(共50张PPT)
第四章 电磁振荡与电磁波
第一、二节 电磁振荡 麦克斯韦电磁场理论
核心素养点击
物理观念 (1)了解电磁振荡，知道LC振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化情况及电场能与磁场能的转化情况。
(2)了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，知道电磁波的概念。
(3)了解电磁场是物质的一种形式，会从电磁场的物质性与能量传播的观点解释电磁波的发射与接收。
科学思维 (1)知道电磁振荡的周期与频率，会用其分析、解释有关问题。
(2)经历分析电磁振荡周期与L、C关系的过程，体会定性分析推理的方法。
科学探究 实验观察电磁振荡中各物理量的变化过程。
科学态度与责任 了解麦克斯韦对电磁学的贡献，领会物理实验对物理学发展的基础意义。
续表
一、电磁振荡
1．填一填
(1)振荡电流：大小和方向都做 变化的电流。
(2)振荡电路：能产生 的电路。
(3)LC振荡电路：由线圈和电容器组成的振荡电路。
(4)电磁振荡过程中能量的转化
如图所示，先把开关置于电源一侧，为电容器充电，稍后
再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。
周期性
振荡电流
①放电过程：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0逐渐增大，同时电容器极板上的带电量逐渐 。到放电完毕时，电容器极板上没有电荷，放电电流达到 。此过程中，电容器储存的 能逐渐转化为线圈的 能。
②充电过程：电容器放电完毕时，由于线圈的 作用，电流并不会立即减小为0，而要保持原来的方向继续流动并逐渐减小，电容器开始 ，极板上的电荷逐渐 ，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到 。此过程中线圈中的 能逐渐转化为电容器的 能。
减少
最大值
电场
磁场
自感
充电
增多
最大值
磁场
电场
2．判一判
(1)在LC振荡电路中，回路中电流值最大时刻，回路中磁场能最大。 ( )
(2)在LC振荡电路中，电容器放电完毕时刻，回路中磁场能最小。 ( )
(3)振荡电流的大小和方向均不断变化。 ( )
周期性
次数
√
×
√
3．选一选
要增大LC振荡电路的频率，可采取的办法是 ( )
A．增大电容器两极板正对面积 B．减少电容器的带电荷量
C．在线圈中放入软铁棒作铁芯 D．减少线圈匝数
二、麦克斯韦电磁场理论
1．填一填
(1)19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦建立了完整的 理论，并预言了 _______的存在。
(2)麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设
①变化的磁场周围会产生 。
②变化的电场周围会产生 。
(3)电磁场：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场总是相互 ，形成一个不可分离的统一体，称为电磁场。
电磁场
电磁波
电场
磁场
联系
(4)伟大的预言
①电磁波：变化的电场和磁场由近及远地向周围空间 形成电磁波。
②电磁波的特点：
a．电磁波是 波。
b．电磁波的频率由 决定，与介质无关。
c．电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，光波的本质是 波。
传播
横
波源
电磁
(5)赫兹实验
①1888年，赫兹利用如下实验装置证实了 的存在。
②赫兹还观察到电磁波的反射、 、干涉、衍射和偏振等现象，证明了电磁波在真空中的传播速度就是 。
2．判一判
(1)电磁波在真空中和介质中传播的速度相同。 ( )
(2)只要有电场和磁场，就能产生电磁波。 ( )
(3)不同频率的电磁波在空间传播的速度是不同的。 ( )
电磁波
折射
光速
×
×
×
3．想一想
如图所示，为某电路的电场随时间变化的图像，那么，该变化的电场能否在空间产生电磁波？
提示：电场均匀变化，产生的磁场恒定不变，故不会在空间产生电磁波。
探究(一) 电磁振荡过程分析
[问题驱动]
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。
(1)电容器通过线圈放电过程中，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？
(2)在如图所示的电路中，如果仅更换自感系数L更大的线圈，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？振荡周期T会怎样变化？
提示：(1)电容器放电过程中，线圈中的电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能。
(2)自感电动势更大，“阻碍”作用更大，振荡周期变长。
【重难释解】
1．电磁振荡过程各物理量的变化规律
续表
2．振荡电流、极板带电量随时间的变化图像(如图所示)
3．板间电压u(图甲)、电场能EE(图乙)、磁场能EB(图丙)随时间变化的图像
4．分类分析
(1)同步关系：
在LC振荡电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↑)
线圈上的物理量：电流i、线圈里的磁感应强度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振荡电路变化过程中，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↓。
典例1 (多选)如图甲所示，在LC振荡电路中，通过P点的电流变化规律如图乙所示，且把通过P点向右的方向规定为电流i的正方向，则 ( )
A．0.5～1 s时间内，电容器C在放电
B．0.5～1 s时间内，电容器C的上极板带正电
C．1～1.5 s时间内，Q点的电势比P点的电势高
D．1～1.5 s时间内，电场能正在转变成磁场能
[解析] 0.5～1 s时间内，振荡电流是充电电流，充电电流是由负极板流向正极板，故A、B错误；1～1.5 s时间内，振荡电流是放电电流，放电电流是由正极板流向负极板，由于电流为负值，所以由Q流向P，Q点的电势比P点的电势高，电场能正在转变成磁场能，故C、D正确。
[答案] CD
【素养训练】
1．(多选)如图表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是 ( )
A．电容器正在放电
B．电感线圈中的磁场能正在减少
C．电感线圈中的电流正在减小
D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
解析：由题图中电容器的正负极、磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流向着电容器带负电的极板流动，也就是电容器处于放电过程中，这时两极板电荷量和电压、电场能处于减少过程，而电流正在增大，线圈中磁场能正在增加，A正确，B、C错误；由楞次定律可知，线圈中感应电动势阻碍电流的增大，D正确。
答案：AD
答案：B
3．如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定回路中振荡电流的方向为逆时针时为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是 ( )
探究(二) 对麦克斯韦电磁场理论的理解
[问题驱动]
(1)麦克斯韦根据什么认为“变化的磁场产生电场”？
(2)关于“变化的电场产生磁场”的观点，麦克斯韦是在什么情况下提出的？
提示：(1)麦克斯韦是基于电磁感应现象提出“变化的磁场产生电场”的假设。
(2)“变化的电场产生磁场”，是麦克斯韦出于对自然规律的洞察力，很大胆的假设，也是更具创造性的假设。他认为：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场。
【重难释解】
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
电场 磁场
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
如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，形成了不可分割的统一体，这就是电磁场。
(2)电磁场与静电场、磁场的比较
三者可以在某空间混合存在，但由静电场和磁场混合的空间不属于电磁场。电磁场是电场、磁场相互激发，相互耦连形成的统一体。电磁场由近及远传播，形成电磁波，如图所示。
典例2 (多选)如图所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于玻璃圆环内径的带正电荷的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，设运动过程中小球所带电荷量不变，那么( )
A．小球对玻璃圆环的压力不断增大
B．小球受到的磁场力不断增大
C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动
D．磁场力对小球一直不做功
[解析] 玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的涡旋电场，对带正电荷的小球做功。由楞次定律，判断电场方向为顺时针方向。在电场力作用下，小球先沿逆时针方向做减速运动，后沿顺时针方向做加速运动。小球在水平面内沿玻璃圆环半径方向受两个力作用：环的弹力FN和磁场的洛伦兹力F＝Bqv，而且两个力的矢量和时刻等于小球做圆周运动的向心力。考虑小球速度大小、方向以及磁场强弱的变化，弹力FN和洛伦兹力F不一定始终在增大。磁场力始终与小球做圆周运动的线速度方向垂直，所以磁场力对小球不做功。
[答案] CD
(1)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。而产生的电场或磁场如何变化与原磁场或原电场的变化规律有关。
(2)洛伦兹力对运动电荷永不做功，但变化的磁场产生的感应电场可以对运动电荷做功。
【素养训练】
1．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．变化的磁场周围产生的电场一定是变化的
C．均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的
D．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的
解析：非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场产生稳定的磁场，所以变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场，但不一定变化，故A、B错误；均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，故C错误；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故D正确。
答案：D
2．(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是 ( )
3．(多选)如图所示，有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管，
半径为R，有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处于竖直向上
的磁场中，要使带电粒子由静止开始沿管做圆周运动，所加磁场可
能是 ( )
A．匀强磁场
B．均匀增加的磁场
C．均匀减少的磁场
D．由于洛伦兹力不做功，不管加什么磁场都不能使带电粒子运动
解析：磁场对静止的电荷不产生力的作用，但当磁场变化时可产生电场，电场对带电粒子产生电场力的作用，带电粒子在电场力作用下可以产生加速度，选项B、C正确。
答案：BC
探究(三) 电磁波与机械波的比较
[问题驱动]
如图所示，2020年10月11日，嫦娥四号着陆器受光照成功
自主唤醒，进入第23月昼工作期，并不断向控制中心发来图片。
请问嫦娥四号发给地面控制中心的信息是通过机械波传播的还是通过电磁波传播的？为什么？
提示：电磁波。因为机械波的传播离不开介质，而电磁波可以在真空中传播。
【重难释解】
电磁波与机械波的比较
种类 机械波 电磁波
实质 力学现象 电磁现象
周期性 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
传播特点 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关 传播无需介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关
续表
典例3 (多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，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
[解析] 机械波由波源振动产生，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，故选项B、C、D正确。
[答案] BCD
【素养训练】
1．下列说法正确的是 ( )
A．电磁波在真空中以光速c传播
B．在空气中传播的声波是横波
C．声波只能在空气中传播
D．光需要介质才能传播
解析：电磁波在真空中的传播速度为光速c，选项A正确；在空气中传播的声波是纵波，选项B错误；声波可以在气体中传播，也可以在液体、固体中传播，选项C错误；光可以在真空中传播，因此，光不需要介质也能传播，选项D错误。
答案：A
2．(多选)关于电磁波和机械波，下列说法正确的是 ( )
A．电磁波和机械波的传播都需要借助于介质
B．电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切
相关
C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象
D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场
解析：机械波的传播需要借助于介质，但电磁波的传播不需要借助介质，选项A错误；电磁波和机械波的传播速度都与介质有关，选项B错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象，选项C正确；变化的电场产生磁场，选项D正确。
答案：CD
3．(多选)关于电磁波与声波，下列说法正确的是 ( )
A．电磁波是由电磁场发生的区域向远处传播，声波是声源的振动向远处传播
B．电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需要介质
C．由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大
D．由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波的波长变小
一、培养创新意识和创新思维
1．(多选)如图所示是水下机器人PowerRay“小海鳐”，它在
水下开启寻鱼模式可以通过声呐技术(通过发射声波和接收
回波判断目标物的距离、方位和移动速度等信息)准确探测
鱼群。它也能将水下鱼群信息通过无线电波传输上岸，由于在水中衰减快，其最大传输距离为80 m。下列分析合理的是 ( )
A．声波和无线电波在水中的传播速度相等
B．无线电波在水中衰减指的是其频率不断减小
C．发射声波后能形成回波是波的反射现象
D．若接收回波频率大于发射声波的频率，说明鱼正在靠近
解析：声音进入水中传播速度会增大，无线电波进入水中传播速度会减小，但两者的速度不相等，故A错误；无线电波进入水中时频率不变，波长变短，故B错误；发射声波后能形成回波是波的反射现象，故C正确；根据波的多普勒效应可知，若接收回波频率大于发射声波的频率，说明声源接近观察者，即鱼正在靠近，故D正确。
答案：CD
二、注重学以致用和思维建模
2. (多选)如图所示是一台电子钟，其原理类似于摆钟，摆钟是利
用单摆的周期性运动计时的，电子钟是利用LC振荡电路来计时
的，有一台电子钟在家使用一段时间后，发现每昼夜总是快1 min。出现这种现象的可能原因是 ( )
A．L不变，C变大了 B．L不变，C变小了
C．L变小了，C不变 D．L、C均变小了
3．第五代移动通信技术(简称5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，采用3 300～5 000 MHz(1 M＝106)频段的无线电波。第四代移动通信技术4G，其频段范围是1 880～2 635 MHz。5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 Gbps(bps为bits per second的英文缩写，即比特率、比特/秒)，是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是 ( )
A．4G信号和5G信号都是纵波
B．4G信号更容易发生明显的衍射现象
C．4G信号和5G信号相遇能发生稳定干涉现象
D．5G信号比4G信号在真空中的传播速度快
解析：电磁波均为横波，选项A错误；因5G信号的频率更高，则波长小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，选项B正确；两种不同频率的波不能发生干涉，选项C错误；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，选项D错误。
答案：B
4.如图所示是通过电容器电容的变化来检测容器内液面高低
的仪器原理图，容器中装有导电液体，是电容器的一个电
极，中间的导电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LC振荡电路，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________(选填“升高”或“降低”)；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，则此时导电芯柱的电势正在________(选填“升高”或“降低”)。(共47张PPT)
第三、四节 电磁波的发射、传播和接收 电磁波谱
核心素养点击
物理观念 (1)知道有效地发射电磁波的两个条件。
(2)了解电磁波的发射、传播和接收过程。
(3)了解电磁波谱的构成，知道各波段电磁波的作用及应用。
(4)知道电磁波具有能量，是一种物质。
科学思维 (1)领会高频电磁波在无线电发射与接收中的重要作用。
(2)通过查阅电磁波谱中各种频段波的应用相关资料，培养学生收集信息，加工处理信息的能力。
科学探究 了解电磁波在信息传递中的应用。
科学态度与责任 体会电磁波的应用对人类生活和社会发展的影响，明确不同的电磁波具有不同的用途，感悟现代科技的正反两个方面，培养学生辩证唯物的价值观。
续表
一、电磁波的发射、传播和接收
1．填一填
(1)电磁波的发射
①两个条件：要有足够高的 和LC振荡电路的电场、磁场尽可能分布到 。
②开放电路：一条深入高空成为 ，另一条接入地下成为 。
③无线电波：无线电技术中使用的电磁波。
振荡频率
较大的空间
天线
地线
④调制、调幅和调频
把低频的电信号“加载”到高频等幅振荡电流上称为 。调制的方法有两种：一是调幅，使高频电磁波的 随信号的强弱而变；另一种叫调频，使高频电磁波的 随信号的强弱而变。
(2)电磁波的传播
①无线电波的三种传播方式：地波、天波和直线传播。
调制
振幅
频率
波段 波长λ/m 频率f/kHz 传播方式 主要用途
长波 3 000～30 000 10～100 地波 超远程无线电通信和导航
中波 200～3 000 100～1 500 地波和天波 调幅无线电广播、电报、通信
中短波 50～200 1 500～6 000
短波 10～50 6 000～
30 000 天波
②不同波段无线电波传播方式及其应用：
微
波 米波 1～10 30 000～300 000 近似于直线传播 调频无线电广播、电视、
导航
分米波 0.1～1 300 000～3 000 000 直线传播 电视、雷达、
导航
厘米波 0.01～0.1 3 000 000～30 000 000
毫米波 0.001～0.01 30 000 000～300 000 000
续表
(3)电磁波的接收
①选台：在空间弥漫着的许多不同频率的无线电波中把需要的选出来的过程。
②调谐：当接收电路的固有频率调到与需要接收的无线电波的频率相同时，该无线电波在接收电路里将激起最强的振荡电流，该过程称为调谐。
③调谐电路：能够调谐的接收电路，简单的调谐电路如图所示。
④检波：从高频振荡电流中“检”出它所携带的 信号电流
的过程。检波是调制的逆过程，所以又叫解调。
低频
2．判一判
(1)振荡电路的频率越高，发射电磁波的本领越大。 ( )
(2)要将传递的声音信号向远距离发射，必须以高频电磁波作为载波。 ( )
(3)如图所示的高频波为调幅波。 ( )
(4)只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。 ( )
√
√
√
×
3．想一想
打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量。在收音机附近，将电池盒的两根引线反复碰触，你会听到收音机中发出“喀喀”的响声。为什么会产生这种现象呢？
提示：电磁波是由电磁振荡产生的，在收音机附近，将电池盒两引线反复碰触，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，这样会发出电磁波，从而导致收音机中发出“喀喀”声。
二、电磁波谱
1．填一填
(1)认识电磁波谱
①定义：将各种电磁波按波长或频率大小的顺序排列成谱，称为电磁波谱。
②组成：无线电波、 、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
③产生机理：无线电波是自由电子振荡产生的，红外线、可见光、紫外线是原子的 受到激发后产生的，X射线是原子的内层电子受到激发后产生的，γ射线是原子核受激发后产生的。
红外线
外层电子
(2)电磁波家族成员的特性及其应用
电磁波 特点 用途
无线电波 波动性强 通信、广播、导航
红外线 热作用强 加热、遥测、遥感、红外线制导
可见光 感光性强 照明、照相等
紫外线 化学作用荧光效应 杀菌消毒、治疗皮肤病等
X射线 穿透力较强 检查、探测、透视、治疗
γ射线 穿透力最强 探测、治疗、育种
2．判一判
(1)X射线对生命物质有较强的破坏作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变。
( )
(2)γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的穿透能力还要强。 ( )
(3)紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射。 ( )
√
×
√
3．想一想
如图，中国女航天员王亚平在“天宫一号”为中小学生授课。思考一下，王亚平授课的视频是怎样传到地面上的？
提示：通过电磁波来传递。
探究(一) 无线电波的发射和接收
[问题驱动]
电台发射的信号，如声音信号，为什么不直接将声音信号转化为电信号发射出去，而是加载到高频信号中发射呢？
提示：因为声音信号频率较低，而电台要向远处发射电磁波，要有足够高的频率，实践证明，只有提高发射频率才能提高发射能力，高频电磁波就是那些有用的低频信号的“载体”，而把频率较低的信号加载到高频电磁波上去的过程就是调制过程。
【重难释解】
1．无线电波的发射和接收过程
2．“调幅”和“调频”是调制的两个不同的方式
(1)调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示。
(2)调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示。
3．电磁波的接收原理
(1)电磁波在空间传播时，如果遇到导体，就会使导体产生感应电流，感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。因此利用放在电磁波传播空间中的导体，就可以接收到电磁波。
(2)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。
4．无线电波的接收
(1)无线电波的接收电路。
(2)通过电谐振来选台。
(3)通过解调获取信号。
(4)放大电路：经解调取出携带的信号，放大后再通过扬声器和显示设备还原成声音或图像的过程。
典例1 (多选)下列对无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是
( )
A．经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强
B．经过调制后的电磁波在空间传播得更快
C．经过调制后的电磁波在空间传播波长不变
D．经过调制后的电磁波在空间传播波长改变
[解析] 调制是把要发射的信号“加”到高频等幅振荡电流上去，频率越高，传播信息能力越强，A对；电磁波在空气中以接近光速传播，B错；由v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错，D对。
[答案] AD
相近概念的辨析技巧
(1)调频和调幅：这是调制的两种方式，使电磁波的频率随信号改变的调制方式叫调频；使电磁波的振幅随信号改变的调制方式叫调幅。
(2)调制和解调：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫作调制；把低频电信号从高频载波中还原出来叫解调，是调制的逆过程。
【素养训练】
1．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
2．世界各地有许多无线电台同时广播，用收音机一次只能收听到某一电台的播音，而不是同时收听到许多电台的播音，其原因是 ( )
A．因为收听到的电台离收音机最近
B．因为收听到的电台频率最高
C．因为接收到的电台电磁波能量最强
D．因为接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的固有频率相同，产生了电谐振
解析：选台就是调谐过程，使f固＝f电磁波，在接收电路中产生电谐振，激起的感应电流最强，D正确。
答案：D
3．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电流如图甲所示，人对着话筒说话产生低频振荡电流信号如图乙所示，根据这两个图像，发射出去的电磁波图像应是图中的 ( )
解析：高频振荡器产生高频等幅振荡电流，话筒里面有碳膜电阻，它的阻值随压力变化而变化。当我们对着话筒说话时，空气对它的压力随着声音信号的变化而变化，那么它的电阻也就随声音信号的变化而变化，振荡电流的振幅也就随着声音信号的变化而变化，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
探究(二) 各种电磁波的特性
[问题驱动]
(1)白光经三棱镜后发生色散，形成光谱，各种色光按波长大小如何排列的？
(2)为什么有些动物在夜间也可以“看到”物体，红外线主要有哪些作用呢？
提示：(1)各种色光按波长由大到小排列为：红橙黄绿青蓝紫。
(2)因为一切物体都不停地发射红外线，温度越高的物体发射的红外线越强，有些动物能感知红外线，所以就能在夜间看清物体；红外线的作用有：①红外遥感：勘测地热、寻找水源、人体检查等；②红外遥控：家用电器的遥控器；③加热物体：红外线很容易使物体的温度升高。
【重难释解】
1．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)都遵循公式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。
2．个性
(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)产生机理不同
(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。
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
典例2 下列说法正确的是 ( )
A．只有物体温度较高时才能向外辐射红外线
B．紫外线的主要作用是热作用
C．可见光比红外线容易发生衍射现象
D．X射线穿透力强，可用来进行人体透视
[解析] 任何物体在任何温度下均会向外辐射红外线，A错误；紫外线的主要作用是化学作用和荧光作用，B错误；可见光的波长小于红外线的波长，故可见光相对红外线不容易发生衍射现象，C错误；X射线穿透力强，医学上常用于人体透视，D正确。
[答案] D
不同的电磁波具有不同的特点，会有不同的用途，要熟知它们的特点和在现代科技、生活中的应用，还要将它们与学过的有关知识联系起来。
【素养训练】
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
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
2．(多选)下列说法符合实际的是 ( )
A．医院里常用X射线对病房和手术室消毒
B．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
解析：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利用了红外线的衍射能力较强、容易透过云雾烟尘的特性，所以正确选项为B、D。
答案：BD
3． (多选)关于物理知识在生活中的应用，下列说法正确的是 ( )
A．机场、车站所用的测量人体温度的测温仪应用的是紫外线
B．雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的无线电设备
C．γ射线可以用来治疗某些癌症
D．医院给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强
解析：一切物体均发出红外线，随着温度不同，辐射强度不同，测量人体温度的测温仪应用的是红外线，故A错误；雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的，故B正确；γ射线可以破坏生命物质，可以用来治疗某些癌症，故C正确；给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强，故D正确。
答案：BCD
探究(三) 雷达的原理及应用
【重难释解】
1．雷达的原理：利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。
2．雷达的构造及特点：一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。
(1)雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端。
(2)雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段。
典例3 一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为
1 μs，两次发射的时间间隔为100 μs，在指示器的荧光屏上呈现
出的尖形波如图所示，已知图中刻度 ab＝bc，则障碍物与雷达
之间的距离是多大？
[解题指导] 应用ab段为无线电波发射到返回的时间，可求出电磁波的路程，即可求出障碍物与雷达之间的距离。
雷达侦察问题的解决方法
(1)电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c，根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离。
(2)根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置。
(3)雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半。
【素养训练】
1．(多选)关于电磁波的传播，下列叙述正确的是 ( )
A．电磁波频率越高，越宜用地波传播
B．电磁波频率越高，越易沿直线传播
C．短波适宜以天波形式传播
D．电磁波在各种介质中传播时波长恒定
解析：由v＝λf可知，电磁波频率越高，波长越短，衍射能力越差，不宜用地波传播，频率高的电磁波的传播跟光的传播相似，沿直线传播，故选项B正确，A错误；电离层对短波吸收少反射多，故短波适宜以天波形式传播，选项C正确；电磁波在不同介质中传播时，速度改变，频率不变，由v＝λf，可判断出波长改变，选项D错误。
答案：BC
2．(多选)关于无线电波的传播，下列说法正确的是 ( )
A．发射出去的电磁波，可以传到无限远处
B．无线电波遇到导体，就可以在导体中激起同频率的振荡电流
C．波长越短的电磁波，越接近直线传播
D．移动电话是利用无线电波进行通信的
解析：无线电波在传播过程中，遇到障碍物就会被吸收一部分，遇到导体，会在导体内产生感应电流(同频率的振荡电流)，故选项A错误，B正确；波长越短，传播方式越接近直线传播，移动电话发射或接收的电磁波属于无线电波的高频段，故选项C、D正确。
答案：BCD
3．一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图所示，A是发射时的雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，则敌机距雷达站的距离是( )
A．9×105 m B．4.5×105 m
C．3×105 m D．无法确定
一、培养创新意识和创新思维
1．北京出租车某司机在开车时喜欢听中央人民广播音乐之声FM90 MHz、文艺广播FM87.6 MHz和有线古典音乐FM97.4 MHz三个文艺广播电台，但是在上午他喜欢听中央广播音乐之声FM90 MHz的节目，这三种无线电波同时传向车载收音机的接收天线。
(1)上午他应该把收音机的调谐电路的频率调到多少？
(2)中央广播音乐之声FM90 MHz的无线电波的波长是多少？
(3)如果想接收到有线古典音乐FM97.4 MHz的信号，应该把调谐电路中可变电容器的动片旋进一些还是旋出一些？
二、注重学以致用和思维建模
2．雷达是用来对目标进行定位的现代化定位系统，海豚也具有完善的声呐系统，它能在黑暗中准确而快速地捕捉食物，避开敌害，远远优于现代化的无线电系统。海豚的定位、雷达的定位分别利用了自身发射的 ( )
A．电磁波 次声波 B．红外线 光线
C．次声波 红外线 D．超声波 电磁波
解析：海豚能发射超声波，它是一种频率高于2×104 Hz的声波，它的波长非常短，因而能定向发射，而且在水中传播时因能量损失小，要比无线电波传播得远。海豚就是靠自身发出的超声波的回声，在混浊的水里准确确定远处小鱼的位置而猛冲过去吞食的。雷达是一个电磁波的发射和接收系统，因而是靠发射电磁波来定位的。
答案：D
3．验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光；家用电器的遥控器发出的“光”，能用来控制电风扇、电视机、空调器等电器的开启与关闭。对于它们发出的“光”，下列说法中正确的是 ( )
A．验钞机和遥控器发出的“光”都是紫外线
B．验钞机发出的“光”是紫外线，遥控器发出的“光”是红外线
C．验钞机和遥控器发出的“光”都是红外线
D．验钞机发出的“光”是红外线，遥控器发出的“光”是紫外线
解析：紫外线可以使钞票上的荧光物质发光，所以验钞机发出的“光”是紫外线，红外线可以用在遥控器上，遥控器发出红外线，实现了无线控制家中的用电器，方便人们的生活。
答案：B
4．太阳风暴袭击地球时，不仅会影响通信，威胁卫星，而且会破坏臭氧层，臭氧层作为地球的保护伞，是因为臭氧能吸收太阳辐射中波长较短的紫外线。若某种紫外线的频率为1.5×1015 Hz。
(1)该紫外线的波长是多少？
(2)紫外线的主要作用有哪些？
(3)简要说明人体不接受紫外线照射和被紫外线照射过量分别会产生什么后果？
答案：(1)200 nm (2)(3)见解析
