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第十二章 交变电流 电磁波 传感器
第3讲 电磁振荡与电磁波
第十二章 交变电流 电磁波 传感器
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目录
contents
Part
01
知识储备
核心考点
Part
02
提分集训
Part
03
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知 识 储 备
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周期性
振荡电流
LC
电流i
磁感应强度
B
电场
磁场
磁场
电场
周期性
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电场
介质
3×108
磁场
小
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开放
频率
振幅
高频振荡
调制
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可见光
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×
√
×
√
√
×
√
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核 心 考 点
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提 分
集 训
(七 十二)
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考向
定位
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.
1.
2π eq \r(LC)
周期性
2.
λf
3.
4.
[思考判断]
(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.( )
(4)振荡电路的频率越高,发射电磁波的本领越大.( )
(5)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.( )
(6)只有接收电路发生电谐振时,接收电路中才有振荡电流.( )
(7)解调是调制的逆过程.( )
考点一 电磁振荡
1.各物理量变化情况(电容器电量最大时开始计时)
时刻(时间)
0→ eq \f(T,4)
eq \f(T,4)→ eq \f(T,2)
eq \f(T,2)→ eq \f(3T,4)
eq \f(3T,4)→T
工作过程
放电过程
充电过程
放电过程
充电过程
电荷量q
变小
变大
变小
变大
电压u
变小
变大
变小
变大
电场强度E
变小
变大
变小
变大
电流i
变大
变小
变大
变小
磁感应强度B
变大
变小
变大
变小
能量转化
E电→E磁
E磁→E电
E电→E磁
E磁→E电
2.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像
[对点训练]
1.(2025·广州模拟)金属探测仪在各场景广泛应用,探测仪内部的线圈与电容器构成LC振荡电路,当探测仪检测到金属物体时,探测仪线圈的自感系数会发生变化,从而引起振荡电路中的电流频率发生变化,探测仪检测到这个变化就会驱动蜂鸣器发出声响.在LC振荡电路中,某时刻线圈中的磁场方向和电容器中的电场方向如图所示.下列说法正确的是( )
A.此时电容器中的电场能正在减小
B.此时穿过线圈的磁通量的变化率正在增大
C.若LC振荡电路中的电感减小,则其振荡周期增大
D.若自感系数L和电容C都增大到原来的2倍,则其振荡周期变为原来的 eq \f(1,2)
解析:选A AB.根据图中磁场方向结合右手螺旋定则可知,此时电流方向沿顺时针方向,由下极板流向上极板,且下极板带正电,所以此时电容器正在放电,电容器两板间的电压正在减小,电容器中的电场能减小,线圈中磁场能增大,则电路中电流正在增大,但电流增大越来越慢,所以此时穿过线圈的磁通量的变化率正在减小,故A正确,B错误;
CD.根据T=2π eq \r(LC)
可知,若LC振荡电路中的电感减小,则其振荡周期减小,若自感系数L和电容C都增大到原来的2倍,则其振荡周期变为原来的2倍,故CD错误.
故选A.
2.(2025·苏州模拟)如图所示是理想的LC振荡电路的两个状态,状态a中电流强度为0,状态b中电容器不带电,已知该电路电磁振荡的周期为T,从状态a到状态b经历的时间小于T.则下列说法中正确的是( )
A.从状态b变化到状态a的最短时间为 eq \f(T,4)
B.从状态b变化到状态a的最短时间为 eq \f(3T,4)
C.从状态a到状态b,电路中的电流强度一直增大
D.从状态a到状态b,线圈L的自感电动势一直减小
解析:选A AB.状态b中电容器不带电,电流方向为顺时针,回路处于充电过程,随后电容器上极板失去电子带正电,与状态a中上极板所带电性相同,可知,从状态b变化到状态a的最短时间为 eq \f(T,4),故A正确,B错误;
C.结合上述可知,从状态b变化到状态a的最短时间为 eq \f(T,4),则从状态a到状态b的最短时间为 eq \f(3T,4)即先后经历放电、充电与放电三个过程,可知,电路中的电流强度先后经历增大、减小与增大三个过程,故C错误;
D.结合上述可知,从状态a到状态b的最短时间为 eq \f(3T,4)即先后经历放电、充电与放电三个过程,电流与时间呈现正弦式变化,由于线圈中的自感电动势E=L eq \f(ΔI,Δt)
可知,线圈L的自感电动势大小与电流的变化率大小成正比,可知,从状态a到状态b,线圈L的自感电动势先后经历减小、增大与减小三个过程,故D错误.
故选A.
3.如图所示,LC振荡电路的L不变,C可调,要使振荡的频率从700 Hz变为1400 Hz,则可以采用的办法有( )
A.把电容增大到原来的4倍
B.把电容增大到原来的2倍
C.把电容减小到原来的 eq \f(1,2)
D.把电容减小到原来的 eq \f(1,4)
解析:选D 由题意,频率变为原来的2倍,则周期就变为原来的 eq \f(1,2),由T=2π eq \r(LC)及L不变知,当C= eq \f(1,4)C0时符合要求,其中C0为原电容,D正确,ABC错误.
故选D.
考点二 电磁场与电磁波 电磁波谱
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
恒定的电场不产生磁场
恒定的磁场不产生电场
均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场
均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场
不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
振荡电场产生同频率的振荡磁场
振荡磁场产生同频率的振荡电场
2.电磁波的发射示意图(如图所示)
3.电磁波接收的方法
(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.
[对点训练]
4.(2025·徐州三模)我国科学家利用脑机接口技术帮助截瘫患者实现意念控制体外仪器.植入患者颅骨内的微处理器,将意念对应的低频神经信号,通过高频载波无线传输给体外仪器.则( )
A.高频载波属于纵波
B.使高频载波随低频神经信号改变的过程属于调制
C.体外接收电路的固有频率与低频神经信号的频率相等
D.体外接收电路中的信号经过调谐还原出低频神经信号
解析:选B A.高频载波是电磁波,属于横波,故A错误;
B.使高频载波随低频神经信号改变的过程属于调制,故B正确;
C.体外接收电路的固有频率与高频载波的频率相等,故C错误;
D.体外接收电路中的信号经过检波还原出低频神经信号,故D错误.
故选B.
5.(2025·陕西商洛模拟)如图所示为电磁波谱,该电磁波谱中从左到右波长越来越短,电焊工在焊接作业时会产生很高的温度,同时向外辐射出大量的电磁波,已知向外辐射的电磁波的频率为ν=1.0×1016 Hz,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光在真空中的速度为c=3.0×108 m/s.下列说法正确的是( )
A.该电磁波属于紫外线
B.该电磁波的波长比X射线短
C.该电磁波能量子的能量为6.6×10-19 J
D.该电磁波能量子的能量为6.6×10-17 J
解析:选A A.由公式c=λν可知该电磁波的波长为
λ= eq \f(c,ν)= eq \f(3.0×108,1.0×1016)m=3.0×10-8m
该电磁波属于紫外线,故A正确;
B.由电磁波谱可知该电磁波的波长比X射线的波长长,故B错误;
CD.由公式ε=hν可知该电磁波能量子的能量为
ε=6.6×10-34×1.0×1016 J=6.6×10-18 J
故CD错误.
故选A.
6.北京时间2023年10月3日17时45分许,诺贝尔物理学奖揭晓,皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶因在阿秒光脉冲方面所做出的贡献获奖.阿秒是十亿分之一秒的十亿分之一,电子绕氢原子核运行一周需要150阿秒,微观世界的时间尺度如图所示.若将最短光脉冲视为光波的一个振动周期,则光脉冲由飞秒量级到阿秒量级,下列说法正确的是( )
A.波长变短 B.波长变长
C.周期变长 D.光子能量不变
解析:选A 光脉冲由飞秒量级到阿秒量级,由图可知周期变短,频率变大,根据光子能量表达式ε=hν
可知光子能量变大;根据
λ=cT
可知波长变短.
故选A.
7.(2024·烟台期中)关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.波长最短的电磁辐射是γ射线,它具有很高的能量
B.红外线的波长比可见光长,并且只有温度高的物体才会发射红外线
C.电磁波遇到障碍物要发生衍射,雷达就是利用电磁波的这个特性工作的
D.夏天地面被太阳光晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的
解析:选A A.电磁波谱里面波长最短的电磁辐射是γ射线,它具有很高的能量.故A正确;
B.红外线的波长比可见光长,所有物体都会发射红外线.故B错误;
C.电磁波遇到障碍物要发生反射,雷达就是利用电磁波的这个特性工作的.故C错误;
D.夏天地面被太阳光晒得发热是因为红外线的热效应在各种电磁波中是最强的.故D错误.
故选A.
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