化为电场能，由楞次定律判断，电流方向为逆时针方向，图甲中的eq \f(3T,4)时刻电流为顺时针方向，C错误；图乙中的(d)是磁场能最大的时刻，此后磁场能转化为电场能，由楞次定律判断，电流方向为顺时针方向，此后电容C的下极板将充上负电荷，D错误。 2.为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中，电容器可通过开关S与电源或线圈L相连，如图所示。当S从a拨到b之后，由L与C构成的电路中产生振荡电流。那么(　　) A．若罐中的液面上升，振荡电流的频率变小 B．若罐中的液面上升，振荡电流的周期变小 C．当S从a拨到b之后的半个周期内，回路中的磁场能先变小后变大 D．当S从a拨到b之后的四分之一周期内，回路中的电流增大，L的自感电动势变大 答案　A 考点一　电磁振荡的产生过程 1．电磁振荡中的对应变化关系 用图像对应分析i、q的变化关系，如图所示。 甲　以逆时针方向电流为正 乙　图中q为上面极板的电荷量 2．几个关系 (1)同步同变关系 在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即：q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。 振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即：i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。 (2)同步异变关系 在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE增大时，线圈中的三个物理量i、B、EB减小，且它们的变化是同步的，即： q、E、EE↑eq \o(————————→,\s\up17(同步异向变化))i、B、EB↓ (3)极值、图像的对应关系 如图所示，i＝0时，q最大，E最大，EE最大，E自(E自为自感电动势)最大。 q＝0时，i最大，B最大，EB最大，E自＝0。 (4)能量转化关系 ①电磁振荡的过程，实质上是电场能和磁场能相互转化的过程。若LC电路中没有能量损失，振荡可以永远持续下去，振荡电流的振幅保持不变。 ②振荡电路中的能量会逐渐减少。 ③如果能够适时把能量补充到振荡电路中，以补偿能量损失，就可以得到振幅不变的等幅振荡。 　如图中画出一个LC振荡电路中的电流变化图线，根据图线可判断(　　) A．t1时刻电感线圈两端电压最大 B．t2时刻电容器两极板间电压为零 C．t1时刻电路中只有电场能 D．t1时刻电容器带电荷量为零 [解析]　由图像知，计时开始时，电容器两极板带电荷量最大，电流为零，电容器放电开始，根据电流随时间的变化规律，可以在图中画出q­t图像(在图中用虚线表示)。由图像分析可知：t1时刻，电容器上电荷量为零，电势差为零，电场能为零，故D对，A、C皆错；t2时刻电容器上电荷量q最大，两极板间电势差最大，B错。 [答案]　D 利用图像解决振荡电路问题 分析i­t图像时，画出对应的q­t图像，并注意到i与B、EB变化规律一致，q与E、E电、U变化规律一致，可起到事半功倍的效果。 1．(多选)(2023·成都高三模拟)如图为LC振荡电路中电容器极板上的电量q随时间t变化的图线，由图可知(　　) A．在t1时刻电路中的磁场能最小 B．从t1到t2电路中的电流值不断变小 C．从t2到t3电容器不断充电 D．在t4时刻电容器的电场能最小 解析　在t1时刻，电路中的q最大，说明还没放电，所以电路中无电流，则磁场能最小，A正确；在t1到t2时刻电路中的q不断减小，说明电容器在不断放电，由于线圈作用，电路中的电流在不断增加，B错误；在t2到t3时刻电路中的q不断增加，说明电容器在不断充电，C正确；在t4时刻电路中的q等于0，说明电容器放电完毕，则电场能最小，D正确。 答案　ACD 2．(多选)如图所示，LC振荡电路中，某一时刻穿过线圈L的磁感应强度方向向上，且正在逐渐增强，那么两极板带电的情况是(　　) A．上极板带正电　　　 B．上极板带负电 C．极板带电量增加 D．极板带电量减少 解析　磁感应强度正在逐渐增强，说明此时电流正在增强，表明电容器正在放电，则极板带电量减少，根据安培定则，电流从下向上经过线圈，所以下板带正电，上板带负电，故B、D正确，A、C错误。 答案　BD 3．如图所示，LC振荡电路的导线及自感线圈的电阻忽略不计，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器的极板A带正电荷，则该瞬间(　　) A．电容器两极板间电压正在增大 B．电流i正在增大，线圈L中的磁场能也正在增大 C．电容器带电量正在减小 D．线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在增强 解析　根据图示电路知，该LC振荡电路正在充电，电流在减小，电容器两极板间电压正在增大，磁场能转化为电场能，故A正确，B错误；振荡电路正在充电，电容器的带电量在增大，故C错误；充电的过程，磁场能转化为电场能，电流在减小，所以线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减小，故D错误。 答案　A 考点二　LC回路的周期和频率 1．LC回路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定，与电容器极板上电荷量的多少、板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关，所以称为LC电路的固有周期和固有频率。 2．使用周期公式时，一定要注意单位，T、L、C、f的单位分别是秒(s)、亨(H)、法(F)、赫(Hz)。 3．电感L和电容器C在LC振荡电路中既是能量的转换器，又决定着这种转换的快慢，L或C越大，能量转换时间越长，故周期也越大。 4．回路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期等于LC回路的振荡周期T＝2πeq \r(LC)，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期T＝2πeq \r(LC)，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们的变化周期是振荡周期的一半，即T′＝eq \f(T,2)＝πeq \r(LC)。 　(2023·南阳中学高三期中)LC振荡电路在t1和t2时刻自感线圈中磁感线方向和电容器中极板带电情况如图所示，若t2－t1＝eq \f(π,2) eq \r(LC)，则(　　) A．在t1时刻电容器正充电 B．在t2时刻电容器两极板间电场正在增强 C．在t1时刻电路中电流正在减小 D．在t2时刻自感线圈中磁场正在增强 [解析]　由t2－t1＝eq \f(π,2) eq \r(LC)，知t2－t1＝eq \f(T,4)，从题图可看出t1、t2两个时刻螺线管处的电流都是从左向右穿过螺线管，由于电流方向是正电荷运动方向，t1时刻正电荷是从左极板流出然后穿过螺线管，正处于放电状态，只要是放电，振荡电流就是增大的，故A、C错误；t2时刻，电流从左向右通过螺线管，而右极板带正电，说明正电荷正往右极板上聚集，所以t2时刻电容器在充电，随着极板上电荷增多，两极间电场增强，故B正确；由于充电过程中振荡电流总是减小的，故线圈中磁场在减弱，故D错误。 [答案]　B 1.如图所示为某时刻LC振荡电路所处的状态，其振荡周期为2πeq \r(LC)，则(　　) A．该时刻振荡电流i在增大 B．该时刻极板间的电场强度在减小 C．振荡过程中电场能与磁场能的转化周期为πeq \r(LC) D．振荡过程中线圈内磁感应强度的变化周期为πeq \r(LC) 解析　通过题图所示电流方向和电容器上极板带正电可知，电容器在充电，电流在减小，电容器上的电荷量正在增大，磁场能正在向电场能转化即该时刻极板间的电场强度在增大，故A、B错误；电场能与磁场能都是标量，振荡电路中，电场能与磁场能的转化周期为振荡周期的一半即为πeq \r(LC)，故C正确；磁感应强度是矢量，振荡过程中，线圈内磁感应强度的变化周期与振荡的周期是相等的，即为2πeq \r(LC)，故D错误。 答案　C 2．如图所示是由线圈L和电容器C组成的最简单的LC振荡电路。先把电容器充满电。t＝0时如图(a)所示，电容器中的电场强度最大，电容器开始放电，t＝0.02 s时如图(b)所示，LC回路中线圈上的电流第一次达到最大值，则(　　) A．此LC振荡电路的周期T＝0.04 s B．t＝0.05 s时，回路电流方向与图(b)中所示电流方向相同 C．t＝0.06 s时，线圈中的磁场能最大 D．t＝0.10 s时，线圈中的电场能最大 解析　此LC振荡电路的周期T＝0.08 s，A错误；0.04 s时电流再次为零，之后反向，所以t＝0.05 s时，回路电流方向与图(b)中所示电流方向相反，B错误；0.02 s时磁场能最大，那么0.06 s时，磁场能也最大，C正确；t＝0.10 s时的情况与t＝0.02 s时的情况是一致的，磁场能最大，D错误。 答案　C 考点三　电磁场与电磁波 1．对麦克斯韦电磁场理论的理解 2．对电磁波的理解 (1)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直。 (2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关。 1．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是(　　) 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 E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 解析　电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，选项A正确；周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，选项B正确；电磁波的传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，选项C正确；电磁波可以通过光缆传输，选项D错误；电磁波波源的电磁振荡停止，波源不再产生新的电磁波，但空间中已产生的电磁波仍可继续传播，选项E错误。 答案　ABC 2.麦克斯韦在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例：圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。如图所示，若某时刻连接电容器的导线具有向上的电流，则下列说法中正确的是(　　) A．电容器正在充电 B．两平行板间的电场强度E在减小 C．该变化电场产生顺时针方向(俯视)的磁场 D．两极板间电场最强时，板间电场产生的磁场达到最大值 解析　电容器内电场强方向向上，下极板带正电，根据电流的方向，正电荷正在流向下极板，因此电容器处于充电过程，A正确；电容器的带电量越来越多，内部电场强度越来越大，B错误；该变化电场产生磁场方向等效成向上的电流产生磁场的方向，根据右手螺旋定则可知，电场产生的磁场逆时针方向(俯视)，C错误；当两极板间电场最强时，电容器充电完毕，回路的电流最小，因此产生的磁场最小，D错误。 答案　A 考点四　电磁波的发射与接收　电磁波谱 1．电磁波的发射 (1)发射电路的两个特点 ①发射频率足够高。 ②应用开放电路。 (2)调制 ①使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制。 ②调制方法： 调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。 调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。 2．电磁波的接收 (1)原理 利用电磁感应在接收电路产生和电磁波同频率的电流。 (2)方法 ①利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强。 ②利用解调把接收电路中的有用信号分离出来。 ③调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。 3．电磁波谱 从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，其行为服从共同的规律，但因波长(频率)不同，又表现出不同的特点。 (1)共性 ①它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。 ②都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s。 ③它们的传播都不需要介质。 ④它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。 (2)个性 ①不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短穿透能力越强。 ②同频率的电磁波，在不同介质中速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大，速度越小。 1．(多选)无线通信技术，早已影响到我们每一个人的方方面面，下列说法中正确的是(　　) A．把信息加到载波上的过程叫做调制 B．使高频载波的振幅随信号改变，这种调制方式叫做调频 C．使高频载波的频率随信号改变，这种调制方式叫做调幅 D．把信息从高频信号电流中取出来的过程，叫做解调 解析　把信息加到载波上的过程叫做调制，故A正确；使高频载波的振幅随信号改变，这种调制方式叫做调幅，故B错误；使高频载波的频率随信号改变，这种调制方式叫做调频，故C错误； 把信息从高频信号电流中取出来的过程，叫做解调，故D正确。 答案　AD 2．(2023·雅安中学高三期中)关于麦克斯韦电磁场理论、电磁场和电磁波，下列说法错误的是(　　) A．均匀变化的电场一定产生稳定的磁场，均匀变化的磁场一定产生稳定的电场 B．接收无线电波时需要对电磁波进行调制和检波 C．电磁波的传播不需要介质，并且电磁波能产生干涉和衍射现象 D．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波的存在，后来赫兹用实验证实了电磁波的存在 解析　均匀变化的电场一定产生稳定的磁场，均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，故A正确；发射无线电波时需要对电磁波进行调制；检波是在接收过程中进行的，故B错误；电磁波本身就是一种物质，传播不需要介质，且能发生干涉与衍射现象，故C正确；麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波存在，后来赫兹用实验证实了电磁波的存在，故D正确。 答案　B 3．下列关于物理现象的描述错误的是(　　) A．任何波传播都需要介质 B．一切物体都在不停地辐射红外线 C．红外线、可见光、紫外线、γ射线是按波长由长到短排列的电磁波 D．为了把需要传递的电信号发射到远方，必须对高频等幅电磁波进行调制 答案　A $$