第十三章 第3讲 电磁振荡与电磁波（课件PPT）-【步步高】2024年高考物理大一轮复习讲义（津鲁琼辽鄂粤冀渝湘晋皖黑吉云豫新赣甘贵桂）

DISHISANZHANG 第十三章 交变电流　电磁波　传感器 大一轮复习讲义 第3讲 目标 要求 1.了解LC振荡电路中振荡电流的产生过程及电磁振荡过程中能量转化情况.2.掌握电磁振荡的周期公式和频率公式.3.理解麦克斯韦电磁场理论，了解电磁波的产生、发射、传播和接收过程. 电磁振荡与电磁波 内容索引 考点一　电磁振荡 考点二　电磁波的特点及应用 课时精练 3 考点一 电磁振荡 4 1.振荡电路：产生大小和方向都做 迅速变化的电流(即 )的电路.由电感线圈L和电容C组成最简单的振荡电路，称为 振荡电路. 2.电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器不断地 和 ，就会使电容器极板上的电荷量q、电路中的 、电容器内的电场强度E、线圈内的 发生周期性的变化，这种现象就是电磁振荡. 梳理 必备知识 周期性 振荡电流 LC 充电 放电 电流i 磁感应强度B 3.电磁振荡中的能量变化 (1)放电过程中电容器储存的 能逐渐转化为线圈 的 能. (2)充电过程中线圈中的 能逐渐转化为电容器的 能. (3)在电磁振荡过程中，电场能和磁场能会发生 的转化. 4.电磁振荡的周期和频率 (1)周期T＝ . (2)频率f＝　　　 . 电场 磁场 磁场 电场 周期性 1.LC振荡电路中，电容器放电完毕时，回路中电流最小.(　　) 2.LC振荡电路中，回路中的电流最大时回路中的磁场能最大.(　　) 3.电磁振荡的固有周期与电流的变化快慢有关.(　　) √ × × 判断正误 1.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像 提升 关键能力 2.LC振荡电路充、放电过程的判断方法 根据电流流向判断 当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程 根据物理量的变化趋势判断 当电容器的带电荷量q(电压U、电场强度E)增大或电流i (磁感应强度B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程 根据能量判断 电场能增加时充电，磁场能增加时放电 例1　(2023·北京八十中模拟)如图甲所示为某一LC振荡电路，图乙i－t图像为LC振荡电路的电流随时间变化的关系图像.在t＝0时刻，回路中电容器的M板带正电，下列说法中正确的是 A.O～a阶段，电容器正在充电，电场能 　正在向磁场能转化 B.a～b阶段，电容器正在放电，磁场能 　正在向电场能转化 C.b～c阶段，电容器正在放电，回路中电流沿顺时针方向 D.c～d阶段，电容器正在充电，回路中电流沿逆时针方向 √ O～a阶段，电容器正在放电，电流不断增加，电场能正在向磁场能转化，选项A错误； a～b阶段，电容器正在充电，电流逐渐减小，磁场能正在向电场能转化，选项B错误； b～c阶段，电容器正在放电，回路中电流沿顺时针方向，选项C正确； c～d阶段，电容器正在充电，回路中电流沿顺时针方向，选项D错误. 例2　如图所示，表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是 A.电容器正在充电 B.电感线圈中的磁场能正在减小 C.电感线圈中的电流正在减小 D.此时自感电动势正在阻碍电流的增大 √ 电容器在放电，所以电流在增大，磁场能在增大，自感电动势正在阻碍电流的增大，B、C错误，D正确. 根据磁感线的方向可以判断电流方向是逆时针，再根据电容器极板上带电的性质可以判断电容器在放电，A错误； 例3　(2020·浙江1月选考·8)如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电.t＝0时开关S打到b端，t＝0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值.则 A.LC回路的周期为0.02 s B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大 C.t＝1.01 s时线圈中磁场能最大 D.t＝1.01 s时回路中电流沿顺时针方向 √ 以顺时针电流为正方向，LC电路中电流和电荷量变化的图像如右： t＝0.02 s时电容器下极板带正电荷且最大，根据图像可知周期为T＝0.04 s，故A错误； 根据图像可知电流最大时，电容器中电荷量为0，电场能最小为0，故B错误； 1.01 s时，经过25 T，根据图像可知此时电流最大，电流沿逆时针方向，说明电容器放电完毕，电能全部转化为磁场能，此时磁场能最大，故C正确，D错误. 例4　某LC电路的振荡频率为520 kHz，为能提高到1 040 kHz，以下说法正确的是 A.调节可变电容，使电容增大为原来的4倍 B.调节可变电容，使电容减小为原来的 C.调节电感线圈，使线圈匝数增加到原来的4倍 D.调节电感线圈，使线圈电感变为原来的 √ 考点二 电磁波的特点及应用 梳理 必备知识 1.麦克斯韦电磁场理论 2.电磁波 (1)电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成 . (2)电磁波的传播不需要 ，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度 (都等于光速). (3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速 . (4)v＝ ，f是电磁波的频率. 电磁波 介质 相同 越小 λf 3.电磁波的发射 (1)发射条件： 电路和 信号，所以要对传输信号进行调制. (2)调制方式 ①调幅：使高频电磁波的 随信号的强弱而改变. ②调频：使高频电磁波的 随信号的强弱而改变. 开放 高频振荡 振幅 频率 4.无线电波的接收 (1)当接收电路的固有频率跟收到的无线电波的频率 时，接收电路中产生的振荡电流 ，这就是电谐振现象. (2)使接收电路产生电谐振的过程叫作 ，能够调谐的接收电路叫作_____电路. (3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程，叫作 .检波是 的逆过程，也叫作 . 相同 最强 调谐 调谐 检波 调制 解调 5.电磁波谱：按照电磁波的 大小或 高低的顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱. 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. 波长 频率 可见光 1.振荡电路的频率越高，发射电磁波的本领越大.(　　) 2.要将传递的声音信号向远距离发射，必须以高频电磁波作为载波. (　　) 3.只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流.(　　) 4.解调是调制的逆过程.(　　) √ √ × √ 判断正误 1.电磁波谱分析及应用 提升 关键能力 电磁波谱 频率/ Hz 真空中 波长/m 特性 应用 递变规律 无线电波 ＜3×1011 ＞10－3 波动性强，易发生衍射 无线电技术 衍射能力减弱，直线传播能力增强 红外线 1011～1015 10－7～10－3 热效应 红外遥感 可见光 1015 10－7 引起视觉 照明、摄影 紫外线 1015～1016 10－8～10－7 化学效应、荧光效应、灭菌消毒 医用消毒、防伪 X射线 1016～1019 10－11～10－8 穿透本领强 检查、医用透视 衍射能力减弱，直线传播能力增强 γ射线 ＞1019 ＜10－11 穿透本领更强 工业探伤、医用治疗 2.各种电磁波产生机理 无线电波 振荡电路中电子周期性运动产生 红外线、可见光和紫外线 原子的外层电子受激发后产生 X射线 原子的内层电子受激发后产生 γ射线 原子核受激发后产生 3.对电磁波的两点说明 (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传播速度不同，不同频率的电磁波在同一种介质中传播时，频率越高，折射率越大，速度越小. 例5　某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示，能发射电磁波的是 √ 由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定的电场时(如题图A)，由于它不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场时(如题图B、C)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会在较远处激发出电场，故也不会产生电磁波；周期性变化的电场(如题图D)，会激发出周期性变化的磁场，它又激发出周期性变化的电场……如此交替的产生磁场和电场，便会形成电磁波，故D正确. 例6　(2023·上海市模拟)以下关于电磁场和电磁波的说法中正确的是 A.电场和磁场总是同时存在的，统称为电磁场 B.电磁波是机械波，传播需要介质 C.电磁波的传播速度是3×108 m/s D.电磁波是一种物质，可在真空中传播 √ 变化的电场与变化的磁场相互联系，它们统称为电磁场，选项A错误； 电磁波不是机械波，传播不需要介质，选项B错误； 电磁波在真空中的传播速度是3×108 m/s，选项C错误； 电磁波是一种物质，可在真空中传播，选项D正确. 例7　(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是 A.在真空中各种电磁波的传播速度都相同 B.γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高 C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射 D.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线 √ √ 电磁波在真空中的传播速度都为3.0×108 m/s，故A正确； γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故B正确； 在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐变短，频率逐渐升高，而波长越长，波动性越强，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，电磁波谱中无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误. 例8　(多选)(2020·江苏卷·13B(1))电磁波广泛应用在现代医疗中.下列属于电磁波应用的医用器械有 A.杀菌用的紫外灯 B.拍胸片的X光机 C.治疗咽喉炎的超声波雾化器 D.检查血流情况的“彩超”机 √ √ 三 课时精练 1.(2023·北京市模拟)使用蓝牙耳机可以接听手机来电，蓝牙通信的电磁波波段为(2.4～2.48)×109 Hz.已知可见光的波段为(3.9～7.5)×1014 Hz，则蓝牙通信的电磁波 A.是蓝光 B.波长比可见光短 C.比可见光更容易发生衍射现象 D.在真空中的传播速度比可见光小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 基础落实练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据题意可知，蓝牙通信的电磁波频率低于可见光频率，所以蓝牙通信的电磁波不可能是蓝光，故A错误； 因为蓝牙通信的电磁波频率低于可见光频率，根据c＝λf可知，波长比可见光长，故B错误； 因为波长比可见光长，所以更容易发生衍射现象，故C正确； 所有电磁波在真空中传播速度都为光速，是一样的，故D错误. 2.(2023·辽宁锦州市模拟)5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特点之一为具有超高速的数据传播速率，5G信号一般采用3.3× 109～6×109 Hz频段的无线电波，而第四代移动通信技术4G采用的是1.88×109～2.64×109 Hz频段的无线电波，则下列说法正确的是 A.空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象 B.5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快 C.5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更 　密集的基站 D.5G信号比4G信号波长长 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 空间中的5G信号和4G信号的频率不同，不会产生干涉现象，故A错误； 5G信号与4G信号所用的无线电波在真空中传播速度一样，均等于光速，故B错误； 根据c＝λv可知5G信号相比于4G信号的波长短，更不容易发生衍射，所以5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，故C正确，D错误. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3.(2023·上海市杨浦高级中学模拟)下列关于电磁波的特性和应用的说法正确的是 A.电磁波能传输能量 B.γ射线最容易用来观察衍射现象 C.紫外线常用在医学上做人体透视 D.体温超过周围空气温度时，人体才对外辐射红外线 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 电场和磁场中有电能和磁场能，变化的电场和磁场在空间中交替出现，传播出去的过程形成电磁波，所以电磁波能传输能量，故A正确； γ射线的频率很高，波长很短，不容易产生衍射现象，故B错误； X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，紫外线可以消毒杀菌，故C错误； 自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度(－273 ℃)就存在分子或原子无规则的运动，其表面就不断地辐射红外线，故D错误. 4.(多选)(2023·天津市模拟)下列说法正确的是 A.LC电路产生电磁振荡的过程中，回路电流值最小时刻，磁场能最小 B.变化的电场一定产生变化的磁场 C.无线电波发射接收过程中，使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐 D.空调遥控器是利用发射紫外线来控制空调的 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ LC电路产生电磁振荡的过程中，回路电流值最小时刻，磁场能最小，而电容器所带电荷量最大，故A正确； 均匀变化的电场产生的是稳定的磁场，故B错误； 无线电波发射接收过程中，使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，故C正确； 空调遥控器是利用发射红外线来控制空调的，故D错误. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5.(多选)下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法中正确的是 A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强 B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快 C.经过调制后的电磁波在空间传播的波长不变 D.经过调制后的电磁波在空间传播的波长改变 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 调制是把要发射的信号“加”到高频振荡电流上去，频率越高，传播信息能力越强，A正确； 电磁波在空气中的传播速度接近光速且恒定不变，B错误； 由v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错误，D正确. 6.(多选)下列关于无线电波的叙述中，正确的是 A.无线电波是波长从几十千米到一毫米的电磁波 B.无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s C.无线电波不能产生干涉和衍射现象 D.无线电波由真空进入介质传播时，波长变短 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 无线电波中长波波长有几十千米，微波中的毫米波只有几毫米，A正确； 无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度3.0×108 m/s，B错误； 无线电波也能产生干涉和衍射现象，C错误； 7.(2023·山东泰安市模拟)关于电磁波谱，下列说法中正确的是 A.红外体温计的工作原理是人的体温越高，发射的红外线越强，有时物 　体温度较低，不发射红外线，导致无法使用 B.紫外线的频率比可见光低，医学中常用于杀菌消毒，长时间照射人体 　可能损害健康 C.X射线、γ射线频率较高，波动性较强，粒子性较弱，较难发生光电效应 D.手机通信使用的是无线电波，其波长较长，更容易观察到衍射现象 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 有温度的物体都会发射红外线，A错误； 紫外线的频率比可见光高，B错误； X射线、γ射线频率较高，波动性较弱，粒子性较强，较易发生光电效应，C错误； 手机通信使用的是无线电波，其波长较长，更容易观察到衍射现象，D正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 8.在LC振荡电路中，电容器上的带电荷量从最大值变化到零所需的最短时间是 √ 能力综合练 9.如图甲所示，“救命神器”——自动体外除颤仪(AED)现在已经走入了每个校园，它是一种便携式的医疗设备，可以诊断特定的心律失常，并且给予电击除颤，是可被非专业人员使用的用于抢救心脏骤停患者的医疗设备.其结构如图乙所示，低压直流经高压直流发生器后向储能电容器C充电.除颤治疗时，开关拨到2，将脉冲电流作用于心脏，使患者心脏恢复正常跳动，其他条件不变时，下列说法正确的是 A.脉冲电流作用于不同人体时，电流大小相同 B.放电过程中，电流大小不变 C.电容C越小，电容器的放电时间越长 D.自感系数L越小，电容器的放电时间越短 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 电容器放电过程中，开始时电流较小，随着带电荷量的减小，放电电流逐渐变大，不是恒定的，B错误； 脉冲电流作用于不同人体时，不同人体的导电性能不同，故电流大小不同，A错误； 10.(多选)LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法正确的是 A.若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电 B.若电容器正在放电，则电容器上极板带负电 C.若电容器上极板带正电，则自感电动势正在减小 D.若电容器正在充电，则自感电动势正在阻碍电流减小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ √ 若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电，处于充电状态，故A正确； 若电容器正在放电，由安培定则可得电容器上极板带负电，故B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 若电容器上极板带正电，说明电容器在充电，电流减小得越来越快，自感电动势增大，故C错误； 若电容器正在充电，则线圈自感作用阻碍电流的减小，故D正确. 11.如图所示为LC振荡电路中电容器上的带电荷量q随时间t的变化曲线，则下列判断正确的是 A.在b和d时刻，电路中电流为零 B.在O→a时间内，电场能转化为磁场能 C.在a和c时刻，电路里的能量全部储存在电容器的电场中 D.在O→a和c→d时间内，电容器被充电 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 在b和d时刻，q为0，但q随t的变化率最大，则电流最大，不为零，故A错误； 在O→a时间内，q从0逐渐增大至最大值，而电 流从最大值减小至0，电容器充电，磁场能转化为电场能，故B错误； 在a和c时刻，电容器均完成充电过程，电路里的能量全部储存在电容器的电场中，故C正确； 在O→a时间内，电容器充电，在c→d时间内，电容器放电，故D错误. 12.如图所示为一理想LC电路，已充电的平行板电容器两极板水平放置.电路中开关断开时，极板间有一带电灰尘(图中未画出)恰好静止.若不计带电灰尘对电路的影响，重力加速度为g，灰尘运动时间大于振荡电路周期.当电路中的开关闭合以后，则 A.灰尘将在两极板间做往复运动 B.灰尘运动过程中加速度方向可能会向上 C.电场能最大时灰尘的加速度一定为零 D.磁场能最大时灰尘的加速度一定为g 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 当开关断开时，灰尘静止，则有Eq＝mg，此时电场能最大，极板间电场强度最大，若开关闭合，电场能减小，极板间电场强度减小，则灰尘会向下极板运动，振荡回路磁场和电场周期性改变，根据对称性可知当电场方向和初始状态相反且电场能最大时，静电力方向竖直向下，和重力方向相同，此时灰尘的加速度为2g，所以灰尘的加速度不可能向上，灰尘的加速度大于等于0，且一直向下，所以灰尘不会在两极板间做往复运动，故A、B、C错误； 当磁场能最大时，电场能为0，极板间电场强度为0，灰尘只受重力，加速度一定为g，故D正确. 13.如图所示，电源电动势为3 V，单刀双掷开关S先置于a端使电路稳定.在t＝0时刻开关S置于b端，若经检测发现，t＝0.02 s时刻，自感线圈两端的电势差第一次为1.5 V.如果不计振荡过程的能量损失，下列说法正确的是 A.t＝0.04 s时回路中的电流为零 B.t＝0.08 s时电感线圈中的自感电动势达到最大值， 　为3 V C.0.07～0.08 s时间内，电容器极板间电场方向竖直向上且逐渐减小 D.0.04～0.05 s时间内，线圈中的磁场能逐渐增大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由题意知S置于b端后，自感线圈两端的电势差呈余弦规律变化，由于t＝0时刻电容器电压为3 V，故此时自感线圈两端的电势差也为3 V，然后开始减小，当第一次为1.5 V时，则可知经历时间为六分之一周期，故振荡周期为0.12 s.所以0.04 s时回路中的电流不为零，0.03 s时回路中的电流才为零，0.06 s时电感线圈中的自感电动势值达到最大，为3 V，故A、B错误； 经分析，0.07～0.08 s时间内，电容器极板间电场方向竖直向上且逐渐减小，故C正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0.04～0.05 s时间内，线圈两端的电势差增大，即电容器极板间电场增大，电场能增大，则磁场能逐渐减小，故D错误. BENKEJIESHU 本课结束 更多精彩内容请登录：www.xinjiaoyu.com 大一轮复习讲义 2π 由振荡频率公式f＝可知，要使频率提高到原来的2倍，则可以减小电容使之变为原来的，或减小电感使之变为原来的，故B正确，A、C、D错误. 无线电波由真空进入介质传播时，传播速度减小，由λ＝可知波长变短，D正确. LC振荡电路的周期T＝2π，其电容器上的带电荷量从最大值变化到零的最短时间t＝，故t＝，故选B. A. B. C.π D.2π 振荡电路的振荡周期为T＝2π，电容器在时间t0内放电至两极板间的电压为0，即t0＝＝，则线圈的自感系数L越小，电容器的放电时间越短；电容器的电容C越大，电容器的放电时间越长，C错误，D正确. $$