(共66张PPT)
第四章 电磁振荡与电磁波
1.电
磁
振
荡
2.电磁场与电磁波
必备知识·素养奠基
一、电磁振荡的产生
【思考】
音叉的振动产生声音,但是要形成持续的声音,则需要不断地打击音叉。
手机接收的是电磁波,要产生持续的电磁波,需要持续变化的电流。怎样才能产
生这样的电流呢?
提示:要产生持续变化的电流,可以通过线圈和电容器组成的电路实现。
1.振荡电流:大小和方向都做_______迅速变化的电流。
2.振荡电路:产生_________的电路。
3.LC振荡电路的放电、充电过程:
周期性
振荡电流
(1)电容器放电:如图中当开关从1接到2时,电容器开始_____,由于线圈有
_____作用,放电电流不会立刻达到最大值,而是由零逐渐增大,极板上的电荷
逐渐_____,放电完毕时,极板上的电荷量为零,放电电流达到_______。
(2)电容器充电:电容器放电完毕时,线圈有_____作用,电流并不会立刻减小为
零,而会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_____,电流减小到零时,充电结束,极板上的电荷量达到_______。
4.电磁振荡:在整个过程中,电路中的_____、电容器极板上的_______、电容
器里的_________、线圈里的___________,都随时间周期性地变化。
放电
自感
减少
最大值
自感
反向充电
增多
最大值
电流
电荷量
电场强度
磁感应强度
二、电磁振荡中的能量变化
【思考】
单摆的摆球在运动中,摆球的动能与重力势能周期性地转化。那么,在电磁振荡中,能量是如何转化的?
提示:在电磁振荡的过程中电容器储存的电场能和电感线圈储存的磁场能相互转化。
1.电容器放电过程中从能量的观点来看,电容器刚要放电时,电路里的能量全
部储存在电容器的_______,电容器放电的过程,就是_______逐渐转化为___
_____的过程。
2.电容器充电过程中从能量的观点来看:在充电的过程中,_______逐渐转化为
_______。
3.在电磁振荡的过程中,电场能和磁场能会发生_______的转化。
如果没有能
量损失,振荡可以永远持续下去,振荡电流的_____保持不变。
电场中
电场能
磁
场能
磁场能
电场能
周期性
振幅
三、电磁振荡的周期和频率
【思考】
单摆运动的周期与摆长和当地的重力加速度有关,那么
LC
电路的周期与哪些物理量有关系呢?
提示:电磁振荡的周期T
与电感L和电容C有关。
1.周期:电磁振荡完成一次_______变化需要的时间。
2.频率:单位时间内完成的周期性变化的_____。
3.固有周期和固有频率:如果振荡电路没有_________,也不受其他外界条件影
响,这时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率。
4.周期和频率公式:T=
,f=
。
周期性
次数
能量损失
四、电磁场与电磁波
【思考】
电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去,那么,
这些电磁波是怎样产生的?
提示:如果在空间某区域有周期性变化的电场,就会在周围引起周期性变化的磁场,变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播,形成了电磁波。
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,电路里将会产生
_____的感应电流。
(2)麦克斯韦对现象的分析:回路中有感应电流产生,一定是变化的磁场产生了
变化的_____,自由电荷在_______作用下产生了定向移动。
(3)麦克斯韦第一条假设:即使在变化的磁场周围没有闭合电路,同样要产生
_____。
变化
电场
电场力
电场
2.变化的电场产生磁场:从场的观点出发,麦克斯韦假设:变化的电场就像运动
的电荷,也会在空间产生_____。
3.麦克斯韦对电磁波的预言:如果在空间某区域有_______变化的电场,就会在
周围引起变化的磁场,变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电
场和磁场。这样,变化的电场和磁场由近及远向周围传播,形成了_______。
4.电磁波的特点:
(1)电磁波中的电场强度与磁感应强度互相_____,而且二者均与波的传播方向
_____,因此电磁波是_____。
(2)电磁波的速度等于_____,光的本质是_______。
磁场
周期性
电磁波
垂直
垂直
横波
光速
电磁波
5.赫兹的实验:
(1)如图是赫兹实验装置,该实验证实了_______的存在。
(2)赫兹的其他实验成果:赫兹通过一系列实验,观察到了电磁波的_____、
_____、干涉、_____和偏振等现象,并通过测量证明,电磁波在真空中具有与
___相同的速度,证实了麦克斯韦的电磁场理论。
电磁波
反射
折射
衍射
光
关键能力·素养形成
一 电磁振荡
1.电磁振荡过程各物理量的变化规律:
2.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像(如图所示):
3.板间电压u(图一)、电场能EE(图二)、磁场能EB(图三)随时间变化的图像(如图所示):
4.分类分析:
(1)同步关系
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↑)
(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,也即:q、E、EE↑,i、B、EB↓。
【思考·讨论】
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?
(物理观念)
提示: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)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?
(科学思维)
提示:自感电动势更大,“阻碍”作用更大,振荡周期变长。
(3)如果仅更换电容C更大的电容器,将开关S掷向1,先给电容器充电,电容器的带电荷量是否增大?再将开关掷向2,电容器通过线圈放电,放电时间是否相应地变长?振荡周期T是否变长?
(物理观念)
提示:带电荷量增大,放电时间变长,振荡周期变长。
【典例示范】
(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】选A、D。由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,而电流和线圈中磁场能处于增加过程,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加,D正确。
【规律方法】判断LC回路处于放电过程还是充电过程的方法
(1)电流流向带正电的极板,电荷量增加,磁场能向电场能转化,电场能增加,电流减小,磁场能减少,处于充电过程;
(2)电流流出带正电的极板,电荷量减少,电场能向磁场能转化,电场能减少,电流增大,磁场能增加,处于放电过程。
【素养训练】
1.
(多选)要增大如图所示振荡电路的周期,下列说法中正确的是
( )
A.增加电容器的带电荷量
B.将开关S从“1”位置拨到“2”位置
C.在线圈中插入铁芯
D.缩小电容器的两极板间的距离
【解析】选C、D。根据公式T=2π
知要增大周期,必须增加L和C二者之积,
C跟电容器的带电荷量无关,增加两极板的正对面积、减少两极板间的距离,增
加两极板间电介质都可增加电容C,因此,A不正确,D正确;线圈匝数增加,插入铁
芯,L增大,可见C正确,B不正确。
2.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
( )
【解析】选D。电容器极板间电压U=
,随电容器极板上电荷量的增大而增大,
随电荷量的减小而减小。从图乙可以看出,在0～
这段时间内是充电过程,且
UAB>0,即φA>φB,A板应带正电,只有顺时针方向的电流才能使A板被充电后带正
电,同时考虑到t=0时刻电压为零,电容器极板上的电荷量为零,电流最大,即t=0
时刻,电流为负向最大,D正确。
【补偿训练】
硅胶方形LED夜光闹钟是利用LC振荡电路制成的,使用一段时间后,发现每昼夜总是快
30
s,造成这种现象的可能原因是
( )
A.L不变
B.C变大、L不变
C.L变小、C变大了
D.L变小、C不变
【解析】选D。闹钟走得偏快了是因为钟的LC振荡电路频率变快,周期变短,根
据T=2π
可以知道,周期变短可能是L、C的值变小,故选项D正确。
二 电磁波的产生
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。
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
3.电磁波的特点:
(1)电磁波是横波,即E与B彼此垂直且与传播方向垂直。
(2)电磁波的传播不需要介质,在真空中电磁波的传播速度跟光速相同,即c=3.0×108
m/s。
(3)电磁波具有波的共性,能产生干涉、衍射等现象。电磁波与物质相互作用时,能发生反射、吸收、折射等现象。
4.电磁波的波速、波长与频率的关系:c=λf。
【思考·讨论】
(1)麦克斯韦根据什么认为“变化的磁场产生电场”?
(物理观念)
提示: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)关于“变化的电场产生磁场”的观点,他是在什么情况下提出的?
(物理观念)
提示:“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。
【典例示范】
根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是
( )
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】选D。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D正确。
【素养训练】
1.下列关于电场与磁场的产生的理解正确的是
( )
【解析】选C。题中A、B选项所描述的磁场是稳定的,由麦克斯韦电磁场理论可
知其周围空间不会产生电场,A错误,B错误;题中C选项描述的是周期性变化的磁
场,它能产生同频率周期性变化的电场,且磁通量的变化率最大时电场强度最强,
其相位差为
,C正确;题中D所描述的是周期性变化的电场,在其周围空间产生
周期性变化的磁场,其相位差应为
而不是π,D错误。
2.某空间中出现了如图中虚线所示的一组闭合的电场线,这可能是( )
A.在中心点O有一静止的点电荷
B.沿AB方向有一段通有恒定电流的直导线
C.沿BA方向的磁场在减弱
D.沿AB方向的磁场在减弱
【解析】选C。首先应知道闭合的电场线是由变化的磁场产生的,闭合的电场线类似于环形电流,根据楞次定律环形电流产生的磁场由B→A,阻碍原磁场的变化,所以BA方向的磁场在减弱,选C。
【补偿训练】
(多选)关于电磁场、电磁波的认识,下列说法正确的是
( )
A.电磁波的传播需要介质
B.电磁波从一种介质进入另一种介质,频率不变
C.电磁波传播的过程中也传递了能量
D.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场
【解析】选B、C。周期性变化的电场与磁场相互感应产生,并向外传播,从而形成电磁波,电磁波的传播不需要介质,A错误;只有变化的电场(磁场)才能产生磁场(电场),D错误。
三
电磁波与机械波的比较
机
械
波
电
磁
波
研究对象
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
传播情况
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,波速与介质和频率都有关
机
械
波
电
磁
波
产生机理
由质点(波源)的振动产生
由电磁振荡(周期性变化的电流)激发
是否横波
可以是
是
是否纵波
可以是
否
干涉现象
满足干涉条件时均能发生干涉现象
衍射现象
满足衍射条件时均能发生明显衍射
【思考·讨论】如图所示,2020年1月18日,嫦娥四号着陆器于22时受光照成功
自主唤醒,进入第十四月昼,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?
(物
理观念)
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。
【典例示范】
(多选)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
【解题探究】
(1)电磁波的传播速度由什么决定?
提示:电磁波的传播速度由介质和频率共同决定。
(2)由空气进入水中,电磁波会发生怎样的变化?
提示:电磁波的频率不变,传播速度变小,波长变短。
【解析】选A、C。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近似等于真空中的速度,大于在水中的传播速度;声
波在水中的传播速度大于在空气中的传播速度,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λ=
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。
【素养训练】
1.(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,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B、C、D。机械波由机械振动产生,电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生,机械波是质点振动的传播,传播需要介质,速度由介质决定;电磁波传播不需要介质。电磁波的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B、C、D正确,A错误。
2.
(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】选C、D。
声音进入水中传播速度会增大,无线电波进入水中速度会减小,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;根据声音的多普勒效应可知,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。
【补偿训练】
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;电磁波与机械波具有的共同性质是都能传输能量,B正确;机械波的传播需要介质,两者波速均随介质的变化而不同,C、D错误。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.电磁场理论是谁提出的
( )
A.法拉第 B.赫兹
C.麦克斯韦
D.安培
【解析】选C。电磁场理论是由麦克斯韦提出的,并由赫兹首先验证。故C正确。
2.(多选)(2020·江苏高考)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
【解析】选A、B。紫外灯的频率高,能量强,所以用于杀菌,属于电磁波的应用,A正确;X光的穿透能力较强,所以用于拍胸片,属于电磁波的应用,B正确;超声波雾化器是超声波的应用,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。
3.(多选)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.线圈的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】选B、C、D。线圈自感电流的阻碍作用,是把电场能转化为磁场能,不会造成振荡电路能量的损失,振幅不会减小,A错误;电路中电阻对电流的阻碍作用使部分电能转化为内能,从而造成振荡电路能量的损失,使振幅减小,B正确;线圈铁芯上涡流产生的电热,也是由振荡电路能量转化来的,也会引起振荡电路能量的损失,使振幅减小,C正确;向周围空间辐射电磁波,使振荡电路能量以电磁波的形式散发出去,引起振荡电路能量的损失,使振幅减小,故D正确。
4.
如图所示是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.电容器正在充电
C.电感线圈中的电流正在增大
D.电容器两极板间的电场能正在减小
【解析】选B。由题图螺线管中的磁感线方向可以判定出此时LC电路正在沿逆时针方向充电,A错误,B正确。充电时电流在减小,电感线圈中的磁场能正在减弱,电容器两极板间的电场能正在增大,C、D错误。
【补偿训练】
真空中所有电磁波都具有相同的
( )
A.频率 B.波长 C.波速 D.能量
【解析】选C。电磁波在真空中的传播速度相同,而电磁波的频率、波长、能量不一定相同,故C正确。
5.
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”)。?
【解析】根据频率公式f=
可知,若使振荡频率变大,则电容C减小;由
C=
可知,若使电容减小,则正对面积S减小,即液面降低。线圈内磁场方向
向右且增强,则电流沿顺时针方向增大,是电容器的放电过程。导电芯柱所带负
电正逐渐减少,其电势是负值,左右两极板的电势差逐渐减小,所以导电芯柱的
电势正在升高。
答案:降低 升高
【新思维·新考向】
情境:实验室里有一水平放置的平行板电容器,知道其电容C=2
μF。在两板带有一定电荷时,发现一微粒恰好静止在两板间。手头上还有一个自感系数L=
0.8
mH的电感器,现连成如图所示电路,试分析以下两个问题:
问题:(1)从S闭合时开始计时,经过4π×10-5
s时,电容器内微粒的加速度是多少?
(2)当线圈中电流最大时,微粒的加速度多大?
【解析】(1)开关断开时,电容器内带电微粒恰好静止,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
=8π×10-5
s,经
=4π×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,电容器两极板间的场强为零,由牛顿第二定律可得:
a=
=g,方向竖直向下。
答案:(1)2g 方向竖直向下 (2)g(共44张PPT)
3.无线电波的发射和接收
必备知识·素养奠基
一、无线电波的发射
【思考】
无论广播、电视还是无线电通信都离不开电磁波,怎样把这些信息加载并且有效地把包含信息的电磁波发射出去呢?
提示:把包含信息的电磁波(例如传递声音、电视图像)进行调制,把调制好的电磁波用开放电路发射出去。
1.要有效地发射电磁波,振荡电路必须具有两个特点:第一,要有_______的振
荡频率,频率_____,发射电磁波的本领越大。
第二,应采用_________,振荡电路的电场和磁场必须分散到足够大的空间。
2.开放电路:实际的开放电路,线圈的一端用导线与大地相连,这条导线叫作
_____,线圈的另一端与高高地架在空中的_____相连。
3.调制:在电磁波发射技术中,使_____随各种信号而改变的技术。
4.调制的方法:
(1)调幅:使高频电磁波的_____随信号的强弱而改变,如图中___是调幅波;
(2)调频:使高频电磁波的_____随信号的强弱而改变,如图中___为调频波。
足够高
越高
开放电路
地线
天线
载波
振幅
甲
频率
乙
二、无线电波的接收
1.接收原理:电磁波能使_____中产生感应电流,所以导体可用来接收电磁波,
这个导体就是接收_____。
2.电谐振:当接收电路的_________跟接收到的电磁波的_____相等时,接收电
路里产生的振荡电流最强,这种现象叫作电谐振。
3.调谐:使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。
4.解调:使声音或图像信号从接收到的_________中还原出来,这个过程是调制
的逆过程,叫作解调。
5.检波:调幅波的解调。
导体
天线
固有频率
频率
高频电流
三、电视广播的发射和接收
1.电视广播信号也是一种无线电信号。在现代电视发射系统中,首先通过摄像
机的感光器件将景物的光信号转变为___信号。
2.这种电信号通过线路直接传输时失真、损耗严重,需要通过_____将信号调
制成高频信号再进行传播。
3.高频电视信号的传播方式主要有三种,即地面无线电传输、有线网络传输以
及_________。
4.在电视接收端,接收到高频电磁波信号以后,经过_____处理,就可以将得到
的电信号通过显示设备转变为_____信息。
电
载波
卫星传输
解调
图像
关键能力·素养形成
一 电磁波的发射
1.有效发射电磁波的条件:
(1)要有足够高的振荡频率。频率越高,振荡电路发射电磁波的本领越大,如果是低频信号,要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去。
(2)采用开放电路。采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间,如图。
实际的开放电路:线圈的一端用导线与大地相连,这条导线叫作地线;线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。无线电波就是由这样巨大的开放电路发射出去。
2.调制:
(1)调制:在电磁波的发射过程中,使载波随各种信号而改变的技术。
(2)调制的分类:
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而改变的调制技术,如图所示。
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。
【思考·讨论】
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?
(物理观念)
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。
【典例示范】
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,根据这两个图像,发射出去的电磁波图像应是图中的
( )
【解析】选B。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B正确;故A、C、D错误。
【素养训练】
1.(多选)为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间,除了使用开放电路外,还可以提高高频振荡电路的频率,下列方法可行的是
( )
A.增大电容器极板间的距离
B.减小电容器极板的面积
C.增加线圈的匝数
D.在线圈中增加铁芯
【解析】选A、B。实行开放电路和提高发射频率是提高电磁波发射能力的两
种有效方法;由f=
、C=
,电感L由线圈的匝数和有无铁芯决定,由
上述决定因素可知,选项A、B正确。
2.(多选)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.发射无线电广播信号必须采用调幅方式
D.发射的无线电广播信号的频率与振荡电路中电磁振荡的频率相同
【解析】选B、D。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A、C错误,B正确;无线电波发射的信号是调制后的高频信号,发射的频率等于振荡电路中的电磁振荡的频率,故D正确。
【补偿训练】
(多选)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
【解析】选B、D。由f=
可知,要减小f,就必须增大平行板电容器的电容C
或线圈的自感系数L;由C=
可知,要增大C,就必须减小电容器两极板间的距
离、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B、D正
确。
二 电磁波的接收
1.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。
2.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。
①电谐振: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的现象,类似于机械振动中的共振。
②调谐:使接收电路发生电谐振的过程。
(3)通过解调获取信号。
解调:把声音或图像等信号从高频振荡电流中还原出来的过程。调幅波的解调也叫检波。
(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。
3.高频电视信号的传播方式:高频电视信号可以通过地面中继站或通信卫星沿直线传播到远处。
【思考·讨论】
在电磁波的接收中,为什么要进行“选台”?“选台”的原理是什么?
(物理观念)
提示:天空中有各种频率的电磁波,携带着各种信号,这些电磁波在天线中均会产生感应电流,如果把它们都接收下来,那必然是混乱的信号,因此要进行“选台”。选台的原理是利用“电谐振”,即使接收电路的固有频率与某电磁波的频率相同,则该电磁波的振荡电流最强。
【典例示范】
(多选)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】选A、D。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,只不过频率跟接收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,A正确,B错误;由调谐电路接收的感应电流,要再经过解调、放大,通过耳机才可以听到声音,故C错误,D正确。
【素养训练】
(多选)蓝牙设备使用无线电波连接手机和电脑。蓝牙产品包含一块小小的蓝牙模块以及支持连接的蓝牙无线电和软件。当两台蓝牙设备想要相互交流时,它们需要进行配对。并通过蓝牙耳机发出声音,在接收电路中必须经过下列过程中的
( )
A.调幅
B.调频
C.调谐
D.解调
【解析】选C、D。接收电路中必须通过调谐接收到载有信号的电磁波,再通过解调得到声音信号,C和D正确。
【补偿训练】
如图所示为电视接收过程示意图,其工作过程顺序正确的是
( )
A.解调——放大——调谐——显示
B.调谐——放大——解调——显示
C.调谐——解调——放大——显示
D.放大——调谐——解调——显示
【解析】选C。电磁波的接收过程是调谐——解调——放大——显示,故C正确。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.关于电视接收的原理,下列说法正确的是
( )
A.电视接收天线接收到的电磁波中包括图像信号和伴音信号
B.电视接收天线接收到电磁波,天线上并不产生感应电流
C.电视机接收到电磁波,通过电子枪的扫描显示电视节目的伴音信号
D.电视机接收到电磁波,直接经扬声器得到电视节目的伴音信号
【解析】选A。电视信号中有图像信号和伴音信号,即电视接收天线接收到的电磁波中包括图像信号和伴音信号,A正确;电视接收天线收到电磁波,引起电磁感应,天线上产生感应电流,B错误;电视机接收到电磁波,然后经过解调还原出图像信号,通过电子枪的扫描显示电视节目的图像信号,C错误;电视机接收到电磁波,通过电谐振得到需要的信号,然后经过解调还原出伴音信号,再经过功率放大器,最后通过扬声器得到电视节目的伴音信号,D错误。
2.山东新闻广播电台发射的一种电磁波频率是调频95
MHz,烟台新闻广播电台发射一种电磁波的频率是调幅1
341
Hz,两广播电台发射的电磁波相比,以下分析正确的是
( )
A.两广播电台发射的电磁波,波速相同,但山东新闻广播电台的波长较长
B.山东新闻广播电台发射的电磁波的振幅随信号的强弱而改变
C.烟台新闻广播电台发射的电磁波的振幅保持不变
D.两广播电台发射的电磁波,波速相同,烟台新闻广播电台的波长较长
【解析】选D。因为不同频率的电磁波在空气中的传播速度都相同,由于波速都相同,所以波长与频率是成反比的,烟台新闻广播电台的电磁波频率小于山东新闻广播电台电磁波的频率,则烟台新闻广播电台的波长比山东新闻广播电台的波长长,D正确,A错误;山东新闻广播电台发射的电磁波调制方式是调频,该电磁波的振幅不变,烟台新闻广播电台发射的电磁波调制方式是调幅,该电磁波的频率不变,则B、C错误。
3.(多选)如图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中的哪些阶段
( )
A.经调制后 B.经调谐后
C.经解调后
D.耳机中
【解析】选A、B。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。而题中图像是将信号加上后使高频振荡电流的振幅随信号变化,这叫调幅。在接收电路中,经过调谐,回路中将出现调幅振荡电流,经解调后,低频信号从高频电流中还原出来,而在耳机中只有低频信号电流,A、B正确。
【总结提升】调谐和解调作用及其区别
(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。
4.调谐电路的可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入仍接收不到较低频率电
台发出的信号,要收到该电台的信号,可采用下列何种办法
( )
A.增加调谐电路中线圈的匝数
B.加大电源电压
C.更换一个电容较小的可变电容器
D.减小电源电压
【解析】选A。无法接收较低频率电台发出的信号是由于调谐电路频率较高,根
据f=
,可采用的办法有增大线圈自感系数,或增大电容器的电容,选项A
正确。
5.下列说法正确的是
( )
A.发射的图像信号不需要调制过程
B.接收到的图像信号要经过调制、解调
C.电视信号包括图像信号和伴音信号两种
D.图像信号和伴音信号传播的速度不同
【解析】选C。发射电磁波应先调制,接收电磁波应先调谐、解调,A项错误,B项错误;根据日常生活经验可知C项正确;不管是什么信号,只要以电磁波形式发送,速度就是一样的,D项错误。
【补偿训练】
把经过调制的高频电流变为信号电流的过程叫
( )
A.调幅 B.调频 C.调谐 D.解调
【解析】选D。由调谐电路接收到的感应电流,是经过调制的高频电流,还不是我们需要的声音或图像信号,因此还要把声音或图像信号从高频电流中还原出来。这个过程是调制的逆过程,叫作解调。
【新思维·新考向】
情境:北京出租车某司机在开车时喜欢听中央广播音乐之声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。
问题:
(1)上午他应该把收音机的调谐电路的频率调到多少?
(2)这种无限电波的波长是多少?
(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?
【解析】(1)各种无线电波通过天线时,所有的电磁波都能在接收电路中产生感
应电流,调谐电路的固有频率等于90
MHz时,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、放大,通过耳机才可以听到声音。
(2)由c=fλ可知:λ=
m=3.33
m
(3)要接收频率为97.4
MHz的无线电波,应增大调谐电路的固有频率,根据
f=
,应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些以减小电容。
答案:(1)90
MHz (2)3.33
m (3)旋出一些(共29张PPT)
4.电
磁
波
谱
必备知识·素养奠基
一、电磁波谱
1.定义:各种电磁波按_________或频率高低顺序把它们排列成的谱。
2.按照波长从长到短依次排列为:无线电波、_______、_______、_______、
X射线、_______。
3.不同的电磁波由于具有不同的_____(波长),才具有不同的特性。
二、无线电波
1.波长大于1
mm(频率小于300
GHz)的电磁波是无线电波,主要用于_____和
_____及其他信号传播。
2.按波长(频率)划分为_____、中波、中短波、短波和_____。
波长大小
红外线
可见光
紫外线
γ射线
频率
通信
广播
长波
微波
三、红外线
1.它是一种光波,它的波长比无线电波短,比可见光长,不能被人观察到。
2.所有_____都发射红外线,热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射___。
3.主要应用于红外遥感等。
四、可见光
1.可见光的波长在760
nm到400
nm之间。
2.分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。
3.不同颜色的光波长(频率)_____。
物体
强
不同
五、紫外线
【思考】
人为什么不能长时间在太阳下暴晒?
提示:人体适量接受太阳光里的紫外线照射,能促进钙质吸收。但过多地吸收紫外线,会对皮肤和眼睛造成伤害。
1.波长范围在5
nm到370
nm之间,不能引起人的视觉。
2.紫外线具有较高的能量,因此可以利用紫外线_________。
3.许多物质在紫外线的照射下会发出荧光,根据这一点可以设计_________。
六、X射线和γ射线
1.X射线:X射线能够穿透物质,可以用来检查_______________;在工业上,利用
X射线检查___________________。
2.γ射线:具有很高的能量,穿透能力更强。主要应用有:医学上具有治疗
_____的作用,工业上具有探测___________________的作用。
灭菌消毒
防伪措施
人体的内部器官
金属构件内部的缺陷
癌症
金属构件内部的缺陷
关键能力·素养形成
各种电磁波的特性
1.电磁波谱及其特性:
电磁
波谱
无线
电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
波长
大于
1
mm
大于
760
nm
760～
400
nm
370～
5
nm
波长更短
波长最短
宏观产
生机理
LC电路
一切物体
都不停地
发射红
外线
太阳或
光源
高温物体
发出的光
含有紫
外线
高速粒子
流撞击固
体物质时
产生
核辐射
电磁
波谱
无线
电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
微观
产生
机理
振荡电路
中的电子
运动
原子的外层电子受到激发
原子内层
电子受到
激发
原子核
受到激发
主要
特征
波动
性强,
易衍射
热作用强
引起
视觉、
感光作用
化学
作用、
荧光效应
穿透能
力强
穿透能力
最强
主要
用途
通信、广
播、导航
加热、遥
测、遥感、
红外摄
影、夜视
照明、
照相
日光灯、
灭菌消毒
检查、探
测、透视
探测、
医疗
2.各种电磁波的共性与个性:
(1)共性。
①它们在本质上都是电磁波,它们遵循相同的规律,各波段之间并没有绝对的界线。
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、干涉和偏振的特性。
(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用途不同。
【思考·讨论】
(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?
(物理观念)
提示:各种色光按波长由大到小排列为:红橙黄绿蓝靛紫。
(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?
(物理观念)
提示: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。
【典例示范】
关于电磁波的特性和应用,下列说法正确的是
( )
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.电磁波谱中频率最大的为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】选D。X射线有很高的穿透本领,常用于医学上透视人体,红外线没有,A错误;过强的紫外线照射对人的皮肤有害,B错误;电磁波谱中频率最大的为γ射线,其波长最短,最不容易发生衍射现象,C错误;紫外线和X射线都具有明显的化学效应,可以使感光底片感光,D正确。
【素养训练】
1.2019年12月18日8时14分,四川内江市资中县发生地震。为了将埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出来,救援队在救援过程中使用生命探测仪来寻找被压在废墟中的大量伤员,这种仪器主要是接收人体发出的
( )
A.可见光 B.红外线
C.紫外线
D.声音
【解析】选B。不同温度的物体会发出不同频率的红外线,生命探测仪就是根据人体发出的红外线与周围环境辐射的红外线不同而寻找的,B正确。
2.(多选)无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来,形成了范围非常广阔的电磁波谱,不同的电磁波表现出的特性不同,因而其用途也不同。下列说法正确的是
( )
A.红外线、紫外线、X射线和γ射线在真空中传播的速度均为3×108
m/s
B.红外线应用在遥感技术中,是利用它穿透本领强的特性
C.紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度
D.日光灯是紫外线的荧光效应的应用
【解题指南】解答本题要注意两点
(1)各类电磁波的特性由波长大小决定。
(2)各类电磁波的用途则由其特性决定。
【解析】选A、C、D。各种频率的电磁波在真空中具有相同的速度3×108
m/s,
故A项正确;红外线应用在遥感技术中是利用了它的衍射能力较强的特性,它的
穿透本领较弱,故B项错误;紫外线的频率大于红外线的频率,水对紫外线的折
射率较大,由v=
可知,C项正确;日光灯是利用了紫外线激发荧光的作用,故D
项正确。
【补偿训练】
(多选)关于生活中遇到的各种波,下列说法不正确的是
( )
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】选A、C、D。电磁波可以传递信息,声波也能传递信息,A错误;手机在通话时,涉及的波既有电磁波又有声波,B正确;太阳光中的可见光的传播速度远大于医院“B超”中的超声波的传播速度,C错误;遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中的X射线波长,故D错误。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.5G基站发出的5G信号、杀菌消毒用的紫外线、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.f1f4
D.f1>f2【解析】选B。电磁波范围很广,由于波长不同,特性不同,5G信号是无线电波,可按波长由大到小依次排序如下:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,由此可知B选项正确。
2.
如图为最新国产红外夜视望远镜,可以在夜间侦察敌情,在实施的夜间打击中起到重要作用,红外夜视望远镜是利用了
( )
A.红外线波长长,易绕过障碍物的特点
B.红外线的热效应强的特点
C.红外线不可见的特点
D.一切物体都在不停地辐射红外线的特点
【解析】选D。一切物体都在不停地辐射红外线,而且温度不同,辐射的红外线强度不同,可利用红外线成像进行夜间观察。
3.早晨在泰山看日出时太阳看起来特别红。这是由于
( )
A.红光的波长大
B.大气的全反射
C.大气的折射
D.光的色散
【解析】选A。太阳初升和西落时,阳光通过较厚的空气层。紫光、蓝光的波长较短,被空气吸收得较多;而红光的波长较长,被吸收得最少,直射而来的红光也就最多,因此,这时候太阳呈现红色。
4.一种电磁波入射到半径为1
m的孔上,可发生明显的衍射现象,这种波属于电磁波谱中的
( )
A.可见光
B.γ射线
C.无线电波
D.紫外线
【解析】选C。一种波发生明显衍射现象的条件是:障碍物或孔的尺寸大小跟光的波长差不多或比波长还要小。电磁波中的无线电波波长范围是10-3～104
m,红外线波长范围是10-7～10-3
m,可见光、紫外线、γ射线的波长更短,所以只有无线电波才符合条件。
5.现行的第四代移动通信技术4G,采用1
880～2
635
MHz频段的无线电波;
2020年我国将全面推行第五代移动通信技术5G,采用3
300～5
000
MHz频段的无线电波。未来5G网络的传输速率是4G网络的50～100倍。下列说法中正确的是
( )
A.5G信号和4G信号都是横波
B.在空气中5G信号比4G信号传播速度大
C.5G信号和4G信号相遇能产生干涉现象
D.5G和4G电磁波信号的磁感应强度随时间是均匀变化的
【解析】选A。5G和4G信号都是电磁波,电磁波都是横波,故A正确;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,故B错误;波的干涉条件是两列波的频率相同,振动情况相同,5G和4G信号的频率不同,相遇不能产生干涉现象,故C错误;根据麦克斯韦电磁场理论可知,均匀变化的电(磁)场只能产生恒定不变的磁(电)场,不能形成电磁波,故5G和4G电磁波信号的磁感应强度随时间不是均匀变化的,故D错误。故选A。
【新思维·新考向】
情境: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。
问题:
(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辐射和大量辐射分别会产生什么后果?
【解析】(1)λ=
m=2×10-7
m=200
nm
(2)荧光作用,灭菌消毒作用
(3)不接受紫外线照射时,不能杀死人体内的一些细菌,人的抗病能力会较弱,也
不利于钙和磷的吸收;紫外线照射过量,则会伤害皮肤,使体内的遗传物质受损,
会把正常细胞变成癌细胞。
答案:(1)200
nm
(2)(3)见解析(共23张PPT)
阶段复习课
第四章
核心整合·思维导图
必备考点·素养评价
素养 物理观念
考点1
电磁场与电磁波
1.麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。
2.电磁场:变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体,这就是电磁场。
3.电磁波:电磁场由近及远地向周围传播形成电磁波。
4.电磁振荡:如图中,先给电容器充电,再使电容器、电流表和电感线圈连接在一个回路中,在以后的过程中,电容器极板上的电荷量q、电路中的电流i、电容器里的电场场度E、线圈里的磁感应强度B,都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。在电磁振荡的过程中,电场能和磁场能在振荡电路中周期性地转化。
5.电磁波的发射:
要有效地向外发射电磁波,振荡电路必须具有的两个特点:
(1)要有足够高的振荡频率。
(2)采用开放电路。采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间,如图。
6.电磁场与电磁波的关键词转化:
【素养评价】
1.(多选)下列关于电场、磁场及电磁波的说法中正确的是
( )
A.在干燥环境下,用塑料梳子梳理头发后,来回抖动梳子能产生电磁波
B.只要空间某处的电场或磁场发生变化,就会在其周围产生电磁波
C.一个电子向一个固定不动的质子运动的过程中,向外发射电磁波
D.只要空间某个区域有振荡变化的电场或磁场,就能产生电磁波
【解析】选A、C、D。在干燥环境下,用塑料梳子梳理头发后,梳子会带电,梳子附近会产生电场,当抖动梳子时,产生变化的电场,而变化的电场周围产生磁场,故产生电磁波,故A正确;均匀变化的电(磁)场产生恒定的磁(电)场,恒定的电(磁)场在其周围空间不会产生磁(电)场,故B错误;振荡变化的电(磁)场会产生振荡变化的磁(电)场,这样在空间即可形成电磁波,电子向质子运动的过程中,加速度在不断增大,说明在电子运动的空间会产生非均匀变化的电场,故C、D正确。
2.
著名物理学家弗曼曾设计过一个实验,如图所示在一块绝缘圆板中央的上
部固定一个线圈,与圆板不接触,并接有电源,板的四周固定有许多带负电的小
球,整个装置支撑起来忽略各处的摩擦,当电源接通的瞬间,从上往下看圆盘,
下列关于圆盘的说法中正确的是
( )
A.圆盘将逆时针转动 B.圆盘将顺时针转动
C.圆盘不会转动
D.无法确定圆盘是否会动
【解析】选A。线圈接通电源瞬间,变化的磁场产生电场,从而导致带电小球受到电场力,使其转动。接通电源瞬间圆板受到电场力作用而转动,由于金属小球带负电,再根据电磁场理论可知,变化的磁场会产生电场,因此向上磁场变大,则产生顺时针方向的电场,带负电小球受到的电场力与电场方向相反,则有逆时针方向的电场力,故圆盘将沿逆时针方向运动,故A正确。
【补偿训练】
如图所示是LC振荡电路及其中产生的振荡电流随时间变化的图像,电流的正方向规定为顺时针方向,则在t1到t2时间内,电容器C的极板上所带电量及其变化情况是
( )
A.上极板带正电,且电场能逐渐增加
B.上极板带正电,且电场能逐渐减少
C.下极板带正电,且电场能逐渐增加
D.下极板带正电,且电场能逐渐减少
【解析】选B。在t1到t2时间内,电流为负且增大,即逆时针增大,说明该过程是放电的过程,且负电荷正由下极板向上极板移动,由此可知上极板带正电,且其所带正电荷量逐渐减小,电场能逐渐减少,所以选项B正确。
考点2
电磁波与信息化社会
1.电磁波的传输:信息可以通过电缆、光缆进行有线传输,也可实现地面无线传输,也可由卫星传输。电磁波的频率越高,相同时间内传递的信息量越大。
2.雷达的工作原理及应用:
(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;
③雷达发射的是不连续的无线电波,即脉冲,每次发射时间为1
μs,两次发射的时间间隔约为0.1
ms;
④障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来。
(3)雷达的应用:探测飞机、导弹等军事目标;可以用于导航;天文学上研究星体;在气象上可以用于探测台风、雷雨、乌云。
3.电视仅仅是接收端,它接收来自电视台的无线电信号;雷达自身发射信号,遇到障碍物反射回来,通过接收反射波来确定物体的位置,因此雷达既是发射端又是接收端;手机接收来自基站的信号,同时它又向基站发射信号,它既是接收端也是发射端。
电磁波与信息关键词转化
【素养评价】
1.2019年底以来,共享电单车风靡全国各大城市,如图所示,电单车的车锁内集成了嵌入式芯片、GPS模块和SIM卡等,能实时显示位置、可行驶的里程便于监控电单车。用户仅需用手机上的客户端软件(App)扫描二维码,即可自动开锁,骑行时手机App上能实时了解电单车的位置以及该电单车能行驶的里程;骑行结束关锁后App就显示计时、计价、里程等信息。此外,电单车能够在骑行过程中为车内电池充电,满足定位和自动开锁等过程中的用电。根据以上信息,下列说法正确的是
( )
A.电单车和手机之间是利用声波传递信息的
B.电单车某个时刻的准确位置是借助通信卫星定位确定的
C.电单车是直接插电实现充电的
D.手机App上显示的里程,是由雷达测出的
【解析】选B。电单车和手机之间是利用电磁波传递信息的,故A错误;电单车某个时刻的准确位置是借助通信卫星定位确定的,故B正确;电单车在运动过程通过电磁感应将机械能转化为电能从而实现充电,故C错误;手机App上显示的里程是由通信卫星GPS定位确定的,故D错误。
2.雷达是利用电磁波来测定物体的位置和速度的设备,它可以向一定方向发射
不连续的电磁波脉冲,遇到障碍物会发生反射,雷达在发射和接收电磁波时,荧
光屏上分别会呈现出一个尖形波。某防空雷达发射相邻两次电磁波脉冲之间
的时间间隔为Δt=5×10-4
s,它跟踪一个匀速移动的目标的过程中,某时刻在
监视屏上显示的雷达波形如图甲所示,30
s后在同一方向上监视屏上显示的雷
达波形如图乙所示。已知雷达监视屏上相邻刻线间表示的时间为10-4
s,电磁
波在空气中的传播速度为3×108
m/s,则被监视目标的移动速度最接近
( )
A.1
200
m/s
B.900
m/s
C.500
m/s
D.300
m/s
【解析】选C。已知雷达监视屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为10-4
s,从
图甲中可以看出两次时间间隔为4个刻度线,
即:t=4×10-4
s,
利用公式可得刚开始相距:
s1=
m=6×104
m;
同理30
s后相距:
s2=
=
m=4.5×104
m;
移动速度:
v=
m/s=500
m/s
故C正确。
【补偿训练】
为了体现高考的公平、公正,高考时很多地方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,达到屏蔽手机信号的目的,手机表现为搜索网络、无信号、无服务系统等现象。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
【解析】选D。手机信号屏蔽器是利用屏蔽器发出的信号去干扰手机从基站传过来的信号,从而起到屏蔽作用,不是利用静电屏蔽的原理来工作的,故A错误;手机信号是电磁波,电磁波本身就是特殊物质,所以可以不借助于介质传播,故B错误;手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波能传播到考场内,不过屏蔽器产生信号去干扰了基站传过来的信号,故C错误、D正确。
