专题14 第3讲 电磁振荡与电磁波-【名师带你过关】2026-2027学年高考物理一轮复习

第三讲　电磁振荡与电磁波 一　电磁振荡 考点1　 1.振荡电路:产生大小和方向都做周期性迅速变化的电流(即振荡电流)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、电路中的电流i、电容器内的电场强度E、线圈内的磁感应强度B发生周期性的变化,这种现象就是电磁振荡。 3.电磁振荡中的能量变化 (1)放电过程中电容器储存的电场能逐渐转化为线圈的磁场能。 (2)充电过程中线圈中的磁场能逐渐转化为电容器的电场能。 (3)在电磁振荡过程中,电场能和磁场能会发生周期性的转化。 4.电磁振荡的周期和频率 (1)周期T=2π。 (2)频率f=. 考点2　参考系质点 1.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像 2.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 【例1】(2023·北京八十中模拟)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 【例2】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.电容器正在充电 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.此时自感电动势正在阻碍电流的增大 【例3】(2020·浙江1月选考)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 【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 二　电磁波的特点及应用 考点1 1.麦克斯韦电磁场理论 2.电磁波 (1)电磁场在空间由近及远地向周围传播,形成电磁波。 (2)电磁波的传播不需要介质,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(都等于光速)。 (3)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。 (4)v=λf,f是电磁波的频率。 3.电磁波的发射 (1)发射条件:开放电路和高频振荡信号,所以要对传输信号进行调制。 (2)调制方式 ①调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。 ②调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。 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相同时,接收电路中产生的振荡电流最强,这就是电谐振现象。 (2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐,能够调谐的接收电路叫作调谐电路。 (3)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。检波是调制的逆过程,也叫作解调。 5.电磁波谱:按照电磁波的波长大小或频率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、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 考点2　参考系质点 1.电磁波谱分析及应用 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 衍射能力减弱, 直线传播能力增强 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 穿透本领更强 工业探伤、医用治疗 2.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 3.对电磁波的两点说明 (1)不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性,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。 (2)同频率的电磁波在不同介质中传播速度不同,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。 【例1】某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示,能发射电磁波的是 (　　) 　　　　　　　　　　　　　　　 A　　　 B C　　　 D 【例2】(2023·上海模拟)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.电磁波是一种物质,可在真空中传播 【例3】(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的有 (　　) A.在真空中各种电磁波的传播速度都相同 B.γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高 C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射 D.在电磁波谱中,最容易发生衍射现象的是γ射线 【例4】(多选)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 1.(2023·北京模拟)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 2.(2023·辽宁模拟)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信号波长长 3.(2023·上海市模拟)下列关于电磁波的特性和应用的说法正确的是 (　　) A.电磁波能传输能量 B.γ射线最容易用来观察衍射现象 C.紫外线常用在医学上做人体透视 D.体温超过周围空气温度时,人体才对外辐射红外线 二　常见的传感器 考点1　传感器及其工作原理 1.传感器的工作原理:能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量,并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量,或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量,可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 传感器应用的一般模式如图所示: 2.传感器的核心元件 (1)敏感元件:能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。 (2)转换元件:能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 (3)信号调整与转换电路:能把输出的微弱的电信号放大的部分。 3.传感器的分类 工作原理 举例 物理传感器 利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息 力传感器、磁传感器、声传感器等 化学传感器 利用电化学反应原理,把无机或有机化学物质的成分、浓度转换为电信号 离子传感器、气体传感器等 生物传感器 利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质 酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等 考点2　常见敏感元件 1.光敏电阻 (1)特点:光照越强,电阻越小。 (2)原因:光敏电阻的构成物质为半导体材料,无光照时,载流子极少,导电性能差;随着光照的增强,载流子增多,导电性变好。 (3)作用:把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 2.热敏电阻和金属热电阻 (1)热敏电阻 热敏电阻一般由半导体材料制成,其电阻随温度的变化明显,温度升高电阻减小,如图甲所示为某一热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线。 (2)金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大,这样的电阻也可以制作温度传感器,称为热电阻,如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。 (3)作用:热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。 注意:在工作温度范围内,电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器;电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。 3.电阻应变片 (1)电阻应变片的作用:电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。 (2)电子秤的组成及敏感元件:由金属梁和电阻应变片组成,敏感元件是应变片。 (3)电子秤的工作原理 考点3　霍尔元件的应用霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的一种磁敏元件。一般用于电机中测定转子的转速,如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等。 (1)霍尔元件的工作原理:E、F间通入恒定的电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B时,薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下,向着与电流和磁场都垂直的方向漂移,使M、N间出现电压(如图所示)。 (2)霍尔元件在电流、电压稳定时,载流子所受静电力和洛伦兹力二力平衡。 (3)霍尔电压:UH=k(d为薄片的厚度,k为霍尔系数)。其中UH与B成正比,所以霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。 【例1】某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时,其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示,实验设定恒定电流为50.0 μA,主要实验器材有:恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。 (1)闭合开关S用加热器调节RT的温度后,为使电流表的示数仍为50.0 μA,须调节　　　　　　　　(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时,电流表示数为50.0 μA;连接电压表后,电流表示数显著增大,须将原电压表更换为内阻　　　　(选填“远大于”“接近”或“远小于”)RT阻值的电压表。  (2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示,由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中,RT的阻值随温度的平均变化率是　　　 kΩ·℃-1(保留2位有效数字)。  【例2】为了节能和环保,一些公共场所用光控开关控制照明系统,光控开关可用光敏电阻控制,如图甲所示是某光敏电阻阻值随光的照度变化曲线,照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为:勒克斯(lx)。 (1)如图乙所示,电源电动势为3 V,内阻不计,当控制开关两端电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统。要求当天色渐暗照度降至1.0 lx时控制开关接通照明系统,则R1=　　　　 kΩ。  (2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值,设计了如图丙所示的电路进行测量,电源(E=3 V,内阻未知),电阻箱(0~99 999 Ω)。实验时将电阻箱阻值置于最大,闭合S1,将S2与1相连,减小电阻箱阻值,使灵敏电流计的示数为I,图丁为实验时电阻箱的阻值,其读数为　　　　 kΩ;然后将S2与2相连,调节电阻箱的阻值如图戊所示,此时电流表的示数恰好为I,则光敏电阻的阻值为　　　　 kΩ(结果均保留3位有效数字)。  1.(多选)如图是霍尔元件的工作原理示意图,如果用d表示薄片的厚度,k为霍尔系数,对于一个霍尔元件d、k为定值,如果保持I恒定,则可以验证UH随B的变化情况。以下说法正确的有(工作面是指较大的平面)(　　) A.将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面,UH将变大 B.在测定地球两极的磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持水平 C.在测定地球赤道上的磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持水平 D.改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角,UH将发生变化 2.(多选)在如图所示的电路中,当用半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时,电流表示数增大,则说明(　　) A.温度越高,热敏电阻阻值越小 B.温度越高,热敏电阻阻值越大 C.半导体材料温度升高时,导电性能变差 D.半导体材料温度升高时,导电性能变好 3.(多选)霍尔元件的示意图如图所示,一块通电的铜板放在磁场中,铜板的前、后板面垂直于 磁场,板内通以如图方向的电流,a、b是铜板上、下边缘的两点,则(　　) A.电势φa>φb B.电势φb>φa C.电流增大时,增大 D.其他条件不变,将铜板改为NaCl溶液时,电势结果仍然一样 4.如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。R是光敏电阻,R0是保护定值电阻,日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,GH接入电路,太阳能电池板给蓄电池充电,光线不足时,衔铁被弹簧拉起,与EF接入电路,蓄电池给LED路灯供电,路灯亮起,下列关于该电路分析正确的是(　　) A.该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大 B.增加电源电动势可以增加路灯照明时间 C.增大保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间 D.并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三讲　电磁振荡与电磁波 一　电磁振荡 例题精讲 【例1】　C　【解析】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。 【例2】　D　【解析】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,A错误;电容器在放电,所以电流在增大,磁场能在增大,自感电动势正在阻碍电流的增大,B、C错误,D正确。 【例3】　C　【解析】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下: 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;1.01 s时,经过25T,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,电能全部转化为磁场能,此时磁场能最大,故C正确,D错误。 【例4】　B　【解析】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。 二　电磁波的特点及应用 例题精讲 【例1】　D　【解析】由麦克斯韦电磁场理论知,当空间出现恒定的电场时(如题图A),由于它不激发磁场,故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场时(如题图B、C),会激发出磁场,但磁场恒定,不会在较远处激发出电场,故也不会产生电磁波;周期性变化的电场(如题图D),会激发出周期性变化的磁场,它又激发出周期性变化的电场……如此交替地产生磁场和电场,便会形成电磁波,故D正确。 【例2】　D　【解析】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;电磁波是一种物质,可在真空中传播,选项D正确。 【例3】　AB　【解析】电磁波在真空中的传播速度都为3.0×108 m/s,故A正确;γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高,故B正确;在电磁波谱中从无线电波到γ射线,波长逐渐变短,频率逐渐升高,而波长越长,波动性越强,越容易发生干涉、衍射现象,因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象,电磁波谱中无线电波最容易发生衍射现象,故C、D错误。 【例4】　AB 基础过关 1.C　【解析】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.C　【解析】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;根据c=λv可知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. 3.A　【解析】电场和磁场中有电能和磁场能,变化的电场和磁场在空间中交替出现,传播出去的过程形成电磁波,所以电磁波能传输能量,故A正确;γ射线的频率很高,波长很短,不容易产生衍射现象,故B错误;X射线有很高的穿透本领,常用于医学上透视人体,紫外线可以消毒杀菌,故C错误;自然界中的一切物体,只要它的温度高于绝对零度(-273 ℃)就存在分子或原子无规则的运动,其表面就不断地辐射红外线,故D错误. 三　常见传感器 例题精讲 【例1】　(1)可变电阻R1　远大于　(2)-1.2　【解析】(1)由题知恒压直流电源E的电动势不变,而用加热器调节RT的温度后,导致整个回路的总电阻改变。而要确保电流表的示数仍为50.0 μA,则需控制整个回路的总电阻不变,故须调节可变电阻R1。连接电压表后,电流表示数显著增大,则说明电压表与RT并联后R总减小,则根据并联电阻的关系有R总==,则要保证R总不变,须将原电压表更换为内阻远大于RT阻值的电压表。 (2)实验设定恒定电流为50.0 μA,由题图可得温度为35.0 ℃时电压表的电压为1.6 V,则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT1=32 kΩ;温度为40.0 ℃时电压表的电压为1.3 V,则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT2=26 kΩ,则温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中,RT的阻值随温度的平均变化率是k==-1.2 kΩ·℃-1,负号表示随着温度升高RT的阻值减小。 【例2】　(1)10　(2)62.5　40.0　【解析】(1)电阻R1和R0串联,有=,U0=2 V,U1=3 V-2 V=1 V,当照度为1.0 lx时,电阻R0=20 kΩ,则R1=10 kΩ。 (2)题图丁所示电阻箱读数为R2=62.5 kΩ,题图戊所示电阻箱读数R2'=22.5 kΩ,本题采用等效替代法测电阻,前后两次电路中的电流相等,则电路中的总电阻相等,则有R2=R0'+R2',所以R0'=40.0 kΩ。 基础过关 1.ABD　【解析】将永磁体的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时,B增大,I恒定,由公式UH=知UH将变大,选项A正确;地球两极的磁场方向在竖直方向上,所以霍尔元件的工作面应保持水平,使B与工作面垂直,选项B正确;地球赤道上的磁场沿水平方向,只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北方向时,B才与工作面垂直,选项C错误;改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角,B垂直于工作面分量的大小发生变化,UH将发生变化,选项D正确. 2.AD　【解析】由电流表的变化判断半导体的电阻的变化,温度升高时,电路中总电流增大,由闭合电路欧姆定律可知,总电阻减小,则温度升高,热敏电阻阻值减小,半导体材料导电性能变好,故A、D正确. 3.AC　【解析】铜板中的自由电荷是电子,电子定向移动的方向与电流的方向相反,由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b侧偏转,所以φa>φb,故A正确,B错误;设前后板面间距为d,因|φa-φb|=UH=k,所以电流增大时,|φa-φb|增大,故C正确;若将铜板改为NaCl溶液,溶液中的正、负离子均向b侧偏转,|φa-φb|=0,即不产生霍尔效应,故D错误. 4.C　【解析】日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,根据闭合电路欧姆定律,控制电路中电阻变小,电流变大,衔铁被吸下,则当日光充足时光敏电阻R阻值减小,故A错误;电动势增大,电阻不变情况下,电流增大,电磁继电器把衔铁吸下,减少了路灯照明时间,故B错误;增大保护电阻R0,减小了电流,延长了照明时间,故C正确;LED灯的盏数不影响控制电路,考虑蓄电池容量一定,可能减少照明时间,故D错误. 专题十四　光学 学科网（北京）股份有限公司 $