小专题研究(四) 电磁振荡中的三个“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)电荷量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。
(2)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。
注意：电流i和电荷量q的变化不同步，规律如图1所示。
图1
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电过程和放电过程。
(1)充电：当电容器的电荷量增加时为充电过程，这个过程电路中的电流减小。
(2)放电：当电容器的电荷量减小时为放电过程，这个过程电路中的电流增加。
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2中的电路甲和乙，表示了电磁振荡两类不同的初始条件。
图2
(1)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。
(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。
[例证] 如图3所示电路中，电容器的电容为C，电感线圈的电感为L，线圈的电阻忽略不计，原来开关S闭合，现从开关S断开的瞬间开始计时，以下说法正确的是( )
图3
A．t＝0时刻，电容器的左板带负电，右板带正电
B．t＝时刻，线圈L的感应电动势最大
C．t＝π时刻，通过线圈L的电流最大，方向向左
D．t＝π时刻，电容器C两极板间电压最大
[解析] 没断开开关前，线圈与R串联，由于线圈的电阻不计，所以线圈两端的电压为零，电容器两极板上电荷量为零。此时通过线圈的电流自右向左，当断开开关时，开始给电容器充电，电流逐渐减小，经过个周期(t＝时刻)，充电电流减小到最小，此时电容器上电荷量最多(左板带正电，右板带负电)，线圈L的感应电动势最大。故选项A错，B正确。随后电容器放电，再经过T(即t＝π时刻)放电完毕，电流达到最大，从左向右通过线圈，故选项C错误。随后再充电，经过T(即t＝π时刻)，充电完毕，此时电容器上电荷量最多，两极板间电压最大，故选项D正确。
[答案] BD
1.如图4所示，LC回路中，振荡周期为2 s，通过P点的电流按正弦规律变化，且把通过P点向右流动的电流方向规定为正方向。从电容器上极板带正电且电荷量最大开始计时，则( )
图4
A．0.5 s到1 s内，电容器C在放电
B．0.5 s到1 s内，C上极板带正电荷
C．1 s到1.5 s内，Q点比P点电势高
D．1 s至1.5 s内，磁场能正转化为电场能
解析：选C t1＝0.5 s＝，t2＝1 s＝，t3＝1.5 s＝T。从电容器上极板带正电且电量最大开始计时，在0到内，电容器放电，在时放电电流最大，开始给电容器充电，从到，是充电过程，电容器下极板带正电，故A、B都不对；在时，电容器下板带正电且电荷量最大，从到T，开始反向放电，Q点电势比P点高，C正确；这段时间内，电场能转化为磁场能，D错误。
2．如图5所示电路，S先接通a触点，让电容器充电后再接通b触点，设这时可变电容器的电容为C＝556 pF，电感L＝1 mH。
图5
(1)经过多长时间电容C上的电荷第一次释放完？
(2)这段时间内电流如何变化？线圈两端电压如何变化？
解析：(1)根据T＝2π，该电路的振荡周期为T＝2π＝2×3.14× s＝4.68×10－6 s
电容器极板上所带电荷量由最大变为零，经过的时间为t＝＝1.17×10－6 s；
(2)电流逐渐增大，线圈两端的电压逐渐减小。
答案：(1)1.17×10－6 s (2)电流逐渐增大 电压逐渐减小
第1节 电_磁_振_荡
电 磁 振 荡
[自读教材·抓基础]
1．振荡电流和振荡电路
(1)振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流。
(2)振荡电路：产生振荡电流的电路。
(3)LC振荡电路：由线圈L和电容器C组成的电路，是最简单的振荡电路。
2．电磁振荡的过程
(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，振荡电流逐渐增大，放电完毕，电流达到最大，电场能全部转化为磁场能。
(2)充电过程：电容器放电完毕后，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，振荡电流逐渐减小，充电完毕，电流减小为零，磁场能全部转化为电场能。
此后，这样充电和放电的过程反复进行下去。
3．电磁振荡的分类
(1)无阻尼振荡：
在LC振荡电路中，如果能够及时地把能量补充到振荡电路中，以补偿能量损耗，就可以得到振幅不变的等幅振荡。
(2)阻尼振荡：
在LC振荡电路中，由于电路有电阻，电路中有一部分能量会转化为内能，另外还有一部分能量以电磁波的形式辐射出去，使得振荡的能量减小。
[跟随名师·解疑难]
1．各物理量变化情况一览表：
工作过程
q
E
i
B
能量转化
0→
放电
qm→0
Em→0
0→im
0→Bm
E电→E磁
→
充电
0→qm
0→Em
im→0
Bm→0
E磁→E电
→
放电
qm→0
Em→0
0→im
0→Bm
E电→E磁
→T
充电
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：
(a)以逆时针方向电流为正
(b)图中q为上极板的电荷量
图3－1－1
3．变化规律及对应关系：
(1)同步同变关系：
在LC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是同步同向变化的，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也是同步同向变化的，即：
i↑—B↑—EB↑(或i↓—B↓—EB↓)。
(2)同步异变关系：
在LC回路产生电磁振荡的过程中，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，也即
q、E、EE↑i、B、EB↓。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
图3－1－2中画出了一个LC振荡电路中的电流变化图线，根据图线可判断( )
图3－1－2
A．t1时刻电感线圈两端电压最大
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时刻电容器带电荷量为零
解析：选D 由题图知，t1时刻电流最大，磁场最强，磁场能最大，根据电磁振荡的规律，此时电场能应最小，电场最弱，电容器极板上电荷量最小，此时电容器的电荷量为0，选项C错误，D正确；此时因电流最大，变化率是0，自感电动势为0，电感线圈两端电压最小，A错误；t2时刻电流最小，电场能最大，电容器两极间的电压最大，B错误。
电磁振荡的周期与频率
[自读教材·抓基础]
1．周期和频率
(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。
(3)振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率叫振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。
2．LC振荡电路周期和频率的表达式
(1)周期：T＝2π 单位：秒(s)
(2)频率：f＝ 单位：赫兹(Hz)
[跟随名师·解疑难]
1．影响电磁振荡周期(频率)的因素
(1)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或者电容器电容C。
(2)影响线圈自感系数L的是：线圈的匝数、有无铁芯及线圈截面积和长度。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。
(3)影响电容器电容的是：两极正对面积S，两板间介电常数ε，以及两板间距d，由C＝(平行板电容器电容)，不难判断ε、S、d变化时，电容C的变化。
2．LC回路中各物理量的变化周期
LC回路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期就是LC回路的振荡周期T＝2π，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期T＝2π，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们是标量没有方向，所以变化周期T′是振荡周期T的一半，即T′＝＝π。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
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．减少极板带电荷量
C．在线圈中放入软铁棒作铁芯
D．减少线圈匝数
解析：选D 根据LC振荡电路的频率公式f＝和平行板电容器电容公式C＝知，当增大电容器两极板正对面积时，C增大，f减小；减少极板带电荷量，不影响C，即f不变；在线圈中放入软铁棒作铁芯，L增大，f减小；减少线圈匝数，L减小，f增大。
LC回路电磁振荡过程分析
[典题例析]
1．LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图3－1－3所示，则( )
图3－1－3
A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a
B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电
C．若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上极板带正电
D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
[思路点拨] 解答本题首先根据电流的磁场方向和安培定则判断振荡电流的方向，然后再根据磁场的变化判断电容器的充放电以及极板带电情况。
解析：若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a流，电场能增大，上极板带负电，故选项A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误。
答案：ABC
[探规寻律]
(1)电磁振荡问题的解题模型
(2)模型突破：q决定了电场的强弱和电场能的大小，i决定了磁场的强弱和磁场能的大小。电磁振荡的过程，实质上是电场能和磁场能相互转化的过程，知道其中一种场的变化就能推知另一种场的变化情况。
[跟踪演练]
图3－1－4所示的是某时刻LC振荡电路中振荡电流i的方向，下列对甲、乙回路情况的判断正确的是( )
图3－1－4
A．若甲电路中电流i正在增大，则该电路中线圈的自感电动势必定在增大
B．若乙电路中电流i正在增大，则该电路中电容器里的电场必定向下
C．若甲电路中电流i正在减小，则该电路中线圈周围的磁场必在增强
D．若乙电路中电流i正在减小，则该电路中电容器极板电荷必是上正下负
解析：选B 据振荡电路特点知，若电路中电流正在增大，说明振荡电路正在放电，电容器里的电荷量在减少，电压也在减小，线圈的自感电动势也在减小；反之，若电流正在减小，说明电容器正在充电，各量相应的变化与上述相反。
电磁振荡的周期和频率
[典题例析]
2．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，这时电容器是处于充电过程还是放电过程？
[思路点拨] 根据计算的周期和时间的关系确定t＝9.0×10－3 s这一时刻是处于第几个，再判断电流的变化情况和电容器是充电还是放电。
解析：(1)由电磁振荡的周期公式可得
T＝2π＝2×3.14× s
＝6.28×10－4 s
(2)因为t＝9.0×10－3 s相当于14.33个周期，
而<0.33 T<，
由电磁振荡的周期性，当t＝9.0×10－3 s时，LC回路中的电磁振荡正在第二个的变化过程中。
t＝0时，电容器上电压最大，极板上电荷量最多，电路中电流值为零，回路中电流随时间的变化规律如图所示：第一个内，电容器放电，电流由零增至最大；第二个内，电容器被反向充电，电流由最大减小到零。
显然，在t＝9.0×10－3 s时，即在第二个内，线圈中的电流在减小，电容器正处在反向充电过程中。
答案：(1)6.28×10－4 s (2)减小 充电过程
[探规寻律]
(1)LC回路的固有周期T＝2π，仅由电路本身特性即L和C决定而与其他因素无关。
(2)运用周期或频率公式分析计算时，要特别注意单位换算和数量级的计算。
[跟踪演练]
在LC振荡电路中，用以下的哪种办法可以使振荡频率增大一倍( )
A．自感系数L和电容C都增大一倍
B．自感系数L增大一倍，电容C减小一半
C．自感系数L减小一半，电容C增大一倍
D．自感系数L和电容C都减小一半
解析：选D 由LC振荡电路的频率f＝可知，当自感系数L和电容C都减小一半时，其振荡频率恰好增大一倍。
[课堂双基落实]
1．关于在LC振荡电路的一个周期的时间内，下列说法中正确的是( )
①磁场方向改变一次；②电容器充、放电各一次；
③电场方向改变两次；④电场能向磁场能转化完成两次
A．①② B．②③④
C．③④ D．①③④
解析：选C 在一个振荡周期内，电场、磁场方向改变两次，电场能、磁场能转化两次；电容器充、放电各两次。故选项C正确。
2．在LC回路产生电磁振荡的过程中，下列说法正确的是( )
A．电容器放电完毕时，回路中磁场能最小
B．回路中电流值最大时，磁场能最大
C．电容器极板上电荷量最多时，电场能最大
D．回路中电流值最小时，电场能最小
解析：选BC 电容器放电完毕时，q＝0，i最大，磁场能最大，A错，B对；电流最小时，i＝0，电容器极板上电荷量最多，极板间电场最强，电场能最大，C对，D错。
3．在LC振荡电路中，电容器上的带电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：选B 电容器上带电量从最大值变化到零所需最短时间为t＝＝×2π＝，故选项B对。
4．如图3－1－5所示振荡电路中，电感L＝300 μH，电容C的范围为25～270 pF，求：
图3－1－5
(1)振荡电流的频率范围；
(2)若电感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。
解析：(1)由f＝可知电感L不变，C取最大值时，f最小；C取最小值时，f最大，故
fmax＝ Hz
＝1.8×106 Hz
fmin＝ Hz
＝0.56×106 Hz。
所以频率范围为0.56×106～1.8×106 Hz。
(2)由T＝2π得：
C＝＝ F＝1×10－3 F。
答案：(1)0.56×106～1.8×106 Hz
(2)1×10－3 F
[课下综合检测]
1．LC回路中电容器两端电压U随时间t变化的关系如图1所示( )
图1
A．在时刻t2，电路中的电流最大
B．在时刻t3，电路中的磁场能最大
C．从时刻t2至t3，电路中的电场能不断增大
D．从时刻t3至t4，电容器所带的电荷量不断增大
解析：选AC 根据电容器两端电压与电荷量的关系q＝CU可知，t2时刻，电容器上的电荷量为零，即放电完毕，电流最大，故选项A正确；t3时刻，电荷量最大，电流最小为零，磁场能最小，故选项B错误；t2～t3时间内，电荷量增加，即充电过程，电场能不断增加，故选项C正确；t3～t4时间内，是放电过程，电荷量不断减少，故选项D错误。
2．已知LC振荡电路中的电容器电容为C，线圈的电感为L，则正在振荡的电路中( )
A．电容器放电的时间，取决于充电电压的大小
B．电容器放电的时间，取决于L和C的数值
C．电场和磁场相互转化的周期为2π
D．电场能和磁场能相互转化的周期为2π
解析：选BC 电容器放电的时间等于，仅与决定周期的L和C有关，T＝2π与充电电压大小无关，A错误，B正确；电场和磁场都是有方向的，场强为矢量，所以电场和磁场的转化周期为T＝2π，C正确；电场能和磁场能是标量，只有大小没有方向，所以电场能和磁场能的转化周期为＝π，D错误。
3.如图2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( )
图2
A．电流i正在增大，线圈L中的磁场也正在增大
B．电容器两极板间的电压正在增大
C．电容器带电量正在减小
D．线圈中电流产生的磁感应强度正在增强
解析：选B 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。
4．某种电子钟是利用LC振荡电路制成的，在家使用一段时间后，发现每昼夜总是快1 min，造成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
解析：选BCD 电子钟每昼夜总是快1 min，说明其单位时间振动次数多了，即周期变小了。由T＝2π知，一定是L与C的乘积变小了，所以B、C、D正确。
5.如图3所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯D正常发光。现突然断开S，并开始计时，能正确反映电容器a极板上电荷量q随时间变化的图像是图中的哪一个(图中q为正值表示a极板带正电)( )
图3
图4
解析：选B 确定a极板上电荷量q的起始状态，再确定第一个四分之一周期内的变化情况。S处于接通状态时，电流稳定，因忽略L的电阻，电容器两极板间的电压为零，电荷量为零。S断开，D灯熄灭，LC组成的回路将产生电磁振荡。由于线圈的自感作用，在0≤t≤时间段内，线圈产生的自感电动势给电容器充电，电流方向与原线圈中的电流方向相同，电流值从最大逐渐减小到零，但电荷量却从零逐渐增加到最大，在时刻充电完毕，电流值为零而极板上的电荷量最大，但b板带正电，a板带负电，所以选项B正确。
6．已知一理想的LC振荡电路中电流变化规律与单摆振动的变化规律同步，若在电容器开始放电时计时，则( )
A．单摆势能最大时，LC振荡电路中的电场能最大，磁场能为零
B．单摆速度逐渐增大时，LC振荡电路中的电场能逐渐减小，磁场能逐渐增大
C．单摆动能最大时，LC振荡电路的电容器刚放完电，电场能为零，电路中电流为零
D．单摆速度逐渐减小时，LC振荡电路的电容器处于充电过程，电路中电流逐渐增大
解析：选AB 由电场能为零时，磁场能达到最大，电路中电流最大，判断C错误；又因为电容器充电过程，电路中电流逐渐减小，所以D错误。对于A、B，首先要明确电路中的电流与单摆的速度相对应，则一个周期内变化如下表：
时刻
相关物理量
t＝0(开始放电)
t＝
t＝
t＝T
t＝T
电流i、磁场能
零
最大
零
最大
零
电场能(E，q，U)
最大
零
最大
零
最大
速度v、动能
零
最大
零
最大
零
势能
最大
零
最大
零
最大
由上表可知，第一组同步变化的是电流、磁场能和速度、动能；第二组同步变化的是电场能和单摆的势能。故A、B正确。
7．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为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。现将测得的六组数据标示在以C为横坐标，以T2为纵坐标的坐标纸上，即图5中用“×”表示的点，如图所示。
图5
(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L的值是 ____________。(π2取10)
解析：(1)T、L、C的关系为T＝2π。
(2)作图时，图像应尽量通过或靠近比较多的数据点，不通过图像的数据点应尽量较均匀地分布在图线的两侧，如图所示。
(3)将LC回路的固有周期公式T＝2π变换成T2＝4π2LC，从而认识到T2－C图像为一过坐标原点的直线(在本题中，横、纵坐标的起点不为零，图线在纵轴上有一正截距值)，图像的斜率为4π2L，L＝，从图线上取两点求得斜率k＝，计算出L的测量平均值为0.035 1～0.040 0 H范围内的某一数值。
答案：(1)T＝2π
(2)见解析图
(3)在0.035 1～0.040 0 H内均可
8．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6所示电路，试分析以下两个问题：
图6
(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)S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，电容器间的场强反向，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，电容器两极间的场强为零，由牛顿第二定律可得：a＝＝g，方向竖直向下。
答案：(1)2g (2)g 方向竖直向下
第2节 电磁场和电磁波
麦克斯韦电磁理论的两个基本假设
[自读教材·抓基础]
1．变化的磁场能够在周围空间产生电场
(1)麦克斯韦认为，磁场随时间变化快，产生的电场强；磁场随时间的变化不均匀时，产生变化的电场；稳定的磁场周围不产生电场。
(2)电场可由两种方式产生：①由电荷产生；②由变化的磁场产生。
2．变化的电场能够在周围空间产生磁场
麦克斯韦认为，若电场随时间变化快，则产生的磁场强；若电场随时间的变化不均匀，则会产生变化的磁场。稳定的电场周围不产生磁场。
[跟随名师·解疑难]
1．对麦克斯韦电磁场理论的认识
变化的磁场产生电场：
如图3－2－1所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路(导体环)是否存在无关。导体环的作用只是用来显示电场的存在。
图3－2－1
(2)变化的电场产生磁场：
如图3－2－2所示，根据麦克斯韦理论，在LC振荡电路中，当电容器充、放电的时候，不仅导线中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。
图3－2－2
2．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
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图3－2－3所示的表示电场产生磁场(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 ( )
图3－2－3
解析：选BC A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，A图中的下图是错误的；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B图正确；C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，且相位相差，C图是正确的；D图的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差π，故错误。所以只有B、C两图正确。
电磁场和电磁波
[自读教材·抓基础]
1．电磁场
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。
2．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是由近及远地传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。
(2)电磁波的特点：①电磁波是横波，电磁波在空间传播不需要介质；②电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108 m/s。
(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。
3．赫兹实验
(1)赫兹实验原理图(如图3－2－4)：
图3－2－4
(2)实验现象：当感应线圈两个铜球间有火花跳过时，导线环两铜球间也有火花产生。
(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，这种电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波经过接收线圈时，导致接收线圈产生感应电动势，使接收线圈两球间隙处产生电压，当电压足够高时，两球之间就会产生火花放电现象。
(4)实验结论：赫兹实验证实了电磁波的存在。
(5)实验意义：证明了麦克斯韦的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。
4．麦克斯韦理论在物理发展史上的意义
麦克斯韦电磁场理论把电磁学发展成为完整的、优美的理论体系，统一了人们对电磁和光现象的认识，为电和磁的利用开辟了理论前景，为深入研究物质的电磁结构及客观性提供理论基础。
[跟随名师·解疑难]
1．对电磁场的理解
(1)电磁场的产生：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新的周期性变化的电场……于是，变化的电场和磁场交替产生，形成了不可分割的统一体，这就是电磁场。
(2)电场、磁场的变化关系可用下面的框图表示：
2．电磁波的波速、波长与频率的关系：c＝λf，λ＝
同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变。在介质中的速度都比真空中的速度小。不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大。
3．电磁波与机械波的比较
电磁波
机械波
研究对象
电磁现象
力学现象
周期性
电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化
位移随时间和空间做周期性变化
传播情况
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
传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关
产生机理
由电磁振荡(周期性变化的电流)激发
由(波源)质点的振动产生
是否横波
是
可以是
是否纵波
否
可以是
干涉现象
满足干涉条件时均能产生干涉现象
衍射现象
满足衍射条件时均能发生明显衍射
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
(上海高考)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：选B 电磁波是横波，但机械波有横波也有纵波，A错误；机械波的传播需要介质，两者在不同介质中波速不同，C、D错误；电磁波与机械波具有的共同性质是都能传输能量，B正确。
对电磁理论的理解
[典题例析]
1．关于电磁场理论，下列说法正确的是( )
A．在电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场
B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，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．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
[思路点拨] 要注意电场或磁场是如何变化的，变化规律不同，产生的场的特点也不相同。
解析：根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场。
答案：D
[探规寻律]
(1)麦克斯韦电磁理论的两大支柱：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。
[跟踪演练]
如图3－2－5所示，有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管，其半径为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。要使带电粒子能沿管做圆周运动，所加的磁场可能是( )
图3－2－5
A．匀强磁场
B．均匀增加的磁场
C．均匀减小的磁场
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沿管运动
解析：选BC 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。
电磁波与机械波的比较
[典题例析]
2．关于电磁波与声波的说法，下列正确的是( )
A．电磁波是电磁场由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
[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：
(1)电磁波本身是一种物质，机械波只是一种振动形式在介质中的传播；
(2)电磁波在真空中的传播速度最大，机械波在固体、液体、气体中的传播速度逐渐减小，但传播过程中它们的频率都不变。
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。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频率都不变，所以由波长λ＝及它们在不同介质中的速度可知，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。
答案：AC
[跟踪演练]
电磁波与机械波相比较( )
A．电磁波传播不需介质，机械波需要介质
B．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度相同
C．电磁波和机械波都不能产生干涉
D．电磁波和机械波都能产生衍射
解析：选AD 电磁波的传播不需要介质，而机械波的传播需要介质，所有电磁波的传播速度只有在真空中才相同，但在其他某种介质如玻璃中则不同，而不同的机械波即使在同种介质中传播，速度一般也不一样。电磁波和机械波有波的特性，故能发生干涉和衍射现象，故A、D项正确。
[课堂双基落实]
1．关于麦克斯韦的电磁场理论及其成就，下列说法正确的是( )
A．变化的电场可以产生磁场
B．变化的磁场可以产生电场
C．证实了电磁波的存在
D．预见了真空中电磁波的传播速度大于光速
解析：选AB 选项A和B是电磁场理论的两大支柱，所以A和B正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹最早证实了电磁波的存在，C错误；麦克斯韦预见了真空中电磁波的传播速度等于光速，D错误。
2．某电路中电场随时间变化的图像如图3－2－6所示，能发射电磁波的电场是( )
图3－2－6
解析：选D 图A中电场不随时间变化，不会产生磁场。图B和C中电场都随时间均匀变化，只能在周围产生稳定的磁场，也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，才能发射电磁波。
3．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，而且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：选BCD 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，机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定；电磁波是物质波，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。
4．如图3－2－7所示是某一固定面积的磁通量的变化图线，它在周围空间某一点激发的电场的场强E应是( )
图3－2－7
A．逐渐增强 B．逐渐减弱
C．不变 D．无法确定
解析：选C 由题图知，磁通量均匀变化，而面积一定，故磁感应强度B均匀变化，故在其周围产生稳定的电场，故C正确。
[课下综合检测]
1．最先提出经典电磁场理论的科学家和最早捕捉到电磁波的科学家分别是( )
A．法拉第 安培 B．麦克斯韦 法拉第
C．奥斯特 赫兹 D．麦克斯韦 赫兹
解析：选D 最先提出经典电磁场理论的科学家是麦克斯韦，最早捕捉到电磁波的科学家是赫兹。因此选D。
2．关于电磁波在真空中的传播速度，以下说法正确的是( )
A．频率越高，传播速度越大
B．波长越长，传播速度越大
C．电磁波的能量越大，传播速度越大
D．频率、波长、强弱都不影响电磁波的传播速度
解析：选D 所有电磁波，无论波长、频率如何，在真空中传播速度都等于光速。
3．关于电磁波，下列说法中正确的是( )
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3×108 m/s
C．电磁波由真空进入某种介质传播时，波长将变长
D．电磁波只能在真空中传播
解析：选A 电磁波是交替变化的电磁场由发生区域向远处的传播，在真空中的传播速度是3×108 m/s。在其他介质中的传播速度小于3×108 m/s。电磁波在传播的过程中，频率f不变，由v＝λf可知传播速度变小时，波长变短，故B、C、D均不对。
4．以下电场能产生变化的磁场的是( )
A．E＝10 V/m
B．E＝5sin(4t＋1) V/m
C．E＝(3t＋2) V/m
D．E＝(4t2－2t) V/m
解析：选BD
5．如图1所示是一水平放置的绝缘环形管，管内壁光滑，内有一直径略小于管内径的带正电的小球，开始时小球静止。有一变化的磁场竖直向下穿过管所在的平面，磁感应强度B随时间成正比例增大，设小球的带电量不变，则 ( )
图1
A．顺着磁场方向看，小球受顺时针方向的力，沿顺时针方向运动
B．顺着磁场方向看，小球受逆时针方向的力，沿逆时针方向运动
C．顺着磁场方向看，小球受顺时针方向的力，沿逆时针方向运动
D．小球不受力，不运动
解析：选B 因为绝缘环形管面内有均匀增大的磁场，在其周围会产生稳定的涡旋电场，对带电小球做功。由楞次定律判断电场方向为逆时针方向。在电场力作用下，带正电小球沿逆时针方向运动，故B正确。
6．如图2所示，闭合开关S，待电容器充电完毕后，再断开开关S，用绝缘工具使电容器两极板之间稍稍拉开一定的距离，则在电容器周围空间( )
图2
A．会产生变化的磁场 B．会产生稳定的磁场
C．不会产生磁场 D．会产生振荡的磁场
解析：选C 平行板电容器接入直流电源后，两极板间的电压等于电源的电动势，断开电源后，电容器带电荷量将保持不变，由电容的定义式和平行板电容器的公式可得，两极板间的电场E＝＝＝，当用绝缘工具将两极板间距离稍稍拉开一些时，电容器两板间的电场不发生变化，所以不会产生磁场，故C选项正确。
7．电磁波由真空中进入介质中时，其波速变为原来的一半，则波长将变为原来的多少倍？
解析：电磁波由真空进入介质中时，周期不变。
由λ＝vT可知，＝＝
即λ＝λ0＝0.5λ0。
答案：0.5倍
8．雷达是一种无线电探测装置，除了军用方面外，人们还可以使用雷达测定人造卫星、宇宙飞船等飞行物的速度和轨道。雷达测距是由雷达指示器直接显示出来的，当雷达向目标发射无线电波时，在指示器荧光屏上出现一个尖形波；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现第二个尖形波。如图3所示，该图只记录了时间，每一小格表示1.0×10－4s，那么根据此图，雷达与被测目标的距离约为多少？
图3
解析：设雷达与被测目标的距离为s，来回的时间为t，则有2s＝c·t，
故s＝＝ m＝1.2×105 m。
答案：1.2×105 m
第3、4节 电磁波谱 电磁波的应用 无线电波的发射、传播和接收
电磁波谱 电磁波的应用
[自读教材·抓基础]
1．电磁波谱
按波长(或频率)的顺序把所有电磁波排列起来，称之为电磁波谱。按照波长从长到短依次排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
2．不同电磁波的比较
波长、频率
特点
应用
无线电波
波长大于可见光
许多自然过程也辐射无线电波
广播和通讯，天体卫星研究
红外线
所有物体都会发射红外线，热物体的红外线辐射比冷物体强
红外线摄影
红外线遥感
可见光
复色光
波长
(红)(紫)
频率
没有大气，天空蓝色短波散射，傍晚阳光红色短波吸收
紫外线
能量较高
灭菌消毒
促进人体对钙的吸收，利用荧光效应防伪
X射线
对生命物质有较强作用，过量会引起病变，穿透本领强
检查人体内部器官、零件内部缺陷
γ射线
能量很高，破坏生命物质
治疗疾病
探测金属部件内部缺陷
[跟随名师·解疑难]
1．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。
2．电磁波的个性
(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
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
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：选A 在电磁波家族中，按波长由长到短分别为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，所以A项对。
无线电波的发射、传播和接收
[自读教材·抓基础]
1．无线电波的发射
(1)有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的特点：
①采用开放电路：用开放电路可以使振荡电路的电磁场尽可能地分散到大的空间。
②要有足够高的振荡频率：频率越高，发射电磁波的本领越大。
(2)载波：
用来“运载”信号的高频等幅波。
(3)调制：
①定义：
把传递的信号“加”到载波上的过程。
②分类：
调幅：使高频振荡的振幅随信号的强弱而改变的技术。
调频：使高频振荡的频率随信号而改变的调制技术。
2．无线电波的传播
(1)传播途径：
无线电波通常有3种传播途径：地波、天波和空间波。
(2)传播途径对比：
途径
传播形式
适合波段
主要特点
地波
沿地球表面空间传播
长波、中波、中短波
衍射能力较强，但能量损失较多
天波
靠大气中电离层的反射传播
短波
反射能力较强，但不够稳定
空间波
像光束那样沿直线传播
超短波和微波
穿透能力较强但传播距离受限制
3．无线电波的接收
(1)接收原理：
电磁波在传播过程中如果遇到导体，会在导体中感应出振荡电流。
(2)电谐振：
当振荡电路的固有频率跟传播来的电磁波的频率相等时，接收电路中产生的振荡电流最强的现象，叫电磁谐振，也叫电谐振。
(3)调谐：
①定义：使接收电路产生电谐振的过程。
②调谐电路：能够调谐的接收电路。
[跟随名师·解疑难]
1．无线电波的发射和接收过程
2．“调幅”和“调频”都是调制过程
(1)高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。
(2)高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方式叫调频，电台的立体声广播和电视中的伴音信号，采用调频波。
3．解调是调制的逆过程
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，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去。将声音、图像信号加载到高频电磁波中的过程就是调制。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。
4．调谐的作用
世界上有许许多多的无线电台、电视台及各种无线电信号，如果不加选择全部接收下来，那必然是一片混乱，分辨不清。因此接收信号时，首先要从各种电磁波中把我们需要的选出来，通常叫选台。在无线电技术中利用电谐振达到目的。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
下列说法正确的是 ( )
A．用带有天线和地线的开放电路，就可将电磁波发射出去
B．电磁波的传播方式只有两种：天波和地波
C．发射图像信号不需要调制过程
D．使发射信号振幅随高频信号而改变叫调幅
解析：选A
各种电磁波的特性比较
[典题例析]
1．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
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；电磁波中频率最大的为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
[探规寻律]
(1)不同的电磁波波长和频率不同，所呈现的特性及用途也不相同。
(2)记清电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，同时还要了解有的电磁波没有明显界线而重叠。
[跟踪演练]
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．伦琴射线和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：选AB 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。选项A、B正确。
电磁波的应用——雷达
[典题例析]
2．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3－3－1(a)所示，t＝173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图3－3－1(b)所示，雷达监视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？
图3－3－1
[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：
(1)飞机与雷达的位置关系；
(2)飞机与雷达的距离与飞机位移的关系。
解析：由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0＝10－4 s，(a)图发射波和接收波的时间间隔t1＝4×10－4 s，(b)图时间间隔t2＝1×10－4 s，所以第一次飞机位置距雷达的距离为s1＝c×＝6.0×104 m，第二次飞机在雷达正上方，所以飞机高度h＝c·＝1.5×104 m，所以173 s内飞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
[探规寻律]
雷达侦察问题的解决方法：
电磁波在空中的传播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间隔，即可求得侦察距离，为此反射波必须在下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的间隔时间内传播距离的一半。
(1)当反射波形与发射波形对应的时间间隔等于发射脉冲的时间间隔时，雷达的侦察距离最大，x＝c·。
(2)要增大雷达的最大侦察距离，必须相应地延长发射脉冲的时间间隔，即减少每秒发射的脉冲数。
(3)因电磁波在传播过程中不可避免地要损失能量，因此要提高雷达的侦察能力，增大最大侦察距离，最根本的还在于提高雷达的发射功率。
[跟踪演练]
对于雷达指示器的荧光屏上出现的尖形波如图3－3－2所示，下列说法正确的是( )
图3－3－2
①两个尖形波都是雷达向目标发射的无线电波形成的
②两个尖形波都是雷达收到反射回来的无线电波形成的
③第一个尖形波是雷达向目标发射的无线电波形成的
④第二个尖形波是雷达收到反射回来的无线电波形成的
A．①② B．②③
C．③④ D．①
解析：选C 第一个尖形波振幅大能量大，是发射的无线电波形成的，第二个尖形波振幅小，能量小，是反射回来的无线电波形成的，故C正确。
无线电波的发射与接收
[典题例析]
3．如图3－3－3所示，是一个调谐接收电路，(a)、(b)、(c)为电路中的电流随时间变化的图像，则( )
图3－3－3
A．i1是L1中的电流图像
B．i1是L2中的电流图像
C．i2是L2中的电流图像
D．i3是流过耳机的电流图像
[思路点拨] 解答本题时应注意以下四点：
(1)电谐振的原理；
(2)电磁感应；
(3)电磁波的接收过程；
(4)晶体二极管的作用。
解析：L1中由于电磁感应，产生的感应电动势的图像是同(a)图相似的，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
中的电流图像应是(b)图。高频部分通过C2，通过耳机的电流如同(c)图中的i3，只有低频的音频电流，故选项A、C、D正确。
答案：ACD
[探规寻律]
(1)L1和C1组成的回路为调谐电路，其作用是选出携带所需信号的电磁波。
(2)L2、C2和D构成检波回路，其作用是去掉高频信号，选出所需的低频信号。
[跟踪演练]
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3－3－4甲所示，人对话筒说话产生低频振荡如图乙所示，根据这两个图像，发射出去的电磁波图像应是图3－3－5中的( )
图3－3－4
图3－3－5
解析：选B 振荡器产生高频等幅振荡，话筒结构是里边有碳膜电阻，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。
[课堂双基落实]
1．下列关于无线电波的叙述正确的是( )
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：选AD 无线电波的波长是从几十千米到几毫米的电磁波，故选项A正确；干涉、衍射是一切波都具有的特性，故选项C错误；无线电波由真空进入介质时，波速变小，故选项B错误；由v＝λf知，频率不变，波速变小，波长变短，故选项D正确。
2．现代军事行动中，士兵都配戴“红外夜视仪”，在夜间也能清楚地看清目标，主要是因为( )
A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体
B．一切物体均在不停地辐射红外线
C．一切高温物体均在不停地辐射红外线
D．“红外夜视仪”发射出γ射线，被射物体受到激发而发出红外线
解析：选B 一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同，采用红外线接收器，可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响，确认出目标可以采取有效的行动，故B符合题意。
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：选B 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。
4．在无线电波广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是( )
A．调谐→高频放大→检波→音频放大
B．检波→高频放大→调谐→音频放大
C．调谐→音频放大→检波→高频放大
D．检波→音频放大→调谐→高频放大
解析：选A 在无线电波的接收中，首先要选择出所需要的电磁波—调谐，然后经高频放大后，再将音频信号提取出来—检波，最后再进行音频放大，故A正确。
[课下综合检测]
1．关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．波长不同的电磁波在本质上完全相同
B．电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象
C．电磁波谱的频带很宽
D．电磁波的波长很短，所以电磁波谱的频带很窄
解析：选AC 电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的，只是波长或频率不同而已，故A、C正确。
2．电磁波包括的范围很广，产生的机理有所不同，下列说法正确的是( )
A．红外线、可见光、紫外线、X射线是原子外层电子受激发而产生的
B．X射线是原子核受激发而产生的
C．γ射线是原子核受激发而产生的
D．无线电波是自由电子在振荡电路中的周期性运动而产生的
解析：选CD X射线是原子内层电子运动发生变化时产生的，A、B错误；γ射线是原子核受激发而产生的，C正确；无线电波是自由电子在振荡电路中的周期性运动而产生的，D正确。
3．调谐电路的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到较高频率电台发出的电信号。要收到电信号，应 ( )
A．增加调谐电路中线圈的匝数
B．加大电源电压
C．减少调谐电路中线圈的匝数
D．将线圈中的铁芯取走
解析：选CD
4．如图1所示为调幅振荡电流图像，此电流存在于电磁波发射和接收的哪些阶段( )
图1
A．经调制后 B．经调谐后
C．经检波后 D．耳机中
解析：选AB 为了把信号传递出去，需要将信号“加”到高频振荡电流上，这就是调制。调制的方法之一是使高频振荡电流的振幅随信号而变化，成为调幅振荡电流，这就是调幅。在接收电路中，经过调谐，回路中将出现调幅振荡电流，经检波后，调幅振荡电流将波“切”去一半，得到单向脉冲电流，而在耳机中只有随信号变化的音频电流。
5．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，图2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( )
图2
A．2.5～3.5 μm B．4～4.5 μm
C．5～7 μm D．8～13 μm
解析：选D 由图像可知，8～13 μm波段的红外线，H2O和CO2几乎均不吸收，故选D，A、B、C错误。
6．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，必须要有检波过程
解析：选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调制信号中取出来，否则就不能显示。故A错误，B、C、D正确。
7．如图3所示为某收音机接收电路，其电感L＝10－3 mH，为了接收波长为500 m的电磁波，其电容C应调到多少μF。
图3
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
8．在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热带地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果有两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话。(已知地球的质量为6.0×1024 kg，地球半径为6.4×106 m，引力常量为6.67×10－11 N·m2·kg－2)
解析：主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的，设同步卫星高度为H，由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，即＝m(R＋H)，H＝－R＝3.6×107 m，则一方讲话，另一方听到对方的讲话所需的最少时间是t＝＝0.24 s。
答案：电磁波传递信息需要时间 0.24 s
