1.电磁振荡
课标要求
1．理解振荡电流、振荡电路及LC电路的概念．
2．了解LC回路中振荡电流的产生过程．
3．了解无阻尼振荡和阻尼振荡．
4．会计算LC电路的周期与频率．
思维导图
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、LC振荡电路和振荡电流
1．振荡电流：大小和方向都随时间做________迅速变化的电流．
2．振荡电路：能够产生________的电路．
3．振荡过程：如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关S掷向2，从此时起，电容器要对线圈放电．
(1)放电过程：由于线圈的________作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，线圈产生的________逐渐增强，电容器里的________逐渐减弱，放电完毕时，________全部转化为________．
(2)充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的________作用，电流并不立即消失，仍保持原来的方向继续流动，电容器被反向________，极板上带上相反的电荷，充电结束，极板上的电荷最多，________又转化为电容器的________．此后电容器再放电、再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变化的振荡电流．
(3)电磁振荡：电场和磁场周期性的相互转变的过程也就是________和________周期性相互转化的过程．
二、无阻尼振荡和阻尼振荡
1．阻尼振荡：振荡电路中的能量逐渐损耗，振荡电流的________逐渐减小，直到停止振荡．
2．无阻尼振荡：没有能量损失，振荡电流的________永远保持不变的振荡．
3．实际的LC振荡是阻尼振荡：任何电路中都有电阻，电路中总会有一部分能量会转化为________．另外，还会有一部分能量以________的形式辐射出去．如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中．
三、电磁振荡的周期和频率
1．周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的________．
2．频率：1 s内完成周期性变化的________．
3．固有周期和固有频率：振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率叫作________周期、________频率，简称振荡电路的周期和频率．
4．周期和频率公式：T＝________，f＝________．
[导学1]
(1)在电容器放电过程中，电容器带电荷量减少，两极间电压减小，板间电场强度减弱；线圈中的电流增大，磁场增强，自感电动势的作用是阻碍电流增大．
(2)充电过程中，电容器带电荷量增加，两极间电压增大，板间电场强度增大；线圈中的电流减小，磁场减弱，自感电动势的作用是阻碍电流减小．
[导学2]
电容器放电过程中，电场能向磁场能转化，充电过程中磁场能向电场能转化．
[导学3]
电场能与磁场能转化的周期等于振荡电流周期的一半．
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究点一 振荡电流的产生过程
导学探究
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？
归纳总结
1.各物理量变化情况一览表
时刻(时间) 工作过程 q E i B 能量
0→ 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁
充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电
放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁
→T 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电
2.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像(如图所示)
3．板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图像(如图所示)
u、EE规律与q t图像相对应；EB规律与i t图像相对应．
4．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：电荷量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．
注意：自感电动势E的变化规律与q t图像相对应．
典例示范
例 1 如图所示，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，LC振荡电路工作时的周期为T，在t＝0时断开电键K，则在0到这段时间内，下列叙述正确的是( )
A．电容器C放电，A板上正电荷逐渐减小，LC回路中电流逐渐增大，当t＝时电流达到最大
B．电容器C放电，A板上正电荷逐渐减少，LC回路中电流逐渐减小，t＝0时放电电流最大
C．电容器C被充电，B板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零
D．电容器C被充电，A板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零
名师点拨
LC振荡电路充、放电过程的判断方法
(1)根据电流流向判断，当电流流向带正电的极板时，处于充电过程；反之，处于放电过程．
(2)根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量q(U、E)增大时，处于充电过程；反之，处于放电过程．
(3)根据能量判断：电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电．
素养训练1
(多选)如图所示，LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，且正在增大，则( )
A．B板带正电
B．A、B两板间的电压在减小
C．电容器C正在充电
D．电场能正在转化为磁场能
素养训练2
(多选)某时刻LC振荡电路的状态如图所示，则此时刻( )
A．振荡电流i在减小
B．振荡电流i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
探究点二 电磁振荡的周期和频率
导学探究
如图所示的电路，如果仅更换自感系数L更大的线圈，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，电容器通过线圈放电，线圈因自感现象产生的自感电动势是否更大？“阻碍”作用是否也更大？由于延缓了振荡电流的变化，振荡周期T会怎样变化？
归纳总结
1.固有周期和频率：若振荡过程中无能量损失，也不受其他影响，此时的周期和频率叫作固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率．
2．公式：T＝2π，f＝.
3．影响电磁振荡的周期和频率的因素
由电磁振荡的周期公式T＝2π知，要改变电磁振荡的周期和频率，必须改变线圈的自感系数L或电容器的电容C.
影响线圈自感系数L的是：线圈的匝数、有无铁芯及线圈的横截面积和长度．匝数越多，自感系数L越大，有铁芯的自感系数比无铁芯的大．
影响电容器电容C的是：两极板正对面积S、两极板间介电常数εr以及两极板间距d，由C＝(平行板电容器电容)，不难判断εr、S、d变化时，电容C也变化．
典例示范
例 2 (多选)要增大LC振荡电路的频率，下列方法正确的是( )
A．将正对着的电容器的两个极板错开些
B．增大电容器的充电电荷量
C．减少自感线圈的匝数
D．抽出自感线圈中的铁芯
素养训练3 电子钟是利用LC振荡电路来工作计时的，现发现电子钟每天要慢30 s，造成这一现象的原因可能是( )
A．电池用久了
B．振荡电路中电容器的电感小了
C．振荡电路中线圈的电感大了
D．振荡电路中的电容器的电容小了
素养训练4 在LC振荡电路中，电容器放电时间的长短决定于( )
A．充电电压的大小
B．电容器带电荷量的多少
C．放电电流的大小
D．电容C和电感L的数值
随堂演练·自主检测——突出创新性 素养达标
1.
如图所示，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器的极板A带正电荷，则该瞬间( )
A．电流i正在增大，线圈L中的磁场能也正在增大
B．电容器两极板间的电压正在增大
C．电容器带电荷量正在减小
D．线圈中电流产生的磁感应强度正在增强
2.
(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
3.
(多选)如图所示为LC振荡电路中电容器两极板上的电荷量q随时间t变化的图线，由图可知( )
A．在t1时刻，电路中的磁场能最小
B．t1到t2电路中的电流值不断变小
C．从t2到t3电容器不断充电
D．在t4时刻，电容器的电场能最小
4．如果收音机调谐电路是采用改变电容器电容的方式来改变回路固有频率的，则当接收的电磁波的最长波长是最短波长的3倍时，电容器的最大电容与最小电容之比为( )
A．3∶1 B．9∶1
C．∶1 D．3∶1
1．电磁振荡
必备知识·自主学习
一、
1．周期性
2．振荡电流
3．(1)自感 磁场 电场 电场能 磁场能 (2)自感 充电 磁场能 电场能 (3)电场能 磁场能
二、
1．振幅
2．振幅
3．内能 电磁波
三、
1．时间
2．次数
3．固有 固有
4．2π
关键能力·合作探究
探究点一
【导学探究】
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．
【典例示范】
例1 解析：开关闭合时，通过L的电流从上往下，电容器带电荷量为零；在t＝0时断开电键K，则在0到这段时间内，则电容器C被充电，B板上正电荷逐渐增多，LC回路中电流逐渐减小，到t＝时电流为零，C正确，A、B、D错误．
答案：C
素养训练1 解析：电流i正在增大，磁场能增大，电容器在放电，电场能减小，电场能转化为磁场能，C错误，D正确；由题图中i方向可知B板带正电，A正确；由于电容器放电，电荷量减少，两板间的电压在减小，B正确．
答案：ABD
素养训练2 解析：由图中上极板带正电荷、下极板带负电荷及电流的方向可判断出电容器正在充电．电容器充电的过程中电流减小，磁场能向电场能转化，正确选项为A、D.
答案：AD
探究点二
【导学探究】
提示：自感电动势更大，“阻碍”作用更大，周期变长．
【典例示范】
例2 解析：要使LC振荡电路的频率增大，根据公式f＝＝，可减小线圈的自感系数L或减小电容器的电容C；将正对着的电容器的两个极板错开些，正对面积减小，电容C减小，A正确；增大电容器的充电电荷量，电容不变，B错误；减少自感线圈的匝数，自感系数L减小，C正确；抽出自感线圈中的铁芯，自感系数L减小，D正确．
答案：ACD
素养训练3 解析：电子钟变慢的原因是LC振荡电路的振荡周期变大了，而影响周期的因素是振荡电路中的L和C，这两个物理量有一个或两个变大都会造成振荡周期变大，故C正确．
答案：C
素养训练4 解析：电容器放电一次经历四分之一个周期，而周期T＝2π，周期T是由振荡电路的电容C和电感L决定的，与充电电压、带电荷量、放电电流等无关．综上所述，D正确．
答案：D
随堂演练·自主检测
1．解析：根据电流方向可知电容器正处于充电状态，电容器充电过程中，回路中电流减小，磁场能减小，电场能增大，电容器带电荷量正在增大，电压正在增大，线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减弱，故只有B正确．
答案：B
2．解析：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状态，电流正在增大，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，电流正在减小，则B正确；由楞次定律可判定D正确．
答案：BCD
3.
解析：作出i t图线(图中虚线)，注意到i t图线按余弦规律变化，电流大，磁场能大；电容器C上带电荷量大，电场能大，不难判断出A、C、D正确．
答案：ACD
4．解析：调谐电路固有频率f＝当接收电磁波的频率为f时，调谐电路发生电谐振，接收电磁波的波长λ＝＝c·2π可见λ与成正比，即λ2与C成正比，又因为λmax∶λmin＝3∶1，即1，所以Cmax∶Cmin＝9∶1，故选B.
答案：B2.电磁波
课标要求
1．了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学发展史上的意义．
2．了解电磁波的基本特点及其发现过程，通过电磁波体会电磁场的物质性．
3．了解电磁波与机械波的区别．
思维导图
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、麦克斯韦电磁理论的两个基本假设
1．变化的磁场能够在周围空间产生电场．
2．变化的电场能够在周围空间产生磁场．
二、电磁波
1．电磁波的产生
变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场由近及远传播就形成了________．
2．电磁波是横波
电磁波的电场和磁场的方向都与传播方向________，所以电磁波是________波．电磁波是电磁场的传播，传播过程________介质．
3．电磁波的速度
电磁波的速度等于________．
三、赫兹实验
1．赫兹的实验装置
2．实验现象
当感应圈两个金属球间有火花跳过时，检波器两个小铜球间也跳过火花．
3．现象分析
当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生火花时，空间出现了________向外传播．当电磁波到达检波器时，检波器的两铜球间也产生了火花．
4．实验结论：证实了________的存在．
四、麦克斯韦电磁场理论的意义
不仅预言了________的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的________，建立了完整的电磁场理论．
[导学1]
麦克斯韦电磁理论的理解：
(1)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．
(2)非均匀变化的磁场产生变化的电场；非均匀变化的电场产生变化的磁场．
[导学2]
电磁波是横波，电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直．
[导学3]
电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象．
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究点一 麦克斯韦电磁理论
导学探究
如图所示，磁铁相对闭合线圈上下运动时，闭合线圈中的自由电荷做定向移动，是受到什么力的作用？这能否说明变化的磁场产生了电场？如果没有导体，情况会怎样？
归纳总结
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
典例示范
例 1 (多选)关于电磁场的理论，下列说法中正确的是( )
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
名师点拨
(1)变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的，而静电场中的电场线是不闭合的．
(2)①振荡电场(即周期性变化的电场)产生同频率的振荡磁场；②振荡磁场(即周期性变化的磁场)产生同频率的振荡电场．
素养训练1 (多选)关于电磁场理论的叙述正确的是( )
A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
B．周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场
C．变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D．电场周围不一定存在磁场，磁场周围不一定存在电场
素养训练2 某电路中电场随时间变化的图像如下列各图所示，能发射电磁波的电场是( )
探究点二 电磁波
归纳总结
电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两种波因产生机理不同，除具有波的共性外，还有不同之处．
机械波 电磁波
研究对象 力学现象 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
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
干涉 可以发生 可以发生
衍射 可以发生 可以发生
横波 可以是 是
纵波 可以是 不是
典例示范
例 2 (多选)关于机械波与电磁波，下列说法正确的是( )
A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关
B．电磁波可以发生衍射现象和偏振现象
C．简谐机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速度越大
D．机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向
素养训练3 (多选)以下关于机械波与电磁波的说法，正确的是( )
A．机械波与电磁波本质上是一致的
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．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波
D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
素养训练4 (多选)关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．手机既能发射电磁波，也能接收电磁波
B．手机只能接收电磁波，不能发射电磁波
C．收音机既能发射电磁波，也能接收电磁波
D．收音机不能发射电磁波，只能接收电磁波
随堂演练·自主检测——突出创新性 素养达标
1．下列说法中正确的是( )
A．任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场
B．任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场
C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场
D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场
2．(多选)下列关于电磁波的说法，正确的是( )
A．电磁波是电磁场由发生区域向远处传播的
B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s
C．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短
D．只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波
3．(多选)电磁波与声波比较，下列说法正确的是( )
A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质
B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大
C．由空气进入水中时，电磁波波长变短，声波波长变长
D．由空气进入水中时，电磁波波长变长，声波波长变短
4．(多选)电磁波与机械波相比较，下列说法正确的是( )
A．电磁波传播不需要介质，机械波传播也不需要介质
B．电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质
C．电磁波在任何介质中传播速度都相同，机械波的速度大小取决于介质
D．机械波有横波、纵波，而电磁波只有横波
2．电磁波
必备知识·自主学习
二、
1．电磁波
2．垂直 横 不需要
3．光速
三、
3．电磁波
4．电磁波
四、
电磁波 统一性
关键能力·合作探究
探究点一
【导学探究】
提示：磁铁上、下运动时，导体中自由电荷定向移动，说明电荷受到静电力作用，即导体处在电场中．磁铁的上、下运动使线圈处在变化的磁场中，这表明变化的磁场周围产生了电场．如果没有导体，该处仍会产生电场．
【典例示范】
例1 解析：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，B、D正确，A、C错误．
答案：BD
素养训练1 解析：变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路电场仍然存在，A正确；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B正确，C错误；电场(或磁场)周围不一定存在磁场(或电场)，D正确．
答案：ABD
素养训练2 解析：图A中电场不随时间变化，不会产生磁场；图B和图C中电场都随时间均匀变化，只能在周围产生恒定的磁场，不会产生和发射电磁波；图D中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而这个磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场，能发射电磁波．综上所述，D正确．
答案：D
探究点二
【典例示范】
例2 解析：电磁波在真空中的传播速度都等于光速，与电磁波的频率无关，A错误；衍射现象是波特有的现象，而偏振现象是横波特有的现象，电磁波也是一种横波，可以发生衍射现象和偏振现象，B正确；波传播速度与介质有关，则在同一种介质中传播时，简谐机械波的传播速度相等，C错误；机械波不但能传递能量，而且能传递信息，其传播方向就是能量或信息传递的方向，如声波，D正确．
答案：BD
素养训练3 解析：机械波由振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生；机械波传播需要介质，波速由介质决定；电磁波的传播不需要介质，波速由介质和本身频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波．综上所述，B、C、D正确．
答案：BCD
素养训练4 解析：手机在使用过程中，将要传递的信息用电磁波发射出去，另一方面又可以通过接受电磁波来获取他人传递给自己的信息，故B错误，A正确；收音机只能利用天线接收电磁波，不能发射电磁波，故C错误，D正确．
答案：AD
随堂演练·自主检测
1．解析：根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场，故选C.
答案：C
2．解析：电磁波在真空中的传播速度为光速c＝3.0×108 m/s，且c＝λf，从一种介质进入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变化．电磁波仍具有波的特征，电磁波只有在真空中的传播速度才为3.0×108 m/s，在其他介质中的传播速度小于3.0×108 m/s，波长变短，只有交变的电场和磁场才能产生电磁波．综上所述，A、C正确．
答案：AC
3．解析：电磁波传播不需要介质，而声波属于机械波，声波传播离不开介质，A正确；电磁波在空气中的速度接近光在真空中的速度，进入水中速度变小，而声波进入水中速度反而比空气中大，B正确；由v＝λf，电磁波或声波由一种介质进入另一种介质时，频率不变，可见波速v与波长λ成正比，C正确，D错误．
答案：ABC
4．解析：电磁波传播不需要介质，而机械波的传播需要介质，A错误，B正确；不同频率的机械波在同一种介质中传播速度相同(例如男女声大合唱)，不同频率的电磁波在同一种介质中传播速度不同(例如光的色散)，C错误；由二者的特性可知D正确．
答案：BD3.电磁波谱
课标要求
1．认识电磁波谱．
2．知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用．
思维导图
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
1．概念
按电磁波的________或________大小的顺序把它们排列成谱．
2．电磁波谱的排列
按波长由长到短依次为：____________、红外线、________、紫外线、X射线、________．
3．不同电磁波的特点及应用
特点 用途
无线电波 ________________ 通讯、广播、导航
红外线 ________________ 加热、遥测、遥感、红外线制导
可见光 ________________ 照明、照相等
紫外线 ________________ 杀菌消毒、治疗皮肤病等
X射线 ________________ 检查、探测、透视、治疗
γ射线 ________________ 探测、治疗
[举例]
手机信号的传输利用的是无线电波，电视机遥控器用的是红外线，现代冰箱、洗衣机内消毒杀菌用的是紫外线，医院做胸透用的是X射线，癌症病人放疗用的是γ射线．
[提醒]
熟记不同波长电磁波的性质和用途是解答电磁波谱问题的关键．
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究点一 电磁波谱
归纳总结
电磁波的共性
(1)它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义．
(2)都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s.
(3)它们的传播都不需要介质．
(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性．
典例示范
例 1 电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是( )
A．无线电波、红外线、紫外线、γ射线
B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线
C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波
D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线
素养训练1 下列各组电磁波中，按波长由小到大排列的是( )
A．γ射线、紫外线、红外线、可见光
B．γ射线、紫外线、可见光、红外线
C．红外线、可见光、紫外线、γ射线
D．紫外线、可见光、红外线、γ射线
探究点二 不同波长电磁波的性质和用途
归纳总结
不同波长电磁波的性质和用途
(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)产生机理不同
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
(4)用途不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒，X射线应用于医学上的X光照片，γ射线检查金属部件的缺陷等．
典例示范
例 2 下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上．
(1)X光机，________．
(2)紫外线灯，________．
(3)用理疗“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用________．
A．光的全反射
B．紫外线具有很强的荧光作用
C．紫外线具有杀菌消毒作用
D．X射线具有很强的贯穿力
E．红外线具有显著的热效应
F．红外线波长较长，易发生衍射
素养训练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
随堂演练·自主检测——突出创新性 素养达标
1．(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )
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
2．(多选)对红外线的作用及来源的叙述中正确的有( )
A．一切物体都在不停地辐射红外线
B．红外线有很强的荧光效应
C．红外线最显著的作用是热效应
D．红外线容易穿过云雾、烟尘
3．下列关于紫外线的说法正确的是 ( )
A．照射紫外线可增进人体对钙的吸收，因此人们应尽可能多地接受紫外线的照射
B．一切高温物体发出的光都含有紫外线
C．紫外线有很强的荧光效应，常被用来防伪
D．紫外线有杀菌消毒的作用，是因为其有热效应
4．无线电波的中波波长范围为200～3 000 m．求该波段的频率范围．
3．电磁波谱
必备知识·自主学习
一、
1．波长 频率
2．无线电波 可见光 γ射线
3．波动性强 热作用强 感光性强 化学作用、荧光效应 穿透力强 穿透力最强
关键能力·合作探究
探究点一
【典例示范】
例1 解析：电磁波的频率由小到大的顺序依次是无线电波、红外线、紫外线和γ射线，这也是波长由长到短的顺序，故A正确．
答案：A
素养训练1 解析：依照波长由长到短，电磁波谱可大致分为：无线电波，红外线，可见光，紫外线，伦琴射线，γ射线，故选B.
答案：B
探究点二
【典例示范】
例2 解析：(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线，选择D.(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择C.(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择E.
答案：(1)D (2)C (3)E
素养训练2 解析：X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，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；紫外线和X射线都可以使感光底片感光，选项D正确．
答案：D
随堂演练·自主检测
1．解析：电磁波在真空中的速度都为3.0×108 m/s，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，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，C、D错误．
答案：AB
2．解析：任何物体在不停地辐射红外线，且热物体比冷物体的红外辐射本领大，A正确；荧光效应是紫外线的特性，红外线没有，红外线的显著作用是热效应，B错误，C正确；红外线波长较长，衍射能力比较强，D正确．
答案：ACD
3．解析：紫外线有显著的生理作用，杀菌能力较强，在医疗上有其应用，但是过多地接受紫外线的照射，对人体来说也是有害的，A、D错误；并不是所有的高温物体发出的光都含有紫外线，B错误；紫外线有很强的荧光效应，可用来防伪，C正确．
答案：C
4．解析：根据频率公式f＝得f1＝＝3× Hz＝1.5×106 Hz，f2＝＝ Hz＝1.0×105 Hz，即该波段的频率范围为1.0×105～1.5×106 Hz.
答案：1.0×105～1.5×106 Hz4.无线电波的发射、传播与接收
5．无线电波与移动互联网
课标要求
1．了解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振在电磁波发射、接收过程中的作用．
2．了解电磁波在信息传递中的应用，初步了解电视的应用和原理．
3．了解移动通信技术发展情况，并了解蓝牙、Wi Fi等无线通信设备的原理、使用的电磁波频段和常用频率．
4．了解无线电波在移动互联网中的应用．
思维导图
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、无线电波的发射
1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个条件
(1)振荡电路产生的电场和磁场必须分布到广大的开放空间．
(2)要有________的振荡频率．频率越高，发射电磁波的本领越强．
2．发射前
(1)载波：用来运载信号的________电磁波．
(2)调制：把传递的信号加到载波上的过程．
(3)调幅：使高频振荡的振幅随信号而变．
(4)调频：使高频振荡的频率随信号而变．
二、无线电波的传播
1．地波：沿地球表面空间传播的无线电波叫作地波．________、________和中短波可用地波．地波在传播过程中________损失较大，传播距离近，一般只在几百千米范围内．
2．天波：依靠________的反射来传播的无线电波叫作天波．________最适合以天波的形式传播，可传播到几千千米外的地方．
3．直线传播：沿直线传播的电磁波叫作空间波或视波．________适合沿直线传播，传播距离为几十千米，远距离通信时需要设立________．
三、无线电波的接收
1．接收原理：电磁波在传播时遇到________会使导体里感应出振荡电流．
2．电磁谐振：当振荡电路的________与传播来的电磁波的________相等时，电路中激起的感应电流就最强，这种现象叫作电磁谐振，也称为电谐振．
3．调谐：使接收电路产生________的过程叫作调谐．
四、无线电波与移动互联网
1．信息技术的核心内容：获取、表达、________和________．
2．蜂窝系统：每一个________的工作范围经过合理调配后呈正六边形，排列起来像蜂窝一样，这就是“蜂窝系统”名字的由来．
3．网络协议：无线路由器以及与它相连的各种设备间遵守的一个共同的约定．设备间的连接方式除Wi Fi外还有蓝牙和近场通信(________)等．
4．用电磁波传递二进制数据：二进制数据也可以通过调幅波或________向外传播．
[导学1]
频率越高，发射电磁波的本领就越大，提高电磁波发射频率的方法有：①减小电容C(增大板间距d，减小正对面积S)；②减小自感系数L.
[导学2]
图示几种常见的传播方式：
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究点一 无线电波的发射
导学探究
古代人们有哪些传递信息的方式？ 现在我们有哪些传递信息的方式？ 这两种传递方式有什么不同？
归纳总结
1.发射电磁波的条件
(1)要有足够高的振荡频率．理论研究表明，振荡电路向外辐射能量的本领，即单位时间内辐射出去的能量，与振荡频率密切相关，频率越高，发射电磁波的本领越大．
(2)开放电路，要使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．
2．电磁波的发射示意图(如图所示)
典例示范
例 1 (多选)为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力，对LC振荡电路的结构可采用下列哪些措施( )
A．减小电容器极板的正对面积
B．增大电容器极板的间距
C．增大自感线圈的匝数
D．向外抽出铁芯
素养训练1 电台将播音员的声音转换成如图甲所示的电信号，再加载到如图乙所示的高频载波上，使高频载波的振幅随电信号改变(如图丙所示)．这种调制方式称为( )
A．调频 B．调谐 C．调幅 D．电谐振
探究点二 无线电波的接收
导学探究
如图，我们调节旋钮调改变的是什么？调节的目的又是什么？
归纳总结
原理：利用电磁感应在接收电路产生和电磁波同频率的电流．调谐就是使接收电路发生电谐振的过程，此时接收电路的感应电流最强．
典例示范
例 2 在如图所示的电路中，C1＝200 pF，L1＝40 μH，L2＝160 μH，怎样才能使回路2与回路1发生电谐振？发生电谐振的频率是多少？
素养训练2 (多选)关于无线电波的接收，下列说法中正确的是( )
A．当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率相同时，该电磁波在接收电路中激起的感应电流最大
B．使接收电路中产生电谐振的过程叫作调谐
C．收音机的接收电路是LC振荡回路
D．从接收到的高频率振荡中“检”出所携带的信号，叫作调谐
随堂演练·自主检测——突出创新性 素养达标
1．(多选)关于电磁波的发射过程，下列说法正确的是( )
A．必须对信号进行调制
B．必须使信号产生电谐振
C．必须把传输信号加到高频电流上
D．必须使用开放电路
2．(多选)雷达是利用无线电波来探测目标方向和距离的一种装置，雷达的天线犹如喊话筒，能使电脉冲的能量集中向某一方向发射；接收机的作用则与人耳相仿，用以接收雷达发射机所发出电脉冲的回波．测速雷达主要是利用多普勒效应，可由回波的频率改变数值，计算出目标与雷达的相对速度．以下说法正确的是( )
A．雷达发射的是不连续的电磁波
B．雷达用的是微波波段的无线电波
C．目标离雷达天线而去时，反射信号频率将高于发射信号频率
D．目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率
3．简单的、比较有效的电磁波的发射装置，至少应具备以下电路中的( )
①调谐电路 ②调制电路 ③高频振荡电路 ④开放振荡电路
A．①②③ B．②③④
C．①④ D．①②④
4．对讲机是深山探险爱好者必备的通讯工具，原理如图甲所示，不使用时高频振荡器产生的高频等幅振荡如图乙所示，在正常使用的过程中，即探险家对话筒喊话时产生的低频振荡如图丙所示．根据以上可知，该对讲机发射的无线电波应为( )
4．无线电波的发射、传播与接收
5．无线电波与移动互联网
必备知识·自主学习
一、
1．(2)足够高
2．(1)高频等幅
二、
1．长波 中波 能量
2．电离层 短波
3．微波 中继站
三、
1．导体
2．固有频率 频率
3．电谐振
四、
1．存储 传递
2．基站
3．NFC
4．调频波
关键能力·合作探究
探究点一
【导学探究】
提示：烽火台，鸽子，驿站，邮差等；广播，电视，电话，手机，互联网；古代通过的是人力和动物，现在依靠的是电磁波．
【典例示范】
例1 解析：要增大无线电台向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由f＝知，减小L和C可以提高f.要减小L可采取减少线圈匝数、向外抽出铁芯的办法，要减小C可采取增大极板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法，A、B、D正确．
答案：ABD
素养训练1 解析：使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制，而调制共有两种方式：一种是调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载；另一种是调频，即通过改变电磁波的频率来实现信号加载．由题意可知高频载波的振幅随电信号改变，所以调制方式为调幅，故选C.
答案：C
探究点二
【导学探究】
提示：调节旋钮调改变的是可变电容器的电容，可以改变调谐电路的频率，使它跟要接收的电台发出的电磁波的频率相同，这个频率的电磁波在调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了这个电台．
【典例示范】
例2 解析：发生电谐振时两电路的固有频率相同．为使回路发生电谐振，可以改变可变电容器C2，使f2＝f1，
即＝
C2＝＝pF＝50 pF.
发生电谐振时的频率
f1＝≈1.78×106 Hz＝1.78 MHz.
答案：改变可变电容器C2的电容，使得C2为50 pF
1．78 MHz
素养训练2 解析：接收电路与电磁波发生电谐振时，即接收电路的固有频率等于电磁波的频率时，电路中激起的感应电流最大，A正确；根据调谐概念可知，B正确，D错误；收音机的接收电路是LC回路，C正确．
答案：ABC
随堂演练·自主检测
1．解析：电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，把传输信号加到高频电流上，为了有效地向外发射电磁波，必须使用开放电路，A、C、D正确．产生电谐振是在接收过程，B错误．
答案：ACD
2．解析：雷达发射的是不连续的电磁波，采用微波进行发射．根据多普勒效应，当目标离雷达天线而去时反射信号频率低于发射信号频率，当目标向雷达天线靠近时反射信号频率高于发射信号频率，A、B、D正确，C错误．
答案：ABD
3．解析：比较有效的发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路．调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上才能发射出去，高频振荡电路能产生高频电磁波，开放振荡电路能把电磁波发送的更远．而调谐电路是在接收端需要的电路，B正确．
答案：B
4．解析：高频振荡器产生高频等幅振荡，话筒里有碳膜电阻，它的阻值随压力变化而变化．当我们对着它说话时，空气对它的压力随着声音而变化，那么它的电阻也就随声音信号而变化，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，故选B.
答案：B章末素养培优（四）
核心素养——科学思维
LC振荡过程中规律的表达
(1)定性表达．在LC振荡过程中，磁场能及与磁场能相关的物理量(如线圈中电流强度、线圈电流周围的磁场的磁感应强度、穿过线圈的磁通量等)和电场能及与电场能相关的物理量(如电容器的极板间电压、极板间电场的电场强度、极板上电量等)都随时间做周期相同的周期性变化．这两组量中，一组最大时，另一组恰最小；一组增大时，另一组正减小．
(2)定量表达．在LC振荡过程中，尽管磁场能和电场能的变化曲线都比较复杂，但与之相关的其他物理量和变化情况却都可以用简单的正(余)弦曲线给出定量表达．以LC振荡过程中线圈L中的振荡电流i(与磁场能相关)和电容器C的极板间交流电压u(与电场能相关)为例，其变化曲线分别如图中的(a)、(b)所示．
例 如图所示的LC振荡回路中振荡电流的周期为2×10－2s.自振荡电流沿逆时针方向达最大值时开始计时，当t＝3.4×10－2s时．电容器正处于________状态(填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)．这时电容器的上极板________(填“带正电”“带负电”或“不带电”)．
章末素养培优
例 解析：电磁振荡过程是电路中振荡电流、极板带电量等物理量周期性变化的
过程．为分析某时刻t(t>T)振荡情况，可由下列变换式t＝nT＋t′(0设t＝3.4×10－2s＝2×10－2s＋1.4×10－2s＝T＋t′.则从图线处于t轴下方可知，电路中振荡电流沿顺时针方向，故上极板应带正电．
答案：充电 带正电
