第四章 电磁振荡与电磁波（高效培优·复习讲义）物理人教版选择性必修第二册

第四章 电磁振荡与电磁波 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 电磁振荡 1 题型2 电磁场与电磁波 5 题型3 无线电波的发射和接收 7 题型4 电磁波谱 9 【能力培优练】 12 【链接高考】 16 【重难题型讲解】 题型1 一、电磁振荡的产生 1、振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。 2、振荡电路：能产生振荡电流的电路，最简单的振荡电路为LC振荡电路。 3、LC振荡电路电容器的放电、充电过程 （1）电容器放电：由于线圈的自感作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少，放电完毕时，极板上没有电荷，放电电流达到最大值，该过程电容器的电场能全部转化为线圈的磁场能。 （2）电容器充电：电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为零，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始充电，极板上的电荷逐渐增多，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷最多．该过程中线圈的磁场能又全部转化为电容器的电场能。 4、电磁振荡的实质：在电磁振荡过程中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着，电场能和磁场能也随着发生周期性的转化。 二、电磁振荡的能量变化 电路状态 a b c d e 时刻t 0 T 电荷量q 最多 0 最多 0 最多 电场能EE 最大 0 最大 0 最大 电流i 0 正向最大 0 反向最大 0 磁场能EB 0 最大 0 最大 0 (1)在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，与电容器有关的物理量：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↑)。 与振荡线圈有关的物理量：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)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，也即q、E、EE ↓i、B、EB↓。 三、电磁振荡的周期和频率 1、电磁振荡的周期T：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2、电磁振荡的频率f：周期的倒数，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。 3、LC电路的周期和频率公式：T＝2π，f＝。 （1）其中周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。 （2）由周期公式或频率公式可知，改变电容器的电容或电感器的电感，振荡电路的周期和频率就会随着改变。 4、固有周期和固有频率：振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失，也不受其他外界条件的影响，这时电磁振荡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。 5、计算电磁振荡发射的电磁波的波长 （1）电磁振荡会产生电磁波，并且产生的电磁波的周期和频率等于电磁振荡的周期和频率。 （2）根据电磁波波长、频率与波速的关系v=λf或者电磁波波长、周期与波速可以计算电磁波的波长。 【探究归纳】LC电路中电场能与磁场能周期性相互转化，形成电流、电荷量周期性变化的电磁振荡，周期由 L、C决定。 【典例1-1】有关下列四幅图的描述，正确的是（　　） A．图1中， B．图2中，匀速转动的线圈电动势正在增大 C．图3中，电容器中电场的能量正在增大 D．图4中，真空冶炼炉可以接高电压的恒定电流 【典例1-2】（多选）为实现自动计费功能，某智能停车位通过预埋在车位地面下方的LC振荡电路获取车辆驶入驶出信息。如图甲所示，当车辆驶入车位时，相当于在线圈中插入铁芯，使其自感系数变大，引起LC电路中的振荡电流频率发生变化，计时器根据振荡电流的变化进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．t1时刻，线圈L的磁场能最大 B．t2时刻，电容器C带电量最大 C．t2~t3过程，电容器C带电量逐渐增大 D．由图乙可判断汽车正驶离智能停车位 【典例1-3】如图所示为一个LC振荡电路，其中电感，电容，假定时刻电容充满电并开始放电，求：    (1)该LC振荡电路的周期为多少？ (2)若初始时电容器两极板间电压为，求电路在过程中平均电流的大小。 跟踪训练1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．电容器正在放电 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．此时电容器内部电场强度正在增大 跟踪训练2（多选）如图甲所示为LC振荡电路，乙图为该振荡电路中电容器上极板M的电荷量q随时间t变化的关系图像，下列说法正确的是（　　） A．a时刻，电容器的电场能最大 B．b时刻，线圈中的电流最小 C．b~c过程中，线圈中电流逐渐减小 D．若在电容器内插入电介质，振荡电路的频率变大 跟踪训练3如图所示电路中，电容器两极板水平放置，电容C为，电感内阻不计，L为2mH。开关S接在接线柱1时，极板间有一带电灰尘恰好静止。当开关接到接线柱2时，灰尘在电容器内运动，g取 求： (1)开关S接到接线柱2后，流过线圈的电流第一次达到方向向上的最大值的时间t； (2)灰尘能获得的最大加速度的大小a。 题型2 一、电磁场 1、变化的磁场产生电场 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。 (1)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，实质是变化的磁场产生了电场。 （2）麦克斯韦认为线圈只不过是用来显示电场的存在的，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。 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磁场。 3、电磁场：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。 4、麦克斯韦电磁场理论的要点 （1）恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。 （2）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，同样，均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。 （3）周期性变化的磁场在周围空间产生同周期变化的电场，同样，周期性变化的电场在周围空间产生同周期变化的磁场。 二、电磁波 1、电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 （1）麦克斯韦从理论上预见，电磁波在真空中的传播速度等于光速，由此麦克斯韦语言了光是一种电磁波。 （2）如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，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。 2、电磁波的特点 （1）在电磁波中，电场强度E和磁感应强度B这两个物理量随时间和空间做周期性变化，电磁波在真空中传播时，它的电场强度E与磁感应强度B互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。 （2）电磁波不需要任何介质，在真空中也能传播。 （3）电磁波在真空中的传播速度等于光速c，由此，麦克斯韦预言了光是电磁波。在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108 m/s. （4）电磁波是横波：电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。 （5）电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，能发生反射、折射、干涉、衍射、偏振、多普勒效应等现象。 3、电磁波具有能量：电磁场的转换就是电场能量与磁场能量的转换，电磁波的发射过程是辐射能量的过程，传播过程是能量传播的过程。因而电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程。能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一。 【探究归纳】变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，交替激发形成电磁场并向外传播，就是电磁波。 【典例2-1】电磁波为信息的传递插上了翅膀，以下关于电磁波的描述正确的是（　　） A．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在 B．电磁波具有能量，且能量是量子化的 C．X射线属于电磁波，它的波长比可见光长 D．只有高温物体才能辐射电磁波，且电磁波可以在真空中传播 【典例2-2】（多选）关于电磁场理论的叙述，正确的是（　　） A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关 B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场 C．变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场 D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 跟踪训练1关于电磁波、能量量子化、电磁感应现象，下列说法正确的是（　　） A．赫兹预言并证实了电磁波的存在 B．磁感线是客观存在的曲线 C．普朗克认为微观粒子的能量是不连续的 D．奥斯特从实验中领悟到“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应 跟踪训练2（多选）电磁波使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场 B．水波、声波和电磁波的传播都离不开介质 C．电磁波是一种物质，具有能量 D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并通过实验捕捉到了电磁波 题型3 一、无线电波的发射 1、要有效地发射电磁波，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，发射电磁波的本领越大。 （2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，因此采用开放电路。 2、由闭合电路变成开放电路：将电容器两个极板拉开，增大电容器极板间的距离，减小极板间的正对面积，从而使电场和磁场扩展到电容器的外部。这样的振荡电路叫作开放电路。开放电路甚至可以演化成为一条导线，这样就可以有效地把电磁波发射出去了。 3、地线和天线：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。 4、电磁波的调制：在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术，调制分为调幅和调频。 （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方法。 （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方法。 调制 在电磁波发射技术中，使载波随各种信号面改变的技术。 调幅（AM） 使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制技术。 调频（FM） 使高频电磁波的颓率随信号的强弱而变的调制技术。 二、无线电波的接收 1、无线电波的接收 （1）当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。 （2）使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐。 （3）从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波．检波是调制的逆过程，也叫做解调。 2、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。 3、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，相当于机械振动中的共振。 (1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程。 (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。 三、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：电视机接收到的高频电磁波信号经过解调将得到的信号转变为图像信号和伴音信号。 【归纳总结】发射：将信号调制到高频载波上，通过开放电路辐射电磁波；接收：经调谐选台、解调取出信号，还原信息。 【典例3-1】下列说法中正确的是（　　） A．电磁波从真空传入水中时，频率将变大 B．“泊松亮斑”是衍射现象 C．汽车前窗玻璃使用偏振片是为了增加透射光的强度 D．医院中用于检查病情的“彩超”利用了电磁波的反射原理 【典例3-2】（多选）物理学是一门以实验为基础的学科，很多生活中的应用都来自于物理学。对于下列教材中所列的实验和生活现象，说法正确的是（　　） A．图甲中，实验中若导线不通电，则导线所处位置磁感应强度为零 B．图乙中，两根通电方向相反的长直导线相互排斥，是通过电场的相互作用来实现的 C．图丙中，无线充电技术主要利用了电磁感应 D．图丁中，生活中常用微波炉来加热食物，说明微波是一种电磁波，具有能量 跟踪训练1空鹊桥二号作为一颗中继通信卫星，主要用于转发月面航天器与地球之间的通信，它首次任务是为嫦娥六号服务。嫦娥六号着陆点位于月球的背面，受到月球的遮挡，它无法直接与地球之间通信，因此需要鹊桥二号电磁波来转发。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．有些电磁波是横波，有些电磁波是纵波 B．月面航天器与地球之间的通信的电磁波属于电磁波谱中的无线电波 C．发射电磁波进行信号传递时，可以采用调频和调谐两种方式进行调制 D．电磁波能够传递信号，但是不能传播能量 跟踪训练2（多选）为防范和打击利用无线电技术手段进行考试作弊行为，确保普通高考公平顺利进行，各市无线电管理处周密部署，多措并举，全力以赴确保高考期间无线电安全。关于电磁波的发现及应用，下列说法正确的是（    ） A．红外线波长短，分辨率高，侦察上可用红外线拍摄指纹照片 B．X射线可用于进行人体透视 C．雷达发出或接收的电磁波受天气影响，在浓雾天能见度低的黑夜不能使用 D．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制 题型4 一、电磁波谱 1、电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排列成谱，叫作电磁波谱。 2、电磁波的分类：按照波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，不同的电磁波由于具有不同的波长(频率)，具有不同的特性。 3、各种电磁波的特性：红外线热效应显著；紫外线化学、生理作用显著并能产生荧光效应；X射线穿透本领很大；γ射线穿透本领更大。 4、电磁波谱分析及电磁波的应用 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 红外线 1011～1015 10-3～10-7 热效应 红外遥感 可见光 1015 10-7 引起视觉 照明、摄影 紫外线 1015～1017 10-7～10-9 化学效应、荧光效应、灭菌消毒 医用消毒、防伪 X射线 1016～1019 10-8～10-11 贯穿本领强 检查、医用透视 γ射线 ＞1019 ＜10-11 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 5、电磁波 （1）形成：电磁场由近及远地传播形成电磁波。 （2）特点 ①电磁波是横波，在空间传播不需要介质。 ②真空中电磁波的速度为3.0×108m/s。 ③电磁波的传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v=λf。 ④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，波速越小。 二、电磁波的特性及应用 1、无线电波：波长大于1mm(频率低于300GHz)的电磁波称作无线电波，主要用于通信、广播及其他信号传输。雷达是利用电磁波遇到障碍物要发生反射，以此来测定物体位置的无线电设备，其利用的是波长较短的微波。 （2）无线电波广泛应用于通信、广播及其他信号传输。 ①长波：主要用于调幅广播及航海导航。 ②中波：主要用于调幅广播及通信。 ③短波：主要用于远距离短波通信及调幅广播。 ④微波：主要用于调频广播、电视、卫星导航和雷达，微波炉可利用高功率的微波对食物加热。 2、红外线：红外线的波长比无线电波短，比可见光长。所有物体都发射红外线。热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。 （1）红外线是一种光波，波长比无线电波短，比可见光长。 （2）所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。 （3）红外线的应用主要有红外遥感和红外体温计。 3、可见光：能使人的眼睛产生视觉效应的电磁波，称为可见光。 可见光的波长为400～760 nm。科学研究发现，波长（频率）范围不同的光表现为不同的颜色，如下图所示。不同波长的单色光组合也能产生不同的颜色，我们看到的白色阳光就是由各种色光组成的。人类的眼睛正是通过这一波段的电磁波，获得了外部世界的大量信息。 4、紫外线：人眼看不到比紫光波长更短的电磁波。在紫光之外，波长范围为5～370 nm 的电磁波是紫外线。（1）波长范围在5～370_nm之间，不能引起人的视觉。 （2）具有较高的能量，应用于灭菌消毒，具有较强的荧光效应，用来激发荧光物质发光。 5、X射线和γ射线 (1)X射线波长比紫外线短，有很强的穿透本领，用来检查金属构件内部有无裂纹或气孔，医学上用于检查人体的内部器官。 (2)γ射线波长比X射线更短，具有很高的能量，穿透力更强，医学上用来治疗某些癌症，工业上也可用于探测金属构件内部是否有缺陷。 【归纳总结】电磁波按波长或频率依次排列成电磁波谱，不同波段特性不同、用途各异。 【典例4-1】关于电磁波及其应用，下列说法正确的是（　　） A．同一种电磁波在不同介质中传播时，波速不变、频率和波长发生改变 B．用理疗“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得更快，这里的“神灯”是利用X射线具有很强的贯穿力 C．教室里亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场 D．赫兹预言了电磁波的存在，麦克斯韦最早证实了电磁波的存在 【典例4-2】（多选）如图所示的后车安装了“预碰撞安全系统”，其配备的雷达会发射毫米级电磁波（毫米波），并对前车反射的毫米波进行运算，通过和电磁波谱对比，下列说法正确的是（　　） A．毫米波比红外线的频率高 B．毫米波比紫外线波动性更明显 C．毫米波可以用于工业探伤 D．前车的金属尾板遇到毫米波时会产生极其微弱的感应电流 跟踪训练1关于电磁波，下列说法正确的是（    ） A．赫兹预言了电磁波的存在，麦克斯韦用实验验证了电磁波的存在 B．电磁波是由均匀变化的电场或磁场产生的 C．紫外线灭菌消毒主要是利用其具有较高的能量 D．紫外线比红外线更容易发生衍射 跟踪训练2（多选）下列关于电磁波的说法不正确的是（　　） A．X射线穿透力较强，可用来进行人体透视 B．紫外线能在磁场中偏转，有很强的荧光效应，可用于防伪 C．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在 D．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调谐 【能力培优练】 1．下列有关电磁场与电磁波的说法，正确的是（　　） A．变化的磁场不一定产生电磁波 B．稳定的电流不产生磁场 C．只有高温物体才能向外辐射红外线 D．X射线常用于无线电通讯 2．许多科学家在物理学发展中作出了重要贡献。下列有关物理学家的贡献，正确的是（　　） A．安培提出了分子电流假说，能够解释一些磁现象 B．法拉第发现了电流的磁效应，首次揭示了电现象和磁现象间的某种联系 C．奥斯特发现电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加完善 D．麦克斯韦通过实验捕捉到了电磁波 3．如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，能产生电磁波的是（　　） A． B． C． D． 4．如图所示，i-t图像表示LC振荡电路的电流随时间变化的图像，在t=0时刻，电容器的M板带正电，则下列分析正确的是（　　） A．Oa段（不含a点）磁场能在减小，M板带正电 B．ab段（不含a点）电场能在减小，M板带正电 C．bc段（不含c点）电场能在减小，M板带负电 D．cd段（不含c点）磁场能在减小，M板带负电 5．奥斯特的电流磁效应实验具有划时代的意义，引领人类进入了电气时代。下列关于电和磁的说法正确的是（　　） A．闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线运动，就一定能够产生感应电流 B．电磁波谱按波长由小到大排列的顺序是，射线、紫外线、可见光、红外线 C．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 D．电场强度和磁感应强度都采用比值定义法，它们的方向与力的方向相同或相反 6．图甲中展示的基本LC振荡回路是LC电磁振荡系统的核心单元。初始时刻电容器上极板带正电荷。图乙定性描述了振荡过程中电容器上极板电荷量q随时间t的变化规律。已知在t4时刻突然抽出电感器铁芯（时间极短），忽略能量耗散。下列描述正确的是（　　） A．在t1时刻，电容器极板间电场强度最大 B．在t1~t2内，电流方向a→b C．在t3~t4内，磁场能转化为电场能 D．t4时刻后，q-t图像为图乙中的②所示 7．如图所示，单刀双掷开关先置于端，在时刻开关置于端，若振荡电路的周期。下列说法正确的是（　　） A．0.01s时，电路中的电流逆时针方向达到最大值 B．时间内，电容器正在充电 C．时间内，电场能逐渐减小，磁场能逐渐增大 D．若仅增大电容器的电容，振荡频率增大 8．如图所示，为直流电阻可忽略的线圈，为定值电阻，为电容器，开关S处于闭合状态。现突然断开S，并开始计时，电路工作过程中，同时会向外辐射电磁波。下列选项中能正确反映回路中电流（顺时针方向为正）、电容器中电场（竖直向下为正）以及两极板间电势差随时间变化的图像可能是（　　） A． B． C． D． 9．（多选）有源相控阵雷达的辐射器如图所示，每个辐射器都配装有一个发射—接收组件，每个组件都能自己产生、接收微波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．X射线的波长比微波的波长更长 B．遥控器是利用红外线工作的 C．电磁波中，红外线的热效应最显著 D．红外线的频率比紫外线的频率大 10．（多选）为了测量储液罐中不导电液体的液面高度，设计装置如图所示。将与储液罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容置于储液罐中，电容可通过开关与线圈或电源相连。当开关从拨到时，由线圈与电容构成的回路中产生振荡电流，振荡电流的频率，通过测量振荡频率可知储液罐内的液面高度。则下列说法正确的是（　　） A．当储液罐内的液面高度升高时，电容变大 B．当储液罐内的液面高度升高时，回路中振荡电流的频率变大 C．开关拨到之后，振荡电流的振幅和频率始终保持不变 D．当开关从拨到瞬间，电容器两极板的电荷量最大，线圈中磁场能最小 11．（多选）下列说法不正确的是（　　） A．安培分子电流假说说明了永磁体和电磁铁产生磁场的本质是不同的 B．金属导体的电阻率只与材料有关，不受其他因素的影响 C．电磁波是电磁场在空间中传播，所以电磁波是一种物质 D．电源内部静电力把正电荷从负极移送至正极所做的功与电荷量的比值为电动势 12．（多选）为实现自动计费和车位空余信息的提示和统计功能等，某智能停车位通过预埋在车位地面下方的LC振荡电路获取车辆驶入驶出信息．如图甲所示，当车辆驶入车位时，相当于在线圈中插入铁芯，使其自感系数变大，引起LC电路中的振荡电流频率发生变化，计时器根据振荡电流的变化进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是（    ） A．t3时刻，线圈L的磁场能最小 B．t2时刻，电容器C带电量最小 C．t1至t2过程，电容器C带电量逐渐增大 D．由图乙可判断汽车正驶离智能停车位 13．如图所示，一LC振荡电路，线圈的电感，电容器的电容，以电容器开始放电的时刻为零时刻，上极板带正电，下极板带负电，求： （1）此LC振荡电路的周期。 （2）当时，电容器上极板带何种电荷？电流方向如何？ （3）如电容器两极板间电压最大为，则在前内的平均电流为多大？ 【链接高考】 1．（2026·浙江·高考真题）第六代移动通信技术（6G）使用的电磁波，部分处于太赫兹（THz）波段。，单位THz对应的物理量是（   ） A．能量 B．功率 C．频率 D．波长 2．（2025·江苏·高考真题）如图所示．将开关S由a拔到b，使电容器C与线圈L构成回路。以电容器C开始放电取作0时刻，能正确反映电路中电流i随时间t变化关系的图象是（    ） A． B． C． D． 3．（2021·福建·高考真题）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波 B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波 C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现 D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 电磁振荡与电磁波 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 电磁振荡 1 题型2 电磁场与电磁波 6 题型3 无线电波的发射和接收 9 题型4 电磁波谱 12 【能力培优练】 16 【链接高考】 24 【重难题型讲解】 题型1 一、电磁振荡的产生 1、振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。 2、振荡电路：能产生振荡电流的电路，最简单的振荡电路为LC振荡电路。 3、LC振荡电路电容器的放电、充电过程 （1）电容器放电：由于线圈的自感作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少，放电完毕时，极板上没有电荷，放电电流达到最大值，该过程电容器的电场能全部转化为线圈的磁场能。 （2）电容器充电：电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为零，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始充电，极板上的电荷逐渐增多，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷最多．该过程中线圈的磁场能又全部转化为电容器的电场能。 4、电磁振荡的实质：在电磁振荡过程中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着，电场能和磁场能也随着发生周期性的转化。 二、电磁振荡的能量变化 电路状态 a b c d e 时刻t 0 T 电荷量q 最多 0 最多 0 最多 电场能EE 最大 0 最大 0 最大 电流i 0 正向最大 0 反向最大 0 磁场能EB 0 最大 0 最大 0 (1)在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，与电容器有关的物理量：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↑)。 与振荡线圈有关的物理量：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)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，也即q、E、EE ↓i、B、EB↓。 三、电磁振荡的周期和频率 1、电磁振荡的周期T：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。 2、电磁振荡的频率f：周期的倒数，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。 3、LC电路的周期和频率公式：T＝2π，f＝。 （1）其中周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。 （2）由周期公式或频率公式可知，改变电容器的电容或电感器的电感，振荡电路的周期和频率就会随着改变。 4、固有周期和固有频率：振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失，也不受其他外界条件的影响，这时电磁振荡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。 5、计算电磁振荡发射的电磁波的波长 （1）电磁振荡会产生电磁波，并且产生的电磁波的周期和频率等于电磁振荡的周期和频率。 （2）根据电磁波波长、频率与波速的关系v=λf或者电磁波波长、周期与波速可以计算电磁波的波长。 【探究归纳】LC电路中电场能与磁场能周期性相互转化，形成电流、电荷量周期性变化的电磁振荡，周期由 L、C决定。 【典例1-1】有关下列四幅图的描述，正确的是（　　） A．图1中， B．图2中，匀速转动的线圈电动势正在增大 C．图3中，电容器中电场的能量正在增大 D．图4中，真空冶炼炉可以接高电压的恒定电流 【答案】C 【详解】A．理想变压器原副线圈两端的电压与匝数的关系为，故A错误； B．图2中，线圈的位置再转过60°就是中性面，在中性面时，电动势和电流都为0，所以匀速转动的线圈的电动势正在减小，故B错误； C．电容器中电场强度方向竖直向上，因此下极板带正电，上极板带负电，根据线圈的磁场方向结合安培定则可知电流流向正极板，因此电容器正在充电，电场的能量正在增大，故C正确； D．真空冶炼炉可以接高电压的交流电流，使铁块中产生涡流，在铁块中产生大量热量，从而冶炼金属，不可以接高电压的恒定电流，故D错误。 故选C。 【典例1-2】（多选）为实现自动计费功能，某智能停车位通过预埋在车位地面下方的LC振荡电路获取车辆驶入驶出信息。如图甲所示，当车辆驶入车位时，相当于在线圈中插入铁芯，使其自感系数变大，引起LC电路中的振荡电流频率发生变化，计时器根据振荡电流的变化进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．t1时刻，线圈L的磁场能最大 B．t2时刻，电容器C带电量最大 C．t2~t3过程，电容器C带电量逐渐增大 D．由图乙可判断汽车正驶离智能停车位 【答案】ABD 【详解】A．t1时刻电流最大，此时电容器中电荷量为零，电场能最小，磁场能最大，故A正确； B．t2时刻电流为零，此时电容器C所带电量最大，故B正确； C．t2~t3过程，电流逐渐增大，电场能逐渐转化为磁场能，电容器处于放电过程，电容器带电量逐渐减小，故C错误； D．由图乙可知，振荡电路的周期变小，根据可知线圈自感系数变小，则汽车正驶离智能停车位，故D正确。 故选ABD。 【典例1-3】如图所示为一个LC振荡电路，其中电感，电容，假定时刻电容充满电并开始放电，求：    (1)该LC振荡电路的周期为多少？ (2)若初始时电容器两极板间电压为，求电路在过程中平均电流的大小。 【详解】（1）LC振荡电路的周期为 （2）若初始时电容器两极板间电压为，则有电容器带电荷量最大值Q=CU=4×10-6 F×=π×10-6C 则在前内的平均电流 跟踪训练1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．电容器正在放电 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．此时电容器内部电场强度正在增大 【答案】A 【详解】A．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，故A正确； BC．电容器放电过程，电感线圈电流增加，磁场能增加，故BC错误； D．电容器放电过程，电容器极板电荷量减少，电容器内部电场强度正在减小，故D错误。 故选A。 跟踪训练2（多选）如图甲所示为LC振荡电路，乙图为该振荡电路中电容器上极板M的电荷量q随时间t变化的关系图像，下列说法正确的是（　　） A．a时刻，电容器的电场能最大 B．b时刻，线圈中的电流最小 C．b~c过程中，线圈中电流逐渐减小 D．若在电容器内插入电介质，振荡电路的频率变大 【答案】AC 【详解】A．由图乙可知，a时刻，电容器所带电荷量最大，电容器C的电场能最大，故A正确； B．由图乙可知，b时刻，电容器刚放电完成，回路中的电流最大，故B错误； C．b~c过程中，电容器所带电荷量逐渐增大，电容器充电，回路中的电流减小，故C正确； D．若在电容器内插入电介质，根据 可知，电容器的电容增大，由振荡频率公式 可知，荡频率会减小，故D错误。 故选AC。 跟踪训练3如图所示电路中，电容器两极板水平放置，电容C为，电感内阻不计，L为2mH。开关S接在接线柱1时，极板间有一带电灰尘恰好静止。当开关接到接线柱2时，灰尘在电容器内运动，g取 求： (1)开关S接到接线柱2后，流过线圈的电流第一次达到方向向上的最大值的时间t； (2)灰尘能获得的最大加速度的大小a。 【详解】（1）振荡电路的周期为 其中 联立解得 则开关S接到接线柱2后，电容器上极板带正电，电容器先放电，流过线圈的电流方向向下，经过放电完成后，线圈对电容器充电，流过线圈的电流方向依然向下，经过充电结束后，电容器下极板带正电，之后，电容器再次放电，流过线圈的电流方向向上，经过放电完成，此时线圈电流达到最大值， 即流过线圈的电流第一次达到方向向上的最大值的时间，解得 （2）开关S接在1时，设灰尘电荷量为q，电容器的电压为U，板间距离为d，由平衡条件有 开关S接到接线柱2后，当电容器反向充电完毕时，两极板间电压为U，电场强度反向，此时灰尘的合力最大，加速度最大，灰尘受到的电场力方向与重力方向相同，由牛顿第二定律得 联立解得，最大加速度为 题型2 一、电磁场 1、变化的磁场产生电场 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。 (1)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，实质是变化的磁场产生了电场。 （2）麦克斯韦认为线圈只不过是用来显示电场的存在的，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。 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磁场。 3、电磁场：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。 4、麦克斯韦电磁场理论的要点 （1）恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。 （2）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，同样，均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。 （3）周期性变化的磁场在周围空间产生同周期变化的电场，同样，周期性变化的电场在周围空间产生同周期变化的磁场。 二、电磁波 1、电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 （1）麦克斯韦从理论上预见，电磁波在真空中的传播速度等于光速，由此麦克斯韦语言了光是一种电磁波。 （2）如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，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。 2、电磁波的特点 （1）在电磁波中，电场强度E和磁感应强度B这两个物理量随时间和空间做周期性变化，电磁波在真空中传播时，它的电场强度E与磁感应强度B互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。 （2）电磁波不需要任何介质，在真空中也能传播。 （3）电磁波在真空中的传播速度等于光速c，由此，麦克斯韦预言了光是电磁波。在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108 m/s. （4）电磁波是横波：电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。 （5）电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，能发生反射、折射、干涉、衍射、偏振、多普勒效应等现象。 3、电磁波具有能量：电磁场的转换就是电场能量与磁场能量的转换，电磁波的发射过程是辐射能量的过程，传播过程是能量传播的过程。因而电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程。能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一。 【探究归纳】变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，交替激发形成电磁场并向外传播，就是电磁波。 【典例2-1】电磁波为信息的传递插上了翅膀，以下关于电磁波的描述正确的是（　　） A．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在 B．电磁波具有能量，且能量是量子化的 C．X射线属于电磁波，它的波长比可见光长 D．只有高温物体才能辐射电磁波，且电磁波可以在真空中传播 【答案】B 【详解】A. 麦克斯韦提出了电磁理论，预言了电磁波的存在，但实验证实是由赫兹完成的，故A错误。 B. 电磁波具有能量，能量是量子化的，故B正确。 C. X射线属于电磁波，但其波长范围比可见光波长短，故C错误。 D. 电磁波可以在真空中传播，但并非只有高温物体才能辐射电磁波；任何温度的物体都会辐射电磁波，故D错误。 故选B。 【典例2-2】（多选）关于电磁场理论的叙述，正确的是（　　） A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关 B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场 C．变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场 D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 【答案】ABC 【详解】A．变化的磁场产生电场，与闭合电路是否存在无关，故A正确； B．周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，故B正确； C．交替变化的电场和磁场，形成不可分割的统一体，即为电磁场，故C正确； D．稳定的电场不能激发磁场，稳定的磁场不能激发电场，故D错误； 故选ABC。 跟踪训练1关于电磁波、能量量子化、电磁感应现象，下列说法正确的是（　　） A．赫兹预言并证实了电磁波的存在 B．磁感线是客观存在的曲线 C．普朗克认为微观粒子的能量是不连续的 D．奥斯特从实验中领悟到“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应 【答案】C 【详解】A．赫兹通过实验证实了电磁波的存在，但电磁波的预言是由麦克斯韦完成的，故A错误； B．磁感线是人为引入的描述磁场分布的假想曲线，并非客观存在的实体，故B错误； C．普朗克提出能量量子化理论，认为微观粒子的能量只能取离散值（即不连续），故C正确； D．发现“磁生电”即电磁感应现象的是法拉第，而奥斯特发现的是电流的磁效应，故D错误。 故选C。 跟踪训练2（多选）电磁波使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场 B．水波、声波和电磁波的传播都离不开介质 C．电磁波是一种物质，具有能量 D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并通过实验捕捉到了电磁波 【答案】AC 【详解】A．根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，故A正确； B．水波、声波的传播离不开介质，电磁波的传播不需要介质，故B错误； C．电磁波是一种物质，具有能量，故C正确； D． 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，故D错误。 故选 AC。 题型3 一、无线电波的发射 1、要有效地发射电磁波，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，发射电磁波的本领越大。 （2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，因此采用开放电路。 2、由闭合电路变成开放电路：将电容器两个极板拉开，增大电容器极板间的距离，减小极板间的正对面积，从而使电场和磁场扩展到电容器的外部。这样的振荡电路叫作开放电路。开放电路甚至可以演化成为一条导线，这样就可以有效地把电磁波发射出去了。 3、地线和天线：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。 4、电磁波的调制：在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术，调制分为调幅和调频。 （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方法。 （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方法。 调制 在电磁波发射技术中，使载波随各种信号面改变的技术。 调幅（AM） 使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制技术。 调频（FM） 使高频电磁波的颓率随信号的强弱而变的调制技术。 二、无线电波的接收 1、无线电波的接收 （1）当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。 （2）使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐。 （3）从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波．检波是调制的逆过程，也叫做解调。 2、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。 3、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，相当于机械振动中的共振。 (1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程。 (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。 三、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：电视机接收到的高频电磁波信号经过解调将得到的信号转变为图像信号和伴音信号。 【归纳总结】发射：将信号调制到高频载波上，通过开放电路辐射电磁波；接收：经调谐选台、解调取出信号，还原信息。 【典例3-1】下列说法中正确的是（　　） A．电磁波从真空传入水中时，频率将变大 B．“泊松亮斑”是衍射现象 C．汽车前窗玻璃使用偏振片是为了增加透射光的强度 D．医院中用于检查病情的“彩超”利用了电磁波的反射原理 【答案】B 【详解】A．电磁波的频率由波源决定，不随介质改变，故A错误； B．泊松亮斑是光绕过障碍物形成的衍射现象，故B正确； C．汽车偏振片用于过滤特定方向偏振光以减少眩光，而非增加透射强度，故C错误； D．彩超利用超声波的多普勒效应，属于机械波，与电磁波无关，故D错误。 故选B。 【典例3-2】（多选）物理学是一门以实验为基础的学科，很多生活中的应用都来自于物理学。对于下列教材中所列的实验和生活现象，说法正确的是（　　） A．图甲中，实验中若导线不通电，则导线所处位置磁感应强度为零 B．图乙中，两根通电方向相反的长直导线相互排斥，是通过电场的相互作用来实现的 C．图丙中，无线充电技术主要利用了电磁感应 D．图丁中，生活中常用微波炉来加热食物，说明微波是一种电磁波，具有能量 【答案】CD 【详解】A．导线所处位置磁感应强度是磁铁发出的，与导线是否通电无关，故A错误； B．两根通电方向相反的长直导线相互排斥，是通过直导线周围的磁场来实现的，故B错误； C．无线充电技术主要利用了互感现象，即电磁感应原理，故C正确； D．生活中常用微波炉来加热食物，说明微波是一种电磁波，具有能量，故D正确。 故选CD。 跟踪训练1空鹊桥二号作为一颗中继通信卫星，主要用于转发月面航天器与地球之间的通信，它首次任务是为嫦娥六号服务。嫦娥六号着陆点位于月球的背面，受到月球的遮挡，它无法直接与地球之间通信，因此需要鹊桥二号电磁波来转发。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．有些电磁波是横波，有些电磁波是纵波 B．月面航天器与地球之间的通信的电磁波属于电磁波谱中的无线电波 C．发射电磁波进行信号传递时，可以采用调频和调谐两种方式进行调制 D．电磁波能够传递信号，但是不能传播能量 【答案】B 【详解】A．电磁波的传播方向和振动方向垂直，所以电磁波是横波，故A错误； B．无线电波常用于通信等领域，月面航天器与地球之间的通信的电磁波属于电磁波谱中的无线电波，故B正确； C．发射电磁波进行信号传递时，调制方式有调频和调幅等多种方式，故C错误； D．电磁波既能传递信号，也能传播能量，故D错误。 故选B。 跟踪训练2（多选）为防范和打击利用无线电技术手段进行考试作弊行为，确保普通高考公平顺利进行，各市无线电管理处周密部署，多措并举，全力以赴确保高考期间无线电安全。关于电磁波的发现及应用，下列说法正确的是（    ） A．红外线波长短，分辨率高，侦察上可用红外线拍摄指纹照片 B．X射线可用于进行人体透视 C．雷达发出或接收的电磁波受天气影响，在浓雾天能见度低的黑夜不能使用 D．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制 【答案】BD 【详解】A．侦察上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高，故A错误； B．X射线有较强的穿透能力，用来进行人体透视，故B正确； C．电磁波的使用不受天气影响，故雷达在能见度低的黑夜一样使用，故C错误； D．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制，故D正确。 故选BD。 题型4 一、电磁波谱 1、电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排列成谱，叫作电磁波谱。 2、电磁波的分类：按照波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，不同的电磁波由于具有不同的波长(频率)，具有不同的特性。 3、各种电磁波的特性：红外线热效应显著；紫外线化学、生理作用显著并能产生荧光效应；X射线穿透本领很大；γ射线穿透本领更大。 4、电磁波谱分析及电磁波的应用 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 红外线 1011～1015 10-3～10-7 热效应 红外遥感 可见光 1015 10-7 引起视觉 照明、摄影 紫外线 1015～1017 10-7～10-9 化学效应、荧光效应、灭菌消毒 医用消毒、防伪 X射线 1016～1019 10-8～10-11 贯穿本领强 检查、医用透视 γ射线 ＞1019 ＜10-11 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 5、电磁波 （1）形成：电磁场由近及远地传播形成电磁波。 （2）特点 ①电磁波是横波，在空间传播不需要介质。 ②真空中电磁波的速度为3.0×108m/s。 ③电磁波的传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v=λf。 ④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，波速越小。 二、电磁波的特性及应用 1、无线电波：波长大于1mm(频率低于300GHz)的电磁波称作无线电波，主要用于通信、广播及其他信号传输。雷达是利用电磁波遇到障碍物要发生反射，以此来测定物体位置的无线电设备，其利用的是波长较短的微波。 （2）无线电波广泛应用于通信、广播及其他信号传输。 ①长波：主要用于调幅广播及航海导航。 ②中波：主要用于调幅广播及通信。 ③短波：主要用于远距离短波通信及调幅广播。 ④微波：主要用于调频广播、电视、卫星导航和雷达，微波炉可利用高功率的微波对食物加热。 2、红外线：红外线的波长比无线电波短，比可见光长。所有物体都发射红外线。热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。 （1）红外线是一种光波，波长比无线电波短，比可见光长。 （2）所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。 （3）红外线的应用主要有红外遥感和红外体温计。 3、可见光：能使人的眼睛产生视觉效应的电磁波，称为可见光。 可见光的波长为400～760 nm。科学研究发现，波长（频率）范围不同的光表现为不同的颜色，如下图所示。不同波长的单色光组合也能产生不同的颜色，我们看到的白色阳光就是由各种色光组成的。人类的眼睛正是通过这一波段的电磁波，获得了外部世界的大量信息。 4、紫外线：人眼看不到比紫光波长更短的电磁波。在紫光之外，波长范围为5～370 nm 的电磁波是紫外线。（1）波长范围在5～370_nm之间，不能引起人的视觉。 （2）具有较高的能量，应用于灭菌消毒，具有较强的荧光效应，用来激发荧光物质发光。 5、X射线和γ射线 (1)X射线波长比紫外线短，有很强的穿透本领，用来检查金属构件内部有无裂纹或气孔，医学上用于检查人体的内部器官。 (2)γ射线波长比X射线更短，具有很高的能量，穿透力更强，医学上用来治疗某些癌症，工业上也可用于探测金属构件内部是否有缺陷。 【归纳总结】电磁波按波长或频率依次排列成电磁波谱，不同波段特性不同、用途各异。 【典例4-1】关于电磁波及其应用，下列说法正确的是（　　） A．同一种电磁波在不同介质中传播时，波速不变、频率和波长发生改变 B．用理疗“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得更快，这里的“神灯”是利用X射线具有很强的贯穿力 C．教室里亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场 D．赫兹预言了电磁波的存在，麦克斯韦最早证实了电磁波的存在 【答案】C 【详解】A．同一种电磁波的频率由波源决定，在不同介质中频率不变，波速和波长会改变，故A错误； B．理疗“神灯”通常利用红外线的热效应促进血液循环，而非X射线的贯穿力，故B错误； C．日光灯工作时通过交变电流，周围必然产生交变磁场和电场，故C正确； D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故D错误。 故选C。 【典例4-2】（多选）如图所示的后车安装了“预碰撞安全系统”，其配备的雷达会发射毫米级电磁波（毫米波），并对前车反射的毫米波进行运算，通过和电磁波谱对比，下列说法正确的是（　　） A．毫米波比红外线的频率高 B．毫米波比紫外线波动性更明显 C．毫米波可以用于工业探伤 D．前车的金属尾板遇到毫米波时会产生极其微弱的感应电流 【答案】BD 【详解】A．从电磁波谱的顺序可知毫米波的频率比红外线低，故A错误； B．毫米波的波长大于紫外线的波长，故毫米波的波动性更明显，故B正确； C．由于频率越高，其穿透力越强，毫米波频率远低于X射线，其比X射线穿透能力更弱，不可以用于工业探伤，故C错误； D．后车发出电磁波，电磁波会引起前车的金属尾板磁通量的变化，从而产生感应电流，故D正确。 故选BD。 跟踪训练1关于电磁波，下列说法正确的是（    ） A．赫兹预言了电磁波的存在，麦克斯韦用实验验证了电磁波的存在 B．电磁波是由均匀变化的电场或磁场产生的 C．紫外线灭菌消毒主要是利用其具有较高的能量 D．紫外线比红外线更容易发生衍射 【答案】C 【详解】A．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在，赫兹通过实验首次证实了电磁波的存在，A错误； B．电磁波由非均匀变化的电场和磁场相互激发产生，均匀变化的电场或磁场只能产生恒定磁场或电场，无法形成电磁波，B错误； C．紫外线的频率较高，光子能量大，能够破坏微生物的DNA结构，因此灭菌消毒主要依赖其高能量，C正确； D．衍射现象与波长相关，波长越长越容易发生衍射。红外线波长比紫外线长，因此红外线更容易发生衍射，D错误。 故选C。 跟踪训练2（多选）下列关于电磁波的说法不正确的是（　　） A．X射线穿透力较强，可用来进行人体透视 B．紫外线能在磁场中偏转，有很强的荧光效应，可用于防伪 C．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在 D．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调谐 【答案】BD 【详解】A．X射线穿透力较强，可用来进行人体透视，故A正确； B．紫外线有很强的荧光效应，可用于防伪，但不带电，不能在磁场中偏转，故B错误； C．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故C正确； D．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制，故D错误。 故不正确的选BD。 【能力培优练】 1．下列有关电磁场与电磁波的说法，正确的是（　　） A．变化的磁场不一定产生电磁波 B．稳定的电流不产生磁场 C．只有高温物体才能向外辐射红外线 D．X射线常用于无线电通讯 【答案】A 【详解】A．根据麦克斯韦理论，周期性变化的磁场才能产生电磁波，若磁场仅均匀变化（如线性变化），则不会形成电磁波，故A正确； B．稳定电流周围会产生恒定磁场（如直流电的磁场），故B错误； C．所有温度高于绝对零度的物体均会辐射红外线，与温度高低无关，故C错误； D．无线电通讯使用无线电波（波长长、频率低），而X射线波长短、频率高，用于医学成像等，故D错误。 故选A。 2．许多科学家在物理学发展中作出了重要贡献。下列有关物理学家的贡献，正确的是（　　） A．安培提出了分子电流假说，能够解释一些磁现象 B．法拉第发现了电流的磁效应，首次揭示了电现象和磁现象间的某种联系 C．奥斯特发现电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加完善 D．麦克斯韦通过实验捕捉到了电磁波 【答案】A 【详解】A．安培提出分子电流假说，解释了磁现象如磁铁的磁场来源，故A正确； B．电流的磁效应由奥斯特发现，法拉第的贡献是电磁感应，故B错误； C．电磁感应现象由法拉第发现，奥斯特发现的是电流磁效应，故C错误； D．赫兹通过实验证实电磁波存在，麦克斯韦仅预言电磁波，故D错误。 故选A。 3．如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，能产生电磁波的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．根据麦克斯韦的电磁场理论，恒定磁场周围不会产生电场，不能产生电磁波，故A错误； BC．根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的磁场产生恒定的电场，不能产生电磁波，故BC错误； D．根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，即周期性变化的磁场和电场交替产生，能产生电磁波，故D正确。 故选D。 4．如图所示，i-t图像表示LC振荡电路的电流随时间变化的图像，在t=0时刻，电容器的M板带正电，则下列分析正确的是（　　） A．Oa段（不含a点）磁场能在减小，M板带正电 B．ab段（不含a点）电场能在减小，M板带正电 C．bc段（不含c点）电场能在减小，M板带负电 D．cd段（不含c点）磁场能在减小，M板带负电 【答案】C 【详解】由所示图像可知，t=0时刻电路电流为0，电容器刚刚充电完毕，此时M板带正电。Oa段电路电流逐渐增加，磁场能增加，电容器放电；ab段电路电流减小，磁场能减少，电场能增加，电容器充电，M板带负电；bc段电路电流变大，磁场能增大，电场能减小，电容器放电，M板带负电；cd段电路电流减小，磁场能减少，电容器充电，M板带正电。 故选C。 5．奥斯特的电流磁效应实验具有划时代的意义，引领人类进入了电气时代。下列关于电和磁的说法正确的是（　　） A．闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线运动，就一定能够产生感应电流 B．电磁波谱按波长由小到大排列的顺序是，射线、紫外线、可见光、红外线 C．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 D．电场强度和磁感应强度都采用比值定义法，它们的方向与力的方向相同或相反 【答案】B 【详解】A．闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线运动，不一定能够产生感应电流。根据法拉第电磁感应定律，产生感应电流的条件是闭合电路的磁通量发生变化。若导体平行于磁感线运动（不切割磁感线），或整个电路在均匀磁场中运动但磁通量不变，则不会产生感应电流，故A错误； B．电磁波谱按波长由小到大排列的顺序为：γ射线（波长最短）、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波（波长最长）。选项中虽未提及X射线，但γ射线、紫外线、可见光、红外线的相对顺序正确（γ射线波长 < 紫外线波长 < 可见光波长 < 红外线波长），故B正确。 C．在变化的电场周围不一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围不一定产生变化的电场。根据麦克斯韦方程组，均匀变化的电场（如线性增加或减少）产生恒定的磁场，均匀变化的磁场产生恒定的电场，只有非均匀变化的电场或磁场才产生变化的磁场或电场，故C错误； D．电场强度 和磁感应强度 均采用比值定义法，但方向关系不同：电场强度 的方向与正电荷受力方向相同，与负电荷受力方向相反；磁感应强度 的方向由磁场本身决定，与磁场力 的方向垂直（由左手定则判断），而非相同或相反，故D错误。 故选B。 6．图甲中展示的基本LC振荡回路是LC电磁振荡系统的核心单元。初始时刻电容器上极板带正电荷。图乙定性描述了振荡过程中电容器上极板电荷量q随时间t的变化规律。已知在t4时刻突然抽出电感器铁芯（时间极短），忽略能量耗散。下列描述正确的是（　　） A．在t1时刻，电容器极板间电场强度最大 B．在t1~t2内，电流方向a→b C．在t3~t4内，磁场能转化为电场能 D．t4时刻后，q-t图像为图乙中的②所示 【答案】A 【详解】A．在t1时刻，电容器极板所带电荷量最大，则电容器极板间电场强度最大，故A正确； B．在t1~t2内，电容器处于反向放电状态，电流方向b→a，故B错误； C．在t3~t4内，电容器正向放电，电场能转化为磁场能，故C错误； D．根据可知，t4时刻后，突然抽出电感器铁芯，则L减小，振荡周期减小，q-t图像为图乙中的①所示，故D错误。 故选A。 7．如图所示，单刀双掷开关先置于端，在时刻开关置于端，若振荡电路的周期。下列说法正确的是（　　） A．0.01s时，电路中的电流逆时针方向达到最大值 B．时间内，电容器正在充电 C．时间内，电场能逐渐减小，磁场能逐渐增大 D．若仅增大电容器的电容，振荡频率增大 【答案】A 【详解】A．振荡电路的周期。当开关S置于b端，电容器开始放电，电容器上极板带正电，时即时，回路中的电流逆时针方向达到最大值，故A正确； B．时间内，电容器正在放电，故B错误； C．时间内，电容器正在充电，电流减小，电场能逐渐增大，磁场能逐渐减小，故C错误； D．振荡电路的频率，若仅增大电容器的电容，振荡频率减小，故D错误。 故选A。 8．如图所示，为直流电阻可忽略的线圈，为定值电阻，为电容器，开关S处于闭合状态。现突然断开S，并开始计时，电路工作过程中，同时会向外辐射电磁波。下列选项中能正确反映回路中电流（顺时针方向为正）、电容器中电场（竖直向下为正）以及两极板间电势差随时间变化的图像可能是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】AB．因为为一电阻可忽略的线圈，可知当开关闭合时，电容器带电量为零，通过线圈的电流向下；断开S后，电流在电路中开始振荡，电容器开始充电，电流方向沿逆时针方向（负方向）且电流大小逐渐减小，故A错误，B正确； CD．断开S后，电容器开始充电，板带正电荷且逐渐增加，即负方向的电场强度逐渐增加；则两极板间电势差逐渐增大，且小于0，故CD错误。 故选B。 9．（多选）有源相控阵雷达的辐射器如图所示，每个辐射器都配装有一个发射—接收组件，每个组件都能自己产生、接收微波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．X射线的波长比微波的波长更长 B．遥控器是利用红外线工作的 C．电磁波中，红外线的热效应最显著 D．红外线的频率比紫外线的频率大 【答案】BC 【详解】A．根据电磁波谱的分布规律可知，X射线的波长比微波的波长更短，故A错误； B．红外线遥控器是利用光波传输信号的原理实现控制的，即遥控器是利用红外线工作的，故B正确； C．红外线的波长介于可见光与微波之间，能够被物体表面吸收并转化为热能，导致物体温度升高，电磁波中，红外线的热效应最显著，故C正确； D．根据电磁波谱的分布规律可知，红外线的频率比紫外线的频率小，故D错误。 故选BC。 10．（多选）为了测量储液罐中不导电液体的液面高度，设计装置如图所示。将与储液罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容置于储液罐中，电容可通过开关与线圈或电源相连。当开关从拨到时，由线圈与电容构成的回路中产生振荡电流，振荡电流的频率，通过测量振荡频率可知储液罐内的液面高度。则下列说法正确的是（　　） A．当储液罐内的液面高度升高时，电容变大 B．当储液罐内的液面高度升高时，回路中振荡电流的频率变大 C．开关拨到之后，振荡电流的振幅和频率始终保持不变 D．当开关从拨到瞬间，电容器两极板的电荷量最大，线圈中磁场能最小 【答案】AD 【详解】A．当储液罐内的液面高度升高时，介电质常数增大，根据电容的决定式可知，电容变大，故A正确； B．当储液罐内的液面高度升高时，电容器的电容增大，根据可知，回路中振荡电流的频率变小，故B错误； C．开关拨到b之后，振荡电流的振幅会越来越小，随着储液罐内的液面高度的变化，频率会发生变化，故C错误； D．当开关从a拨到b瞬间，电容器两极板的电荷量最大，流过线圈L中的电流最小，磁场能最小，故D正确。 故选AD。 11．（多选）下列说法不正确的是（　　） A．安培分子电流假说说明了永磁体和电磁铁产生磁场的本质是不同的 B．金属导体的电阻率只与材料有关，不受其他因素的影响 C．电磁波是电磁场在空间中传播，所以电磁波是一种物质 D．电源内部静电力把正电荷从负极移送至正极所做的功与电荷量的比值为电动势 【答案】ABD 【详解】A．安培分子电流假说揭示磁现象的电本质，永磁体磁场源于分子内部环形电流（分子电流）的有序排列，电磁铁磁场源于外部宏观电流的磁效应，二者本质均为电流的磁效应，故“本质不同”表述错误，故A错误； B．金属导体的电阻率由材料和温度共同决定（如金属电阻率随温度升高而增大），并非“只与材料有关”，故B错误； C．电磁波是电磁场在空间传播形成的，电磁场属于物质的存在形式，因此电磁波是物质，故C正确； D．电源内部是非静电力将正电荷从负极移至正极，静电力起阻碍作用，题干中“静电力”表述错误，故D错误。 故选ABD。 12．（多选）为实现自动计费和车位空余信息的提示和统计功能等，某智能停车位通过预埋在车位地面下方的LC振荡电路获取车辆驶入驶出信息．如图甲所示，当车辆驶入车位时，相当于在线圈中插入铁芯，使其自感系数变大，引起LC电路中的振荡电流频率发生变化，计时器根据振荡电流的变化进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是（    ） A．t3时刻，线圈L的磁场能最小 B．t2时刻，电容器C带电量最小 C．t1至t2过程，电容器C带电量逐渐增大 D．由图乙可判断汽车正驶离智能停车位 【答案】CD 【详解】A．由乙图可知，t3时刻电流最大，此时电容器放电完毕，电荷量为零，电场能最小，磁场能最大，故A错误； B．由乙图可知，t2时刻，电流为零，此时电容器充电完毕，带电量最大，故B错误； C．在乙图中，t1至t2过程中，电流逐渐减小，电容器正在充电，电容器C带电量逐渐增大，故C正确； D．由图乙可知，振荡电路的周期变小，根据可知线圈自感系数变小，则汽车正驶离智能停车位，故D正确。 故选CD。 13．如图所示，一LC振荡电路，线圈的电感，电容器的电容，以电容器开始放电的时刻为零时刻，上极板带正电，下极板带负电，求： （1）此LC振荡电路的周期。 （2）当时，电容器上极板带何种电荷？电流方向如何？ （3）如电容器两极板间电压最大为，则在前内的平均电流为多大？ 【答案】（1）；（2）负电荷，电流沿逆时针方向；（3） 【详解】（1）根据 可得，此LC振荡电路的周期为 （2）当时，即在从时刻开始的第二个周期内，电容器充电，此时上极板带负电荷，电流沿逆时针方向。 （3）如电容器两极板间电压最大为，则电容器带电荷量最大值为 则在前内的平均电流为 【链接高考】 1．（2026·浙江·高考真题）第六代移动通信技术（6G）使用的电磁波，部分处于太赫兹（THz）波段。，单位THz对应的物理量是（   ） A．能量 B．功率 C．频率 D．波长 【答案】C 【详解】根据题干给出的单位关系，其中 （赫兹）是频率的单位，因此 （太赫兹）是频率的倍数单位，对应物理量为频率。 故选 C。 2．（2025·江苏·高考真题）如图所示．将开关S由a拔到b，使电容器C与线圈L构成回路。以电容器C开始放电取作0时刻，能正确反映电路中电流i随时间t变化关系的图象是（    ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据题意可知，将开关由调到时，电容器和自感线圈组成回路，此回路为振荡电路，产生周期性迅速变化的振荡电流。A图像正确：电容器开始放电，由于电容器上极板带正电，则电流为逆时针，电场能向磁场能转化，电流越来越大，当电容电量为0时，电流最大，其后磁场能向电场能转化，电容器充电，电流越来越小，电流为0时，充电完成，此时，电容器下极板带正电，之后开始反向放电，电流为顺时针，电场能向磁场能转化，电流越来越大，当电容电量为0时，电流最大，其后磁场能向电场能转化，电容器充电，电流越来越小，电流为0时，充电完成，电场能转化为磁场能以及磁场能又再次转化为电场能的过程中，电路向外辐射电磁波，电路中的能量在耗散，最大电流越来越小。 故选A。 3．（2021·福建·高考真题）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波 B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波 C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现 D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程 【答案】BD 【详解】A．由题知，“奋斗者”号与“探索一号”通信是通过水声音通信，声音在水下是纵波，故信息载体属于纵波，故A错误； B．由题知，“奋斗者”号与“沧海”号通信是通过无线蓝绿光通信，光是电磁波属于横波，故信息载体属于横波，故B正确； C．因为太空中没有介质，故机械波无法传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁通信来实现，故C错误； D．在传递信息的过程也是传递能量的过程，故“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程，故D正确。 故选BD。 / 学科网（北京）股份有限公司 $