课件45张PPT。第十四章 电磁波1 电磁波的发现 2 电磁振荡填一填练一练1.伟大的预言(见课本第75页)
(1)变化的磁场产生电场:
①实验基础:如图所示,在变化的磁场中放一个闭合电路,电路中就会产生感应电流。
②麦克斯韦的见解:电路里有感应电流产生,一定是变化的磁场产生了电场,自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。
③实质:变化的磁场产生了电场。
(2)变化的电场产生磁场:麦克斯韦假设,既然变化的磁场能产生电场,那么变化的电场也会在空间产生磁场。填一填练一练2.电磁波(见课本第76页)
(1)电磁波的产生:变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远向周围传播,形成电磁波。
(2)电磁波是横波:根据麦克斯韦的电磁场理论,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,因此电磁波是横波。
(3)电磁波的速度:麦克斯韦指出了光的电磁本性,他预言电磁波的速度等于光速。填一填练一练3.赫兹的电火花(见课本第76页)
(1)赫兹的实验:如图所示。
(2)实验现象:当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时,导线环两个金属小球间也跳过电火花。
(3)现象分析:当感应线圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时,空间出现了迅速变化的电磁场,这种电磁场以电磁波的形式在空间传播。在电磁波到达导线环时,它在导线环中激发出感应电动势,使得导线环的空隙处也产生了火花。填一填练一练(4)实验结论:赫兹证实了电磁波的存在。
(5)赫兹的其他实验成果,赫兹做了一系列的实验,观察了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射现象,并通过测量证明,电磁波在真空中具有与光相同的速度,证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。填一填练一练4.电磁振荡的产生(见课本第78页)
(1)振荡电流:大小和方向都做周期性迅速变化的电流。
(2)振荡电路:能产生振荡电流的电路。
(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,电容器和线圈组成振荡电路。
①放电过程:由于线圈的自感作用,放电电流由零逐渐增大,电容器极板上的电荷逐渐减小,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,放电完毕的瞬间,电场能全部转化为磁场能。填一填练一练②充电过程:电容器放电完毕时,由于线圈的自感作用,电流保持原来的方向逐渐减小,电容器将进行反向充电,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,充电完毕的瞬间,磁场能全部转化为电场能。
此后,这样的放电和充电过程反复进行下去。
(4)电磁振荡的实质
在电磁振荡过程中,电容器极板上的电荷量、电路中的电流、电容器里的电场强度、线圈里的磁感应强度都随时间做周期性变化,电场能与磁场能发生周期性的相互转化。填一填练一练5.电磁振荡的周期和频率(见课本第80页)
(1)周期:电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
(2)频率:1 s内完成的周期性变化的次数。
如果振荡电路没有能量损失,也不受其他外界影响,这时
的周期和频率分别叫作固有周期和固有频率。
(3)周期和频率公式:填一填练一练下列关于电磁波的叙述中,正确的是( )
A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
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.电磁波也能产生干涉、衍射现象
解析:电场、磁场相互激发并向外传播,形成电磁波,选项A正确。电磁波只有在真空中波速为3.0×108 m/s,在其他介质中均小于3.0×108 m/s,选项B错误。根据 知,光从真空进入介质,频率不变,波速减小,所以波长λ减小,故选项C正确。电磁波具有波的一切性质,能产生干涉和衍射现象,故选项D正确。
答案:ACD探究一探究二探究三探究一对麦克斯韦电磁场理论的理解?
问题导引
如图是赫兹实验的装置示意图,请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题?探究一探究二探究三名师精讲
1.电磁场的产生
如果在空间某处有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场,这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。探究一探究二探究三2.对麦克斯韦电磁场理论的理解 探究一探究二探究三探究一探究二探究三典例剖析
【例题1】 根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法中正确的是( )
A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在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.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
解析:根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,只有选项D正确。
答案:D探究一探究二探究三探究一探究二探究三变式训练1 导学号38190117如图所示的四种电场中,哪一种能产生电磁波( )?
解析:由麦克斯韦电磁场理论,当空间出现恒定的电场时(如A图),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B、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出电场,故也不会产生电磁波;只有振荡的电场(即周期性变化的电场)(如D图),才会激发出振荡的磁场,振荡的磁场又激发出振荡的电场……如此周而复始,便会形成电磁波。
答案:D探究一探究二探究三探究二电磁波与机械波的比较?
问题导引
如图所示,某同学正在回答神舟十号航天员王亚平的问题,请问她们的通话是通过机械波进行的还是通过电磁波进行的?为什么?探究一探究二探究三探究一探究二探究三名师精讲
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,所以除具有波的共性外,还有不同之处。 探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究一探究二探究三典例剖析
【例题2】 关于电磁波与声波的说法,下列正确的是( )
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,声波的波长变小探究一探究二探究三解析:由电磁波和声波的概念可知A正确;因为电磁波可以在真空中传播,而声波属于机械波,它的传播需要介质,在真空中不能传播,故B错误;电磁波在空气中的传播速度大于在水中的传播速度,在真空中的传播速度最大;声波在气体、液体、固体中的传播速度依次增大,故C正确;无论是电磁波还是声波,从一种介质进入另一种介质时频率都不变,所以由波长 及它们在不同介质中的传播速度可知,由空气进入水中时,电磁波的波长变短,声波的波长变长,故D错误。
答案:AC探究一探究二探究三变式训练2 导学号38190118关于电磁波与机械波,下列说法正确的是( )?
A.机械波和电磁波,本质上是一样的
B.电磁波在任何介质中传播速率都相同,机械波在同一种介质中传播速率都相同
C.电磁波和机械波都不能发生干涉
D.电磁波与机械波都能发生衍射
解析:机械波由机械振动产生,电磁波由振荡的电磁场产生,选项A错;电磁波的波速与介质和频率都有关,而机械波的传播速度只与介质有关,选项B错;电磁波和机械波都具有波的特性,选项C错,选项D对。
答案:D探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究三振荡过程中各物理量的变化情况?
问题导引
如图所示装置,先把开关扳到电池组一边,给电容器充电,稍后再把开关扳到线圈一边,让电容器通过线圈放电,会观察到电流表指针有何变化?说明什么问题?探究一探究二探究三名师精讲
1.用图象对应分析:振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能和磁场能之间的对应关系探究一探究二探究三甲 以逆时针方向电流为正 乙 图中q为上面极板的电荷量 探究一探究二探究三2.相关量与电路状态的对应情况 探究一探究二探究三3.几个关系
(1)同步同变关系
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↑)。探究一探究二探究三(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增大时,线圈中的三个物理量i、B、EB减小,且它们的变化是同步的,也即q、E、EE↑ i、B、EB↓。探究一探究二探究三探究一探究二探究三变式训练3?
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.A板带正电
B.A、B两板间的电压在增大
C.电容器C正在充电
D.电场能正在转化为磁场能
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,选项C错误,D正确;由题图中i方向可知B板带正电,选项A错误;由于电容器放电,电荷量减少,两板间的电压在减小,选项B错误。
答案:D探究一探究二探究三变式训练4 导学号38190119如图中画出一个LC振荡电路中的电流变化图线,根据图线可判断( )?
A.t1时刻线圈两端电压最大
B.t2时刻电容器两极间电压为零
C.t1时刻电路中只有电场能
D.t1时刻电容器的电荷量为零探究一探究二探究三解析:由图象知,计时开始时,电容器两极板的电荷量最大,电流为零,电容器放电开始,根据电流随时间的变化规律,可以在图中画出q-t图象(在图中用虚线表示)。由图象分析可知,t1时刻,电容器上电荷量为零,电势差为零,电场能为零,故D正确,A、C错误;t2时刻电容器电荷量q最大,两板间电势差最大,B错误。
答案:D探究一探究二探究三1 2 3 4 51.下列关于电磁波的说法正确的是( )
A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B.电磁波在真空和介质中传播速度相同
C.只要有电场和磁场,就能产生电磁波
D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
解析:变化的磁场就能产生电场,选项A正确;若只有电场和磁场而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波,选项C错误;光也是电磁波,在真空和介质中传播的速度不同,可判断选项B错误;D选项中没强调是“均匀”介质,若介质密度不均匀会发生折射,故选项D错误。
答案:A1 2 3 4 52.电磁波与机械波具有的共同性质是( )
A.都是横波
B.都能传输能量
C.都能在真空中传播
D.都具有恒定的波速
解析:电磁波是横波,机械波可以是纵波,选项A错误;它们都能传输能量,选项B正确;机械波不能在真空中传播,选项C错误;它们从一种介质进入另一种介质,波速变化,选项D错误。
答案:B1 2 3 4 53.为了增大LC振荡电路的固有频率,下列办法中可用的是 ( )
A.增大电容器两极板的正对面积并在线圈中放入铁芯
B.减小电容器两极板的距离并增加线圈的匝数
C.减小电容器两极板的距离并在线圈中放入铁芯
D.减小电容器两极板的正对面积并减少线圈的匝数1 2 3 4 54.
如图所示振荡电路中。
(1)当电感L=300 μH,电容器C的范围为25~270 pF,求振荡电流的频率范围;
(2)当电感L=10 mH,要产生周期T=0.02 s 的振荡电流,应配制多大的电容器?1 2 3 4 51 2 3 4 55.导学号38190120(选做题)在LC振荡电路中,线圈的自感系数L=2.5 mH,电容C=4 μF。
(1)该电路产生的振荡电流的周期多大?
(2)设t=0时,电容器上电压最大,在t=9.0×10-3 s时,通过线圈的电流是增大还是减小,这时电容器是处在充电过程还是放电过程?1 2 3 4 5第十四章 电磁波
1 电磁波的发现 2 电磁振荡
A组(15分钟)
1.根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法中正确的是( )
A.电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场
B.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
C.变化的电场周围一定产生变化的磁场
D.电磁波在真空中的传播速度为3.0×108 m/s
解析:根据麦克斯韦的电磁场理论,只有变化的电场周围产生磁场,变化的磁场周围产生电场,但变化的电场周围不一定产生变化的磁场,如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场。根据以上分析,选项B、D正确。
答案:BD
2.关于电磁波传播速度表达式v=λf,下列说法中正确的是 ( )
A.波长越长,传播速度越快
B.频率越高,传播速度越快
C.发射能量越大,传播速度越快
D.电磁波的传播速度与传播介质有关
解析:在真空中传播时,各类电磁波的传播速度相同。在介质中传播时,传播速度与介质有关。
答案:D
3.关于LC振荡电路中的振荡电流,下列说法中正确的是( )
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成电场能
D.振荡电流减小的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能
解析: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,振荡电流改变方向,这时的电流变化最快,电流变化率最大,线圈中的自感电动势最大,B错误;振荡电流增大时,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。
答案:D
4.在LC振荡电路中,电容器上带的电荷量从最大值变化到零所需的最短时间是( )
A. B.
C.π D.2π
解析:LC振荡电路的周期T=2π,其中电容器上的电荷量从最大值变到零所需的最短时间为t=,只有选项B正确。
答案:B
5.导学号38190121用麦克斯韦的电磁场理论判断,如图中表示电场(或磁场)产生磁场(或电场)的正确图象是( )
解析:由法拉第电磁感应定律E=N=NS可知,感应电动势与磁感应强度的变化率成正比。类似的,感应电场也与成正比,E与B的相位相差,故选项C正确。选项B中为定值,故选项B正确。
答案:BC
6.
甲
如图甲电路中,L是电阻不计的电感器,C是电容器,闭合开关S,待电路达到稳定状态后,再断开开关S,LC电路中将产生电磁振荡,如果规定电感器L中的电流方向从a到b为正,断开开关的时刻为t=0,那么图乙中能正确表示电感器中的电流i随时间t变化规律的是( )
乙
解析:S断开前,ab段短路,电流从b→a,电容器不带电;S断开时,ab中产生自感电动势,阻碍电流减小,给电容器C充电,此时电流负向最大;给电容器充电过程,电容器充电量最大时,ab中电流减为零;此后,LC回路发生电磁振荡形成交变电流。综上所述,选项C正确。
答案:C
7.有一LC振荡电路,能产生一定波长的电磁波,若要产生波长比原来短一些的电磁波,可用的措施为( )
A.增加线圈匝数
B.在线圈中插入铁芯
C.减小电容器极板正对面积
D.减小电容器极板间距离
解析:由于电磁波传播过程中波速v=λf恒定,因此欲使波长λ变短,必须使频率f升高,由于频率f=,所以,增加线圈匝数和在线圈中插入铁芯,将使线圈自感系数L增大而降低频率f;减小电容器极板间距将使电容C增大而降低频率f;减小电容器极板正对面积将由于电容C减小而升高频率f。可见,选项C正确。
答案:C
8.导学号38190122
一个智能玩具的声响开关与LC电路中电流有关,如图为该玩具内的LC振荡电路部分,已知线圈自感为L=0.25 H,电容器电容C=4 μF,在电容器开始放电时(取t=0),这时上极板带正电,下极板带负电,当t=2×10-2 s时,求:
(1)电容器的上极板带何种电?
(2)电路中电流的方向如何?
解析:(1)LC振荡电路的固有周期T=2π=2π s=2π×10-3 s,t=2×10-3s是第一个周期内的之间,在第一个内电容器放电,放电完毕,电容器上电荷为零,电路中电流最大,在第二个内,线圈中的电流方向不变,线圈中的自感电动势对电容器充电,下极板带正电,上极板带负电。
(2)在0~内电容器放电,电流方向为逆时针方向,电流从0逐渐增大到最大值。内由于线圈的自感作用,线圈中的电流沿原来的方向继续流动,只是大小从最大值逐渐减小至零,故t时刻时电路中的电流方向为逆时针。
答案:(1)负电 (2)逆时针
B组(15分钟)
1.
根据麦克斯韦电磁场理论,变化的磁场可以产生电场,当产生的电场的电场线如图所示时,可能是( )
A.向上方向的磁场在增强
B.向上方向的磁场在减弱
C.向上方向的磁场先增强,然后反向减弱
D.向上方向的磁场先减弱,然后反向增强
解析:在电磁感应现象的规律中,当一个闭合回路中由于通过它的磁通量发生变化时,回路中就有感应电流产生,回路中并没有电源,电流的产生是由于磁场的变化造成的。麦克斯韦把以上的观点推广到不存在闭合电路的情况,即变化的磁场产生电场。判断电场与磁场变化的关系仍可利用楞次定律,只不过是用电场线方向代替了电流方向。向上方向的磁场增强时,感应电流的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下,根据安培定则感应电流方向如图中E的方向所示。选项A正确,选项B错误。同理,当磁场反向即向下的磁场减弱时,也会得到如图中E的方向,选项C正确,选项D错误。
答案:AC
2.
如图所示,在内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内,有一直径略小于环口径的带正电的小球,正以速度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,设运动过程中小球的电荷量不变,那么( )
A.小球对玻璃环的压力不断增大
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,对带正电的小球做功。由楞次定律可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,选项C正确。小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力作用:环施予的弹力和磁场的洛仑兹力,且这两个力的矢量和时刻等于小球做圆周运动的向心力,考虑到小球速度大小的变化和方向的变化以及磁场强弱的变化,弹力和洛仑兹力不一定始终在增大,选项A、B错误。磁场力始终与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
3.某LC回路电容器两端的电压U随时间t变化的关系如图所示,则( )
A.在时刻t1,电路中的电流最大
B.在时刻t2,电路中的磁场能最大
C.从时刻t2至t3,电路的电场能不断增大
D.从时刻t3至t4,电容器的电荷量不断增大
解析:由前所述可知,t1时刻电容两端电压最高时,电路中振荡电流为零,t2时刻电容两端电压为零,电路中振荡电流最强、磁场能最大,选项A错误,B正确;在t2至t3的过程中,从题图可知,电容器两板电压增大,必有电场能增加,选项C正确;而在t3至t4的过程中,电容器两板电压减小,电荷量同时减少,选项D错误。
答案:BC
4.一个LC振荡电路中,线圈的自感系数为L,电容器电容为C,从电容器上电压达到最大值U开始计时,则有( )
A.至少经过π,磁场能达到最大
B.至少经过,磁场能达到最大
C.在 时间内,电路中的平均电流是
D.在 时间内,电容器放电量为CUm
解析:LC振荡电路周期T=2π,电容器电压最大时,开始放电,经 时间,放电结束,此时电容器电荷量为零,电路中电流最大,磁场最强,磁场能最大。因为Q=CU,所以电容器放电量Q=CUm,由I=,所以I=,得I=。
答案:BCD
5.
实验室里有一水平放置的平行板电容器,知道其电容C=1 μF。在两板带有一定电荷时,发现一粉尘恰好静止在两板间。手头上还有一个自感系数L=0.1 mH的电感器,现连成如图所示电路,试分析以下两个问题:
(1)从S闭合时开始计时,经过π×10-5 s时,电容器内粉尘的加速度大小是多少?
(2)当粉尘的加速度为多大时,线圈中电流最大?
解析:(1)开关断开时,电容器内带电粉尘恰好静止,说明电场力方向向上,且F电=mg,闭合S后,L、C构成LC振荡电路,T=2π=2π×10-5 s,经=π×10-5 s时,电容器间的电场强度反向,电场力的大小不变,方向竖直向下,由牛顿第二定律得a==2g。
(2)线圈中电流最大时,电容器两极间的电场强度为零,由牛顿第二定律可得a==g,方向竖直向下。
答案:(1)2g (2)g
6.导学号38190123
如图所示,线圈的自感系数L=0.5 mH,电容器的电容C=0.2 μF,电源电动势E=4 V,电阻的阻值R=10 Ω,不计线圈和电源的内阻,闭合开关S,待电路中电流稳定后断开S,求:
(1)LC回路的振荡频率;
(2)LC回路振荡电流的有效值;
(3)从断开S到电容器上极板带正电荷最多所经历的最短时间。
解析:(1)根据f=得
f= Hz≈1.6×104 Hz。
(2)开关S闭合,电路稳定时,流过线圈的电流
I= A=0.4 A
故LC回路振荡电流的峰值为0.4 A,则有效值I有=≈0.28 A。
(3)由T=,得T=6.25×10-5 s。S断开时,电容器上的电荷量为零,然后电容器开始充电,且下极板带正电,因此经T电容器上极板带正电荷最多,则最短时间为t=×6.25×10-5 s≈4.7×10-5 s。
答案:(1)1.6×104 Hz (2)0.28 A (3)4.7×10-5 s
课件25张PPT。3 电磁波的发射和接收填一填练一练1.电磁波的发射(见课本第81页)
(1)要有效地发射电磁波,振荡电路必须具备的两个特点:
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,采用开放电路。
(2)实际的开放电路:线圈的一端用导线与大地相连,这条导线就是地线。线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。
(3)调制:调幅与调频
使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制。
①调幅(AM):使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变化。
②调频(FM):使高频电磁波的频率随信号的强弱而变化。填一填练一练2.电磁波的接收(见课本第82页)
(1)原理:电磁波在传播过程中,如果遇到导体,会使导体中产生感应电流。因此,空中的导体可以用来接收电磁波。
(2)电谐振与调谐
①电谐振:当接收电路的固有频率跟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的现象。
②调谐:使接收电路产生电谐振的过程。
(3)解调:使声音或图像信号从调谐电路接收到的高频电流中还原出来,这个过程叫解调,它是调制的逆过程,调幅波的解调也叫检波。
(4)无线电波:波长大于1 mm(频率低于300 GHz)的电磁波称为无线电波。按波长(频率)又可把无线电波分为若干波段。填一填练一练关于电磁波的发射和接收,下列说法正确的是( )
A.为了将信号发送出去,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.由开放电路可以有效地把电磁波发射出去
解析:为了将信号发送出去,首先要进行调制;从各个电台发出的电磁波中将需要的选出来,要进行调谐;从高频电流中取出声音信号,需要解调;利用开放电路可以有效地发射电磁波。故只有选项D正确。
答案:D探究一探究二探究一电磁波的发射?
问题导引
我们说话的声音一般只能传几十米,最多只有几百米,而当我们的声音通过无线电广播却可以传几千千米以外,甚至传遍全球,为什么?探究一探究二探究一探究二名师精讲
1.发射电路的两个特点
(1)发射频率足够高。
(2)应用开放电路。
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。探究一探究二3.无线电波的发射
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。探究一探究二典例剖析
【例题1】 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.增大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.提高供电电压
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 知,减小L和C可以提高f。要减小L可采取减少线圈匝数、向外抽或抽出铁芯的办法,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。故B正确,A、C、D错误。
答案:B探究一探究二探究一探究二变式训练1 导学号38190124要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应该采取的措施有( )?
A.增加电容器极板间距
B.使振荡电容器的正对面积足够小
C.尽可能使电场和磁场分开
D.增加电路中的电容和电感
解析:理论证明,电磁波发射本领(功率)与f成正比,电磁场应尽可能扩散到周围空间,形成开放电路。 ,要使f增大,应减小L或C,通过选择,选项A、B正确。
答案:AB探究一探究二探究二电磁波的接收?
问题导引
形形色色的天线
世界上有许许多多的无线电台、电视台及各种天线电信号,如果不加选择全部接收下来,那必然是一片混乱,分辨不清。我们在城市里可以看见矗立在高楼顶上的天线,它的作用是什么呢?我们应该如何从众多信号中选出我们所需要的信号呢?探究一探究二探究一探究二名师精讲
1.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。
2.方法
(1)利用调谐产生电谐振,使接收电路的感应电流最强。
(2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来。
(3)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。典例剖析
【例题2】 调节收音机的调谐回路时,可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号,为接收到该电台信号,则应( )
A.加大电源电压
B.减小电源电压
C.增加谐振线圈的圈数
D.减小谐振线圈的圈数
解析:由于 ,C越小,L越小,f越大。动片旋出,正对面积S减小,C减小,S调到最小,即C最小时,f还未达到高频率f0,则必须调节L减小,即减小谐振线圈的圈数,选项C错误,D正确;频率 f与电源电压无关,选项A、B错误。
答案:D探究一探究二探究一探究二变式训练2 用一台简易收音机收听某一电台的广播,必须经过的两个过程是( )?
A.调制和解调 B.调谐和解调
C.检波和解调 D.调频和调幅
解析:要想用收音机收听某一电台的广播,需要先通过调谐把所需要的电磁波选择出来,再通过解调把声音信号从高频电流中还原出来,故选项B正确。
答案:B探究一探究二变式训练3 导学号38190125关于电磁波的发射和接收,下列说法中正确的是( )?
A.为了使振荡电路有效地向空间辐射能量,电路必须是闭合的
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,必须要有解调过程
解析: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,必须通过解调过程,把有效的信号从高频调制信号中取出来,否则就不能显示。故选项A错误,B、C、D正确。
答案:BCD探究一探究二1 2 3 4 51.为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载在电磁波上发射到远方,必须对振荡电流进行( )
A.调谐 B.放大 C.调制 D.解调
解析:声音、图像信号的频率很低,不能直接发射出去,只有高频电磁波才能向外发射,所以要用高频电磁波携带着低频信号才能向外发射出去。而把低频信号加载到高频电磁波上去的过程叫调制。
答案:C1 2 3 4 52.关于电磁波的发射和接收的认识,下列说法正确的是( )
A.发射电磁波要使用振荡器、调谐器和天线
B.接收电磁波要使用天线、调制器、解调器和喇叭
C.发射电磁波既可以用闭合电路也可以用开放电路
D.解调是使电磁波随各种信号而改变的技术
E.解调与调制是不相同的过程
解析:发射电磁波要用开放电路,而接收电磁波要用天线、调谐器、解调器,选项A、B、C错误;使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制,选项D错误;解调和调制是互逆的过程,E正确。
答案:E1 2 3 4 53.电磁场理论的建立,促进了现代社会的发展,下列应用中,同时使用了电磁波接收和发射技术的电器是( )
A.微波炉 B.收音机
C.电视机 D.手机
解析:收音机、电视机、手机等都要利用电磁波传递信息,但同时使用了电磁波接收和发射技术的电器只有手机,故D正确,A、B、C错误。
答案:D1 2 3 4 54.关于电磁波的接收,下列说法正确的是( )
A.当处于电谐振时,所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流
B.当处于电谐振时,只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流
C.由调谐电路接收的感应电流,再经过耳机就可以听到声音了
D.由调谐电路接收的感应电流,再经过解调、放大,通过耳机才可以听到声音
解析:当处于电谐振时,所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流,只不过频率跟谐振电路固有频率相等的电磁波,在接收电路中激发的感应电流最强。由调谐电路接收的感应电流,要再经过解调(也就是调制的逆过程)、放大,通过耳机才可以听到声音。
答案:AD1 2 3 4 55.导学号38190126(选做题)图中甲为一个调谐接收电路,图乙、图丙、图丁为电路中的电流随时间变化的图象,则 ( )
A.i1是L1中的电流图象
B.i1是L2中的电流图象
C.i2是L2中的电流图象
D.i3是流过耳机的电流图象1 2 3 4 5解析:L1中由于电磁感应,产生的感应电动势的图象同题图乙相似,但是由于L2和D串联,所以当L2的电压与D反向时,电路不通,因此这时L2没有电流,所以L2中的电流图象应是题图丙。高频部分通过C2,通过耳机的电流如同题图丁中的i3,只有低频的音频电流,故选项A、C、D正确。
答案:ACD3 电磁波的发射和接收
A组(15分钟)
1.转换电视频道,选择电视节目,称为( )
A.调谐 B.调制 C.调频 D.调幅
解析:转换频道是为了使电视的接收电路的频率与某电台的频率相同,产生电谐振,故为调谐,选项A正确。
答案:A
2.关于无线电波的发射过程,下列说法中正确的是( )
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.必须使用开放回路
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,用开放电路发射;为了有效地向外发射电磁波,必须把传输信号加到高频电流上,选项A、C、D正确。而产生电谐振的过程是在接收电路,选项B错误。
答案:ACD
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
解析:比较有效地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。故选项B正确。
答案:B
4.如果收音机调谐电路是采用改变电容的方式来改变回路固有频率。当接收的电磁波的最长波长是最短波长的3倍时,则电容的最大电容与最小电容之比为( )
A.3∶1 B.9∶1
C.1∶3 D.1∶9
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,因为λmax∶λmin=3∶1,所以Cmax∶Cmin=9∶1,选项B正确。
答案:B
5.下列关于无线电波的叙述中,正确的是( )
A.无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波
B.无线电波在任何介质中传播速度均为3.0×108 m/s
C.无线电波不能产生干涉和衍射现象
D.无线电波由真空进入介质传播时,波长变短
解析:技术上把波长大于1毫米(频率低于300 GHz)的电磁波叫无线电波,故选项A正确;无线电波在真空中的速度才是3.0×108 m/s;具备波的共性,能发生干涉和衍射现象;从真空进入介质中时频率不变,速度变小,波长变短,故选项B、C均错误,选项D正确。
答案:AD
6.下列关于无线电广播的叙述,正确的是( )
A.发射无线电广播信号必须采用调频方式
B.发射无线电广播信号必须进行调制
C.接收无线电广播信号必须进行调谐
D.接收到无线电广播信号必须进行解调才能由扬声器播放
解析:发射无线电广播信号必须经过调制,可以采用调频,也可以采用调幅,所以选项A错误,B正确;接收无线电广播信号必须经过调谐,也就是选台,选项C正确;由于无线电波中有高频信号,所以要经过解调将低频信号检出来,才能由扬声器播放,选项D正确。
答案:BCD
7.关于调制器的作用,下列说法正确的是( )
A.调制器的作用是把低频声音信号加载到高频信号上去
B.调制器的作用可以是把低频信号的信息加载到高频信号的振幅上去
C.调制器的作用可以是把低频信号的信息加载到高频信号的频率上去
D.调制器的作用是将低频声音信号变成高频信号,再放大后直接发射出去
解析:调制器的作用是把低频声音信号加载到高频振荡信号上去,如果高频信号的振幅随低频信号的变化而变化,则是调幅;如果高频信号的频率随低频信号的变化而变化,则是调频。由于低频信号不利于直接从天线发射,所以需要将低频信号加载到高频信号上去,选项A、B、C正确,D错误。
答案:ABC
8.如图所示,收音机的接收电路,其电感为L=10-3 mH,为了接收波长为500 m的电磁波,其电容器C应调到 。?
解析:该电磁波的频率为
f= Hz=6×105 Hz
那么该电路的固有频率也应调到f,由电磁振荡的频率公式得C=,代入数据得C=7.04×10-2 μF。
答案:7.04×10-2 μF
9.导学号38190127一台收音机的接收频率范围从f1=2.2 MHz到f2=22 MHz;设这台收音机能接收的相应波长范围从λ1到λ2,调谐电容器的相应电容变化范围从C1到C2,那么波长之比和电容之比分别为多少?
解析:由c=λf可得λ=,故;由f=可得C=,故。
答案:10∶1 100∶1
B组(15分钟)
1.一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波,打开收音机后盖,在磁棒上能看到两组线圈,其中一组是用细线密绕匝数多的线圈,另一组是用粗线疏绕匝数少的线圈,由此可以判断( )
A.匝数多的电感大,使调谐电路的固有频率较小,故用于接收中波
B.匝数多的电感小,使调谐电路的固有频率较大,故用于接收短波
C.匝数少的电感小,使调谐电路的固有频率较小,故用于接收短波
D.匝数少的电感大,使调谐电路的固有频率较大,故用于接收中波
解析:根据匝数多密绕的线圈电感大、匝数少疏绕的线圈电感小,可排除B、D选项;根据T=2π,电感越大,回路固有频率越小,可排除C选项;根据c=fλ,频率越小,波长越大,可知选项A正确。
答案:A
2.用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路,要减小电磁波的发射频率,可采用的做法是( )
A.增大电容器两极板间的距离
B.减小电容器两极板间的距离
C.减小电容器两极板的正对面积
D.增大电容器两极板的正对面积
E.在电容器两极板间加入电介质
解析:由f=可知,要减小f,就必须增大平行板电容器的电容C或电感L;由C=可知,要增大C,就必须减小电容器两极板间的距离或增大电容器两极板的正对面积或在电容器两极板间加入电介质,故选项B、D、E正确。
答案:BDE
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如图甲所示,人对着话筒说话产生低频振荡如图乙所示,根据这两个图象,发射出去的电磁波图象应是图中的( )
解析:振荡器产生高频等幅振荡,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,故选项B正确。
答案:B
4.
如图所示,原线圈连接在频率为f的交流电源上,将电感为L的副线圈接一个适当的电容器成为LC振荡电路,这种振荡电路和机械振动中的 振动相类似,其振荡周期等于 。改变电容器的电容,当电容等于 时,振荡电流的幅度值可达最大值。?
解析:变压器的副线圈中感应电流的频率与原线圈中的电流频率相同,类似于机械振动中的受迫振动,其振荡周期为,改变电容器的电容,可以改变LC振荡回路的固有频率,当固有频率与接收信号的频率相等时,发生电谐振,即f=,求得C=。
答案:受迫
5.有波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波同时传向收音机的接收天线,当把收音机的调谐电路的频率调到756 kHz时,
(1)哪种波长的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强?
(2)如果想接收到波长为290 m的无线电波,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?
解析:(1)根据公式f=,得f1= Hz=1 034 kHz
f2= Hz=756 kHz
f3= Hz=530 kHz
所以波长为397 m的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强。
(2)要接收波长为290 m的无线电波,应增大调谐电路的固有频率,因此,应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些。
答案:见解析
6.导学号38190128收音机接收无线电波的频率范围比较宽,通常把频率分成几个波段,利用改变调谐电路中线圈自感的方法来选择波段,再利用调节可变电容器的方法,在同一波段内选择所需要的频率。如图所示是某收音机的调谐电路,当转换开关S置于位置1时,电路中线圈的自感为L1,接收中波段的无线电波;当S置于位置2时,电路中线圈的自感为L2,接收短波段的无线电波,如果可变电容器C的调节范围为12 pF~180 pF,L1为700 μH,那么在中波段接收无线电波的频率范围是多大?如果这台收音机能接收的无线电波的频率最高为20 MHz,那么L2是多大?
解析:据公式f=
得f1=Hz
≈1 737 kHz
f2=Hz
≈448 kHz
即在中波段接收无线电波的频率范围是448 kHz~1 737 kHz。
由fmax=得
L2= H
≈5.28×10-6 H=5.28 μH。
答案:448 kHz~1 737 kHz 5.28μH
课件29张PPT。4 电磁波与信息化社会 5 电磁波谱填一填练一练1.电磁波与信息化社会(见课本第85页)
(1)电磁波的传输:可以通过电缆、光缆进行有线传输,也可实现无线传输。电磁波的频率越高,相同时间内传递的信息量越大。
(2)电磁波的应用实例
①电视:摄像机采集图像信号,在1 s内要传送25幅画面,电视接收机也以相同的速率在荧光屏上显现这些画面,便实现了影像的传递和再现。
②雷达:雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备。电磁波遇到障碍物要发生反射,雷达就是利用电磁波的这个特性工作的。
③移动电话、因特网也是利用电磁波来传输信息的。填一填练一练2.电磁波谱(见课本第90页)
(1)概念:按电磁波的波长或频率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无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
(3)不同电磁波的特点及应用填一填练一练(4)电磁波传递能量
电磁波是一种物质,电磁波可以传递能量。
(5)太阳辐射
太阳辐射的能量集中在红外线、可见光、紫外线三个区域,尤其在黄绿光附近,辐射的能量最强。填一填练一练下列不属于电磁波的是( )
A.红外线 B.X射线
C.β射线 D.γ射线
解析:红外线、X射线、γ射线是电磁波,β射线是电子流,不是电磁波。
答案:C探究一探究二探究一电磁波与信息化社会?
问题导引
人类历史经历了农业社会、工业社会,现正在步入信息社会。在信息社会,信息作为一种重要的资源和财富,影响着人们的生活,加速了社会的运转。根据你的了解和理解,你认为信息化社会有哪些特征?探究一探究二探究一探究二名师精讲
1.电视广播的发射和接收过程探究一探究二2.雷达的工作原理
雷达利用无线电波遇到障碍物的反射现象来测定物体位置。根据发射无线电波到接收反射波的时间t,确定障碍物的距离 再根据发射无线电波的方向和仰角,确定障碍物的位置。探究一探究二典例剖析
【例题1】 假设有一战斗机正以一定的速度进入某防空识别区且朝雷达正上方匀速飞行,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。已知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?探究一探究二探究一探究二变式训练1?
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出现的尖形波如图所示,已知图中ab=bc,则障碍物与雷达之间的距离是 。?
解析:题图中a和c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的,b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的,由ab=bc,可知无线电波从发射到返回所用时间为50 μs。设雷达离障碍物的距离为s,无线电波来回时间为t,波速为c。由2 s=ct得
答案:7.5×103 m探究一探究二探究一探究二探究二各种电磁波的共性和个性的比较?
问题导引
在我们身边到处都有电磁波的影子,它的应用更是比比皆是。下面列出的设备中工作时所发出的波,哪些不属于电磁波?(1)微波炉加热食物时发出的波;(2)电视发射塔发出的波;(3)互联网光缆中传播的波;(4)电视机遥控器发出的波。探究一探究二探究一探究二名师精讲
从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波,其行为服从共同的规律,但因波长(频率)不同,又表现出不同的特点。
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。探究一探究二2.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。
(3)产生机理不同:探究一探究二(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光照相,γ射线用于检查金属部件的缺陷等。探究一探究二典例剖析
【例题2】 下列有关电磁波的特性和应用,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.电磁波中频率最高的为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
解析:X射线有很高的穿透本领,医学上常用于透视人体,红外线不能,A错误;过强的紫外线照射对人的皮肤有害,B错误;电磁波中频率最高的为γ射线,其波长最短,最不容易发生衍射,C错误;紫外线和X射线都可以使感光底片感光,D正确。
答案:D探究一探究二变式训练2 导学号38190129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)理疗医用“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,易发生衍射探究一探究二解析:(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的伤害的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探究一探究二1 2 3 4 51.关于雷达的特点,下列说法正确的是( )
A.雷达所用无线电波的波长比短波更长
B.雷达只有连续发射无线电波,才能发现目标
C.雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离
D.雷达在能见度低的黑夜将无法使用
解析:雷达是利用无线电波的反射来工作的,因此它利用的无线电波处于微波段,目的是为了增加反射,减小衍射。雷达大约每隔0.1 ms发射时间短于1 μs的脉冲信号,根据屏上显示的发射信号和接收到的反射信号可以直接读出障碍物的距离。选项C正确,A、B、D错误。
答案:C1 2 3 4 52.下列说法中正确的是( )
A.摄像机实际上是一种将光信号转变为电信号的装置
B.电视机实际上是一种将电信号转变为光信号的装置
C.摄像机在1 s内要送出25幅画面
D.电视机接收的画面是连续的
解析:摄像机把光信号转化成电信号,然后经过发射装置发射出去。电视机中的显像管将接收到的电信号还原成光信号。摄像机在1 s内要送出25幅画面,同样电视机在1 s内接收25幅画面,画面是不连续的。
答案:ABC1 2 3 4 53.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.紫外线有显著的化学作用
C.可见光比红外线容易发生衍射现象
D.X射线穿透力较强,可用来进行人体透视
解析:任何温度的物体,都可向外辐射红外线,选项A错误;紫外线有显著的化学作用,选项B正确;可见光波长比红外线波长短,不容易发生衍射现象,选项C错误;X射线穿透力强可用于人体透视、探测等,选项D正确。
答案:BD1 2 3 4 54.关于电磁波谱,下列说法中正确的是( )
A.电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波
B.红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的
C.X射线和γ射线是原子的内层电子受激发后产生的
D.红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红外线
解析:波长越长的无线电波波动性越显著,干涉、衍射现象易发生;从电磁波产生的机理可知γ射线是原子核受激发后产生的;不论物体温度高低如何都能辐射红外线,物体的温度越高,它辐射的红外线越强。
答案:AB1 2 3 4 55.导学号38190130(选做题)某高速公路自动测速仪装置如图甲所示,雷达向汽车驶来的方向发射不连续的电磁波,每次发射时间为10-6 s,相邻两次发射时间间隔为t。当雷达向汽车发射无线电波时,在显示屏上呈现一个尖波形;在收到反射回来的无线电波时,在显示屏上呈现第二个尖波形。根据两个波形的距离,可以计算出汽车距雷达的距离,根据自动打下的纸带(如图乙所示),可求出车速v。请根据t1、t2、t、c求出汽车车速v的表达式。1 2 3 4 54 电磁波与信息化社会 5 电磁波谱
A组(15分钟)
1.下列说法中正确的是( )
A.在变化的电场周围一定产生变化的磁场
B.紫外线有显著的热效应
C.一切物体都在不停地发射红外线
D.X射线的穿透本领比γ射线更强
解析:在均匀变化的电场周围一定产生稳定的磁场,故A错误;红外线有显著的热效应,故B错误;物体是由大量分子组成的,分子是不断地运动的,必然伴随电磁场的变化,即辐射电磁波,故C正确;X射线的穿透本领比γ射线弱,故D错误。
答案:C
2.验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光,电视机、空调的遥控器发出的光能控制电视机、空调的工作状态。对于它们发出的光,以下判断正确的是( )
A.它们发出的都是红外线
B.它们发出的都是紫外线
C.验钞机发出的是红外线,遥控器发出的是紫外线
D.验钞机发出的是紫外线,遥控器发出的是红外线
解析:紫外线有较强的荧光作用,能使荧光物质发出荧光,故验钞机发出的是紫外线;红外线波长较长,容易发生衍射,故能很方便地遥控家用电器,故D正确。
答案:D
3.下列说法中正确的是( )
A.移动电话仅是一部接收机
B.移动电话仅相当于一个发射电台
C.因特网实际上就是计算机与计算机之间的直接连接形成的网络
D.因特网极大地丰富了我们的生活
解析:移动电话既相当于发射电台,又相当于接收机;因特网是计算机之间的连接形成的网络,但不是简单的连接,它实实在在地丰富了我们的生活。
答案:D
4.电磁波给人们的生活带来日新月异变化的同时,也带来了电磁污染。长期使用如图所示的通信装置,会对人体健康产生影响的是( )
解析:移动电话是通过电磁波来传递信息的,长期使用会对人体的健康产生影响。摇柄电话、拨号电话、按键电话都是通过导线中的电流进行信息传播的,没有电磁波的污染,故选项C正确。
答案:C
5.导学号38190131关于电磁波谱,下列说法中正确的是( )
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,最容易发生衍射现象的是γ射线
解析: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,故选项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,故选项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,故选项C、D错误。
答案:AB
6.某广播电台发射“中波”段某套节目的讯号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光,都是电磁波,它们的频率分别为f1,f2,f3,f4,则( )
A.f1>f2>f3>f4 B.f1C.f1f2解析:广播电台发射“中波”、微波炉中的微波、可见光光波、X射线,它们的波长关系λ1>λ2>λ3>λ4,频率关系f1答案:B
7.下面关于电视的说法中错误的是( )
A.电视信号的发射、接收过程:景物→电信号→电磁波→电信号→图像
B.摄像机在1 s内要传递24张画面
C.显像管是将电信号还原成景物图像的关键部分
D.由于画面更换迅速和视觉暂留现象使人们看到的是活动的景象
解析:电视信号的发射和接收过程中,信号在不断发生变化,在这个变化中关键是显像管的作用,视觉暂留使我们看到物体在动,摄像机1 s内传送25张画面,故B错,A、C、D对。
答案:B
8.太阳表面温度约为6 000 K,主要发出可见光;人体温度约为310 K,主要发出红外线;宇宙间的温度约为3 K,所发出的辐射称为“3 K背景辐射”,它是宇宙“大爆炸”之初在空间上保留下的余热,若要进行“3 K背景辐射”的观测,应该选择下列哪一个波段( )
A.无线电波 B.紫外线
C.X射线 D.γ射线
解析:电磁波谱按波长由长到短的顺序排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,由题意知,物体温度越高,其发出的电磁波波长越短,宇宙间的温度约为3 K,则其发出的电磁波的波长应在无线电波波段,故选项A正确。
答案:A
9.某地的雷达站正在跟踪一架向雷达站匀速飞来的飞机。设某一时刻从雷达站发出电磁波后到再接收到反射波历时200 μs,经4 s后又发出一个电磁波,雷达站从发出电磁波到再接收到反射波历时186 μs,则该飞机的飞行速度多大?
解析:由电磁波发射到接收到反射波历时200 μs,可算出此时飞机距雷达站的距离为
l1=t1= m=3.0×104 m,
经4 s后,飞机距雷达站的距离为
l2=t2= m=2.79×104 m,
在这4 s时间内飞机飞过的路程为 s=l1-l2=0.21×104 m,
故飞机的飞行速度为v= m/s=525 m/s。
答案:525 m/s
B组(15分钟)
1.目前雷达发出的电磁波频率多在200 MHz~1 000 MHz的范围内,下列关于电磁波的说法正确的是( )
A.真空中,上述频率范围的电磁波的波长在30~150 m之间
B.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C.波长越短的电磁波,越容易绕过障碍物,便于远距离传播
D.测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间,就可以确定障碍物的距离
解析:据λ=,电磁波频率在200 MHz至1 000 MHz的范围内,则电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间,故选项A错误。电磁波的产生是依据麦克斯韦的电磁场理论,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,故选项B错误。波长越长的电磁波,越容易绕过障碍物,便于远距离传播,波长越短的电磁波,越容易反射,故选项C错误。
答案:D
2.关于红外线的作用与来源,下列说法正确的是( )
A.一切物体都在不停地辐射红外线
B.红外线具有很强的热作用和荧光作用
C.红外线的显著作用是化学作用
D.红外线容易穿透云雾
解析:荧光作用和化学作用都是紫外线的重要用途,红外线波长较可见光长,绕过障碍物的能力强,易穿透云雾。
答案:AD
3.导学号38190132红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射,即地面物体发出的某些波长的电磁波,只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。如图为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况,由图可知,在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为( )
A.2.5~3.5 μm B.4~4.5 μm
C.5~7 μm D.8~13 μm
解析:由图象可知,8~13 μm波段的红外线,水和CO2几乎均不吸收,故选项D正确,A、B、C错误。
答案:D
4.下列说法中正确的是( )
A.摄像机实际上是一种将电信号转变为光信号的装置
B.电视机实际上是一种将电信号转变为光信号的装置
C.电视机接收的画面是连续的
D.电视机接收的画面是不连续的
解析:通过摄像机摄到景物的光信号,再通过特殊装置(扫描)转变为电信号;电视机通过显像管将接收到的电信号再转变为光信号,最后还原为图像,由于画面更换迅速和视觉暂留,我们感觉到的便是活动的图像,所以选项B、D正确。
答案:BD
5.科学技术是一把双刃剑。电磁波的应用也是这样。它在使人类的生活发生日新月异变化的同时也存在着副作用——电磁污染。频率超过0.1 MHz的电磁波的强度足够大时就会对人体构成威胁。按照有关规定,工作场所受到的电磁辐射强度(单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量)不得超过0.50 W/m2。若某小型无线通信装置的电磁辐射功率是1 W,试探究分析在距离该通讯装置多少米以外是符合规定的安全区域?(已知球面面积S=4πR2)
解析:设以半径为R的球面以外是符合规定的安全区域,
则=0.50 W/m2,
R=m≈0.40 m。
答案:0.40 m
6.导学号38190133微波炉的工作应用了一种电磁波——微波(微波的频率为2.45×106 Hz)。食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动,内能增加,温度升高,食物增加的能量是微波给它的。下表是某微波炉的部分技术参数,问:
×××微波炉
MG-5021 MW
额定电压:220 V,50Hz
额定功率:1 100 W
输出功率:700 W
内腔容积:20 L
振荡频率:2 450 MHz
(1)该微波炉内磁控管产生的微波波长是多少?
(2)该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少?
(3)如果做一道菜,使用微波挡需要正常工作30 min,则做这道菜需消耗的电能为多少?
解析:(1)波长λ= m=0.12 m。
(2)额定电流I= A=5 A。
(3)消耗的电能ΔE=W=Pt=1 100×1 800 J=1.98×106 J。
答案:(1)0.12 m (2)5 A (3)1.98×106 J
课件12张PPT。本章整合专题一专题二电磁振荡在近年来的高考中出现的频率较高。学习中若能抓住三个“两”,就可把握好本章的知识要点,从而使知识系统化。
1.两类物理量
考题大部分是围绕某些物理量在电磁振荡中的变化规律而设计的,因此,分析各物理量的变化规律就显得尤为重要。这些物理量可分为两类:
一类是电流(i)。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EB具有与之相同的变化规律。
另一类是电压(u)。电容器极板上所带的电荷量q、两极板间的电场强度E、电场能EE、线圈的自感电动势E自的变化规律与u的相同。专题一专题二2.两个过程
电磁振荡过程按电容器的电荷量变化可分为充、放电过程。当电容器的电荷量增加时为充电过程,这个过程中电路的电流减小;电荷量减少时为放电过程,这个过程中电路的电流增大,变化如图所示。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)。专题一专题二3.两类初始条件
如图中的电路甲和乙,表示了电磁振荡的两类不同初始条件。图甲中开关S从1合向2时,振荡的初始条件为电容器开始放电;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。专题一专题二【例题1】 如图所示,i-t图象表示LC振荡电路的电流随时间变化的图象,在t=0时刻,回路中电容器的M板带正电。在某段时间里,回路的磁场能在减小,而M板仍带正电,则这段时间是图象中的( )
A.Oa段
B.ab段
C.bc段
D.cd段
解析:由题图知t=0时,电容器开始放电,又M极板带正电,结合i-t图象可知,电流以逆时针方向为正方向,因此这段时间内,电流为负,且正在减小,符合条件的只有图象中的cd段,故只有选项D正确。
答案:D专题一专题二专题一专题二专题一专题二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、透彻理解这两个知识点。
1.电磁波和机械波的共同点
(1)二者都能发生干涉和衍射。
(2)二者在不同介质中传播时频率不变。专题一专题二2.电磁波和机械波的区别
(1)二者本质不同。
电磁波是电磁场的传播,机械波是质点机械振动的传播。
(2)传播机理不同。
电磁波的传播机理是电磁场交替感应,机械波的传播机
理是质点间的机械作用。
(3)电磁波传播不需要介质,而机械波传播需要介质。
(4)电磁波是横波。机械波既有横波又有纵波,甚至有的机械波同时有横波和纵波,例如地震波。专题一专题二【例题2】 对于机械波和电磁波的比较,下列说法中正确的是( )
A.它们都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象
B.它们在本质上是相同的,只是频率不同而已
C.它们可能是横波,也可能是纵波
D.机械波的传播速度只取决于介质,跟频率无关;而电磁波的传播速度与介质无关,只与频率有关
解析:机械波和电磁波都具有波共有的特性,但它们有本质的区别,它们的产生、传播条件等都不同,电磁波是横波,机械波有横波和纵波,故选项A正确,B、C错误;机械波的传播速度只取决于介质,而电磁波在真空中传播速度相同,在不同介质中传播速度不同,传播速度与介质及频率均有关,选项D错误。
答案:A专题一专题二变式训练2 导学号38190135声波和电磁波均可传递信息,且都具有波的共同特征。下列说法正确的是( )?
A.声波的传播速度小于电磁波的传播速度
B.声波和电磁波都能引起鼓膜振动
C.电磁波不能被人听见,声波能被人听见
D.二胡演奏发出的是声波,而电子琴演奏发出的是电磁波
解析:声波属于机械波,其传播需要介质,传播速度小于电磁波的传播速度,选项A对;鼓膜的振动是空气的振动带动的,电磁波不能引起鼓膜振动,入耳听不到电磁波,选项B错,C对;二胡和电子琴发出的都是声波,选项D错。
答案:AC第14章 电磁波
(基础过关)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或不选的得0分)
1.建立完整的电磁场理论,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
解析:麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,赫兹证实了预言的正确性。
答案:D
2.下列说法正确的是( )
A.麦克斯韦证明了光的电磁说的正确性
B.红外线的显著作用是热作用,紫外线最显著的作用是化学作用
C.X射线的穿透本领比γ射线更强
D.由于各类电磁波的频率相差很大,因此在真空中的传播速度也有较大不同
解析:麦克斯韦建立了电磁场理论,得出电磁波在真空中传播速度等于光速,并提出了光的电磁说;赫兹用实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论,故选项A错误。而B选项与事实一致,C选项与事实相反。所以只有选项B正确。
答案:B
3.关于电磁波,下列说法中正确的是( )
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,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
解析:电磁波在真空中的传播速度都是光速,与频率、能量无关,而在介质中电磁波的传播速度要小于其在真空中的传播速度。一旦电磁波形成了,电磁场就会向外传播,当作为波源的电磁振荡停止了,只是不能产生新的电磁波,但已经发出的电磁波不会消失。
答案:C
4.实际的LC电磁振荡电路中,如果没有外界能量的适时补充,振荡电流的振幅总是要逐渐减小,下述各种情况中,哪些是造成振幅减小的原因( )
A.线圈自感电动势对电流的阻碍作用
B.电路中的电阻对电流的阻碍作用
C.线圈铁芯上涡流产生的电热
D.向周围空间辐射电磁波
解析:线圈自感对电流的阻碍作用,是把电流的能量转化为磁场能,不会造成振荡能量的损失,振幅不会减小;电路中电阻对电流的阻碍作用使部分电能转化为内能,从而造成振荡能量的损失,使振幅减小;线圈铁芯上涡流产生的电热,也是由振荡能量转化来的,也会引起振荡能量的损失,使振幅减小;向周围空间辐射电磁波,使振荡能量以电磁波的形式散发出去,引起振荡能量的损失,使振幅减小,故选项B、C、D正确,A错误。
答案:BCD
5.关于调制和解调,下列说法正确的是( )
A.调制就是将低频信号变成高频信号
B.调制就是将低频信号加载到高频载波上
C.解调就是从高频载波中检出低频信号
D.解调就是从众多的无线电波中选出特定频率的电台
解析:调制就是向高频载波加载低频信号的过程;解调是调制的逆过程,就是将附加在高频载波上的低频信号取下来的过程。
答案:BC
6.导学号38190136下列说法中正确的是( )
A.激光不能像无线电波那样进行调制,用来传递信息
B.在电磁波接收过程中,使声音信号或图像信号从高频电流中还原出来的过程叫调制
C.红外线有显著的热作用,紫外线有显著的化学作用
D.各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线
解析:激光可通过光纤传递信息,选项A错误;使声音信号和图像信号从高频电流中还原出来的过程叫解调,选项B错误;红外线产生热效应,紫外线产生化学效应,选项C正确;无线电波波长最长,最容易表现出干涉和衍射现象,选项D错误。
答案:C
7.一个无线电发射机,要使它发射的电磁波的波长由λ1变为2λ1,保持振荡电路中的电感不变,则电路中的电容将变为原来的( )
A.2倍 B.4倍 C.倍 D.
解析:根据c=λf和f=可得波长变为2倍,频率应变为原来的,电容应变为原来的4倍,选项B正确。
答案:B
8.导学号38190137
如图所示,电路中线圈的自感系数为L,电容器的电容为C,电源的电动势为E,现在把开关S从1拨到2,从这时起( )
A.至少历时π,回路中的磁场能才能达到最大
B.至少历时,回路中的电场能才能达到最大
C.在个周期内,电容器放电的电荷量是CE
D.在个周期内,回路中的平均电流是
解析:起始,电容器所带电荷量最多,所具有的电场能最大,根据电磁振荡的变化规律,每经过个周期,电场能与磁场能之间完成一次转化,由于一个周期T=2π,则,所以A、B项均错误;从起始时刻起,经过的时间电容器把所有电荷量放完,其释放的总电荷量为CU=CE,C项正确;根据,可得,D项正确。
答案:CD
二、填空题(本题共2小题,每小题8分,共16分)
9.
如图所示,LC振荡电路中振荡电流的周期为2×10-2 s,自振荡电流沿逆时针方向达最大值时开始计时,当t=3.4×10-2 s时,电容器正处于 (选填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)状态,这时电容器的上极板 (选填“带正电”“带负电”或“不带电”)。?
解析:根据题意,画出该LC振荡电路的振荡电流随时间的变化图象如图所示,t=3.4×10-2 s时电路正处于反向电流减小的过程,所以电容器处于反向充电的状态,上极板带正电。
答案:充电 带正电
10.某防空雷达发射的电磁波频率为f=3×103 MHz,屏幕上尖形波显示,从发射到接收经历时间Δt=0.4 ms,那么被监视的目标到雷达的距离为 km。该雷达发出的电磁波的波长为 m。?
解析:由s=cΔt=1.2×105 m,这是电磁波往返的路程,所以目标到雷达的距离为=0.6×105 m=60 km;由c=fλ可得λ=0.1 m。
答案:60 0.1
三、计算题(本题共3小题,共36分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。有数值计算的,答案中应明确写出数值和单位)
11.(10分)麦克斯韦在1865年发表的《电磁场动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性,即光就是电磁波。有一单色光波在折射率为1.5的介质中传播,某时刻电场横波图象如图所示,求该光波的频率。
解析:设光波在介质中的传播速度为v,波长为λ,频率为f,则f=①
v=②
联立①②得f=
从波形上读出波长λ=4×10-7m,
代入数据解得f=5×1014Hz 。
答案:5×1014Hz
12.导学号38190138(13分)
如图所示,线圈L的自感系数为25 mH,电阻为零,电容器C的电容为40 μF,灯泡D的规格是“4 V 2 W”。开关S闭合后,灯泡正常发光,S断开后,LC中产生振荡电流。若从S断开开始计时,求:
(1)当t=×10-3 s时,电容器的右极板带何种电荷;
(2)当t=π×10-3 s时,LC回路中的电流。
解析:由T=2π知
T=2π=2π s
=2π×10-3 s。
(1)断开S时,电流最大,当t=×10-3 s=,即经电流最小,电容器两极板间的电压最大。在此过程中对电容器充电,右极板带正电。
(2)t=π×10-3 s=,此时电流最大,与没断开开关时的电流大小相等,则I= A=0.5 A。
答案:(1)右极板带正电 (2)0.5 A
13.(13分)某雷达工作时,发射电磁波的波长λ=20 cm,每秒脉冲数n=5 000,每个脉冲持续时间t=0.02 μs,问电磁波的振荡频率为多少?最大侦察距离是多少?
解析:电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c,由波速、波长和频率三者间的关系可求得频率。根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔,即可求得侦察距离,为此反射波必须在后一个发射波发出前到达雷达接收器。可见,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间隔时间内传播距离的一半。由c=λf,可得电磁波的振荡频率
f= Hz=1.5×109 Hz。
电磁波在雷达发射相邻两个脉冲间隔时间内传播的距离
x=cΔt=c=3×108× m
≈6×104 m,
所以雷达的最大侦察距离x'==3×104 m=30 km。
答案:1.5×109 Hz 30 km
第14章 电磁波
(高考体验)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或不选的得0分)
1.(2013·四川理综)下列关于电磁波的说法,正确的是( )
A.电磁波只能在真空中传播
B.电场随时间变化时一定产生电磁波
C.做变速运动的电荷会在空间产生电磁波
D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
解析:电磁波在真空和介质中都可以传播,A错;均匀变化的电场不会产生电磁波,B错;做变速运动的电荷,形成变化的磁场,如果电荷的运动满足一定的条件,则变化的磁场可以产生变化的电场,从而产生电磁波,C对;麦克斯韦只是预言了电磁波的存在,赫兹第一次用实验证明了电磁波的存在,D错。
答案:C
2.(2015·福建漳州高二检测)下列关于电磁场与电磁波的说法中正确的是( )
A.电磁波与机械波一样不能在真空中传播
B.电磁波的发射条件中要振荡频率足够高
C.电磁波谱中红外线的主要特性是它的热效应
D.麦克斯韦认为变化的磁场一定产生变化的电场
解析:电磁波能在真空中传播,而机械波不能在真空中传播,A项错误;电磁波的发射条件是有足够高的频率和开放电路,B项错误;红外线的主要特征是它的热效应,C正确;均匀变化的磁场产生稳定的电场,而周期性变化的磁场会产生周期性变化的电场。
答案:C
3.(2013·浙江理综)关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是( )
A.电磁波可以传递信息,声波不能传递信息
B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
解析:声波也能传递信息,选项A错误;手机通话过程中,手机之间通过电磁波传递信息,人和手机之间通过声波传递信息,选项B正确;太阳中的可见光传播速度为光速,即为3×108 m/s,而超声波的传播速度等于声音在空气中(15 ℃下)的传播速度,即为340 m/s,选项C错误;红外线的频率小于X射线的频率,故红外线的波长大于X射线的波长,选项D错误。
答案:B
4.(2015·浙江杭州二中高二检测)为了体现高考的公平、公正,很多地方高考时在考场使用手机信号屏蔽器,该屏蔽器在工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描。该扫描速度可以在手机接收报文信号时形成乱码干扰,手机不能检测从基站发出的正常数据,使手机不能与基站建立连接,以达到屏蔽手机信号的目的,手机表现为搜索网络、无信号等现象。由以上信息可知( )
A.由于手机信号屏蔽器的作用,考场内没有电磁波了
B.电磁波必须在介质中才能传播
C.手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内
D.手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的的
解析:电磁波在空间的存在,不会因手机信号屏蔽器而消失,故A错误。电磁波可以在真空中传播,B错误。由题意知手机信号屏蔽器工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描,干扰由基站发出的电磁波信号,使手机不能正常工作,故C错误,D正确。
答案:D
5.(2010·上海单科)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:电磁波的波长范围很广,按波长由长到短的顺序排列,其顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。所以,A的排列顺序是正确的。
答案:A
6.(2012·浙江理综)
为了测量储罐中不导电液体的高度,将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中,电容器可通过开关S与线圈L或电源相连,如图所示。当开关从a拨到b时,由L与C构成的回路中产生周期T=2π的振荡电流。当罐中的液面上升时( )
A.电容器的电容减小
B.电容器的电容增大
C.LC回路的振荡频率减小
D.LC回路的振荡频率增大
解析:平行板电容器的电容C=,当液面上升时,极板间不导电液体的介电常数比原来的空气的介电常数要大,电容C增大,A错,B正确;f=会减小,C正确,D选项错误。
答案:BC
7.导学号38190139(2012·四川理综)如图所示,在铁芯P上绕着两个线圈a和b,则( )
A.线圈a输入正弦交变电流,线圈b可输出恒定电流
B.线圈a输入恒定电流,穿过线圈b的磁通量一定为零
C.线圈b输出的交变电流不对线圈a的磁场造成影响
D.线圈a的磁场变化时,线圈b中一定有电场
解析:线圈a输入正弦交变电流,由楞次定律可知线圈b一定输出交流电,选项A错误;线圈a输入恒定电流,产生恒定磁场,穿过线圈b的磁通量一定不变,但不为零,选项B错误;线圈b输出的交变电流所产生的交变磁场反过来对线圈a的磁场也有影响,选项C错误;变化的磁场将在周围空间产生电场,选项D正确。
答案:D
8.(2015·北京理综)利用所学物理知识,可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理及相关问题。IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路。公交车上的读卡机(刷卡时“嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时,IC卡内的线圈L中产生感应电流,给电容C充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是( )
A.IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池
B.仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时,IC卡才能有效工作
C.若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率,则线圈L中不会产生感应电流
D.IC卡只能接收读卡机发射的电磁波,而不能向读卡机传输自身的数据信息
解析:根据题意,卡内不可能存在电池,从体积和电池的构成即可判断,题干电磁波发射器暗示能量来源是电磁波而非电池,选项A错;只要存在电磁波,就有变化磁场,无论其频率多大必然会在自感线圈内激发出感应电流,选项C错;题干最后一句明示卡内芯片可“进行数据处理和传输”,选项D错。只有B选项正确。
答案:B
二、填空题(本题共2小题,每小题8分,共16分)
9.
如图是一振荡电路中的振荡电流随时间变化的图线,由图线可知,O→A时间内 能转化成 能;A→B时间内是电容器 电的过程;时刻C时电容器所带电荷量为 ;时刻D时线圈内的磁通量变化率 。?
解析:O→A时间内,电流逐渐增大,电容器正在放电,电场能转化为磁场能;A→B时间内,电流逐渐减小,电容器正在充电;C时刻电路中电流最大,电容器刚好放电完毕,所带电荷量为零;D时刻电流最小,但电流变化最快,所以磁通量变化率最大。
答案:电场 磁场 充 零 最大
10.导学号38190140(2015·吉林长春高二检测)在LC振荡电路中,如已知电容C,并测得电路的固有振荡周期T,即可求得电感L。为了提高测量精度,需多次改变C值并测得相应的T值。现将测得的6组数据标示在以C为横坐标、T2为纵坐标的坐标纸上,即图中“×”表示的点。
(1)T、L、C的关系为 。?
(2)根据图中给出的数据点作出T2与C的关系图线。
(3)求得的L值是 。?
解析:(1)在LC振荡电路中T=2π。
(2)由T=2π可得T2=4π2LC,故作出的T2与C的关系图线为一直线,如图所示,数据点应尽可能地均匀分布在直线两侧。
(3)由图可得直线的斜率k==1.542,即4π2L=1.542,解得L=0.039 1 H(0.038 1~0.039 5 H都为正确结果)。
答案:(1)T=2π (2)见解析 (3)0.039 1 H(0.038 1~0.039 5 H都为正确结果)
三、计算题(本题共3小题,共36分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。有数值计算的,答案中应明确写出数值和单位)
11.(10分)飞机失事后,为了分析事故的原因,必须寻找黑匣子,而黑匣子在30天内能以37.5 kHz的频率自动发出信号,人们就可利用探测仪查找黑匣子发出的电磁波
信号来确定黑匣子的位置。那么黑匣子发出的电磁波波长是多少?若接收电路是由LC电路组成的,其中该接收装置里的电感线圈L=4.0 mH,此时产生电谐振电容多大?
解析:由公式v=λf得,λ= m=8 000 m,
再由公式f=得
C=
= F
=4.5×10-9 F。
答案:8 000 m 4.5×10-9 F
12.(12分)
如图所示,线圈的自感系数为3 μH,在线圈的中间有抽头2,电容器的电容可在300~150 pF之间变化,S为转换开关。求此回路的最大周期和最大频率。
解析:根据T=2π得
Tmax=2π
=2π s
=1.88×10-7 s
根据f=得
fmax=
= Hz
=1.06×107 Hz。
答案:1.88×10-7 s 1.06×107 Hz
13.导学号38190141(14分)感应加速器是利用变化磁场产生的电场来加速电子的。在圆形磁铁的两极之间有一环形真空室,用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场,从而在环形室内产生很强的电场,使电子加速。被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动。设法把高能电子引入靶室,能使其进一步加速。在一个半径为r=0.84 m的电子感应加速器中,电子在被加速的4.2 ms内获得的能量为120 MeV,这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的,磁通量从零增加到1.8 Wb。求电子共绕行多少周。
解析:高频交变磁场线性变化产生的电场是恒定磁场,根据法拉第电磁感应定律,环形室内的感应电动势E= V=429 V,则每转动一周电场力所做的功W=eE·2πr=2πreE,
设电子在加速器中绕行了N周,则由动能定理得NW=Ek,
N==5.3×104 周。
答案:5.3×104 周
