第十三章 第3讲　电磁振荡与电磁波 课时练作业ppt

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第十三章　交变电流　电磁波　传感器
第3讲　电磁振荡与电磁波
物理
内容索引
必备知识梳理
关键能力提升
第一部分
第二部分
考点一　电磁振荡过程分析
考点二　电磁波的产生、发射和接收
01
02
考点三　电磁波谱
03
课时作业
第三部分
必备知识梳理
第
分
部
一
自主学习·基础回扣
1．LC振荡电路(如图所示)
由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路，简称____________。
(1)从振荡的表象上看：振荡过程实际上是通过线圈L对电容器C充、放电的过程。
(2)从物理本质上看：振荡过程实质上是磁场能和______之间通过充、放电相互转化的过程。
LC振荡电路
电场能
2．电磁振荡的周期和频率
固有周期
固有频率
3．麦克斯韦电磁场理论
变化的磁场能够产生电场，变化的电场能够产生磁场。根据这个理论，周期性变化的电场和磁场相互联系，交替产生，形成一个不可分割的统一体，即______。
4．电磁场
如果在空间某区域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引起变化的____，不均匀变化的磁场又在它周围空间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，形成不可分割的统一体，称为电磁场。
电磁场
磁场
5．电磁波
(1)定义：变化的电场和磁场________而形成的电磁场在空间由近及远地传播称为电磁波。
(2)电磁波的速度
①麦克斯韦指出了光的电磁本质，他预言了电磁波的速度等于____。
②波长λ、波速v和周期T、频率f的关系
交替产生
光速
vT
②发射电磁波的条件：振荡电路要有足够高的频率；振荡电路应采用开放电路。
③发射电磁波需经过调制过程，调制的方法分为调频和调幅。接收电磁波需经过解调过程，解调是调制的逆过程。
不同的电磁波有不同的特性，产生机理也不同，但可能具有相同的频率。
6．电磁波谱
将各种电磁波按____或____的大小顺序排列起来，就构成了电磁波谱，通常人们按用途将电磁波谱划分为无线电波、______、______、紫外线、X射线、γ射线六个波段。
波长
频率
红外线
可见光
1．电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射现象。(　 　)
2．电磁波传播不需要介质，机械波必须有介质才能传播。(　 　)
3．电磁波在任何介质中传播速率都相同，机械波在同一介质中传播速率相同。(　 　)
4．为了有效向外发射电磁波，振荡电路必须采用开放电路，同时提高振荡频率。(　 　)
5．手机通信使用的电磁波，不容易观察到衍射现象。(　 　)
6．各种电磁波中，最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线。(　 　)
概念辨析
√
√
×
√
×
×
关键能力提升
第
分
部
二
互动探究·考点精讲
考点一　电磁振荡过程分析
1．电磁振荡的特点
(1)两个物理过程
①放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→i↑，电流从正极板流向负极板。
②充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓，电流从负极板流向正极板。
(2)两个特殊状态
①充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小(为0)。
②放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小(为0)。
(3)在一个周期内，充电、放电各2次，振荡电流的方向改变2次；电场能(或磁场能)完成2次周期性变化。
2．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，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，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(电压U、场强E)增大或电流i(磁感应强度B)减小时，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。
【典例1】　如图所示是由线圈L和电容器C组成的最简单的LC振荡电路。先给电容器充满电。t＝0时如图甲所示，电容器两板间的电势差最大，电容器开始放电。t＝0.005 s时如图乙所示，LC回路中线圈上的电流第一次达到最大值，则(　 　)
A．此LC振荡电路的周期T＝0.01 s
B．t＝0.025 s时，回路电流方向与图乙中
所示电流方向相反
C．t＝0.035 s时，线圈中的磁场能最大
D．t＝0.040 s至t＝0.045 s时，线圈中的电流逐渐减小
C
1．图甲为LC振荡电路，极板M的带电荷量随时间的变化如图乙所示。在某段时间里，回路磁场能在减小，电流方向为顺时针，则这段时间对应图像中哪一段(　 　)
A．0～t1 B．t1～t2
C．t2～t3 D．t3～t4
对点演练
D
解析：依题意，在LC振荡电路中，由于回路磁场能在减小，说明线圈L正在对电容器C进行充电，把储存的磁场能转化为电容器极板间的电场能，由于回路中电流为顺时针方向，则此时M极板带正电，且所带电荷量逐渐增大，结合题图可知对应这段时间为t3～t4，故D正确。
2．(2025·安徽池州高三检测)如图所示，线圈的自感系数为1 mH，电容器的电容为0.4 μF，电源内阻不计。闭合开关S，电路稳定后断开开关S，LC电路中将产生电磁振荡。下列说法正确的是(　 　)
A．LC振荡电路中产生的电磁波是纵波
B．L或C越小，振荡电路产生的电磁波的传播速度越大
C．LC振荡电路中通过线圈L的电流的变化周期为2π×
10-5 s
D
考点二　电磁波的产生、发射和接收
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．对电磁波的理解
(1)电磁波是横波。电磁波的电场E、磁场B、传播方向三者两两垂直，如图所示。
(2)电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度只与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和频率均有关。
3．对电磁波发射、接收过程的理解
(1)区分调制和解调
声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，将这些低频信号加载到高频电磁波信号上，就能有效发射。在电磁波发射技术中，将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制。而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。
(2)区分调谐和解调
调谐就是使接收电路产生电谐振的过程，即选择携带有用信号的高频振荡电流，使其在接收电路中产生的感应电流最强的过程；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2】　“小蜜蜂”是老师上课常用的扩音设备，随着无线电技术的应用，很多老师用上了蓝牙“小蜜蜂”(蓝牙属于电磁波)，麦克风与扩音器不用导线连接，老师拿着麦克风在教室中间说话，放在讲台上的扩音器也能工作。下列说法正确的是(　 　)
A．“小蜜蜂”直接接收到了来自麦克风的声波信号
B．为了将信号发射出去，先要进行解调
C．“小蜜蜂”接收电磁波时，要使接收电路中出现电谐振现象，称为调谐
D．载波频率越高，经调制后发射出来的电磁波传播得越快
C
【解析】　无线麦克风含有一个无线电发射装置，可以把声音信号转化成电磁波信号再发射出去，故A错误；为了将信号发射出去，需要把声音信号加载到高频电磁波中，这个过程叫作调制，故B错误；“小蜜蜂”接收电磁波时，需要使接收电磁波的LC振荡电路的固有频率与电磁波的频率相同，从而发生电谐振，这个过程叫作调谐，故C正确；真空中任何频率的电磁波传播速度都等于光速，故D错误。
3．关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　 　)
A．变化的电场一定会产生变化的磁场，同样，变化的磁场一定会产生变化的电场
B．光是一种电磁波，在任何介质中光速都为3×108 m/s
C．赫兹通过实验验证了电磁波的存在
D．麦克斯韦观测到了电磁波的反射、折射、干涉和衍射等现象
对点演练
C
解析：根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，同样，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场，故A错误；光是一种电磁波，在真空中光速为3×108 m/s，在其他介质中的传播速度小于光速，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验验证了电磁波的存在，赫兹观测到了电磁波的反射、折射、干涉和衍射现象，故C正确，D错误。
4．(多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是(　 　)
A．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波
B．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
C．当接收电路的固有频率与接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
ACD
解析：音频电流的频率比较低，需放大后搭载到高频电磁波上，故A正确；为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是开放电路，故B错误；当接收电路的固有频率与接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，故C正确；解调就是从调频或调幅的高频信号中把音频、视频等调制信号分离出来的过程，要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程，故D正确。
考点三　电磁波谱
1．电磁波谱分析及应用
电磁 波谱 频率 /Hz 真空中 波长/m 特性 应用 递变
规律
无线 电波 <3× 1011 >10-3 波动性强， 易发生衍射 无线电 技术 无线电波～γ射线：
衍射能力减弱，直线传播能力增强
红外线 1011～ 1015 10-3～ 10-7 热效应 红外遥感 可见光 1015 10-7 引起视觉 照明、 摄影 电磁 波谱 频率 /Hz 真空中 波长/m 特性 应用 递变
规律
紫外线 1015～ 1017 10-7～ 10-9 化学效应、 荧光效应、 灭菌消毒 医用 消毒、 防伪 无线电波～γ射线：
衍射能力减弱，直线传播能力增强
X射线 1016～ 1019 10-8～ 10-11 贯穿本领强 检查、医 用透视 γ射线 >1019 <10-11 贯穿本 领更强 工业探伤、 医用治疗 2.对电磁波的两点说明
(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。
【典例3】　电磁波谱就是电磁波按波长大小的顺序把它们排列成谱，如图所示，由电磁波谱可知(　 　)
A．微波是不可见光
B．红外线可以灭菌消毒
C．紫外线的波长比红外线长
D．X射线能在磁场中偏转，穿透力较强，
可用来进行人体透视
A
【解析】　微波是不可见光，A正确；红外线有热效应，紫外线可以灭菌消毒，B错误；紫外线的波长比红外线的短，C错误；X射线是电磁波，不带电，在磁场中不偏转，D错误。
5．关于电磁波谱，下列说法正确的是(　 　)
A．在真空中各种电磁波的传播速度不同
B．γ射线是波长最短的电磁波，它的频率比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
对点演练
B
解析：各种电磁波在真空中的传播速度都为3.0×108 m/s，故A错误；γ射线是波长最短的电磁波，它的频率比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，波长逐渐变短，频率逐渐升高，而波长越长，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，电磁波谱中无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。
6．(多选)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有(　 　)
A．杀菌用的紫外灯
B．拍胸片的X光机
C．治疗咽喉炎的超声波雾化器
D．检查血流情况的“彩超”机
AB
解析：紫外线的频率高，能量强，常用于杀菌，紫外灯属于电磁波的应用，A正确；X光的穿透能力较强，常用于拍胸片，X光机属于电磁波的应用，B正确；超声波雾化器属于超声波的应用，与电磁波无关，C错误；“彩超”机属于超声波的应用，与电磁波无关，D错误。
课时作业67
第
分
部
三
1．(5分)(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是(　 　)
A．变化的电场一定产生变化的磁场
B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场
C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场
D．变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波
CD
解析：均匀变化的电场产生恒定的磁场，所以A、B均错误；由麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场，C正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，D正确。
2．(5分)关于电磁波，下列说法正确的是(　 　)
A．电磁波不能在真空中传播
B．电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场
C．电场或磁场随时间变化时一定会产生电磁波
D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
B
解析：电磁波的传播不需要介质，电磁波能在真空中传播，故A错误；周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，周期性变化的电场和磁场由近及远地传播形成电磁波，故B正确；均匀变化的电场(磁场)产生稳定的磁场(电场)，不能形成电磁波，故C错误；赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故D错误。
3．(5分)下列说法正确的是(　 　)
A．雷达是利用无线电波中的长波来测定物体位置的
B．太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，人眼对黄绿光最敏感
C．在电磁波的发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调谐
D．紫外线的波长比可见光的波长更长，具有较高的能量，可以用来灭菌消毒
B
解析：微波波长较短，直线传播性能好，雷达是利用微波来测定物体位置的，故A错误；太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，而人眼也对黄绿光最敏感，故B正确；在电磁波的发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制，故C错误；紫外线的波长比可见光的波长更短，频率更高，具有较高的能量，可以用来灭菌消毒，故D错误。
4．(5分)(多选)以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器奋斗者号创造了10 909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是(　 　)
A．奋斗者号与探索一号通信的信息载体属于横波
B．奋斗者号与沧海号通信的信息载体属于横波
C．探索一号与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现
D．探索一号与探索二号的通信过程也是能量传播的过程
BD
解析：由题图知，奋斗者号与探索一号通信是通过水声通信，声波是纵波，故信息载体属于纵波，故A错误；由题图知，奋斗者号与沧海号通信是通过无线蓝绿光通信，光波是横波，故信息载体属于横波，故B正确；因为太空中没有介质，机械波无法传播，所以探索一号与通信卫星的实时通信无法通过机械波实现，只能通过电磁波来实现，故C错误；传递信息的过程也是传递能量的过程，故探索一号与探索二号的通信过程也是能量传播的过程，故D正确。
5．(5分)如图所示，表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是(　 　)
A．电容器正在充电
B．电感线圈中的磁场能正在减小
C．电感线圈中的电流正在减小
D．此时自感电动势正在阻碍电流的增大
D
解析：根据磁感线的方向，由右手螺旋定则可以判断，电路中电流方向是逆时针，再根据电容器极板上带电的性质可以判断电容器在放电，A错误；电容器在放电，所以电感线圈中的电流在增大，磁场能在增大，自感电动势正在阻碍电流的增大，B、C错误，D正确。
6．(5分)(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
CD
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。
7．(5分)在LC振荡电路中，电容器上的带电荷量从最大值变化到零所需的最短时间是(　 　)
B
8．(5分)如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t＝0时开关S打到b端，t＝0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则(　 　)
A．LC回路的周期为0.02 s
B．LC回路的电流最大时电容器中电场能最大
C．t＝1.01 s时线圈中磁场能最大
D．t＝1.01 s时回路中电流沿顺时针方向
C
9．(5分)某收音机中的LC振荡电路，由固定线圈和可调电容器组成，能够产生频率范围为f到kf(k>1)的电磁振荡。可调电容器的最大电容和最小电容之比为(　 　)
A．k4 B．k3
C．k2 D．k
C
10．(5分)如图甲所示，在变化的磁场中放置一个闭合电路，电路里产生了感应电流；如图乙所示，空间存在变化的磁场，其周围产生感应电场。下列说法正确的是(　 　)
A．甲、乙两图一定能持续产生电磁波
B．对甲图，从上向下看，电子在回路中
沿顺时针方向运动
C．闭合电路只是检验变化的磁场产生电场，即使没有闭合电路空间仍能产生电场
D．变化的电场周围产生磁场，与闭合电路是否存在有关
C
解析：若甲、乙两图中的磁场均匀变化，就会产生稳定不变的电场，稳定不变的电场不会产生磁场，就不会持续产生电磁波，故A错误；对甲图，从上向下看，感应电流沿顺时针方向，电子在回路中沿逆时针方向运动，故B错误；变化的磁场周围产生电场是一种普遍存在的现象，与闭合电路是否存在无关，甲图的闭合电路只是检验变化的磁场产生电场，乙图即使没有闭合电路，空间仍能产生电场，故C正确；同理，变化的电场周围产生磁场也是一种普遍存在的现象，与闭合电路是否存在无关，故D错误。
11．(5分)如图甲所示为被誉为“救命神器”的自动体外除颤仪(AED)，是一种用于抢救心跳骤停患者的便携式的医疗设备，其结构如图乙所示，低压直流电经高压直流发生器后向储能电容器C充电。除颤治疗时，开关拨到2，利用电极将脉冲电流作用于心脏，使患者心脏恢复正常跳动，若无其他条件变化时，下列说法正确的是(　 　)
A．脉冲电流作用于不同人体时，电流大小相同
B．放电过程中，电流大小不变
C．自感系数L越小，放电脉冲电流的振荡周期越短
D．电容C越小，电容器的放电时间越长
C
12．(5分)图甲为车辆智能道闸系统的简化原理图，预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路，当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，使得振荡电流频率发生变化，检测器将该信号发送至车牌识别器，从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图乙，则下列有关说法正确的是(　 　)
A．t1时刻电容器间的电场强度为最大值
B．t1～t2时间内，电容器处于放电过程
C．汽车靠近线圈时，振荡电流频率变大
D．从图乙波形可判断汽车正远离地感线圈
D
AD
13．(5分)(多选)如图甲所示的LC振荡电路中，电容器C极板上的带电荷量q随时间t变化的规律如图乙所示，则该振荡电路(　 　)
A．0～1×10-6 s电容器处于放电过程
B．t＝2×10-6 s时磁场能最大
C．增大电容器C的极板间距，则LC振荡电路电磁振荡的周期会增大
D．t＝4×10-6 s时，电路中电流为零