第十三章 第3课时 电磁振荡与电磁波（课件PPT）-【步步高】2025年高考物理大一轮复习讲义（人教版 津鲁琼云晋皖黑吉桂贵辽渝鄂冀湘甘赣豫新青藏宁蒙陕）

第十三章 交变电流　电磁波　传感器 第 3 课时 电磁振荡与电磁波 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。 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 > < 考点一 电磁振荡 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LC振荡电路。 2.电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器不断地充电和放电，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。 周期性 振荡电流 电流i 磁感应强度B 电磁振荡 考点一 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。 电场 磁场 磁场 电场 周期性 电磁振荡 考点一 4.电磁振荡的周期和频率 (1)周期T＝_______。 (2)频率f＝________。 电磁振荡 考点一 思考　如图甲、乙、丙、丁、戊五个图代表LC振荡电路中的五个状态。 (1)甲图qC最大，i＝____； 乙图i最大，qC＝____； 丙图qC最大，i＝____； 丁图i最大，qC＝____； 戊图qC最大，i＝____。 0 0 0 0 0 电磁振荡 考点一 (2)从甲→乙的过程中，i_____，qC_____； 从乙→丙的过程中，i_____，qC_____； 从丙→丁的过程中，i_____，qC_____； 从丁→戊的过程中，i_____，qC_____。 增大 减小 减小 增大 增大 减小 减小 增大 电磁振荡 考点一 (3)画出从甲开始计时一个周期内i－t、qC－t图像。 答案　 电磁振荡 考点一 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 电磁振荡 考点一 例1　(2024·北京市模拟)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 √ 电磁振荡 考点一 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。 电磁振荡 考点一 例2　(2023·江苏南京市六校调研)在LC振荡电路中，某时刻电路中的电流方向如图所示，且电流正在减小，则该时刻 A.电容器上极板带负电，下极板带正电 B.电容器两极板间电压正在减小 C.电场能正在向磁场能转化 D.电流的变化率减小 √ 电磁振荡 考点一 根据电流正在减小可以判断，此时电容器在充电，结 合电流方向知电容器上极板应该带负电，下极板带正 电，在振荡电路中，当电容器充电时，电流减小但电 流变化得越来越快，即电流变化率增大；电容器上的电荷量增大，此时，磁场能转化为电场能，故A正确，C、D错误； 由Q＝CU可得，电容器电荷量增大，两极板间的电压也增大，故B错误。 电磁振荡 考点一 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 总结提升 电磁振荡 考点一 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 √ 电磁振荡 考点一 以顺时针电流为正方向，LC电路中电流和电 荷量变化的图像如图所示，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； 电磁振荡 考点一 1.01 s时，经过 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，电场能全部转化为磁场能，此时磁场 能最大，故C正确，D错误。 电磁振荡 考点一 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 √ 电磁振荡 考点一 返回 电磁振荡 考点一 电磁波的特点及应用 > < 考点二 1.麦克斯韦电磁场理论 电磁波的特点及应用 考点二 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_______(填“需要”或“不需要”)介质。在真空中不同频率的电磁波传播速度相同，都等于______________。在同一介质中不同频率的电磁波传播速度是_____的，频率越高，波速_____。 (3)v＝____，f是电磁波的频率。 电磁波 不需要 光速3×108 m/s 不同 越小 λf 电磁波的特点及应用 考点二 3.无线电波的发射 (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 电磁波的特点及应用 考点二 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最强，这就是电谐振现象。 (2)使接收电路产生_______的过程叫作调谐，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________________的过程，叫作检波。检波是_____的逆过程，也叫作_____。 相同 电谐振 调谐 “检”出调制信号 调制 解调 电磁波的特点及应用 考点二 5.(1)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、______。 波长 频率 可见光 γ射线 电磁波的特点及应用 考点二 (2)电磁波谱分类及应用 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 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。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 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 γ射线 ＞1019 ＜10－11 穿透本领最强 工业探伤、医用治疗 电磁波的特点及应用 考点二 6.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 电磁波的特点及应用 考点二 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.振荡电路的电场和磁场必须集中到尽可能小的空间，这样才能有效地把能量辐射出去。(　　) 4.只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。(　　) 5.解调是调制的逆过程。(　　) √ √ × × √ 判断正误 电磁波的特点及应用 考点二 例5　(2024·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.电磁波可在真空中传播 √ 电磁波的特点及应用 考点二 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； 电磁波可在真空中传播，选项D正确。 电磁波的特点及应用 考点二 例6　(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 √ √ 电磁波的特点及应用 考点二 例7　(2023·广东惠州市第一次调研)使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示，以下说法正确的是 A.蓝牙通信的电磁波是可见光 B.在真空中蓝牙通信的电磁波 波长比手机通信的电磁波波 长短 C.两束蓝牙通信的电磁波在任何情况下都不会发生干涉 D.蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度小于光速 √ 电磁波的特点及应用 考点二 蓝牙通信的电磁波是无线电波， 不是可见光，故A错误； 蓝牙通信的电磁波频率高于手机 通信的电磁波频率，所以在真空 中蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短，故B正确； 若两束蓝牙通信的电磁波频率相同，相位差恒定，就会发生干涉，故C错误； 蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度等于光速，故D错误。 返回 电磁波的特点及应用 考点二 课时精练 1.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 37 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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信号波长更长 √ 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； 5G信号相比于4G信号的频率高，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.(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一定不变 D.经过调制后的电磁波在空间传播的波长可能改变 √ 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4.(多选)(2023·北京市海淀区期末)各种电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了。关于电磁波的应用，下列说法中正确的有 A.控制电视、空调的遥控器使用的是红外线 B.银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是X射线 C.手机通话使用的是无线电波 D.机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是紫外线 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 控制电视、空调的遥控器使用的是红外线，故A正确； 银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是紫外线，不是X射线，故B错误； 手机通话使用的是无线电波，故C正确； 机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是X射线，不是紫外线，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5.(2023·河北省三模)如图所示为某时刻LC振荡电路所处的状态，则该时刻 A.振荡电流i在增大 B.电容器上的电荷量增多 C.磁场能正在向电场能转化 D.电容器两极板间电压在增大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 图示时刻电流流向负极板，可知极板所带电荷量减小， 即电容器在放电，振荡电流增大，A正确； 根据上述可知，电容器处于放电状态，电容器上的电 荷量减少，由C＝ 知，两极板间电压也在减小，B、 D错误； 根据上述，电容器处于放电状态，电场能正在向磁场能转化，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6.(2023·浙江省稽阳联谊学校联考)金属探测仪被很多考试的考场应用，从而营造了公平的考试环境。如图甲为某一款金属探测仪，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，某时刻磁场方向如图乙所示，且电容器上极板带正电，下列说法正确的是 A.此时电容器中的电场能正在减小 B.此时线圈中的自感电动势正在减小 C.此时电路中电流沿顺时针方向且LC振荡电路中电 流减小 D.若LC振荡电路中的电感变小，其振荡频率也变小 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 题图乙所示时刻，电容器正在充电，电荷量 在增大，电路中电流沿顺时针方向且在减小， 减小得越来越快，线圈中的自感电动势正在 增大，电容器中的电场能正在增大，故A、 B错误，C正确； 若L减小，根据T＝ T减小，f增大，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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，有时人 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 人体都会发射红外线，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.(2024·浙江宁波市光华学校开学考)某同学自己绕制天线线圈，制作一个最简单的收音机，用来收听中波的无线电广播。他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。为了收到这个电台，他应该 A.增加线圈匝数 B.减少线圈匝数 C.换用其他材料的线圈 D.换一个信号更好的位置0 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 收不到高频率的电台信号，因此需要增加调谐电路的固有频率，根据 f＝ 可知，减少线圈匝数，会导致自感系数减小，从而使固有频 率增加，即应该减少线圈的匝数，故选B。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9.(2023·重庆市模拟)某收音机中的LC振荡电路，由固定线圈和可调电容器组成，能够产生频率范围为f到kf(k>1)的电磁振荡。可调电容器的最大电容和最小电容之比为 A.k4 　　　　B.k3 　　　　C.k2 　　　　D.k √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10.(多选)(2023·广东佛山市三模)如图(a)所示的LC振荡电路中，电容器C极板上的带电荷量q随时间t变化的规律如图(b)所示，则该振荡电路 A.0～1×10－6 s电容器处于放 　电过程 B.t＝2×10－6 s时磁场能最大 C.增大电容器C的板间距，则周期会增大 D.t＝4×10－6 s时，电路中电流为零 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 由题图(b)可知，0～1×10－6 s 电容器极板上电荷量减少，所 以电容器处于放电过程，故A 正确； 同理，t＝2×10－6 s时电容器极板上电荷量达到峰值，极板间的电场能最大，此时磁场能最小，故B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11.(2024·江苏省模拟)为了测量储液罐中液体的液面高度，有人设计了如图所示装置。当开关S从a拨到b时，由电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流而向外辐射电磁波，再使用调谐电路来接收甲振荡电路中的电磁波，这样就可通过测量乙中接收频率而获知甲中的发射频率，进而再获知电容C的值(L值已知)，从而测量油罐内的液面高度。下列分析判断正确的是 A.该装置适用于测量任意种类液体的液面高度 B.该装置测得的振荡频率与所用电源的电动势大小无关 C.当装置使用过久，电源电动势减小时，测量的液面高 　度比真实值偏小 D.当储物罐内的液面高度降低时，所测到的LC回路中电流的振荡频率变小 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 58 该装置适用于测量不导电液体的液面高度， A错误； 该装置测得的振荡频率与所用电源的电动 势大小无关，当装置使用过久，电源电动 势减小时，振荡电路的周期和频率不变， 则测量的液面高度相比真实值不变，B正确，C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12.(2023·辽宁省实验中学模拟)在如图所示的电路中，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，电流计G可视为理想电表，先将开关S置于a处，待电路稳定后将开关S移至b处同时开始计时，电感线圈L和电容器C组成振荡电路，其振荡周期为T。下列说法正确的是 A.开关S刚移至b处，电流计G中将有从左向右的电流经过 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 开关S置于a处时，电容器C上极板接电源正极，开关S移至b处瞬间，电容器C开始放电，电流计G中将有从右向左的电流经过，故A错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 返回 2π 25T， 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。 2π， 根据LC振荡电路的固有频率公式f＝，可得电容C＝。所以当频率范围为f到kf(k>1)时，可调电容器的最大电容和最小电容之比为＝＝k2，故选C。 根据C＝可知增大电容器的板间距，电容器的电容减小，根据 T＝2π可知周期会减小，故C错误； 根据I＝可知q－t图线的斜率表示电路中的电流，所以t＝4×10－6 s时，电路中电流为零，故D正确。 当储物罐内的液面高度降低时，根据C＝，C减小，根据f＝，所测到的LC回路中电流的振荡频率变大， D错误。 B.0～过程中，电容器C放电，电容减小 C.t＝时刻，电感线圈L中磁场能最大 D.～T过程中，电流计G的读数逐渐变大 t＝时刻，电容器放电完毕，电容器极板上没有电荷，电场能全部转化为磁场能，所以此时电感线圈L中磁场能最大，故C正确； 0～过程中，电容器C放电，带电荷量q减小，但是其电容不会发生变化，故B错误； ～T过程是电容器充电过程，此时电路中的电流逐渐变小，所以电流计G的读数逐渐变小，故D错误。 $