[体系构建]
电磁波—
[核心速填]
一、电磁波的发现
1．麦克斯韦的电磁场理论
(1)变化的电场产生磁场；
(2)变化的磁场产生电场．
2．电磁波
(1)预言电磁波的存在．
(2)电磁场：变化的电场和变化的磁场不可分割．
(3)电磁波：电磁场由近及远向外传播．
(4)赫兹实验：①电磁波的传播速度等于光速；②电磁波的干涉、衍射、偏振等．
二、电磁振荡
1．LC电磁振荡产生了周期性变化的高频电流．
2．振荡过程中各物理量的变化规律．
3．LC振荡电路的周期公式：T＝2π，频率公式f＝.
4．实际的LC振荡是阻尼振荡．
三、电磁波的发射和接收
1．发射
①采用高频率和开放电路
②调制：分为调幅和调频，将信息加在高频振荡电流上．
2．接收：调谐和解调(检波)．
四、电磁波谱
1．定义：按电磁波的波长或频率大小的顺序排列成谱．
2．谱线：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
3．电磁波的特点与应用
(1)应用：广播电视、雷达、移动通讯、因特网、电磁波谱．
(2)特点：横波、真空中传播等于光速，λ＝.
电磁振荡过程分析
1．分析两类物理量：电荷量Q决定了电场能的大小，电容器极板间电压U、电场强度E、电场能EE的变化规律与Q的变化规律相同；振荡电流i决定了磁场能的大小，线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ、磁场能EB的变化规律与i的变化规律相同．
2．两个过程：放电过程电荷量Q减小，振荡电流i增加；充电过程电荷量Q增加，振荡电流i减小．
3．两个瞬间：放电完毕瞬间Q＝0，i最大；充电完毕瞬间i＝0，Q最大．
【例1】 如图所示，i-t图象表示LC振荡电流随时间变化的图象，在t＝0时刻，电路中电容器的M板带正电，在某段时间里，电路的磁场能在减少，而M板仍带正电，则这段时间对应图象中________段．
[解析] 由电流图象可得，在t＝0时刻是电容器开始放电，电路中电容器的M板带正电，故电流方向逆时针为正方向；某段时间里，电路的磁场能在减少，说明电路中的电流在减小，是电容器的充电过程，此时M板带正电，说明此时电流方向顺时针方向为负，符合电流减小且为负值的只有cd段．
[答案] cd
[一语通关]
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：当电容器的带电量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场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．
1．已知LC振荡电路中电容器极板1上的电荷量随时间变化的曲线如图所示．则( )
A．a、c两时刻电路中电流最大，方向相同
B．a、c两时刻电容器里的电场能最大
C．b、d两时刻电路中电流最大，方向相同
D．b、d两时刻电路中电流最大，方向相反
E．b、d两时刻磁场能最大
BDE [a、c两时刻电容器极板上电荷量最大，电场能最大，所以电路中电流最小；b、d两时刻电容器极板上电荷量最小，电路中电流最大，磁场能量最大，b、d两点时间间隔为半个周期，故电流方向相反．]
电磁波的特点和应用
1．按波长由长到短(频率由低到高)的顺序
无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射线)、γ射线等合起来，构成了范围非常广阔的电磁波谱．
2．各种不同的电磁波既有共性，又有个性
(1)共性：它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，都遵守公式v＝fλ，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s，它们的传播都不需要介质，各波段之间并没有绝对的区别．
(2)个性：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，波长越短观察干涉、衍射现象越困难．正是这些不同的特性决定了它们不同的用途．
3．电磁波和机械波在波动性上有相同点，都遵守v＝fλ，但本质不同，机械波不能在真空中传播，而电磁波的传播不需要介质．
【例2】 声呐能发射超声波，雷达能发射电磁波，超声波和电磁波相比较，下列说法正确的是( )
A．超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量
B．电磁波既可以在真空中传播，又可以在介质中传播，超声波只能在介质中传播
C．在空气中传播的速度与在其他介质中传播速度相比，均是在空气中传播时具有较大的传播速度
D．超声波是纵波，电磁波是横波
E．超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉
ABD [超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量、信息，A正确；声呐发出的超声波是机械波，不可以在真空中传播，B对；机械波在空气中传播时速度较小，在其他介质中传播时速度大，而电磁波恰好相反，C错；声波是纵波，电磁波是横波，D正确；超声波和电磁波不是同一类波，不可能发生干涉，E错．]
2．关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波
B．紫外线的频率比可见光低，长时间照射可以促进钙的吸收，改善身体健康
C．X射线和γ射线的波长比较短，穿透力比较强
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
E．所有物体都发射红外线
ACE [无线电波的波长长，易发生衍射现象，A正确；紫外线的频率比可见光高，B错；任何物体都能辐射红外线，D错，选项C、E正确．]
雷达的原理和应用
1．利用雷达测定物体的距离：解决这类问题的关键是区分发射脉冲波形和反射脉冲波形，找出从发射电磁波和接收到回来的电磁波的时间差，再利用s＝vt，求出物体的距离．
2．利用雷达测定物体的速度：这类问题往往要有两个(或两个以上)的发射脉冲与反射脉冲，可以确定一段时间前后物体的两个位置或一段时间的位移，从而测出物体的速度．
3．利用雷达确定物体的位置：雷达有一个可以转动的天线，它能向一定方向发射无线电(微波)脉冲，雷达可根据发射无线电波的方向和仰角，再参考所测得物体的距离，从而确定某一时刻物体的位置．实际上，这一切数据都由电子电路自动计算并在荧光屏上显示出来．
【例3】 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，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？
甲 乙
[解析] 由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0＝10－4s，甲图发射波和接收波的时间间隔t1＝4×10－4 s，乙图时间间隔t2＝1×10－4s，所以，第一次战斗机距雷达的距离为s1＝c×＝6.0×104 m，第二次战斗机在雷达正上方．所以，战斗机的高度h＝c×＝1.5×104 m，故173 s内战斗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
3．目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内．请回答下列关于雷达和电磁波的有关问题．
(1)雷达发射电磁波的波长范围是多少？
(2)能否根据雷达发出的电磁波确定雷达和目标间的距离？
[解析] (1)由c＝λf可得：
λ1＝＝ m＝1.5 m，
λ2＝＝ m＝0.3 m.
故雷达发出的电磁波的波长范围是0.3～1.5 m.
(2)电磁波测距的原理就是通过发射和接收电磁波的时间间隔来确定距离，所以可根据x＝确定雷达和目标间的距离．
[答案] (1)0.3～1.5 m (2)能
课件35张PPT。第十四章 电磁波章末复习课产生磁场 产生电场 电磁场 光速 周期性变化 开放电路 调频 频率 红外线 紫外线 电磁振荡过程分析电磁波的特点和应用雷达的原理和应用Thank you for watching !章末综合测评(四)
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分．在每小题给出的5个选项中，有3项符合题目要求，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分)
1．关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是 ( )
A．恒定的电场能够产生电磁波
B．电磁波既有纵波，又有横波
C．电磁波只有横波，没有纵波
D．电磁波从空气进入水中时，其波长变短了
E．雷达用的是微波，是由于微波传播的直线性好，有利于测定物体的位置
CDE [恒定的电场不能产生磁场，不能产生电磁波，选项A错误；电磁波是横波，选项B错误，C正确；电磁波从空气进入水中，传播速度变小，频率不变，波长变短，选项D正确；微波的频率较大，波长较小，衍射不明显，传播的直线性好，有利于测定物体的位置，选项E正确．]
2．如图所示为LC的振荡电路中电容器某一极板上的电荷量随时间变化的图象，则( )
A．Oa时间内为充电过程
B．ac时间内电流方向改变
C．bc时间内电场能向磁场能转化
D．d时刻，电流最强，磁场能最大
E．e时刻，电场能为零磁场能最大
[答案] BCE
3．目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内．下列关于雷达和电磁波的说法正确的是( )
A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标间的距离
D．波长越短的电磁波，反射性能越强
E．波长越长的电磁波，反射性能越强
ACD [电磁波是在空间传播着的周期性变化的电磁场，雷达一般采用的是无线电波中波长较短的微波，这是因为波长越短的波反射性能越强，利用波的多普勒效应还可以测定目标的速度．目前雷达发射 的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内，其对应在真空中的波长为1.5 m至0.3 m，选项ACD正确．]
4.如图所示，一束太阳光入射到三棱镜上，通过三棱镜后在另一侧的光屏MN上ad之间形成彩色光带，以下说法中正确的是( )
A．入射到ad区域的彩色光带，在光屏上自上而下的颜色为红色到紫色
B．所有入射到ad区域的各种单色光相比较，在光屏上越靠近a的单色光在三棱镜中的传播速度越大
C．若在光屏上pd区域不同位置放置灵敏温度探测器，越靠近d点的温度探测器升温越快
D．若在光屏上pd区域不同位置放置灵敏温度探测器，靠近a点的温度探测器比靠近d点的温度探测器升温快
E．所有入射到ad区域的各种单色光相比较，靠近d的光易穿过傍晚的大气层
ABD [太阳光照射到三棱镜上发生色散时，因红光的折射率最小，紫光的折射率最大，所以红光在a处，紫光在d处，A正确；越靠近a处的单色光，折射率越小，由v＝可知，对应的在三棱镜中的传播速度越大，B正确；落在a点附近的光是红外线，它的显著效应是热效应，故将灵敏温度探测器放在a点附近比放在d点附近升温快，所以C错误，D正确；穿过大气层时紫光易被吸收，E错误．]
5．在LC振荡电路中，在电容器放电完毕瞬间，以下说法正确的是( )
A．电容器极板间的电压等于零，磁场能开始向电场能转化
B．电流达到最大值，线圈产生的磁场达到最大值
C．如果没有能量辐射损耗，这时线圈的磁场能等于电容器开始放电时的电场能
D．线圈中产生的自感电动势最大
E．电容器极板间电场最强
ABC [电容器放电完毕的瞬间，还有以下几种说法：电场能向磁场能转化完毕；磁场能开始向电场能转化；电容器开始反方向充电．电容器放电完毕的瞬间有如下特点：电容器电荷量Q＝0，板间电压U＝0，板间场强E＝0，线圈电流I最大，磁感应强度B最大，磁场能最大，电场能为零．线圈自感电动势E自＝，电容器放电完毕瞬间，虽然I最大，但为零，所以E自等于零．由于没有考虑能量的辐射，故能量守恒，在这一瞬间电场能E电＝0，磁场能E磁最大，而电容器开始放电时，电场能E电最大，磁场能E磁＝0，则ΔE磁＝ΔE电．]
6.在LC振荡电路中，某时刻电路中的电流方向如图所示，且电流正在增大，则该时刻( )
A．电容器上极板带正电，下极板带负电
B．电容器上极板带负电，下极板带正电
C．电场能正在向磁场能转化
D．电容器正在放电
E．磁场能正在向电场能转化
ACD [电流正在增大，说明是放电过程，是电场能向磁场能的转化，C、D项正确，E项错误；放电过程电容器上极板带正电，下极板带负电，A项正确，B项错误．]
7.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
E．电容器正在充电
ADE [由电磁振荡的规律可知，电容器充电过程中，电流逐渐减小，电场能逐渐增大，磁场能逐渐减小，即磁场能正向电场能转化，故A、D、E正确．]
8．下列说法正确的是( )
A．不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关
B．游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的，说明机械波从一种介质进入另一种介质，频率并不改变
C．当光从一种介质射入另一种介质时，如果入射角足够大，就会发生全反射现象
D．麦克斯韦电磁场理论的主要论点是变化的磁场激发电场，变化的电场激发磁场
E．相对论认为：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度大
ABD [发生全反射条件是光从光密介质射入光疏介质，入射角大于或等于临界角，故C错误；由尺缩效应可知一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度短，E错误．]
9．电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是( )
A．电磁波不能产生衍射现象
B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机
C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度
D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值是相同的
E．远处射来的星光经过太阳附近时发生偏斩
CDE [根据电磁波的特点解题．
干涉、衍射是波所特有的现象，所以电磁波能产生衍射现象，选项A错误；常用的遥控器是通过发出红外线来遥控电视机的，选项B错误；利用多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的速度，选项C正确；根据光速不变原理，在不同的惯性系中，光速是相同的，选项D正确．由广义相对论的结论知E正确．]
10．一个物体静止时质量为m0，能量为E0；速度为v时，质量为m，能量为E，动能为Ek，下列说法正确的是( )
A．物体速度为v时的能量为E＝mc2
B．物体速度为v时的能量为E＝mv2
C．物体静止时能量E0＝m0c2
D．物体速度为v时的动能Ek＝mc2
E．物体速度为v时的动能Ek＝(m－m0)c2
ACE [由爱因斯坦质能方程可知，物体速度为v时的能量E＝mc2，选项A对，B错误；物体静止时能量E0＝m0c2，C对；物体速度为v时的动能Ek＝mc2－m0c2＝(m－m0)c2，选项D错误，E对．]
二、非选择题(共6小题，共50分，按题目要求作答)
11．(6分)现在，移动电话(手机)已经十分普遍，随身携带一部手机，就可以在城市的任何一个角落进行通话．我国现有几亿部手机，那么每一部手机接收到的电磁波频率________(填“相同”或“不相同”)．现在建了很多地面转播塔，但还是有很多“盲区”，我们不用同步卫星直接转播的原因是________．
[解析] 每部手机收到的电磁波频率是不相同的，我们不用同步卫星直接传播的原因是用卫星传播太远，信号太弱．
[答案] 不相同 用卫星传播太远，信号太弱
12．(6分)某电台发射频率为500 kHz的无线电波，其发射功率为10 kW，在距电台20 km的地方接收到该电波，该电波的波长为________，在此处，每平方米的面积每秒钟可接收到该电波的能量为________．
[解析] 由c＝λf知，λ＝＝ m＝600 m，设每秒每平方米获得的能量为E，则E·4πR2＝Pt，所以E＝＝ J≈2×10－6 J.
[答案] 600 m 2×10－6 J
13．(6分)如图所示，两艘飞船A、B沿同一直线同向飞行，相对地面的速度均为v(v接近光速c)．地面上测得它们相距为L，则A测得两飞船间的距离________(选填“大于”“等于”或“小于”)L.当B向A发出一光信号，A测得该信号的速度为________．
[解析] 根据长度的相对性得L＝L0
所以A测得两飞船间的距离L0＝＞L.
根据狭义相对论的基本假设，光信号的速度为光速c.
[答案] 大于 c
14．(10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＝×10－3s时，电容器的右极板带何种电荷；
(2)当t＝π×10－3s时，LC振荡电路中的电流是多少．
[解析] (1)由T＝2π，知
T＝2π s＝2π×10－3 s.
t＝×10－3 s＝T.断开开关S时，电流最大，经电流最小，电容器两极板间电压最大．在此过程中对电容器充电，右极板带正电．
(2)t＝π×10－3s＝，此时电流最大，与没有断开开关时的电流大小相等，则I＝＝＝0.5 A.
[答案] (1)正电 (2)0.5 A
15.(10分)如图所示，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.
(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≈4.68×10－6s，电容器极板上所带电荷量由最大变为零，经过的时间为t＝＝1.17×10－6s.(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、线圈两端的电压逐渐减小
16．(12分)某人测得一静止棒长为l，质量为m，于是求得此棒线密度为ρ.
(1)假定此棒以速度v在棒长方向上运动，此人再测棒的线密度应为多少？
(2)若棒在垂直长度方向上以速度v运动，它的线密度又是多少？(线密度ρ＝)
[解析] (1)当棒沿棒长方向运动时棒的长度变小，质量变大．
m′＝，l′＝l，
ρ′＝＝·＝.
(2)当棒在垂直长度方向上运动时，棒的长度不变，质量变大．
m″＝，l″＝l，所以ρ″＝.
[答案] (1) (2)
