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（粤教版 粤）

交变电流　电磁波　传感器 第十三章 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 课时精练 > < 考点一 电磁振荡 1.振荡电路：能产生大小和方向都做_______变化的电流(即_________)的电路。由线圈和电容器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 5.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像 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　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·广东惠州市第一次调研)如图为发射电磁波的LC振荡电路，某时刻电路中电流方向如图所示，此时电容器的上极板带正电，下极板带负电，则下列说法正确的是 A.电容器正在放电 B.电流正在减小 C.线圈中的磁场能正在增大 D.电容器中的电场能正在减小 √ 电磁振荡 考点一 由题图知，电流正流向电容器正极板，电容器正在充电，电流正在减小，磁场能转化为电场能，线圈中磁场能正在减小，电容器中的电场能正在增大。故选B。 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2　(2023·广东汕头市金山中学模拟)某收音机中的LC电路，由固定线圈和可调电容器组成，能够产生频率为535 kHz到1 605 kHz的电磁振荡。则可调电容器的最大电容和最小电容之比为 A. ∶1 B.1∶1 C.3∶1 D.9∶1 √ 电磁振荡 考点一 返回 电磁振荡 考点一 电磁波 > < 考点二 1.麦克斯韦电磁场理论 电磁波 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，可在真空中传播，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 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 考点二 4.无线电波的接收 (1)当接收电路的固有频率被调到与需要接收的无线电波的频率_____时，这个频率的无线电波在接收电路里将激起最强的振荡电流，这个过程叫作_____，能够调谐的接收电路叫作_____电路。 (2)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 调谐 调谐 检波 调制 解调 电磁波 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、γ射线。 波长 频率 可见光 电磁波 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 电磁波 考点二 电磁 波谱 频率/ Hz 真空中波长/m 特性 应用 递变规律 红外线 1011～1015 10－7～10－3 热效应 红外遥感 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 可见光 1015 10－7 引起 视觉 照明、摄影 电磁波 考点二 电磁 波谱 频率 / Hz 真空中波长/m 特性 应用 递变规律 紫外线 1015～1016 10－8～10－7 化学作用、荧光效应、杀菌消毒 医用消毒、防伪 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 X射线 1016～1019 10－11～10－8 穿透本领强 机场安检、医用透视 电磁波 考点二 电磁波谱 频率 / Hz 真空中波长/m 特性 应用 递变规律 γ射线 1019～1024 10－16～10－11 穿透本领最强 培育农作物新品种、医用治疗 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 电磁波 考点二 6.各种电磁波产生机理 无线电波 自由电子振荡产生 红外线、可见光和紫外线 原子的外层电子受到激发后产生 X射线 原子的内层电子受到激发后产生 γ射线 原子核受到激发后产生 电磁波 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.解调是调制的逆过程。(　 　) × √ √ √ 判断正误 电磁波 考点二 例4　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 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 考点二 例5　(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 考点二 例6　(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 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； 在真空中，蓝牙通信与手机通信的电磁波传播速度相等， 但蓝牙通信的电磁波频率高于手机通信的电磁波频率，所以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； 电磁波 考点二 若两束蓝牙通信的电磁波若频率相同，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 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 √ 基础落实练 36 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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。 2.5G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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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 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 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； 4.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 √ 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 5.(多选)图甲为某种车辆智能道闸系统的简化原理图：预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路，当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，使得振荡电流频率发生变化，检测器将该信号发送至车牌识别器，从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图乙，则下列有关说法正确的是 A.t1时刻电容器间的电场强度为最小值 B.t1～t2时间内，电容器处于充电过程 C.汽车靠近地感线圈时，振荡电流频率变小 D.从图乙波形可判断汽车正靠近地感线圈 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t1时刻电流最大，线圈中磁场能最大，电容器中电场能最小，电容器间的电场强度为最小值，故A正确； t1～t2时间内，电流逐渐减小，线圈中磁场能减小，电容器中电场能增大，电容器处于充电过程，故B正确； 汽车靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，根据T＝2π 可知周期变大，振荡电流频率变小，故C正确； 从题图乙波形可知周期越来越小，频率越来越大，汽车正远离地感线圈，故D错误。 6.(2022·广东梅州市质检)一台收音机的接收频率范围从f1＝2.2 MHz到f2＝22 MHz。设这台收音机能接收的相应波长范围从λ1到λ2，调谐电容器的相应电容变化范围从C1到C2。那么波长λ1、λ2之比为_______；电容C1、C2之比为________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10∶1 100∶1 7.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.减小线圈匝数 C.换用其他材料的线圈 D.换一个信号更好的位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8.(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 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9.(2023·广东汕头市二模)如图是某液面高度测量仪内部的原理图，该仪器通过电容器电容的变化来检测容器内液面高低，容器中的导电液体和导电芯柱分别是电容器的两个电极，芯柱外面套有绝缘管作为电介质，电容器的这两个电极分别用导线与一个线圈的两端相连，组成LC振荡电路。容器内的导电液体与大地相连，若某时刻线圈内的磁场方向向右，且正在减弱，则该时刻 A.磁场能正向电场能转化 B.电容器两极板间电压正在减小 C.导电芯柱的电势低于导电液体的电势 D.若容器内液面升高，则LC振荡电路的频率变大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 该时刻磁场能减小，电场能增加，由能量守恒可知，磁场能正向电场能转化，A正确； 根据安培定则可知，导电芯柱集聚正电荷，故导电芯柱的电势高于导电液体的电势，C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10.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)，从而测量储液罐内的液面高度。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.当储液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 √ 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 返回 2π 由LC振荡电路的频率公式f＝ 可得电容器的电容为C＝ 所以可调电容器的最大电容和最小电容之比为＝＝＝，故选D。 由v＝λf，知波长与波速和频率有关，由v＝可知，波长还与传播介质有关，C错误，D正确。 根据λ＝，可知＝＝ 根据f＝ 解得C＝∝，＝()2＝。 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，减小线圈匝数，会导致自感系数减小，从而导致固有频率增加，即应该减小线圈的匝数，故选B。 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。 该时刻电容器充电，根据C＝可知，电容 器两极板间电压正在增大，B错误； 若容器内液面升高，电容器的正对面积增大，根据C＝可知，电容器的电容增大，根据振荡电路的周期公式T＝2π可知，振荡电路的周期增大，频率减小，D错误。 当储液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。 $