第十三章第3讲 电磁振荡与电磁波、实验：利用传感器制作简单的自动控制装置 课件-2027届高考物理一轮专题复习

该高中物理高考复习课件聚焦电磁振荡、电磁波、传感器实验三大核心考点，依据高考评价体系明确考查要求，通过梳理LC电路周期性变化、电磁波谱应用、传感器信号转换等内容，分析各考点权重，归纳选择、计算、实验常考题型，体现备考针对性与实用性。 课件亮点在于高考真题训练与应试技巧指导，如结合2025年江苏卷电磁振荡图像分析、河南卷温度传感器实验题，运用表格归纳电磁振荡物理量变化规律，对比电磁波谱特性与应用，培养科学思维和科学探究素养，帮助学生掌握答题技巧，教师可据此精准教学，助力高效备考。

第3讲 电磁振荡与电磁波 实验:利用传感器制作简单的 自动控制装置 【学习目标】 1.理解电磁振荡的产生原理及LC电路的周期性变化规律,掌握电磁波的产生、传播特性及其与现代通信的关系。 2.能分析传感器信号转换与控制电路的逻辑关系,设计简单的自动控制装置(如光控、温控开关),培养动手实践能力。 3.认识电磁波与自动控制技术在智能家居、物联网中的应用,培养创新意识与科技服务生活的理念。 知识构建 基础转化 1.如图甲所示为LC振荡电路,从t=0时刻开始,回路中的电流随时间的变化规律如图乙所示,规定电流沿顺时针方向为正方向。下列说法正确的是(　　) A.0~t1时间内,两极板间的电压逐渐增大 B.t2时刻,LC振荡电路的电场能最小 C.t2~t3时间内,上极板的正电荷逐渐减少 D.t3~t4时间内,电容器正在充电,且下极板带负电 C 2.关于电磁波的应用,下列说法不正确的是(　　) A.电磁炉是利用电磁波来工作的 B.微波炉是利用电磁波的能量来快速加热食物的 C.雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的 D.夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的 A 考点一 电磁振荡 1.各物理量变化情况(电容器电荷量最大时开始计时) 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 [例1] 【对电磁振荡的理解】(2025·江苏卷,5)如图所示,将开关S由a拨到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变化关系的图像是(　　) A B C D A 【解析】 根据题意可知,将开关由a拨到b时,电容器和自感线圈组成回路,此回路为振荡电路,产生周期性变化的振荡电流。电容器开始放电,由于电容器上极板带正电,则电流方向为逆时针,电场能向磁场能转化,电流越来越大,当电容器电荷量为0时,电流最大,而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,电流方向为顺时针,电场能向磁场能转化,电流越来越大,当电容器电荷量为0时,电流最大,而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,电路中的能量在减少,最大电流越来越小。故选A。 [例2] 【周期公式的应用】 (2025·辽宁大连模拟)线圈L和电容器C组成的振荡电路如图所示,线圈L的自感系数为50 μH,电容器C的电容为2 μF,电源电动势为3 V,内阻忽略不计。先将开关S接到1,电容器充电完成后,将开关迅速转接到2,并开始计时,则电感线圈L中磁感应强度第一次达到最大且方向向上的时刻为(　　) B 考点二 电磁场和电磁波　电磁波谱 1.麦克斯韦电磁场理论 2.电磁波与机械波的比较 项目 电磁波 机械波 产生 由周期性变化的电场、磁场产生 由质点(波源)的振动产生 波的 特点 横波 纵波或横波 波速 由介质和电磁波频率共同决定,在真空中等于光速c=3.0×108 m/s 由介质决定(如声波波速在空气中一般为340 m/s) 传播是否 需要介质 不需要介质(在真空中仍可传播) 必须有介质(真空中不能传播) 能量 传播 电磁能 机械能 3.电磁波谱的分析及应用 电磁波 类型 核心特性 主要应用场景 无线 电波 波长最长,衍射能力强,能量最低,传播距离远 广播通信,雷达导航,卫星通信,物联网数据传输 红外线 热效应显著,能穿透云雾或部分遮挡物,不可见 红外测温,遥感探测,红外成像,家电遥控,红外加热 可见光 人眼可直接感知,能发生折射、反射、色散 日常照明,显示设备(屏幕、投影),光学成像 紫外线 能量较高,能激发荧光,具有杀菌作用,可电离少量物质 消毒灭菌(医疗、食品),荧光检测,光刻技术,紫外线成像 X射线 穿透能力强,电离作用明显,能量高 医学成像(X光检查),工业无损探伤,安检扫描,材料分析 γ射线 波长最短,能量最高,穿透性极强,电离能力强 医疗放疗(肿瘤治疗),核物理研究,工业深度探伤 [例3] 【麦克斯韦电磁场理论】(2025·北京通州期末)如图甲所示,在变化的磁场中放置一个闭合电路,电路中产生了感应电流;如图乙所示,空间存在变化的磁场,其周围产生感应电场。下列说法正确的是(　　)   A.甲、乙两图一定能持续产生电磁波 B.图甲从上向下看,电子在回路中沿顺时针方向运动 C.图甲中使用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中依然存在电场 D.图乙说明,任何磁场周围都会产生电场,与闭合回路是否存在无关 C 【解析】 若题图甲、乙中的磁场均匀变化,就会产生恒定的电场,恒定的电场不会产生磁场,就不会产生电磁波,A错误;根据楞次定律可知,题图甲从上向下看,感应电流沿顺时针方向,电子在回路中沿逆时针方向运动,B错误;题图甲中使用不导电的塑料线绕制线圈,由于磁场是变化的,所以线圈中依然存在电场,C正确;变化的磁场周围产生电场是一种普遍存在的现象,与闭合电路是否存在无关,但稳定磁场周围不会产生电场,D错误。 [例4] 【电磁波与机械波的比较】(2025·江苏徐州阶段练习)下列关于机械波与电磁波的说法,错误的是(　　) A.机械波可能是纵波,而电磁波必定是横波 B.机械波的波速只与介质有关,而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关,还与电磁波的频率有关 C.它们都能发生干涉和衍射现象 D.机械波和电磁波本质上是一致的 D 【解析】 机械波可能是横波也可能是纵波,而电磁波必定是横波,故A说法正确;机械波的波速只与介质有关,而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关,还与电磁波的频率有关,故B说法正确;机械波与电磁波都能发生干涉和衍射现象,故C说法正确;机械波与电磁波本质上不同,电磁波的传播不需要介质,机械波的传播需要介质,故D说法错误。 [例5] 【电磁波的应用】(2025·江苏常州期中)关于电磁波谱,下列说法正确的是(　　) 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的低,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射线频率较高,波动性较强,粒子性较弱 D.医学利用γ射线做手术,是利用了γ射线具有很强穿透能力的特性 D 【解析】 利用红外线来测温,是利用红外线的热效应,体温越高,人体发射的红外线越强,温度较低,仍发射红外线,A错误;紫外线的频率比可见光的高,医学中常用于杀菌消毒,长时间照射人体可能损害健康,B错误;X射线频率较高,波动性较弱,粒子性较强,C错误;医学利用γ射线做手术,是利用了γ射线具有很强穿透能力的特性,D正确。 考点三 实验:利用传感器制作简单的 自动控制装置 一、实验原理 1.传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。 2.工作过程 二、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。 三、实验操作及步骤 1.研究热敏电阻的热敏特性 (1)将热敏电阻放入烧杯中的水中,测量水温和热敏电阻的阻值(如图甲所示)。 (2)准备好记录电阻与温度关系的表格(如下表)。 次数 1 2 3 4 5 6 温度/℃ 电阻/Ω (3)改变水的温度,多次测量水的温度和热敏电阻的阻值,记录在表格中,把记录的数据画在R-t图中,得到图像如图乙所示。 2.研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好,其中多用电表置于“×100”挡。 (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。 (3)打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的变化情况,并记录。 (4)测出用手掌(或黑纸)遮光时的电阻值,并记录。 把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。 光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值/Ω 结论:被光照射时光敏电阻的阻值发生变化,光照增强时电阻变小,光照减弱时电阻变大。 四、误差分析 1.温度计读数带来误差。 2.多用电表读数带来误差。 3.作R-t图像时不规范造成误差。 五、注意事项 1.在研究热敏电阻的热敏特性实验时,加开水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温。 2.在研究光敏电阻的光敏特性实验时,如果效果不明显,可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔控制射到光敏电阻上的光的多少。 3.多用电表每次换挡后都要重新欧姆调零。 [例6] 【温度传感器】 (2025·河南卷,11)实验小组研究某热敏电阻的特性,并依此利用电磁铁、电阻箱等器材组装保温箱。该热敏电阻阻值随温度的变化曲线如图1所示,保温箱原理图如图2所示。回答下列问题: (1)图1中热敏电阻的阻值随温度的变化关系是　　　　　(选填“线性”或“非线性”)的。  非线性 【解析】 (1)根据题图1可知,热敏电阻的阻值随温度的变化关系是非线性的。 (2)存在一个电流值I0,若电磁铁线圈的电流小于I0,衔铁与上固定触头a接触;若电流大于I0,衔铁与下固定触头b接触。保温箱温度达到设定值后,电磁铁线圈的电流在I0附近上下波动,加热电路持续地断开、闭合,使保温箱温度维持在设定值。则图2中加热电阻丝的c端应该与触头　　　　(选填“a”或“b”)相连接。  a 【解析】 (2)根据题图1可知,温度升高,热敏电阻的阻值变小,根据闭合电路欧姆定律可知流过电磁铁线圈的电流变大,衔铁与下固定触头b接触,此时加热电阻丝电路部分断开连接,停止加热,可知题图2中加热电阻丝的c端应该与触头a相连接。 (3)当保温箱的温度设定在50 ℃时,电阻箱旋钮的位置如图3所示,则电阻箱接入电路的阻值为　　　　 Ω。  130.0 【解析】 (3)由题图3可知电阻箱接入电路的阻值为100×1 Ω+10×3 Ω= 130.0 Ω。 (4)若要把保温箱的温度设定在100 ℃,则电阻箱接入电路的阻值应为 　 Ω。 210.0 【解析】 (4)根据题图1可知,当温度为50 ℃时,热敏电阻的阻值为180 Ω,电阻箱接入电路的电阻为130.0 Ω,当温度为100 ℃时,热敏电阻的阻值为100 Ω,要使得电流值I0不变,需在电流为I0时,控制电路的总电阻不变,则此时电阻箱的电阻为180 Ω+130.0 Ω-100 Ω=210.0 Ω。 [例7] 【光电传感器】 (2025·江苏无锡模拟)智能化育苗蔬菜基地对环境要求严格,其中包括对光照强度的调控,光照强度简称照度I,反映光照的强弱,光越强,照度越大,单位为勒克斯(lx)。为了控制照度,科技人员设计了图甲所示的智能光控电路。 (1)智能光控电路的核心元件是光敏电阻R,某同学用如图乙所示电路测量光敏电阻在不同照度时的阻值,实验所用器材:电源E1(9 V)、滑动变阻器R4(最大阻值为20 Ω)、电压表(量程为0~3 V,内阻为3 kΩ)、毫安表(量程为0~3 mA,内阻不计)、定值电阻R0=6 kΩ、开关、导线若干。则在闭合电路开关前应该把滑动变阻器的滑片移到　　　　(选填“左”或“右”)端。  左 【解析】 (1)为了保证电路的安全,应将滑动变阻器的滑片移到左端,从而使光敏电阻两端的电压为零。 (2)某次测量时电压表的示数如图丙所示,其读数为　　　　 V,电流表读数为1.5 mA,此时光敏电阻的阻值为　　　　 kΩ。  1.80 3.6 (3)通过测量得到6组数据如下表,请在图丁中作出阻值R随照度I变化的图像,由图可判断光敏电阻的阻值与照度　　　　(选填“满足”或“不满足”)反比例函数关系。  不满足 照度I/klx 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 电阻R/kΩ 7.5 4.0 2.8 2.3 2.0 1.8 【答案及解析】 (3)根据图像可知纵坐标与横坐标的乘积不是一个常数,故光敏电阻的阻值R与照度不满足反比例函数关系。 (4)该同学用上述光敏电阻接入图甲所示的电路,其中电源电动势E=6.0 V,内阻忽略不计,电阻R1=100 Ω,电阻箱R2的阻值调节范围是0~9 999.9 Ω,光敏电阻R的电压U增加到2.0 V时光照系统开始工作,为了使照度降低到4 klx时,自动控制系统开始补光,R2的阻值应该调节为　　　　 kΩ。  7.9 (5)要加快蔬菜的生长,适度提高光照时间,可调节的方法是　　　　　　。  减小R2 【解析】 (5)减小R2的阻值,根据闭合电路欧姆定律可知,总电流变大,R两端的电压变大,从而导致自动控制系统正常工作时的最小照度高于4 000 lx,可加快蔬菜的生长。 [例8] 【创新性实验】 (2025·河北卷,12)自动洗衣机水位检测的精度会影响洗净比和能效等级。某款洗衣机水位检测结构如图甲所示。洗衣桶内水位升高时,集气室内气体压强增大,铁芯进入电感线圈的长度增加,从而改变线圈的自感系数。洗衣机智能电路通过测定LC振荡电路的频率来确定水位高度。 某兴趣小组在恒温环境中对此装置进行实验研究。 (1)研究集气室内气体压强与体积的关系。 ①洗衣桶内水位H一定时,其内径D的大小　　　　(选填“会”或“不会”)影响集气室内气体压强的大小。  不会 【解析】 (1)①集气室内气体压强等于桶内水位高度H和集气室进水高度的高度差产生的压强和大气压强之和,根据p=ρgh可知其内径D的大小不会影响集气室内气体压强的大小。 ②测量集气室高度h0、集气室内径d,然后缓慢增加桶内水量,记录桶内水位高度H和集气室进水高度,同时使用气压传感器测量集气室内气体压强p。H和h数据如下表所示。 H/cm h/cm 15.00 0.33 20.00 0.40 25.00 0.42 30.00 0.52 35.00 0.61 40.00 0.70 45.00 0.78 50.00 0.87 实验中使用同一把刻度尺对H和h进行测量,根据数据判断,测量　　　　(选填“H”或“h”)产生的相对误差较小。  H 【解析】 ②由于实验中使用同一把刻度尺进行测量,分度值相同,根据数据分析,桶内水位高度H明显大于集气室内进水高度h,所以测量桶内水位高度H产生的相对误差较小。 【答案及解析】 ③该延长线不过原点的主要原因是与集气室相连的细管中的气体被忽略不计,导致集气室气体体积V相比于实际气体体积偏小。 丁 感谢观看 【答案】 充电　电流i　磁感应强度B　电场　磁场　磁场　电场 周期性　2π　 电场　磁场　介质　3×108　λf　可见光 时刻 (时间) 0~ ~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 A.×10-5 s B.×10-5 s C.×10-5 s D.×10-5 s 【解析】 由LC振荡电路的周期公式T=2π,可得T=2π s= 2π×10-5 s,开关S接1时,电容器上极板带正电,开关S转接到2后开始计时,根据振荡电路特点和右手螺旋定则可知,在t== s时刻,电感线圈L内的磁场达到最大,且方向向上,B正确。 【解析】 (2)电压表的最小刻度值为0.1 V,电压表的读数为1.80 V;根据串联电路电压与电阻成正比的关系,光敏电阻两端的电压为×(3 kΩ+6 kΩ)=5.40 V,电流表读数为1.5 mA,故此时光敏电阻的阻值为R= Ω=3.6 kΩ。 【解析】 (4)根据闭合电路欧姆定律有I=,根据表格可知,在照度降低到4.0 klx时,对应的阻值为R=4.0 kΩ,又有U=IR,其中U=2.0 V,联立可得R2= 7.9 kΩ。 ③利用数据处理软件拟合集气室内气体体积V与的关系曲线,如图乙所示。图中拟合直线的延长线明显不过原点,经检查实验仪器完好,实验装置密封良好,操作过程规范,数据记录准确,则该延长线不过原点的主要原因是 　 。  (2)研究洗衣桶水位高度与振荡电路频率的关系。图丙、丁是桶内水位在两个不同高度时示波器显示的u-t图像,u的频率即为LC振荡电路的频率。LC振荡电路的频率f与线圈自感系数L、电容C的关系是f=,则图　　　　(选填“丙”或“丁”)对应的水位较高。  【解析】 (2)桶内水位高度H越大,集气室内气体压强越大,铁芯进入电感线圈的长度越长,电感线圈的自感系数越大,根据T==2π 可知,LC振荡电路的周期越大,所以题图丁对应的水位较高。 $