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电磁波、电磁振荡、电磁波谱
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电磁波的发现
) (
知识框架
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横波
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电磁振荡
的周期和频率
) (
无阻尼振荡和阻尼振荡
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无线电波的发射和接收、电视和雷达
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电磁振荡
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电磁波
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振荡电流的产生
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波速公式
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具有波的一切特性
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物质波
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电磁波
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振荡电流
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电磁波谱
) (
电磁波的特点
) (
麦克斯韦的理论
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知识讲解
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知识点1 电磁波的发现
1．电磁波的发现
麦克斯韦从电磁场理论出发，运用了较为深奥的数学工具，得到了描述电磁场特性的规律，并预言了电磁波的存在．年后，他的学生赫兹用实验方法证实了麦克斯韦的伟大预言，发射并接收了电磁波，从而开创了无线电技术的新时代．
2．麦克斯韦的理论
要点一：变化的磁场产生电场
麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，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．
要点二：变化的电场产生磁场
我们知道，电流周围存在着磁场，麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和联系．经过反复思考提出一个假设，变化的电场产生磁场．
这一点，我们从哲学上知道，事物之间是相互联系的，可以相互转化．
比如根据麦克斯韦的理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中电流要产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化着的电场周围也要产生磁场．
3．电磁波的特点：
①是横波；
②是物质波，真空中也能传播，能独立存在（与机械波不同）；
③具有反射、折射、干涉、衍射等波的一切特性；
④波速公式（为真空中速度，电磁波在真空中速度等于光速）．
4．电磁波谱
波段 波长/ 产生机理 来源 主要用途
无线电波 长、中、短波 自由电子振荡 振荡电路 超远程无线电通讯、导航、广播、电报
微波 电视、雷达、导航、微波炉
红外线 外层电子受激发 一切物体 ①热作用：烤箱，红外体温计②红外摄影：远距离和高空摄影③红外遥感：探测地热、火情、预告台风
可见光 光源 照明、光合作用
紫外线 一切高温物体 ①化学作用 ②荧光作用③杀菌作用 ④生理作用
射线 内层电子受激发 高速电流射到金属上 ①穿透本领：透视、检查砂眼、裂纹②对生命物质有较强作用
射线 原子核受激发 放射性物质 ①破坏生命物质，摧毁病变细胞②穿透能力较强
5．电磁波与机械波的比较
机械波：机械波属于力学现象，它传播时需要介质，在介质中的传播速度由介质决定，它与机械波的频率无关．机械波不能在真空中传播，机械波在传播的过程中，质点的位移随时间和空间周期性变化．
电磁波：电磁波属于电磁现象，它的传播不需要介质，它本身就是一种物质．电磁波可以在真空中传播，传播速度是光速=．电磁波在传播过程中，其电场、磁场随时间和空间周期性的变化．
机械波与电磁波都有反射、折射、干涉、衍射现象．
6．总结、扩展
麦克斯韦的电磁场理论三点
（1）变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场．
（2）均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，产生稳定的磁场．这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度（或电场强度）的变化量相等，或者说磁感应强度（或电场强度）对时间变化率一定．
（3）不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场
（4）振荡的（即周期性变化的）磁场产生同频率的振荡电场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场．
（5）变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，向周围空间传播这就是电磁波．
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随堂练习
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关于机械波和电磁波，下列说法中错误的是（ ）
A．机械波和电磁波都可以在真空中传播
B．机械波和电磁波都可以传递能量
C．波长、频率和波速间的关系，即对机械波和电磁波都适用
D．机械波和电磁波都能发生干涉和衍射现象
【答案】A
某电磁波从真空进入介质后,发生变化的物理量有( )
A．频率 B．波速和频率 C．波长和波速 D．频率和能量
【解析】电磁波的频率等于振荡电路的频率,与传播电磁波的介质无关.电磁波在不同的介质中的传播速度不同,由知其波长也不同.
【答案】C
通信的过程就是把信息尽快地从一处传递到另一处的过程．古代也采用过“无线”通讯的方式，如利用火光传递信息的烽火台，利用声音传递信号的鼓等．关于声音与光，下列说法正确的是（ ）
A．声音和光都是机械波 B．声音和光都是电磁波
C．声音是机械波，光是电磁波 D．声音是电磁波，光是机械波
【解析】声音传播需要介质，是机械波，光能在真空中传播，光是一种电磁波．故选项C正确．
【答案】C
根据麦克斯韦电磁理论，下述正确的是（ ）
A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场
C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D．振荡的电场一定产生同频率振荡的磁场
【解析】变化的电场周围产生磁场，恒定的电场周围不会产生磁场，同理，恒定的磁场周围也不会产生电场，所以A选项错；随时间做均匀变化的电场，其变化率是常量，故周围产生的磁场是恒定的，同理，均匀变化的磁场周围产生的电场也是恒定的；所以选项B、C不对．电场周期性变化，其周围产生的磁场也是周期性变化，且变化周期相同，所以选项D正确．
【答案】D
在如图所示的四个电场与时间的关系图象中，不能产生磁场的是图 ，能产生稳定磁场的图是 ，能产生电磁波的是图 ．
【解析】不能产生磁场的是中的匀强电场；能产生稳定磁场的是均匀变化的中的电场，能产生电磁波的是和的交变电场．
【答案】A；B；CD
下列电场能产生变化的磁场是（ ）
A． B．
C． D．
【解析】非均匀变化的电场才能产生变化的磁场，在中学阶段，判断是均匀变化还是非均匀变化，依据的值是不是定值，若为定值，是均匀变化；若不为定值，则是非均匀变化．的电场是稳定的，不能产生磁场，所以选项A错误．的电场是随时间做一次函数变化的，是定值，数值等于3，说明此电场是均匀变化的，能产生稳定的磁场，所以选项C错误．和的电场分别随时间做正弦规律变化和二次函数变化，它们的不是定值，它们的电场是随时间非均匀变化的，它们产生的是变化的磁场，本题答案B、D．
【答案】BD
如图所示内壁光滑，水平放置的光滑的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，以速度沿逆时针方向匀速转动，若在此空间内加上方向竖直向上，磁感应强度随时间成正比增加的变化磁场，设运动过程中小球带电荷量不变，那么 （ ）
A．小球对玻璃环的压力一定不断增大
B．小球受到的磁场力一定不断增大
C．小球先沿逆时针方向减速运动，过一段时间后沿顺时针方向加速运动
D．磁场力对小球一直不做功
【解析】当加上竖直向上，均匀增大的磁场之后，玻璃圆环内产生顺时针方向的电场，带正电的小球先逆时针做减速运动，再顺时针做加速运动，小球受到的磁场力开始背离圆心，后来指向圆心，磁场力先减小后增大，由于磁场力始终与小球运动的方向垂直，故磁场力始终不做功，答案为CD
【答案】CD
某雷达工作时，发射电磁波的波长，每秒脉冲数，每个脉冲持续时间，求：
（1）电磁波的频率是多少
（2）最大侦察距离是多少
【解析】（1）电磁波一般在空气中传播，传播速度等于光速，因此
．
（2）雷达工作时发生电磁脉冲，每个脉冲持续时间，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收到反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量．设最大侦查距离为，则，而（故脉冲持续时间可以省略不计），所以．
【答案】
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知识讲解
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知识点2 电磁振荡
1．大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫做振荡电流，产生振荡电流的电路叫做振荡电路．图中，当开关置于线圈一侧时，由线圈和电容器组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为振荡电路．
2．振荡电流的产生
当开关掷向线圈的一瞬间（图甲①），也就是电容器刚要放电的瞬间，电路里没有电流，电容器两极板上的电荷最多．从场的观点来看，此时电容器里的电场最强，电路里的能量全部储存在电容器的电场中．电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少．到放电完毕时，电容器极板上没有电荷，放电电流达到最大值（图甲②）．在这个过程中，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能．在放电完毕的瞬间，电场能全部转化为磁场能．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．由于电流在继续流动，电容器在与原来相反的方向重新充电，电容器两极板带上相反的电荷，并且电荷逐渐增多．到反方向充电完毕的瞬间，电流减小为零，电容器极板上的电荷量达到最大值（图甲③）．在这个过程中，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能．到反方向充电完毕的瞬间，磁场能全部转化为电场能．此后电容器再放电、再充电（图甲④⑤）．这样不断地充电和放电，电路中就出现了大小、方向都在变化的电流，即出现了振荡电流．在这个过程中，电容器极板上的电荷量 、电路中的电流 、电容器里的电场场度 、线圈里的磁感应强度 ，都在周期性地变化着．这种现象就是电磁振荡．在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化．图乙、丙表示电路中的电流和电容器极板上的电荷量周期性变化的情况．
① ② ③ ④ ⑤
甲 电磁振荡过程
乙 电流的周期性变化（以图甲中顺时针方向电流为正）
① ② ③ ④ ⑤
丙 电容器极板上电荷量的周期性变化（为图甲中上面极板的电荷量）
3．无阻尼振荡和阻尼振荡
（1）振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅（）将不变，如图所示，叫做无阻尼振荡（或等幅振荡）
（2）阻尼振荡，任何振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减小，如图所示，这叫做阻尼振荡（或叫减幅振荡），如果用振荡器周期性地给振荡电路补充能量，就可以保持等幅振荡，这类似于受迫振动．
4．电磁振动的周期和频率
周期公式 频率公式
振荡电路的周期公式，频率公式要理解其物理含义，它只由电路本身的特性（、值）决定，所以叫做固有周期和固有频率，应用中，通过改变回路中的电感或电容，周期和频率也随之改变，满足各种需要．
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随堂练习
)
关于电磁振荡电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．当电路里有振荡电流时，电路里就产生了电磁振荡
B．电路里电场能和磁场能的周期性交替变化叫电磁振荡
C．只要空间某处的电场或磁场发生了变化，就会在其周围空间产生电磁波
D．电磁场在空间的传播叫电磁波
【答案】ABD
如图所示是通过电容器的变化来检测容器内液压面高低的仪器原理图，容器中装有导电液体，是电容器的一个电极，中间的导体芯柱是电容器的另一个电极，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，组成振荡电路，使该振荡电路产生电磁振荡，根据其振荡频率的高低（用与该电路相连的频率计显示）就可以知道容器内液面位置的高低，如果频率计显示该振荡电路的振荡频率变大了，则液面是升高了还是降低了？ ，容器内的导电液体与大地相连，若某一时刻线圈内磁场方向向右，且正在增强，则此时导体芯柱的电势是升高还是降低？ ．
【解析】导电液体看做电容器的一个极板，导体芯柱是电容器的另一个极板，芯柱外面套有绝缘管作为电容器内的电介质，电容器两个极板分别与一个线圈的两端相连组成振荡电路，现振荡电路的频率变大，根据知电容减小，由可知电容器面积减小，即容器内液面位置降低．振荡电路，某一时刻线圈内磁场方向向右，根据安培定则和右手螺旋法则，确定电流方向，如图所示，且正在增强，此时为放电过程，电容器两极板上的电量减少，电压减小，并且导电液与大地相连为零电势，故导体芯柱的电势正在降低．
【答案】液面位置降低；电势降低
图中是一个振荡电路电流随时间变化图象，下述看法中正确的是：（ ）
A．在时刻电容器两端电压最大
B．在时刻电容器带的电荷量为零
C．在时刻电路中只有电场能
D．在时刻电容器两板间电压最大
【解析】在图中，时刻是最大时刻，此时电容器放电完毕，电容器带电荷量为零，电容器两端电压为零．A错B对．在时刻，此时电容器充电完毕，磁场能完全转化成为电场能，电容器带电荷量最大，其两板间电压最大．C、D对．
【答案】BCD
在振荡电路中，当振荡电流等于零的那一瞬间，一定是（ ）
A．电容器极板间电场最强的瞬间
B．电容器开始充电的瞬间
C．电场能最小的瞬间
D．电容器充电完毕的瞬间
【解析】在振荡电路中，瞬间是电容器充电完毕开始放电的瞬间，此时磁场最弱，电场最强，故本题正确选项为A、D．
【答案】AD
如图所示为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增加
C．电感线圈中的电流正在增大
D．此时刻线圈中的自感电动势正在阻碍电流增大
【解析】由图中螺线管中的磁感线方向可以判定出此时电路正在逆时针放电，A错，电流正在增大，电感线圈中的磁场能正在增加，而此时线圈中的自感电动势的作用正在阻碍线圈中电流的增大．对．
【答案】BCD
某时刻振荡电路的状态如图所示，则此时刻（ ）
A．振荡电流在减小
B．振荡电流在增大
C．电场能正在向磁场能转化
D．磁场能正在向电场能转化
【解析】解决该题的关键是根据电容器两极板的带电情况和电流方向，判定出电容器正处于放电过程中．由电磁振荡的规律可知：在电容器放电过程中，电流是逐渐增大的，且在放电过程中，电场能逐渐减小，磁场能逐渐增大，即电场能正在向磁场能转化，本题正确选项为B、C．
【答案】BC
如图所示的振荡电路中，导线及电感线圈的电阻忽略不计，若某一瞬间回路中的电流方向如图中箭头所示，且电流正在增大，则（ ）
A．这时电容器板带负电荷，板带正电荷
B．因电流正在增大，间电势差也随之增大
C．当间的电势差随电流的变化达到最大值时，磁场能刚好向电势能转化完毕
D．题中所述时刻，线圈中产生的感应电动势正在变小
【解析】抓住“电流正在增大”这一条件进行分析，因电流在增大，说明电容器在放电，电场能正在向磁场能转换，由放电电流方向可判断出板带正电荷，故选项A正确．在放电的过程中，电容器所带的电量逐渐减小，所以、两点间的电势差也在减小，选项B错误．当、两点间的电势差达到最大值时，电容器极板所带的电量最多，磁场能向电场能转化完毕，选项C正确．因线圈两端的感应电动势与电流的变化率成正比，由振荡电流随时间变化的图象可知，电流越大，电流的变化率越小，所以线圈中产生的感应电动在减小，选项D正确．本题正确选项为A、C、D．
【答案】ACD
调谐电路的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率电台发出的电信号.要收到该电台的信号，应采用哪些方法
A．增强调谐电路中线圈的匝数
B．加大电源电压
C．减少调谐电路中线圈的匝数
D．减小电源的电压
【解析】将可变电容器的动片旋进旋出是指改变电容器的正对面积S，将它全部旋出指S已最小，说明改变S无法达到所要的高频f. 又因，只有减少调谐电路中线圈的匝数，L减小，f增大达到预定值f，与电源电压无关，故C对，A、B、D错.
【答案】C
下列说法中能使平行板电容器的极板间产生磁场的是( )
A．把电容器接在直流电源的两端
B．把电容器接在交流电源的两端
C．给电容器充电后,保持其电荷量不变而将极板间的距离匀速增大
D．给电容器充电后,保持其电压不变而将极板间的距离匀速增大
【解析】根据麦克斯韦电磁理论变化的电场能在其周围产生磁场,所以要使平行板电容器间产生磁场,电容器的电场必须是变化的.当电容器两板之间接直流电源时,电容器两板间电场是稳定的,选项A错.把电容器两板接到交流电源上电容器两板间的电场是变化的,故选项B正确.给电容器充电后保持电荷量不变而板间距离增大时,电场强度不变,选项C错.给电容器充电后,保持电压不变,板间距离匀速增大时,由E=知E减小，选项D正确.
【答案】BD
为使发射的电磁波的波长增加为原来的倍,可以将振荡电路的电容( )
A．变为原来的2倍 B．变为原来的
C．变为原来的4倍 D．变为原来的
【答案】C
某收音机调谐电路中的可变电容器的电容时，接收到波长为的电台信号，如果要接收到波长为的电台信号，可变电容器的电容应调为______pF．
【答案】
由自感系数为的线圈和可变电容器组成收音机的调谐电路,为了使收音机能接收到至范围内的所有电台的播音,则可变电容器与对应的电容和与对应的电容之比为( )
A． B． C．1∶9 D．9∶1
【解析】接收到的电磁波的频率等于调谐回路的固有频率,由得:
【答案】D
在振荡电路中，如已知电容，并测得电路的固有周期，即可求得电感．为了提高精度，需要多次改变值并测得相应的值，现将测得的五组数据标示在以为横坐标、为纵坐标的坐标纸上，即如图中用“”表示的点．求
（1）的关系．
（2）根据图中给出的数据点做出与的关系图线．
（3）值是多少．
【解析】（1）测量自感系数采用固有振荡周期的办法，其原理是利用
①
变化后得 ②
即变化电容，测出相应的周期值，便可得到相应的电感值．为了提高测量精度，可测出多组值（如五组数据）便可在坐标中描出个点，将式②变化一下得
③
可见，该图象应为通过原点的直线，该直线的斜率，即
（2）实验中有偶然误差．为了消除偶然误差，在实验中采用了求平均值的方法，采用图象法求实验值为了消除偶然误差．因此在做此直线时必须遵守下列原则：①将偏离直线的点排除去（因为点误差太大，很可能是错误的实验操作引起），本实验中未发现这种类型的点；②让尽可能多的点在该直线上；③不在直线上的点应尽量靠近该直线，且尽量均匀地分布在直线的两侧．
按上述三原则可做出如图所示的图线．
（3）做出直线后，在该直线上任找两点，求出斜率为，再由，即可求出．
【答案】（1）；（2）见图所示；（3）在范围内为正确．
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知识讲解
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知识点3 无线电波的发射和接收、电视和雷达
1．无线电波的发射
（1）发射电磁波的条件
第一，要有足够高的频率；第二，电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．
（2）发射电磁波是利用它传播某种信号，因此必须进行调制．所谓调制，就是要把传播的信号加在电磁波上的过程，有调幅和调频两种方式．
2．无线电波的接收
无线电波的接收过程是：调谐电路利用电谐振的原理接收所需的电磁波，再通过检波器检波得到电磁波所携带的信号．
（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，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振．
（2）使接收电路产生电谐振的过程叫调谐．
（3）从接收到的高频电路中“检出”所携带信号的过程叫检波，也叫解调，它是调制的逆过程．
3．电视的基本原理
在电视发射端，由摄像管摄取景物并将反射的光转变为电信号的过程就叫摄像，这个过程由摄像管完成．在电视接收端，由电视接收机的显像管把电信号还原成景物的像，这一过程中要进行调谐、检波等过程．电视信号的传播主要通过无线传播．
4．雷达的基本原理
雷达是用电磁波来判定物体位置的电子设备．雷达向某一方向发射电磁波时，在显示器的荧光屏上呈现发射的尖形波，无线电波遇到障碍物反射回来，被雷达接收，在显示器的荧光屏上出现第二个尖形波，根据两个尖形波的距离，可得到障碍物到雷达的距离，再根据发射电磁波的方向和仰角，便可判定障碍物的位置．利用多普勒效应可测出移动物体的速度．雷达是利用电磁波的微波段工作的．
(
随堂练习
)
下列说法正确的是（ ）
A．发射出去的无线电波，可以传播到无限远
B．无线电波遇到导体，就可在导体中激起同频率的振荡电流
C．波长越短的无线电波，越接近直线传播
D．移动电话也是通过无线电进行通讯的
【解析】电磁波向外传播过程中是有能量损失的，这就是为什么边远山区收不到电视节目的原因，故A不对，由电磁感应规律知B正确，当波长较大时，发生衍射现象而绕过障碍物，而波长较小时，接近直线传播，故C对．移动电话的发送和接收信号用的都是电磁波，故D对．
【答案】BCD
目前雷达发射的电磁波频率多在至的范围内．下列关于雷达和电磁波说法正确的是（ ）
A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在至之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D．波长越短的电磁波，反射性能越强
【答案】ACD
实际发射无线电波如图所示．高频振荡器产生高频等幅振荡如图甲中所示，人对着话筒说话低频振荡如图乙所示．根据以上图象，发射出去的电磁波图象是下图中哪一个（ ）
【解析】振荡器产生的高频等幅振荡，话筒结构中有碳膜电阻，它的阻值随压力变化而变化，当我们对着它说话时，空气对话筒碳膜的压力随着声音而变化，那么它的电阻也就随着声音信号而变化，振荡电流的振幅也就随着声音信号而变化，这就是调制．它不但影响了正半周，也影响了负半周．所以应选B．
【答案】B
据某刊物报道，美国某公司制成了一种不需要电池供电的“警示牌”．使用时只要用绝缘丝线将牌子挂到输电线上，如果这条输电线上有电流流过，牌子上会显示一个分外明亮的英文提示语“ON”．它类似于常见的“小心触电”一类的牌子．这对于防止误触电起到了警示作用．以下说法中正确的是（ ）
A．没有工作电源，却能够发出一个明亮的“ON”，显然违背了能量的转化与守恒定律，因此这则报道是虚假的
B．这种牌子内部必然安放有太阳能电池，否则绝不会发出明亮的“ON”
C．这种牌子只能挂在有交变电流流过的输电线上，才会发出明亮的“ON”
D．这种牌子无论挂在有交变电流还是有稳恒电流流过的输电线上，都会发出明亮的“ON”
【答案】C
1999年11月20日，我国成功发射和回收了“神舟号”实验飞船，这标志着我国运载火箭技术水平已跻身于世界先进行列
（1）如图，为火箭发射场，为山区，为城市，发射场正在进行发射，若该火箭起飞时质量为，起飞推力为，火箭发射塔高，则该火箭起飞的加速度大小为 ，在火箭推力不变的情况下，若不考虑空气阻力和火箭质量的变化，火箭起飞后经 飞离发射塔．
（2）为了转播发射实况，我国科技工作者在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号．已知传输无线电广播所用的电磁波波长为，而传输电视信号所用的电磁波波长为，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能听到和收看实况，必须通过在山顶的转发站来转发 （填“无线电广播信号”或“电视信号”），这是因为 ．
【答案】（1） （2）电视信号 电视信号波长短，沿直线传播，受山区阻挡，不易发生衍射．
某高速公路自动测速仪器装置如图所示，雷达向汽车驶来方向发射不连续的电磁波，每次发射时间约为百万分之一秒，两次发射时间间隔为，当雷达向汽车发射无线电波时，在指示器荧屏上呈现尖形波，在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现第二个尖形波，根据两个波的距离，可以计算出汽车距雷达的距离，根据自动打下纸带如图所示，可求出汽车的车速，请根据给出的，，，求出汽车车速表达式．
【解析】根据如图所示第一次测量时汽车距雷达距离，第二次测量时该车距雷达距离，两次发射时间间隔为，则汽车的速度．
【答案】
我国中波波段的频率范围是，为了收到整个频率范围内各电台的播音，求：
（1）可变电容最大值与最小值之比；
（2）当电容器动片全部旋出时，应能收到的电台讯号频率；
（3）若回路中不变，而最小电容为，那么多大
【解析】（1）根据有：
（2）当电容器动片完全旋出时，最小值对应．
（3）若最小电容时，，
【答案】中小学教育资源及组卷应用平台
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电磁波、电磁振荡、电磁波谱
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电磁波的发现
) (
知识框架
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横波
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电磁振荡
的周期和频率
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无阻尼振荡和阻尼振荡
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物质波
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电磁波谱
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电磁波的特点
) (
麦克斯韦的理论
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知识讲解
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知识点1 电磁波的发现
1．电磁波的发现
麦克斯韦从电磁场理论出发，运用了较为深奥的数学工具，得到了描述电磁场特性的规律，并预言了电磁波的存在．年后，他的学生赫兹用实验方法证实了麦克斯韦的伟大预言，发射并接收了电磁波，从而开创了无线电技术的新时代．
2．麦克斯韦的理论
要点一：变化的磁场产生电场
麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，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．
要点二：变化的电场产生磁场
我们知道，电流周围存在着磁场，麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和联系．经过反复思考提出一个假设，变化的电场产生磁场．
这一点，我们从哲学上知道，事物之间是相互联系的，可以相互转化．
比如根据麦克斯韦的理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中电流要产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化着的电场周围也要产生磁场．
3．电磁波的特点：
①是横波；
②是物质波，真空中也能传播，能独立存在（与机械波不同）；
③具有反射、折射、干涉、衍射等波的一切特性；
④波速公式（为真空中速度，电磁波在真空中速度等于光速）．
4．电磁波谱
波段 波长/ 产生机理 来源 主要用途
无线电波 长、中、短波 自由电子振荡 振荡电路 超远程无线电通讯、导航、广播、电报
微波 电视、雷达、导航、微波炉
红外线 外层电子受激发 一切物体 ①热作用：烤箱，红外体温计②红外摄影：远距离和高空摄影③红外遥感：探测地热、火情、预告台风
可见光 光源 照明、光合作用
紫外线 一切高温物体 ①化学作用 ②荧光作用③杀菌作用 ④生理作用
射线 内层电子受激发 高速电流射到金属上 ①穿透本领：透视、检查砂眼、裂纹②对生命物质有较强作用
射线 原子核受激发 放射性物质 ①破坏生命物质，摧毁病变细胞②穿透能力较强
5．电磁波与机械波的比较
机械波：机械波属于力学现象，它传播时需要介质，在介质中的传播速度由介质决定，它与机械波的频率无关．机械波不能在真空中传播，机械波在传播的过程中，质点的位移随时间和空间周期性变化．
电磁波：电磁波属于电磁现象，它的传播不需要介质，它本身就是一种物质．电磁波可以在真空中传播，传播速度是光速=．电磁波在传播过程中，其电场、磁场随时间和空间周期性的变化．
机械波与电磁波都有反射、折射、干涉、衍射现象．
6．总结、扩展
麦克斯韦的电磁场理论三点
（1）变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场．
（2）均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，产生稳定的磁场．这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度（或电场强度）的变化量相等，或者说磁感应强度（或电场强度）对时间变化率一定．
（3）不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场
（4）振荡的（即周期性变化的）磁场产生同频率的振荡电场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场．
（5）变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，向周围空间传播这就是电磁波．
(
随堂练习
)
关于机械波和电磁波，下列说法中错误的是（ ）
A．机械波和电磁波都可以在真空中传播
B．机械波和电磁波都可以传递能量
C．波长、频率和波速间的关系，即对机械波和电磁波都适用
D．机械波和电磁波都能发生干涉和衍射现象
某电磁波从真空进入介质后,发生变化的物理量有( )
A．频率 B．波速和频率 C．波长和波速 D．频率和能量
通信的过程就是把信息尽快地从一处传递到另一处的过程．古代也采用过“无线”通讯的方式，如利用火光传递信息的烽火台，利用声音传递信号的鼓等．关于声音与光，下列说法正确的是（ ）
A．声音和光都是机械波 B．声音和光都是电磁波
C．声音是机械波，光是电磁波 D．声音是电磁波，光是机械波
根据麦克斯韦电磁理论，下述正确的是（ ）
A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场
C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D．振荡的电场一定产生同频率振荡的磁场
在如图所示的四个电场与时间的关系图象中，不能产生磁场的是图 ，能产生稳定磁场的图是 ，能产生电磁波的是图 ．
下列电场能产生变化的磁场是（ ）
A． B．
C． D．
如图所示内壁光滑，水平放置的光滑的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，以速度沿逆时针方向匀速转动，若在此空间内加上方向竖直向上，磁感应强度随时间成正比增加的变化磁场，设运动过程中小球带电荷量不变，那么 （ ）
A．小球对玻璃环的压力一定不断增大
B．小球受到的磁场力一定不断增大
C．小球先沿逆时针方向减速运动，过一段时间后沿顺时针方向加速运动
D．磁场力对小球一直不做功
某雷达工作时，发射电磁波的波长，每秒脉冲数，每个脉冲持续时间，求：
（1）电磁波的频率是多少
（2）最大侦察距离是多少
(
知识讲解
)
知识点2 电磁振荡
1．大小和方向都做周期性迅速变化的电流，叫做振荡电流，产生振荡电流的电路叫做振荡电路．图中，当开关置于线圈一侧时，由线圈和电容器组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为振荡电路．
2．振荡电流的产生
当开关掷向线圈的一瞬间（图甲①），也就是电容器刚要放电的瞬间，电路里没有电流，电容器两极板上的电荷最多．从场的观点来看，此时电容器里的电场最强，电路里的能量全部储存在电容器的电场中．电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少．到放电完毕时，电容器极板上没有电荷，放电电流达到最大值（图甲②）．在这个过程中，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能．在放电完毕的瞬间，电场能全部转化为磁场能．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．由于电流在继续流动，电容器在与原来相反的方向重新充电，电容器两极板带上相反的电荷，并且电荷逐渐增多．到反方向充电完毕的瞬间，电流减小为零，电容器极板上的电荷量达到最大值（图甲③）．在这个过程中，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能．到反方向充电完毕的瞬间，磁场能全部转化为电场能．此后电容器再放电、再充电（图甲④⑤）．这样不断地充电和放电，电路中就出现了大小、方向都在变化的电流，即出现了振荡电流．在这个过程中，电容器极板上的电荷量 、电路中的电流 、电容器里的电场场度 、线圈里的磁感应强度 ，都在周期性地变化着．这种现象就是电磁振荡．在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性的转化．图乙、丙表示电路中的电流和电容器极板上的电荷量周期性变化的情况．
① ② ③ ④ ⑤
甲 电磁振荡过程
乙 电流的周期性变化（以图甲中顺时针方向电流为正）
① ② ③ ④ ⑤
丙 电容器极板上电荷量的周期性变化（为图甲中上面极板的电荷量）
3．无阻尼振荡和阻尼振荡
（1）振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅（）将不变，如图所示，叫做无阻尼振荡（或等幅振荡）
（2）阻尼振荡，任何振荡电路中，总存在能量损耗，使振荡电流的振幅逐渐减小，如图所示，这叫做阻尼振荡（或叫减幅振荡），如果用振荡器周期性地给振荡电路补充能量，就可以保持等幅振荡，这类似于受迫振动．
4．电磁振动的周期和频率
周期公式 频率公式
振荡电路的周期公式，频率公式要理解其物理含义，它只由电路本身的特性（、值）决定，所以叫做固有周期和固有频率，应用中，通过改变回路中的电感或电容，周期和频率也随之改变，满足各种需要．
(
随堂练习
)
关于电磁振荡电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．当电路里有振荡电流时，电路里就产生了电磁振荡
B．电路里电场能和磁场能的周期性交替变化叫电磁振荡
C．只要空间某处的电场或磁场发生了变化，就会在其周围空间产生电磁波
D．电磁场在空间的传播叫电磁波
如图所示是通过电容器的变化来检测容器内液压面高低的仪器原理图，容器中装有导电液体，是电容器的一个电极，中间的导体芯柱是电容器的另一个电极，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，组成振荡电路，使该振荡电路产生电磁振荡，根据其振荡频率的高低（用与该电路相连的频率计显示）就可以知道容器内液面位置的高低，如果频率计显示该振荡电路的振荡频率变大了，则液面是升高了还是降低了？ ，容器内的导电液体与大地相连，若某一时刻线圈内磁场方向向右，且正在增强，则此时导体芯柱的电势是升高还是降低？ ．
图中是一个振荡电路电流随时间变化图象，下述看法中正确的是：（ ）
A．在时刻电容器两端电压最大
B．在时刻电容器带的电荷量为零
C．在时刻电路中只有电场能
D．在时刻电容器两板间电压最大
在振荡电路中，当振荡电流等于零的那一瞬间，一定是（ ）
A．电容器极板间电场最强的瞬间
B．电容器开始充电的瞬间
C．电场能最小的瞬间
D．电容器充电完毕的瞬间
如图所示为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增加
C．电感线圈中的电流正在增大
D．此时刻线圈中的自感电动势正在阻碍电流增大
某时刻振荡电路的状态如图所示，则此时刻（ ）
A．振荡电流在减小
B．振荡电流在增大
C．电场能正在向磁场能转化
D．磁场能正在向电场能转化
如图所示的振荡电路中，导线及电感线圈的电阻忽略不计，若某一瞬间回路中的电流方向如图中箭头所示，且电流正在增大，则（ ）
A．这时电容器板带负电荷，板带正电荷
B．因电流正在增大，间电势差也随之增大
C．当间的电势差随电流的变化达到最大值时，磁场能刚好向电势能转化完毕
D．题中所述时刻，线圈中产生的感应电动势正在变小
调谐电路的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率电台发出的电信号.要收到该电台的信号，应采用哪些方法
A．增强调谐电路中线圈的匝数
B．加大电源电压
C．减少调谐电路中线圈的匝数
D．减小电源的电压
下列说法中能使平行板电容器的极板间产生磁场的是( )
A．把电容器接在直流电源的两端
B．把电容器接在交流电源的两端
C．给电容器充电后,保持其电荷量不变而将极板间的距离匀速增大
D．给电容器充电后,保持其电压不变而将极板间的距离匀速增大
为使发射的电磁波的波长增加为原来的倍,可以将振荡电路的电容( )
A．变为原来的2倍 B．变为原来的
C．变为原来的4倍 D．变为原来的
某收音机调谐电路中的可变电容器的电容时，接收到波长为的电台信号，如果要接收到波长为的电台信号，可变电容器的电容应调为______pF．
由自感系数为的线圈和可变电容器组成收音机的调谐电路,为了使收音机能接收到至范围内的所有电台的播音,则可变电容器与对应的电容和与对应的电容之比为( )
A． B． C．1∶9 D．9∶1
在振荡电路中，如已知电容，并测得电路的固有周期，即可求得电感．为了提高精度，需要多次改变值并测得相应的值，现将测得的五组数据标示在以为横坐标、为纵坐标的坐标纸上，即如图中用“”表示的点．求
（1）的关系．
（2）根据图中给出的数据点做出与的关系图线．
（3）值是多少．
(
知识讲解
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知识点3 无线电波的发射和接收、电视和雷达
1．无线电波的发射
（1）发射电磁波的条件
第一，要有足够高的频率；第二，电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．
（2）发射电磁波是利用它传播某种信号，因此必须进行调制．所谓调制，就是要把传播的信号加在电磁波上的过程，有调幅和调频两种方式．
2．无线电波的接收
无线电波的接收过程是：调谐电路利用电谐振的原理接收所需的电磁波，再通过检波器检波得到电磁波所携带的信号．
（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，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振．
（2）使接收电路产生电谐振的过程叫调谐．
（3）从接收到的高频电路中“检出”所携带信号的过程叫检波，也叫解调，它是调制的逆过程．
3．电视的基本原理
在电视发射端，由摄像管摄取景物并将反射的光转变为电信号的过程就叫摄像，这个过程由摄像管完成．在电视接收端，由电视接收机的显像管把电信号还原成景物的像，这一过程中要进行调谐、检波等过程．电视信号的传播主要通过无线传播．
4．雷达的基本原理
雷达是用电磁波来判定物体位置的电子设备．雷达向某一方向发射电磁波时，在显示器的荧光屏上呈现发射的尖形波，无线电波遇到障碍物反射回来，被雷达接收，在显示器的荧光屏上出现第二个尖形波，根据两个尖形波的距离，可得到障碍物到雷达的距离，再根据发射电磁波的方向和仰角，便可判定障碍物的位置．利用多普勒效应可测出移动物体的速度．雷达是利用电磁波的微波段工作的．
(
随堂练习
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下列说法正确的是（ ）
A．发射出去的无线电波，可以传播到无限远
B．无线电波遇到导体，就可在导体中激起同频率的振荡电流
C．波长越短的无线电波，越接近直线传播
D．移动电话也是通过无线电进行通讯的
目前雷达发射的电磁波频率多在至的范围内．下列关于雷达和电磁波说法正确的是（ ）
A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在至之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D．波长越短的电磁波，反射性能越强
实际发射无线电波如图所示．高频振荡器产生高频等幅振荡如图甲中所示，人对着话筒说话低频振荡如图乙所示．根据以上图象，发射出去的电磁波图象是下图中哪一个（ ）
据某刊物报道，美国某公司制成了一种不需要电池供电的“警示牌”．使用时只要用绝缘丝线将牌子挂到输电线上，如果这条输电线上有电流流过，牌子上会显示一个分外明亮的英文提示语“ON”．它类似于常见的“小心触电”一类的牌子．这对于防止误触电起到了警示作用．以下说法中正确的是（ ）
A．没有工作电源，却能够发出一个明亮的“ON”，显然违背了能量的转化与守恒定律，因此这则报道是虚假的
B．这种牌子内部必然安放有太阳能电池，否则绝不会发出明亮的“ON”
C．这种牌子只能挂在有交变电流流过的输电线上，才会发出明亮的“ON”
D．这种牌子无论挂在有交变电流还是有稳恒电流流过的输电线上，都会发出明亮的“ON”
1999年11月20日，我国成功发射和回收了“神舟号”实验飞船，这标志着我国运载火箭技术水平已跻身于世界先进行列
（1）如图，为火箭发射场，为山区，为城市，发射场正在进行发射，若该火箭起飞时质量为，起飞推力为，火箭发射塔高，则该火箭起飞的加速度大小为 ，在火箭推力不变的情况下，若不考虑空气阻力和火箭质量的变化，火箭起飞后经 飞离发射塔．
（2）为了转播发射实况，我国科技工作者在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号．已知传输无线电广播所用的电磁波波长为，而传输电视信号所用的电磁波波长为，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能听到和收看实况，必须通过在山顶的转发站来转发 （填“无线电广播信号”或“电视信号”），这是因为 ．
某高速公路自动测速仪器装置如图所示，雷达向汽车驶来方向发射不连续的电磁波，每次发射时间约为百万分之一秒，两次发射时间间隔为，当雷达向汽车发射无线电波时，在指示器荧屏上呈现尖形波，在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现第二个尖形波，根据两个波的距离，可以计算出汽车距雷达的距离，根据自动打下纸带如图所示，可求出汽车的车速，请根据给出的，，，求出汽车车速表达式．
我国中波波段的频率范围是，为了收到整个频率范围内各电台的播音，求：
（1）可变电容最大值与最小值之比；
（2）当电容器动片全部旋出时，应能收到的电台讯号频率；
（3）若回路中不变，而最小电容为，那么多大
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