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第四章 电磁振荡与电磁波
第一节 电磁振荡
第二节 麦克斯韦电磁场理论
学习 任务 1．了解LC回路中振荡电流的产生过程；知道产生电磁振荡过程中，LC振荡电路中的能量转换情况。
2．知道什么是电磁振荡的周期和频率，了解LC回路的周期和频率公式。
3．了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及电磁波的预言。
4．体会赫兹实验证明电磁波存在的重大意义。
必备知识·自主预习储备
01
[知识梳理]
知识点一 振荡电流的产生
1．电磁振荡电路的演变
如图甲所示，一个电流计与一个闭合线圈连接，当一条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，电流计的指针会不断地摆动，这说明电路中产生了____和____都不断变化的电流。如果将电流计拿走，如图乙所示，当条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，电路断开处的A、B两点间仍存在__________，即A、B两点间仍存在变化的______。
大小
方向
感应电动势
电势差
振荡电路的演变：如果在A、B两点间接一个平行板电容器，如图丙所示，当条形磁铁不断地插入和拔出线圈时，在两板之间的空间内就会产生____和____不断变化的____，即电容器在不断地进行____、____。
大小
方向
电场
充电
放电
2．振荡电流
(1)振荡电流：上述实验中产生的____和____都做周期性变化的电流。
(2)振荡电路：能够产生________的电路。
(3)LC振荡电路：_________和________组成的电路，LC振荡电路是一种最简单的振荡电路。
大小
方向
振荡电流
自感线圈L
电容器C
3．振荡电流的变化规律
LC振荡电路产生的振荡电流是按____或____规律变化的。
知识点二 电磁振荡中能量的转化
在振荡电路产生振荡电流过程中，电容器极板上____、两极板间____、电路中____以及跟电荷有关的____、与电流有关的____都发生周期性变化的现象。在电磁振荡过程______和______相互转化。
正弦
余弦
电荷
电压
电流
电场
磁场
电场能
磁场能
知识点三 电磁振荡的周期和频率
1．电磁振荡的周期T
电磁振荡完成一次周期性变化需要的____。
2．电磁振荡的频率f
一段时间内做周期性变化的次数与所用时间____。
3．LC振荡电路的周期(频率)公式
周期、频率公式：T＝2π，f＝，式中周期T、频率f、自感系数L、电容C的国际单位制单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。
时间
之比
知识点四 麦克斯韦电磁场理论的基本思想
1．变化的磁场周围产生____是一种普遍存在的现象。
2．变化的电场周围产生____是一种普遍存在的现象。
总之，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是______。
知识点五 伟大的预言
1．产生
变化的____和变化的____交替产生，由近及远地向周围空间传播出去，就形成电磁波。
电场
磁场
电磁场
电场
磁场
2．传播特点
(1)电磁波中电场和磁场相互____，电磁波在与两者均____的方向传播。因此电磁波是__波。
(2)电磁波的频率即为________的频率，它由____决定，与____无关。电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即c＝___________。
(3)电磁波传播不需要借助于任何____，在真空中也能传播。光波的本质是______。
垂直
垂直
横
电磁振荡
波源
介质
3×108 m/s
介质
电磁波
知识点六 赫兹实验
1．原理图
2．实验现象
当发射器两球间有火花产生时，接收器两球间也有火花产生。
3．现象分析：火花在A、B间来回跳动时，在周围空间建立了一个迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以______的形式在空间传播。当电磁波经过接收器时，导致接收器产生__________，使接收器两球间隙处产生电压，当电压足够高时，两球之间产生________现象。
4．实验结论：赫兹证实了______的存在。
5．实验意义：证明了________的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。
电磁波
感应电动势
火花放电
电磁波
麦克斯韦
[基础自测]
1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场。 ( )
(2)均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场。 ( )
(3)周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场。 ( )
(4)放电时，由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大。 ( )
(5)放电时，电容器两极板间的电场能逐渐转化为线圈的磁场能。 ( )
(6)振荡电流最大时，放电完毕。 ( )
×
×
√
√
√
√
2．(2022·吉林辽源田家炳高级中学校高二期末)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．在真空中，频率越高的电磁波速度越大
B．在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大
C．电磁波由真空进入介质，速度变小，波长也变小，而频率不变
D．只要发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波立即消失
C [在真空中，所有电磁波的传播速度都相同，与频率、能量无关，故A、B错误；电磁波的频率由波源决定，电磁波由真空进入介质，频率不变，而波速减小，波长减小，故C正确；当发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波不会立即消失，还会在空间继续传播，直到能量消耗殆尽，故D错误。]
√
3．关于LC振荡电路中的振荡电流，下列说法正确的是( )
A．振荡电流最大时，电容器两极板间的电场强度最大
B．振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零
C．振荡电流增大的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能
D．振荡电流减小的过程中，线圈中的磁场能转化为电场能
D [振荡电流最大时，处于电容器放电结束瞬间，电场强度为零，A错误；振荡电流为零时，LC回路振荡电流改变方向，这时的电流变化最快，电流变化率最大，线圈中自感电动势最大，B错误；振荡电流增大时，电容器中的电场能转化为磁场能，C错误；振荡电流减小时，线圈中的磁场能转化为电场能，D正确。]
√
关键能力·情境探究达成
02
考点1 电磁振荡过程分析
考点2 电磁振荡的周期和频率
考点3 对麦克斯韦电磁场理论和电磁场的理解
如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，从此时起，电容器通过线圈放电，线圈中是否会产生自感电动势？自感电动势产生什么效果？线圈中的电流怎样变化？电容器的电场能转化为什么形式的能？当线圈中的电流减小时，是否会对电容器充电？此时线圈中的磁场能转化为什么形式的能？
提示：线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化，电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能；线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能。
考点1 电磁振荡过程分析
1．用图像对应分析i、q的变化关系
2．板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图像(充电时)
u、EE规律与q-t图像相对应；EB规律与i-t图像相对应。
3．分类分析
(1)同步关系。
在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即：
q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)
振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即：
i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)
(2)同步异变关系。
在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的，即：q、E、EE↑i、B、EB↓。
注意：自感电动势E的变化规律与q-t图像相对应。
【典例1】 (多选)LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法正确的是( )
A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电
C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大
D．若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大
BCD [由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板带电情况，可分两种情况讨论：(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C正确，A错误；(2)若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B正确，由楞次定律可判定D正确。]
√
√
√
电磁振荡状态分析的三点注意
(1)判断电容器是充电还是放电，一般依据电流的方向，电流由正极板流出为放电，向正极板流入为充电。
(2)判断电场能和磁场能的转化要依据电流的增减或极板上电量的增减。
(3)自感电动势的作用是阻碍电流的增大还是阻碍电流的减小，可依据放电电流不断增大，充电电流不断减小来判断。
[跟进训练]
1．如图所示为LC回路中电流随时间变化的图像，规定回路中顺时针电流方向为正。在t＝T时，对应的电路是下图中的( )
A B
C D
√
B [由题图可知，在T时回路中电流为零，则回路中磁场能为零，电场能最大，说明电容器充电完毕；由题图可得，在T～T的时间内，回路中的电流为逆时针方向，即以逆时针方向的电流充电，电流流向上极板，故选B。]
考点2 电磁振荡的周期和频率
1．LC振荡电路的周期T和频率f只与自感系数L和电容C有关，与其他因素无关。
T＝2π，f＝。
2．电容C与正对面积S、板间距离d及介电常数εr有关，即根据C＝判断，自感系数L与线圈匝数、横截面积、有无铁芯、长度等因素有关。
3．改变回路中电容器的电容和线圈的自感系数达到我们需要的振荡频率。
【典例2】 (多选)在LC回路中，电容器充电后向线圈放电发生电磁振荡时，若将电容器两板间距离增大，则振荡过程中( )
A．电容器两板间最大电压变大
B．振荡电流的最大值变大
C．振荡电流的频率变大
D．电容器所带电荷量最大值变大
√
√
√
ABC [在LC回路中，电容器充电后向线圈放电发生电磁振荡时，若将电容器两板间距离增大，则其电容减小，由电磁振荡周期公式T＝2π得频率为f＝，振荡电流的频率变大，电容器极板上所带的最大电量总是等于充电时的电量，保持不变，根据U＝知，电容减小时，两极板上的最大电压Um变大，故A、C正确，D错误；因为LC回路的振荡频率增大，振荡周期变小，而极板上所带最大电量不变，所以在T内振荡电流的平均值＝＝增大，因为正弦式交变电流最大电流和平均电流有确定的对应关系，所以振荡电流的最大值也变大，故B正确。]
①周期T、频率f叫作LC回路的固有周期和固有频率；②电场能和磁场能的变化周期是电磁振荡周期的一半，即T＝π，频率则是电磁振荡频率的2倍，即f＝。
[跟进训练]
2．要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是( )
A．增大电容器两极板的间距 B．升高电容器的充电电压
C．增加线圈的匝数 D．在线圈中插入铁芯
A [该题考查决定振荡频率的因素。振荡电流的频率由LC回路本身的特性决定，f＝。增大电容器两板间距，电容减小，振荡频率升高，A正确；升高电容器的充电电压不能改变振荡电流的频率，B错误；增加线圈匝数和插入铁芯，电感L都增大，频率减小，C、D错误。]
√
考点3 对麦克斯韦电磁场理论和电磁场的理解
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场
均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场
2．对电磁场的理解
(1)电磁场的产生：振荡电场产生同频率的振荡磁场，振荡磁场产生同频率的振荡电场，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场一环套一环，如图所示。
(2)电磁场并非简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可分割的统一整体。在电磁场示意图中，电场E矢量和磁场B矢量在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播。
【典例3】 (多选)关于电磁场的理论，下列说法正确的是( )
A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的
B．变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的
C．均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的
D．振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场
BD [变化的电场产生磁场有两层含义：①均匀变化的电场产生恒定的磁场；②非均匀变化的电场产生变化的磁场。振荡的电场产生同频率的振荡的磁场。均匀变化的磁场产生恒定的电场，故B、D正确，A、C错误。]
√
√
麦克斯韦电磁场理论的两大支柱
变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。需要着重对以下两点加以理解：
(1)均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场。
(2)不均匀变化的磁场周围产生变化的电场，不均匀变化的电场周围产生变化的磁场。
[跟进训练]
3．某电路中电场随时间变化的图像如图所示，能发射电磁波的电场是( )
√
A B
C D
D [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)，由于其不激发磁场，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，不会再在较远处激发起电场，故也不会产生电磁波；只有周期性变化的电场(如题图D)，才会激发出周期性变化的磁场，其又激发出周期性变化的电场……，如此不断激发，便会形成电磁波。]
学习效果·随堂评估自测
03
1．建立了完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是( )
A．法拉第 B．奥斯特
C．赫兹 D．麦克斯韦
D [麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，选项D正确。]
1
2
3
4
√
2．(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述正确的是( )
A．教室中正在发光的日光灯周围空间必有磁场和电场
B．工作时打点计时器周围必有磁场和电场
C．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场
D．电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者相互垂直
ABD [教室中正在发光的日光灯、工作的打点计时器，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C错误；电磁波是横波，传播过程中电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确。]
1
2
3
4
√
√
√
3．(多选)(2022·山东临沂高二期末)如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图乙所示，若把通过P点向右规定为电流的正方向，则( )
A．0.5～1 ms内，Q点比P点电势低
B．1～1.5 ms内，电容器C正在放电
C．0.5～1 ms内，电场能正在增加
D．增大电容器C的电容值该电路振荡频率将变大
1
2
3
4
√
√
BC [由题图乙知0.5～1 ms内电流在减小，电容器正在充电，经过P点电流方向右，线圈相当于电源，Q点比P点电势高，磁场能在减小，电场能正在增加，C正确，A错误；1～1.5 ms内电流增大，为放电过程，磁场能在增加，电场能正在减小，B正确；增大电容器C的电容值该电路振荡频率将变小，D错误。]
1
2
3
4
4．如图所示，L是不计电阻的电感线圈，C是电容器，闭合开关，待电路达到稳定状态后，再断开开关，LC电路中将产生电磁振荡。如果规定自感线圈L中的电流方向从a到b为正，断开开关的时刻为t＝0，图中能
够正确表示自感线圈L
中的电流随时间变化
规律的是( )
1
2
3
4
√
A B
C D
B [开关闭合时，电流从a流向b稳定后，L中电流达到正向最大。当断开开关后，自感线圈与电容器构成振荡电路，随后形成振荡电流，根据振荡电流的规律，可知选项B正确。]
1
2
3
4
回归本节内容，自我完成以下问题：
1．什么叫振荡电流？
提示：大小和方向都做周期性变化的电流，叫作振荡电流，产生振荡电流的电路叫作振荡电路。
2．电磁振荡过程中能量如何变化？
提示：在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能发生周期性变化。
3．麦克斯韦电磁场理论的内容？
提示：变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场。(共34张PPT)
第四章 电磁振荡与电磁波
第三节 电磁波的发射、传播和接收 第四节 电磁波谱
学习 任务 1．知道电磁波发射的条件及电磁波传播和接收的原理。
2．了解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振在电磁波发射、接收过程的作用。
3．认识电磁波谱，了解电磁波各波段的特性以及应用。
必备知识·自主预习储备
01
[知识梳理]
知识点一 电磁波的发射
1．有效发射条件
(1)振荡频率______。
(2)LC振荡电路的电场、磁场分散到______________。
2．开放电路：为了满足发射条件，可以____电容器两极板的正对面积，____极板间距，使电容器变成两条长直导线，一条深入高空成为____，另一条接入地下成为____。
足够高
尽可能大的空间
减小
增大
天线
地线
3．电磁波的调制
(1)定义：把低频电信号“加载”到高频振荡电流上的过程称为____。
(2)分类
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。
调制
振幅
频率
知识点二 电磁波的传播
1．无线电波的三种传播方式
____、____和________。
2．传播特点
(1)地波：沿地球表面空间传播的无线电波。在无线电通信和导航中，通常采用地波的形式传播____、中波和中短波。
(2)天波：利用大气层中电离层的____来传播的无线电波。____最适合采用天波的形式传播。
(3)空间波：像光束那样沿____传播的无线电波。这种传播方式适用于超短波和____，此外卫星中继通信，卫星电视转播等也主要是利用空间波作为传输途径。
地波
天波
直线传播
长波
反射
短波
直线
微波
知识点三 电磁波的接收
1．电谐振现象：当接收电路的________跟收到的电磁波的频率____时，接收电路中产生电流最强的现象。与机械振动中的____现象类似。
2．调谐：在无线电技术中，对空间存在的各种频率电磁波，需要选择某一特定的____接收的过程。
3．调谐电路
(1)定义：能够____的接收电路。
(2)应用：调节调谐电路可调____或____，改变电路的________，使它与要接收的电台的电磁波的频率____。
4．解调：从高频振荡电流中筛选出所携带的低频信号电流的过程。
固有频率
相同
共振
频率
调谐
电容
电感
固有频率
相同
知识点四 电磁波谱
1．认识电磁波谱
电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，把这些电磁波按____或____大小的顺序排列起来，就构成了________。
波长
频率
电磁波谱
2．电磁波的特性及应用
(1)无线电波。
①特点：波长大于1 mm(频率小于300 GHz)。
②应用：____主要用于超远程无线电通信和导航；____主要用于调幅广播、电报及通信；____主要用于远距离短波通信及调幅广播；____主要用于调频广播、电视、卫星导航和雷达，微波炉可利用高功率的微波对食物进行加热。
长波
中波
短波
微波
(2)红外线和紫外线的应用。
①红外线：具有明显的______。利用红外线的这种热效应，制成了__________、红外线炉等；利用红外线使特制底片感光的性质还可制成__________、红外遥感器等。
②紫外线：紫外线能使很多物质发出____，很容易让底片感光。当适量紫外线照射人体时，能使人体合成_______，可以预防佝偻病，但过量的紫外线会伤害人体，应注意防护。紫外线还具有____作用，医院里的病房利用紫外线____；银行利用紫外线灯鉴别钞票的____。
热效应
红外线烤箱
红外摄影仪
荧光
维生素D
杀菌
消毒
真伪
(3)X射线和γ射线的应用。
①X射线：穿透力____，在医学上常用X光照片辅助进行____诊断。长期暴露在X射线下，会对人体造成很大伤害。
②γ射线：从原子核__发出的电磁波，能量较高，穿透力____，对生物的破坏力很大。医学上常用来摧毁病变的癌细胞。
较强
疾病
内
很强
[基础自测]
1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)振荡频率足够高的开放电路才能发射电磁波。 ( )
(2)电磁波波长较长的波贯穿障碍物的能力强。 ( )
(3)电磁波波长较短的波能量大，穿透能力强。 ( )
(4)可见光是整个电磁波谱中极狭窄的一段，其中红光波长最长。 ( )
(5)红外线属于可见光。 ( )
(6)紫外线有明显的热效应。 ( )
√
×
√
√
×
×
2．要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应该采取的措施是( )
A．减小电容器极板间距 B．使振荡电容器的正对面积足够大
C．尽可能使电场和磁场分散开 D．增大回路中的电容和电感
C [要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应从两个方面考虑，一是提高振荡频率，二是使电场和磁场尽可能地分散开，C正确；由f＝可知，当减小电容器极板间的距离时，C变大，f减小，A错误；使电容器正对面积变大，C变大，f变小，B错误；增大回路中的L、C，f变小，D错误。]
√
3．(多选)下列说法正确的是( )
A．夏天太阳光把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的
B．医院里用X射线进行人体透视，是因为它是各种电磁波中穿透本领最大的
C．在热学中所说的热辐射就是指红外线辐射
D．医院里的病房利用紫外线消毒，是因其有杀菌作用
CD [热效应最强的是红外线，热辐射即红外线辐射，A错误，C正确；穿透本领最强的是γ射线，B错误；紫外线具有杀菌作用，D正确。]
√
√
关键能力·情境探究达成
02
考点1 电磁波的发射、传播和接收
考点2 电磁波的应用
(1)1895年，一位年轻的意大利人马可尼(公元1874～
1937年)发明了无线电通信技术。从此，携带了人类信息
的电磁波开始在空间自由旅行，人们不必依赖电线就可
以在遥远的地方互通信息。电视台发射电视信号为什么
要建高耸入云的发射塔呢？
提示：电视信号要有效地发射出去，必须采用高频开放电路，电视信号所用电磁波的波长比较短，以直线传播为主，遇到障碍物会被阻挡，所以发射天线要架得高一些。
(2)红外体温计不用与人体接触便可以迅速测量体温，你知道它的工作原理吗？
提示：根据体温越高，辐射红外线越强的原理。
考点1 电磁波的发射、传播和接收
1．电磁波的发射：由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流，用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流上，再耦合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去，如图所示。
2．调制
(1)使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制。
(2)调制方法。
调幅：使高频电磁
波的振幅随信号的
强弱而改变。
调频：使高频电磁
波的频率随信号的
强弱而改变。
3．电磁波的接收：天线接收到的所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经解调取出携带的信号，放大后再还原成声音或图像的过程。
4．调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。
【典例1】 (多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法正确的是( )
A．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是闭合电路
B．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波
C．当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强
D．要使电视机的屏幕上有图像，必须要有检波过程
[思路点拨] 解此题关键有两点：
(1)明确有效发射电磁波的条件。
(2)明确电谐振、检波的概念。
√
√
√
BCD [有效发射电磁波，必须采用开放电路和高频发射；一般的音频电流的频率较低，不能直接用来发射电磁波；电磁波接收原理是一种叫电谐振的现象，与机械振动中的共振有些相似；电视机显示图像时，必须通过检波过程，把有效的信号从高频信号中取出来，否则就不能显示。故A错误，B、C、D正确。]
[跟进训练]
1．关于电磁波的发射和接收，下列说法正确的是( )
A．为了将信号发射出去，先要进行解调
B．为了从各个电台发出的电磁波中将需要的选出来，就要进行解调
C．为了从高频电流中取出声音信号，就要进行调频
D．利用开放电路可以有效地把电磁波发射出去
D [为了将信号发射出去，首先要进行调制，A错误；从各个电台发出的电磁波中将需要的选出来，要进行调谐，B错误；从高频电流中取出声音信号，需要进行解调，C错误；利用开放电路可以有效地发射电磁波，D错误。]
√
考点2 电磁波的应用
1．各种电磁波的特点及应用
电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
频率 由左向右，频率由小到大 真空 中波长 由左向右，波长由长到短 特性 波动 性强 热效 应强 感光 性强 化学作用，荧光效应 穿透 力强 穿透力最强
电磁 波谱 无线 电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
用途 通讯、 广播、 导航 加热、遥测、遥感、红外摄像、红外制导 照明、照相等 日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等 检查、探测、透视、治疗 探测、
治疗
2．不同电磁波的特性总结
(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，频率越大，折射率越大，速度越小。
3．对X射线和γ射线的两点说明
(1)X射线和γ射线在真空或空气中的传播速度相同，但它们的频率不同，所以在同一介质中的传播速度也不相同。
(2)X射线与γ射线都具有穿透能力，但γ射线的穿透能力更强。X射线能穿过人体，通常做人体透视；而γ射线可以穿过几厘米厚的铅板，可以探测金属砂眼。
【典例2】 (多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
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，更容易发生衍射现象的是γ射线
AB [X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，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，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越大，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，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。]
√
√
[跟进训练]
2．关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是( )
A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体
B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康
C．电磁波中频率最大的为γ射线，最容易发生衍射现象
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
D [X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，但红外线没有很高的穿透本领，选项A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，选项C错误。]
√
学习效果·随堂评估自测
03
1．(2022·江苏阜宁实验高中高二阶段练习)赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波，为无线电技术的发展开拓了道路。下列器件中，既使用了电磁波接收技术，又使用了电磁波发射技术的是( )
A．电吹风 B．洗衣机 C．电熨斗 D．手机
D [电吹风是消耗电能产生热能与风能的器件，与电磁波发射和接收无关，故A错误；洗衣机是消耗电能产生动能的器件，与电磁波发射和接收无关，故B错误；电熨斗是消耗电能产生热能的器件，与电磁波发射和接收无关，故C错误；手机同时使用了电磁波接收和发射技术，故D正确。]
1
2
3
4
√
2．根据电磁波谱选出下列各组电磁波，其中频率互相交错重叠，且波长顺序由短到长排列的是( )
A．微波、红外线、紫外线 B．γ射线、X射线、紫外线
C．紫外线、可见光、红外线 D．紫外线、X射线、γ射线
B [红外线与紫外线在电磁波谱中不相邻，更不会频率重叠，A错误；紫外线、可见光、红外线虽相邻，但它们三者间有明确的界线，频率也不相重叠，C错误；在电磁波谱中紫外线、X射线、γ射线有重叠，γ射线波长最短，紫外线波长最长，B正确，D错误。]
1
2
3
4
√
3．有一个LC接收电路，原来接收较低频率的电磁波，现在要想接收较高频率的电磁波，下列调节方式正确的是( )
A．增加电源电压
B．使用调频的调制方式
C．把可动电容器的动片适当旋出一些
D．在线圈中插入铁芯
C [增大LC接收电路的频率，由公式f＝可知应减小电容或电感，A、B项错误；把可动电容器的动片适当旋出一些，减小了电容，符合题目要求，C项正确；在线圈中插入铁芯，增大了电感，不合题意，D项错误。]
1
2
3
4
√
4．(多选)下列说法符合实际的是( )
A．在医院里常用X射线对病房和手术室消毒
B．在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒
C．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力
D．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
BD [紫外线具有杀菌、消毒的作用，X射线穿透能力较强，因此医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，用X射线透视人体；在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用射线的衍射能力较强，容易透过云雾烟尘，因而用波长较长的红外线，所以答案为BD。]
1
2
3
4
√
√
回归本节内容，自我完成以下问题：
1．发射电磁波的振荡电路的特点是什么？
提示：(1)要有足够高的振荡频率。(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去。
2．调制的两种方法是什么？
提示：调幅和调频。
3．各种电磁波的共性是什么？
提示：(1)它们在本质上都是电磁波，遵从相同的波动规律。(2)它们在真空中的传播速度相同，都等于光速。(3)他们的传播都不需要介质。(4)他们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
4．各种电磁波的个性是什么？
提示：(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、明显衍射现象，波长越短穿透能力越强。(2)相同频率的电磁波，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，频率越大，速度越小。(共20张PPT)
第四章 电磁振荡与电磁波
章末综合提升
巩固层｜知识整合
01
提升层｜题型探究
02
主题1 理解电磁振荡的三个“两”
主题2 电磁波与机械波的区别和联系
主题3 雷达的原理和应用
主题1 理解电磁振荡的三个“两”
1．两类物理量
一类是与电场有关的物理量，一类是与磁场有关的物理量。
(1)电流i，它决定了磁场能的大小。振荡电流i在电感
线圈中形成磁场，因此，线圈中的磁感应强度B、磁
通量Φ和磁场能E磁具有与之相同的变化规律。
(2)电量q，它决定了电场能的大小。电容器两极板间
的电压U、场强E、电场能E电、线圈的自感电动势E
的变化规律与q的相同。
注意：电流i和电量q的变化不同步，规律如图所示。
2．两个过程
(1)充电：当电容器的电量增加时为充电过程，这个过程中电路的电流减小。
(2)放电：当电容器的电量减小时为放电过程，这个过程中电路的电流增加。
注意：在任意两个过程的分界点对应的时刻，各物理量取特殊值(零或最大值)。
3．两类初始条件
图甲和图乙所示电路，表示了电磁振荡的两类不同初始条件。
(1)图甲中开关S从1合向2时，振荡的初条件为电容器开始放电。
(2)图乙中开关S从1合向2时，振荡的初始条件为电容器开始充电。
学习中应注意区分这两类初始条件，否则会得出相反的结论。
【典例1】 (多选)如图所示，甲为LC振荡电路，通过P点的电流如图乙所示，规定逆时针方向为正方向，下列
说法正确的是( )
A．0至t1，电容器正在充电，上极板带正电
B．t1到t2，电容器正在放电，上极板带负电
C．在t3时刻，线圈中的自感电动势最大，且P为正极
D．在t4时刻，线圈中的自感电动势最大，且P为正极
√
√
BC [0到t1，电流为正，且在减小，即电流为逆时针方向减小，说明电容器正在充电，电流方向为正电荷的运动方向，所以上极板带负电荷；t1到t2，电流为负且在增大，即电流为顺时针方向增大，说明电容器在放电，上极板带负电荷；在t3时刻，电流的变化率最大，所以自感电动势最大，t2～t3的电流为负且减小，即顺时针减小，线圈中的感应电动势阻碍电流的减小，电容器充电，因此上极板带正电，即P点为正极；在t4时刻，电流最大，电流的变化率为零，自感电动势为零。故B、C正确，A、D错误。]
紧抓住能量转化这条线，理解电磁振荡过程。
在电容器充电过程中，q↑→电场↑→电场能↑→线圈中的电流i↓→磁场能↓→磁场↓。
在电容器放电过程中，q↓→电场↓→电场能↓→线圈中的电流i↑→磁场能↑→磁场↑。
主题2 电磁波与机械波的区别和联系
电磁波与机械波都是波，但又各有自己的特点，如能正确比较电磁波和机械波的异同，就能全面、透彻地理解这两个知识点。
1．不同点
比较项 机械波 电磁波
对象 研究力学现象 研究电磁现象
周期性 变化的 物理量 位移随时间和空间做周期性变化 电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化
比较项 机械波 电磁波
传播 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关 传播无需介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系
产生 由质点(波源)的振动产生 由周期性变化的电流(电磁振荡)激发
横波 可以是 是
纵波 可以是 否
2．相同点
(1)都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现象。
(2)都满足v＝＝λf。
(3)波从一种介质传播到另一种介质，频率都不变。
【典例2】 (多选)关于机械波和电磁波，下列说法正确的是( )
A．机械波和电磁波都能在真空中传播
B．机械波和电磁波都可以传递能量
C．机械波和电磁波都能发生衍射和干涉现象
D．电磁波的波速与介质无关
BC [机械波的传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质，选项A错误；干涉、衍射是波特有的现象，选项C正确；波能传递能量，选项B正确；电磁波在不同介质中，传播速度一般不同，选项D错误。]
√
√
(1)频率由波源决定，与介质无关。
(2)电磁波可以在真空中传播也可以在介质中传播，机械波只能在介质中传播。
(3)电磁波的波速与频率和介质均有关，机械波的波速仅与介质有关，与频率无关。
主题3 雷达的原理和应用
1．利用雷达测定物体的距离：解决这类问题的关键是区分发射脉冲波形和反射脉冲波形，找出从发射电磁波和接收到回来的电磁波的时间差，再利用s＝vt，求出物体的距离。
2．利用雷达测定物体的速度：这类问题往往要有两个(或两个以上)的发射脉冲与反射脉冲，可以确定一段时间前后物体的两个位置或一段时间的位移，从而测出物体的速度。
3．利用雷达确定物体的位置：雷达有一个可以转动的天线，它能向一定方向发射无线电(微波)脉冲，雷达可根据发射无线电波的方向和仰角，再参考所测得物体的距离，从而确定某一时刻物体的位置。实际上，这一切数据都由电子电路自动计算并在荧光屏上显示出来。
【典例3】 某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10-4 s，某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示，t＝173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示，雷达荧光屏上相邻刻线间表示的时间间隔为10-4 s，电磁波的传播速度为c＝3×108 m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？
[解析] 由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0＝10-4s，题图甲发射波和接收波的时间间隔t1＝4×10-4 s，题图乙时间间隔t2＝1×10-4s，所以，第一次战斗机距雷达的距离为s1＝c×＝6.0×104 m，第二次战斗机在雷达正上方，所以，战斗机的高度h＝c×＝1.5×104 m，故173 s内战斗机飞行的水平距离为s＝≈5.8×104 m。所以v＝≈335 m/s。
[答案] 335 m/s
(1)通过雷达测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。
(2)通过雷达测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。
