第4章 2 电磁场与电磁波 3 无线电波的发射和接收-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第二册教师用书（人教版2019）

DISIZHANG 第四章 2　电磁场与电磁波 3　无线电波的发射和接收 1 1.知道电磁场的概念及产生的原理(重点)。 2.知道有效发射电磁波的两个条件。 3.了解无线电波的特点及传播规律。 4.了解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波发射、接收过程中的作用(重点)。 学习目标 2 一、电磁场 二、电磁波 三、无线电波的发射 课时对点练 四、无线电波的接收 内容索引 3 一、电磁场 二、电磁波 三、无线电波的发射 课时对点练 四、无线电波的接收 内容索引 4 电磁场 一 5 1.变化的磁场产生电场 (1)实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生　　　　　。 感应电流 甲　B增大时的情形 (2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的　　　产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动。 (3)实质：变化的　　　产生了电场。(如图甲) 磁场 磁场 2.变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生　　　。(如图乙) 3.变化的电场和磁场总是　　　　　，形成一个不可分割的统一的　　　　。 磁场 相互联系 电磁场 乙　E增大时的情形 　 (2023·北京市西城区高二期中)关于电磁场理论，下列说法正确的是 A.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生 　变化的电场 C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D.周期性振荡变化的电场周围一定产生同频率周期性振荡变化的磁场 例1 √ 在变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场，故A错误；在均匀变化的电场周围一定产生稳定的磁场，在均匀变化的磁场周围一定产生稳定的电场，故B、C错误； 周期性振荡变化的电场周围一定产生同频率周期性振荡变化的磁场，故D正确。 总结提升 对麦克斯韦电磁场理论的理解 　　　应用麦克斯韦电磁场理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)正确的是 针对训练1 √ A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，故A错误； B图中的上图是均匀变化的电场，其周围空间应该产生稳定的磁场，下图的磁场应该是恒定的，故B错误； C图中的上图是周期性变化的磁场，其周围空间能产生同频率周期性变化的电场，当磁感应强度的变化率最大时，感应电场最强，故C正确； D图的上图是周期性变化的电场，在其周围空间产生同频率周期性变化的磁场，当电场强度的变化率最大时，则感应磁场应最强，故D错误。 返回 电磁波 二 13 如图所示的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么？ 答案　当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到导线环时，在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也产生电火花。这个实验证实了电磁波的存在。 1.电磁波的产生：变化的　　　和　　　交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。 2.电磁波的特点 梳理与总结 (1)电磁波在真空传播时，它的电场强度E与磁感应强度B互相　　　且均与传播方向　　　。如图所示。 (2)电磁波的传播　　　　介质，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即v真空=c=3.0×108 m/s。 电场 磁场 垂直 垂直 不需要 (3)电磁波在传播过程中　　　不变，始终与振荡电路的频率　　　，它由波源决定，与介质　　　。 (4)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，电磁波也是传播能量的一种形式。 (5)电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为c=λf。 (6) 　　　通过实验证实了电磁波的存在。 频率 相同 无关 赫兹 　 (2024·上饶市高二期末)2023年10月26日11时14分，长征二号F遥十七运载火箭托举着神舟十七号载人飞船，在酒泉卫星发射中心点火升空，送汤洪波、唐胜杰、江新林3名航天员奔赴“天宫”。如图所示，神十六、神十七两个乘组“太空会师”，航天员能与地面工作人员保持实时联络，直播画面通过电磁波传送到地面。下列关于电磁波说法正确的是 A.电磁波传播过程中，电场和磁场是独立存在的，没有关联 B.电磁波可以在真空中传播 C.不能用实验验证电磁波的存在 D.太空中航天员讲话时画面与声音同步，说明电磁波 　与声波具有相同的传播速度 例2 √ 电磁波传播过程中，电场和磁场是相互关联，相 互联系的，选项A错误； 电磁波可以在真空中传播，选项B正确； 可以用实验验证电磁波的存在，选项C错误； 太空中航天员讲话时画面与声音都是通过电磁波传播到地面的，所以画面和声音同步，但不能说明电磁波与声波具有相同的传播速度，选项D错误。 　　　(2024·苏州市高二期末)下列关于电磁波和机械波的说法中，正确的是 A.都属于横波 B.传播都需要介质 C.都能传递信息和能量 D.机械波能产生干涉、衍射现象，电磁波不能 针对训练2 √ 电磁波为横波，机械波可以是横波也可以是纵波，电磁波的传播不需要介质，故A、B错误； 电磁波和机械波都能传递信息和能量，故C正确； 电磁波和机械波都能产生干涉、衍射现象，故D错误。 返回 无线电波的发射 三 21 在如图所示的普通LC振荡电路中能否有效地发射电磁波？ 答案　在普通LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部。在电磁振荡过程中，周围空间的电磁场很弱，辐射出去的能量很少，不能有效地发射电磁波。 1.有效发射电磁波的条件 要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点： (1)要有　　　　的振荡频率。频率越　　，振荡电路发射电磁波的本领越大，如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去。 (2)采用　　　电路。可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图。 梳理与总结 足够高 高 开放 说明：实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与　　　相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的　　　相连。 大地 天线 2.调制 (1)概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种______而改变。 (2)调制的分类 ①调幅(AM)：使高频电磁波的　　　随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示。 信号 振幅 ②调频(FM)：使高频电磁波的　　　随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示。 频率 　 (多选)如图所示为无线电波实际发射过程的示意图，如图甲、乙、丙所示为发射过程产生的电流图像，关于这三种图像，下列说法中正确的是 A.图甲为高频振荡器产生的高频等幅振荡电流 B.图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号 C.图丙表示高频电磁波的振幅随信号的强弱而变 D.图丙表示高频电磁波的频率随信号的强弱而变 例3 √ √ √ 由高频振荡器产生的高频振荡电流如题图甲所示，选项A正确； 题图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号，选项B正确； 题图丙的调制方法是调幅，可以使载波的振幅随信号的强弱而变，选项C正确，D错误。 返回 无线电波的接收 四 29 1.接收原理：电磁波在传播时如果遇到　　　，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是　　　　　。 2.接收方法 (1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程。 电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率　　　时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振。 (2)解调：把声音或图像信号从　　　　　中还原出来的过程。调幅波的解调也叫检波。 导体 接收天线 相同 高频电流 3.电视广播的发射和接收 (1)电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要通过载波将信号调制成　　　信号再进行传播。 (2)高频电视信号的三种传播方式：地面 　　　传输、有线网络传输以及　　　传输。 (3)电视信号的接收：在电视接收端，接收到的高频电磁波信号经过____将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号。 高频 无线电 卫星 解调 　调节收音机的调谐回路时，可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号，为接收到该电台信号，则应 A.加大电源电压 B.减小电源电压 C.增加谐振线圈的圈数 D.减少谐振线圈的圈数 例4 √ 由于f=，C越小、L越小，f越大。动片旋出，正对面积S减小，C减小，f增大，S调到最小时，即C最小时，f还未达到某较高频率f0，则必须使L减小，即减少谐振线圈的圈数，选项C错误，D正确； 频率f与电源电压无关，选项A、B错误。 总结提升 调谐电路的调节，要特别注意以下问题： (1)调节方向：由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小。 (2)频率公式f=，根据(1)中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小。 　　　在如图所示的LC振荡电路中，已知线圈的电感不变，电容器为可调电容器，开始时电容器的电容为C0，要发生电谐振应使振荡电路的固有频率加倍。则电容器的电容应变为 A.4C0 B.2C0 C.C0 D.C0 针对训练3 √ 由题意，固有频率变为原来的2倍，由f=知，L不变，只有C= C0时符合要求，D正确。 返回 课时对点练 五 36 考点一　电磁场与电磁波 1.(2024·通化市高二期末)电磁场理论在现代生活中有着广泛应用，下面有关电磁场理论的说法正确的是 A.法拉第首先提出电磁场理论 B.磁场周围一定有电场 C.变化的电场周围一定有磁场 D.变化的电场周围一定有变化的磁场 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 基础对点练 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 麦克斯韦首先提出电磁场理论，故A错误； 变化的磁场周围才有电场，变化的电场周围才有磁场，故B错误，C正确； 周期性变化的电场周围一定有变化的磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，故D错误。 13 2.(2023·河南高二联考期末)英国物理学家麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。应用麦克斯韦的电磁场理论判断，如图表示四种电场(磁场)随时间变化的图像中，能产生恒定的磁场(电场)的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A图中电场不变，则不会产生磁场，A错误； B图中是均匀变化的电场，能产生稳定的磁场，B正确； C图中电场随时间发生非均匀变化，则会产生变化的磁场，C错误； D中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故D错误。 13 3.(2023·本溪市高二开学考试)2022年7月1日，庆祝香港回归祖国25周年大会隆重举行，世界各地观众都能收看到大会实况，是因为电视信号可通过卫星覆盖全球。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频率、能量有关，频率越高、能量越大， 　传播速度越大 B.当电磁波源消失后就不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立 　即消失 C.电磁波不能在真空中传播，且只能传递声音信号，不能传递图像信号 D.香港电视台与沈阳电视台发射的电磁波的频率不同，故传播速度不同 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 电磁波在真空中的传播速度是光速，与频率、能量无关，A错误； 一旦电磁波形成了，电磁场就会向外传播，当波源消失后只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，B正确； 电磁波传播不需要介质，可在真空中传播，电磁波既能传递声音信号，又能传递图像信号，C错误； 香港电视台与沈阳电视台发射的电磁波的频率不同，但传播速度相同，D错误。 13 4.(2024·驻马店市高二期末)“中国天眼”(FAST)位于贵州的大山深处，是500 m口径球面射电望远镜，它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是 A.麦克斯韦认为变化的电场能激发出变化的磁场，但没有介质不能产生 　电磁波 B.麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波 C.电磁波从真空进入水中时，频率改变，波速不变 D.电磁波从真空进入水中时，频率不变，波速改变 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 麦克斯韦认为周期性变化的电场在周围能够引起同频率周期性变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场，这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波，电磁波的传播不需要介质，而均匀变化的电场只能激发出恒定的磁场，不能产生电磁波，故A、B错误； 电磁波在不同介质中传播速度不同，频率不变，故C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 考点二　无线电波的发射与接收 5.(多选)为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了使用开放电路，还可以 A.增大电容器极板间的距离 B.减小电容器极板的正对面积 C.减少线圈的匝数 D.采用低频振荡电流 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 使用开放电路和提高发射频率是提高电磁波发射能力的两种有效方法；由f=、C=可知，选项A、B、C正确，D错误。 13 6.在无线电广播的接收中，调谐和解调是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是 A.调谐→高频放大→解调→音频放大 B.解调→高频放大→调谐→音频放大 C.调谐→音频放大→解调→高频放大 D.解调→音频放大→调谐→高频放大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 调谐是从众多的电磁波中选出所需频率的高频信号，然后进行高频放大，再从放大后的高频信号中“检”出高频信号所承载的低频声音信号(解调)，最后将这些低频声音信号放大后通过扬声器播放出来，综上所述，A正确。 13 7.某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波的无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台。适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为300 m、397 m、566 m的无线电波，下列说法正确的是 A.使接收电路产生电谐振的过程叫作解调 B.在电磁波发射技术中，只有调频这种调制方式 C.为更好接收波长为300 m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到1 　MHz D.为了能收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，故A错误； 在电磁波发射技术中，有调频和调幅两种调制方式，故B错误； 为更好接收波长为300 m的无线电波，根据f== Hz=1×106 Hz= 1 MHz，可知应把收音机的调谐频率调到1 MHz，故C正确； 为了能收到频率最高的中波电台，应增大调谐电路的固有频率，根据f=可知应减少线圈的匝数，故D错误。 13 8.(2024·盐城市高二期末)如图甲所示为收音机的调谐电路，改变可变电容器C的电容，进而改变调谐电路的频率。若“调频”后，电路中的最强的高频电流i随时间t的变化规律为图乙所示的正弦曲线。下列说法或做法正确的是 A.改变电容器C的电容的目的是使调谐电路的 　固有频率跟接收的电磁波频率相同 B.将可变电容器的电容减小，电路将接收到 　波长更大的电信号 C.在t1~t2时间内，电容器C正在放电 D.电路中电场能随时间变化的周期等于t4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 改变电容器C的电容目的是使调谐电路的固有频率跟接收的电磁波频率相同，故A正确； 根据f=，将可变电容器的电容减小，固 有频率会增加，根据公式λ=可知，频率越大，波长越小，所以将可变电容器的电容减小后，将接收到波长更小的电信号，故B错误； 在t1~t2时间内，电路中电流在减小，电容器在充电，故C错误； 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 一个周期电容器充放电两次，所以电路中的电场能随时间变化的周期等于t4，故D错误。 13 9.下列关于无线电广播对电磁波进行调制的原因的说法正确的是 A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领不变 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.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号有效地传递出去 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 能力综合练 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 调制是把低频信号“加”到高频电磁波上增强发射能力，也就是把含有信息的低频信号加载到高频电磁波上，电磁波频率变大，辐射能量的本领变强，易于向外发射，A错误； 电磁波在空气中的波速接近光速，传播速度不变，B错误； 根据v=λf可知，速度不变的情况下，频率改变，则波长必然改变，C错误； 要把电磁波有效地发射出去，必须有足够高的频率，经过调制之后的波具有较高频率，从而把我们要告知对方的信号有效地传递出去，D正确。 13 10.电视机的室外天线能把电信号接收下来，是因为 A.天线处于变化的电磁场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过 　馈线输送给LC电路 B.天线只处于变化的电场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过 　馈线输送给LC电路 C.天线只是有选择地接收某电视台信号，而其他电视台信号则不接收 D.天线将电磁波传输到电视机内 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 室外天线处于变化的电磁场中，天线产生了感应电流，此电流通过馈线输送给LC电路，此电流中包括空间各电视台信号激起的电流，但只有频率与调谐电路频率相等的电信号对应电流最强，然后再通过解调处理输送给后面的电路，故A正确，B、C、D错误。 13 11.(2024·荆州市高二期末)如图甲所示，塑料制成的光滑细圆环水平固定放置，环上套一个带正电的电荷量为q的小球(视为质点)处于静止状态，磁感应强度大小为B的匀强磁场方向竖直向上，环面的面积为S；英国物理学家麦克斯韦认为，变化的磁场会在周围的空间激发出感生电场，如图乙所示，空间存在竖直向上均匀增加的匀强磁场，周围产生的环形电场线从上向下看沿顺时针，同一个圆周上的电场强度大小相等， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 下列说法正确的是 A.对甲图，若磁场竖直向上均匀增加， 　则塑料圆环内部会产生感应电流 B.对甲图，若磁场竖直向下均匀增加， 　从上向下看小球会沿顺时针方向转动 C.乙图说明，任何磁场周围都会产生电场，与闭合电路是否存在无关 D.对甲图，若磁场竖直向上均匀增加的变化率为k，则小球运动一周，静 　电力做的功为kSq 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 对题图甲，若磁场竖直向上均匀增加，则在金属圆环上会产生感应电流，而塑料圆环不会产生感应电流，A项错误； 对题图甲，若磁场竖直向下均匀增加，对比题图乙，塑料圆环上产生的环形电场线从上向下看沿逆时针，则带正电的小球受到沿逆时针方向的静电力，小球会沿逆时针方向转动，B项错误； 题图乙说明，只有变化磁场的周围才会产生电场，与闭合电路是否存在无关，C项错误； 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由法拉第电磁感应定律可得均匀变化的磁场产生的感应电动势为E==kS，由静电力做功的定义W=Uq，可得小球转动一周，静电力对小球做的功为W=Eq=kSq，D项正确。 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12.(多选)在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制，调制分调幅和调频两种。如图甲所示有A、B两幅图。在收音机电路中天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送到下一级，需要把高频成分和低频成分分开，只让低频成分输入下一级，如果采用如图乙所示的电路，图中虚线框a和b内只用一个电容器或电感器。以下关于电磁波的发射和接收的说法中， 13 正确的是 A.在电磁波的发射技术中，甲图中A是调幅波 B.在电磁波的发射技术中，甲图中B是调幅波 C.乙图中a是电容器，用来通高频阻低频，b是电感器，用来阻高频通低频 D.乙图中a是电感器，用来阻交流通直流，b是电容器，用来阻高频通低频 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载，故A为调幅波，A正确，B错误； 在交流电路中，电容器通高频阻低频，电感器通低频阻高频，元件a要让高频信号通过，阻止低频信号通过，故元件a为电容器；元件b要让低频信号通过，阻止高频信号通过，故b为电感器。故C正确，D错误。 13 13.英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在周围空间激发感生电场，如图所示，半径为R的圆形区域内磁场均匀变化，以圆心为起点作x轴，则x轴上的感生电场E大小随x变化规律可能正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 尖子生选练 √ 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 假设有一个闭合的圆形线圈，内阻和导线直径均忽略不计，放置在题图所示圆形区域内，使其圆心与圆形区域的圆心重合，设其半径为r，当r≤R时，圆形线圈内激发的感应电动势E== 则线圈上任一点处的电场强度为 E1===× 即电场强度与线圈半径成正比。 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 返回 当r>R时，圆形线圈内激发的感应电动势 E'== 则线圈上任一点处的电场强度为 E2===× 即电场强度与线圈半径成反比。故选A。 13 BENKEJIESHU 本课结束 $$ 2　电磁场与电磁波 3　无线电波的发射和接收 ［学习目标］　1.知道电磁场的概念及产生的原理(重点)。2.知道有效发射电磁波的两个条件。3.了解无线电波的特点及传播规律。4.了解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波发射、接收过程中的作用(重点)。 一、电磁场 1.变化的磁场产生电场 (1)实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。 甲　B增大时的情形 (2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动。 (3)实质：变化的磁场产生了电场。(如图甲) 2.变化的电场产生磁场 乙　E增大时的情形 麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场。(如图乙) 3.变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场。 例1　(2023·北京市西城区高二期中)关于电磁场理论，下列说法正确的是 (　　) A.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场 C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D.周期性振荡变化的电场周围一定产生同频率周期性振荡变化的磁场 答案　D 解析　在变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场，故A错误；在均匀变化的电场周围一定产生稳定的磁场，在均匀变化的磁场周围一定产生稳定的电场，故B、C错误；周期性振荡变化的电场周围一定产生同频率周期性振荡变化的磁场，故D正确。 对麦克斯韦电磁场理论的理解 针对训练1　应用麦克斯韦电磁场理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)正确的是 (　　) 答案　C 解析　A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，故A错误；B图中的上图是均匀变化的电场，其周围空间应该产生稳定的磁场，下图的磁场应该是恒定的，故B错误；C图中的上图是周期性变化的磁场，其周围空间能产生同频率周期性变化的电场，当磁感应强度的变化率最大时，感应电场最强，故C正确；D图的上图是周期性变化的电场，在其周围空间产生同频率周期性变化的磁场，当电场强度的变化率最大时，则感应磁场应最强，故D错误。 二、电磁波 如图所示的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么？ 答案　当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到导线环时，在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也产生电火花。这个实验证实了电磁波的存在。 1.电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。 2.电磁波的特点 (1)电磁波在真空传播时，它的电场强度E与磁感应强度B互相垂直且均与传播方向垂直。如图所示。 (2)电磁波的传播不需要介质，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即v真空=c=3.0×108 m/s。 (3)电磁波在传播过程中频率不变，始终与振荡电路的频率相同，它由波源决定，与介质无关。 (4)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，电磁波也是传播能量的一种形式。 (5)电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为c=λf。 (6)赫兹通过实验证实了电磁波的存在。 例2　(2024·上饶市高二期末)2023年10月26日11时14分，长征二号F遥十七运载火箭托举着神舟十七号载人飞船，在酒泉卫星发射中心点火升空，送汤洪波、唐胜杰、江新林3名航天员奔赴“天宫”。如图所示，神十六、神十七两个乘组“太空会师”，航天员能与地面工作人员保持实时联络，直播画面通过电磁波传送到地面。下列关于电磁波说法正确的是 (　　) A.电磁波传播过程中，电场和磁场是独立存在的，没有关联 B.电磁波可以在真空中传播 C.不能用实验验证电磁波的存在 D.太空中航天员讲话时画面与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度 答案　B 解析　电磁波传播过程中，电场和磁场是相互关联，相互联系的，选项A错误；电磁波可以在真空中传播，选项B正确；可以用实验验证电磁波的存在，选项C错误；太空中航天员讲话时画面与声音都是通过电磁波传播到地面的，所以画面和声音同步，但不能说明电磁波与声波具有相同的传播速度，选项D错误。 针对训练2　(2024·苏州市高二期末)下列关于电磁波和机械波的说法中，正确的是 (　　) A.都属于横波 B.传播都需要介质 C.都能传递信息和能量 D.机械波能产生干涉、衍射现象，电磁波不能 答案　C 解析　电磁波为横波，机械波可以是横波也可以是纵波，电磁波的传播不需要介质，故A、B错误；电磁波和机械波都能传递信息和能量，故C正确；电磁波和机械波都能产生干涉、衍射现象，故D错误。 三、无线电波的发射 在如图所示的普通LC振荡电路中能否有效地发射电磁波？ 答案　在普通LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部。在电磁振荡过程中，周围空间的电磁场很弱，辐射出去的能量很少，不能有效地发射电磁波。 1.有效发射电磁波的条件 要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点： (1)要有足够高的振荡频率。频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大，如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去。 (2)采用开放电路。可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图。 说明：实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。 2.调制 (1)概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种信号而改变。 (2)调制的分类 ①调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示。 ②调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示。 例3　(多选)如图所示为无线电波实际发射过程的示意图，如图甲、乙、丙所示为发射过程产生的电流图像，关于这三种图像，下列说法中正确的是 (　　) A.图甲为高频振荡器产生的高频等幅振荡电流 B.图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号 C.图丙表示高频电磁波的振幅随信号的强弱而变 D.图丙表示高频电磁波的频率随信号的强弱而变 答案　ABC 解析　由高频振荡器产生的高频振荡电流如题图甲所示，选项A正确；题图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号，选项B正确；题图丙的调制方法是调幅，可以使载波的振幅随信号的强弱而变，选项C正确，D错误。 四、无线电波的接收 1.接收原理：电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是接收天线。 2.接收方法 (1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程。 电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振。 (2)解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程。调幅波的解调也叫检波。 3.电视广播的发射和接收 (1)电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播。 (2)高频电视信号的三种传播方式：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。 (3)电视信号的接收：在电视接收端，接收到的高频电磁波信号经过解调将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号。 例4　调节收音机的调谐回路时，可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号，为接收到该电台信号，则应 (　　) A.加大电源电压 B.减小电源电压 C.增加谐振线圈的圈数 D.减少谐振线圈的圈数 答案　D 解析　由于f=，C越小、L越小，f越大。动片旋出，正对面积S减小，C减小，f增大，S调到最小时，即C最小时，f还未达到某较高频率f0，则必须使L减小，即减少谐振线圈的圈数，选项C错误，D正确；频率f与电源电压无关，选项A、B错误。 调谐电路的调节，要特别注意以下问题： (1)调节方向：由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小。 (2)频率公式f=，根据(1)中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小。 针对训练3　 在如图所示的LC振荡电路中，已知线圈的电感不变，电容器为可调电容器，开始时电容器的电容为C0，要发生电谐振应使振荡电路的固有频率加倍。则电容器的电容应变为 (　　) A.4C0 B.2C0 C.C0 D.C0 答案　D 解析　由题意，固有频率变为原来的2倍，由f=知，L不变，只有C=C0时符合要求，D正确。 课时对点练　［分值：100分］ 1~8题每题7分，共56分 考点一　电磁场与电磁波 1.(2024·通化市高二期末)电磁场理论在现代生活中有着广泛应用，下面有关电磁场理论的说法正确的是 (　　) A.法拉第首先提出电磁场理论 B.磁场周围一定有电场 C.变化的电场周围一定有磁场 D.变化的电场周围一定有变化的磁场 答案　C 解析　麦克斯韦首先提出电磁场理论，故A错误；变化的磁场周围才有电场，变化的电场周围才有磁场，故B错误，C正确；周期性变化的电场周围一定有变化的磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，故D错误。 2.(2023·河南高二联考期末)英国物理学家麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。应用麦克斯韦的电磁场理论判断，如图表示四种电场(磁场)随时间变化的图像中，能产生恒定的磁场(电场)的是 (　　) 答案　B 解析　A图中电场不变，则不会产生磁场，A错误；B图中是均匀变化的电场，能产生稳定的磁场，B正确；C图中电场随时间发生非均匀变化，则会产生变化的磁场，C错误；D中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故D错误。 3.(2023·本溪市高二开学考试)2022年7月1日，庆祝香港回归祖国25周年大会隆重举行，世界各地观众都能收看到大会实况，是因为电视信号可通过卫星覆盖全球。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频率、能量有关，频率越高、能量越大，传播速度越大 B.当电磁波源消失后就不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失 C.电磁波不能在真空中传播，且只能传递声音信号，不能传递图像信号 D.香港电视台与沈阳电视台发射的电磁波的频率不同，故传播速度不同 答案　B 解析　电磁波在真空中的传播速度是光速，与频率、能量无关，A错误；一旦电磁波形成了，电磁场就会向外传播，当波源消失后只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，B正确；电磁波传播不需要介质，可在真空中传播，电磁波既能传递声音信号，又能传递图像信号，C错误；香港电视台与沈阳电视台发射的电磁波的频率不同，但传播速度相同，D错误。 4.(2024·驻马店市高二期末)“中国天眼”(FAST)位于贵州的大山深处，是500 m口径球面射电望远镜，它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是 (　　) A.麦克斯韦认为变化的电场能激发出变化的磁场，但没有介质不能产生电磁波 B.麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波 C.电磁波从真空进入水中时，频率改变，波速不变 D.电磁波从真空进入水中时，频率不变，波速改变 答案　D 解析　麦克斯韦认为周期性变化的电场在周围能够引起同频率周期性变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场，这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波，电磁波的传播不需要介质，而均匀变化的电场只能激发出恒定的磁场，不能产生电磁波，故A、B错误；电磁波在不同介质中传播速度不同，频率不变，故C错误，D正确。 考点二　无线电波的发射与接收 5.(多选)为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了使用开放电路，还可以 (　　) A.增大电容器极板间的距离 B.减小电容器极板的正对面积 C.减少线圈的匝数 D.采用低频振荡电流 答案　ABC 解析　使用开放电路和提高发射频率是提高电磁波发射能力的两种有效方法；由f=、C=可知，选项A、B、C正确，D错误。 6.在无线电广播的接收中，调谐和解调是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是 (　　) A.调谐→高频放大→解调→音频放大 B.解调→高频放大→调谐→音频放大 C.调谐→音频放大→解调→高频放大 D.解调→音频放大→调谐→高频放大 答案　A 解析　调谐是从众多的电磁波中选出所需频率的高频信号，然后进行高频放大，再从放大后的高频信号中“检”出高频信号所承载的低频声音信号(解调)，最后将这些低频声音信号放大后通过扬声器播放出来，综上所述，A正确。 7.某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波的无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台。适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为300 m、397 m、566 m的无线电波，下列说法正确的是 (　　) A.使接收电路产生电谐振的过程叫作解调 B.在电磁波发射技术中，只有调频这种调制方式 C.为更好接收波长为300 m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到1 MHz D.为了能收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数 答案　C 解析　使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，故A错误；在电磁波发射技术中，有调频和调幅两种调制方式，故B错误；为更好接收波长为300 m的无线电波，根据f== Hz=1×106 Hz=1 MHz，可知应把收音机的调谐频率调到1 MHz，故C正确；为了能收到频率最高的中波电台，应增大调谐电路的固有频率，根据f=可知应减少线圈的匝数，故D错误。 8.(2024·盐城市高二期末)如图甲所示为收音机的调谐电路，改变可变电容器C的电容，进而改变调谐电路的频率。若“调频”后，电路中的最强的高频电流i随时间t的变化规律为图乙所示的正弦曲线。下列说法或做法正确的是 (　　) A.改变电容器C的电容的目的是使调谐电路的固有频率跟接收的电磁波频率相同 B.将可变电容器的电容减小，电路将接收到波长更大的电信号 C.在t1~t2时间内，电容器C正在放电 D.电路中电场能随时间变化的周期等于t4 答案　A 解析　改变电容器C的电容目的是使调谐电路的固有频率跟接收的电磁波频率相同，故A正确；根据f=，将可变电容器的电容减小，固有频率会增加，根据公式λ=可知，频率越大，波长越小，所以将可变电容器的电容减小后，将接收到波长更小的电信号，故B错误；在t1~t2时间内，电路中电流在减小，电容器在充电，故C错误；一个周期电容器充放电两次，所以电路中的电场能随时间变化的周期等于t4，故D错误。 9、10题每题8分，11、12题每题9分，共34分 9.下列关于无线电广播对电磁波进行调制的原因的说法正确的是 (　　) A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领不变 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.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号有效地传递出去 答案　D 解析　调制是把低频信号“加”到高频电磁波上增强发射能力，也就是把含有信息的低频信号加载到高频电磁波上，电磁波频率变大，辐射能量的本领变强，易于向外发射，A错误；电磁波在空气中的波速接近光速，传播速度不变，B错误；根据v=λf可知，速度不变的情况下，频率改变，则波长必然改变，C错误；要把电磁波有效地发射出去，必须有足够高的频率，经过调制之后的波具有较高频率，从而把我们要告知对方的信号有效地传递出去，D正确。 10.电视机的室外天线能把电信号接收下来，是因为 (　　) A.天线处于变化的电磁场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC电路 B.天线只处于变化的电场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC电路 C.天线只是有选择地接收某电视台信号，而其他电视台信号则不接收 D.天线将电磁波传输到电视机内 答案　A 解析　室外天线处于变化的电磁场中，天线产生了感应电流，此电流通过馈线输送给LC电路，此电流中包括空间各电视台信号激起的电流，但只有频率与调谐电路频率相等的电信号对应电流最强，然后再通过解调处理输送给后面的电路，故A正确，B、C、D错误。 11.(2024·荆州市高二期末)如图甲所示，塑料制成的光滑细圆环水平固定放置，环上套一个带正电的电荷量为q的小球(视为质点)处于静止状态，磁感应强度大小为B的匀强磁场方向竖直向上，环面的面积为S；英国物理学家麦克斯韦认为，变化的磁场会在周围的空间激发出感生电场，如图乙所示，空间存在竖直向上均匀增加的匀强磁场，周围产生的环形电场线从上向下看沿顺时针，同一个圆周上的电场强度大小相等，下列说法正确的是 (　　) A.对甲图，若磁场竖直向上均匀增加，则塑料圆环内部会产生感应电流 B.对甲图，若磁场竖直向下均匀增加，从上向下看小球会沿顺时针方向转动 C.乙图说明，任何磁场周围都会产生电场，与闭合电路是否存在无关 D.对甲图，若磁场竖直向上均匀增加的变化率为k，则小球运动一周，静电力做的功为kSq 答案　D 解析　对题图甲，若磁场竖直向上均匀增加，则在金属圆环上会产生感应电流，而塑料圆环不会产生感应电流，A项错误；对题图甲，若磁场竖直向下均匀增加，对比题图乙，塑料圆环上产生的环形电场线从上向下看沿逆时针，则带正电的小球受到沿逆时针方向的静电力，小球会沿逆时针方向转动，B项错误；题图乙说明，只有变化磁场的周围才会产生电场，与闭合电路是否存在无关，C项错误；由法拉第电磁感应定律可得均匀变化的磁场产生的感应电动势为E==kS，由静电力做功的定义W=Uq，可得小球转动一周，静电力对小球做的功为W=Eq=kSq，D项正确。 12.(多选)在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制，调制分调幅和调频两种。如图甲所示有A、B两幅图。在收音机电路中天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送到下一级，需要把高频成分和低频成分分开，只让低频成分输入下一级，如果采用如图乙所示的电路，图中虚线框a和b内只用一个电容器或电感器。以下关于电磁波的发射和接收的说法中，正确的是 (　　) A.在电磁波的发射技术中，甲图中A是调幅波 B.在电磁波的发射技术中，甲图中B是调幅波 C.乙图中a是电容器，用来通高频阻低频，b是电感器，用来阻高频通低频 D.乙图中a是电感器，用来阻交流通直流，b是电容器，用来阻高频通低频 答案　AC 解析　调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载，故A为调幅波，A正确，B错误；在交流电路中，电容器通高频阻低频，电感器通低频阻高频，元件a要让高频信号通过，阻止低频信号通过，故元件a为电容器；元件b要让低频信号通过，阻止高频信号通过，故b为电感器。故C正确，D错误。 (10分) 13.英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在周围空间激发感生电场，如图所示，半径为R的圆形区域内磁场均匀变化，以圆心为起点作x轴，则x轴上的感生电场E大小随x变化规律可能正确的是 (　　) 答案　A 解析　假设有一个闭合的圆形线圈，内阻和导线直径均忽略不计，放置在题图所示圆形区域内，使其圆心与圆形区域的圆心重合，设其半径为r，当r≤R时，圆形线圈内激发的感应电动势E== 则线圈上任一点处的电场强度为 E1===× 即电场强度与线圈半径成正比。 当r>R时，圆形线圈内激发的感应电动势 E'== 则线圈上任一点处的电场强度为 E2===× 即电场强度与线圈半径成反比。故选A。 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