第3講電磁振蕩與電磁波學習目標1.了解LC振蕩電路中振蕩電流的產(chǎn)生過程及電磁振蕩過程中能量轉(zhuǎn)化情況。2.掌握電磁振蕩的周期公式和頻率公式。3.理解麥克斯韋電磁場理論，了解電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射、傳播和接收過程。1.思考判斷(1)LC振蕩電路中，電容器放電完畢時，回路中電流最小。(×)(2)LC振蕩電路中，回路中的電流最大時回路中的磁場能最大。(√)(3)電磁振蕩的固有周期與電流的變化快慢有關(guān)。(×)(4)振蕩電路的頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。(√)(5)要將傳遞的聲音信號向遠距離發(fā)射，必須以高頻電磁波作為載波。(√)(6)只有接收電路發(fā)生電諧振時，接收電路中才有振蕩電流。(×)(7)解調(diào)是調(diào)制的逆過程。(√)2.如圖甲所示為某一LC振蕩電路，圖乙中的i－t圖像為LC振蕩電路的電流隨時間變化的關(guān)系圖像。在t＝0時刻，回路中電容器的上板帶正電，下列說法中正確的是()A.O~a階段，電容器正在充電，電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化B.a~b階段，電容器正在放電，磁場能正在向電場能轉(zhuǎn)化C.b~c階段，電容器正在放電，回路中電流沿順時針方向D.c~d階段，電容器正在充電，回路中電流沿逆時針方向答案C考點一電磁振蕩1.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像2.各物理量變化情況(電容器電荷量最大時開始計時)時刻(時間)0→TT4→T2→3T4工作過程放電過程充電過程放電過程充電過程電荷量q變小變大變小變大電壓u變小變大變小變大電場強度E變小變大變小變大電流i變大變小變大變小磁感應(yīng)強度B變大變小變大變小能量轉(zhuǎn)化E電→E磁E磁→E電E電→E磁E磁→E電跟蹤訓練1.(多選)某時刻LC振蕩電路的自感線圈L中的電流產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度方向如圖所示。下列說法正確的是()A.若電容器上極板帶正電，則電容器正在充電B.若電容器上極板帶負電，則線圈中的電流正在減小C.若磁場正在增強，則電容器兩極板間的電場強度正在減小D.若磁場正在減弱，則線圈的自感電動勢正在減小答案BC解析根據(jù)磁感應(yīng)強度的方向可知，回路中的電流為逆時針方向，若電容器上極板帶正電，則電容器正在放電，故A錯誤;若電容器上極板帶負電，則電容器正在充電，則線圈中的電流正在減小，故B正確;若磁場正在增強，則回路中電流正在變大，電容器在放電，電容器兩極板間的電壓減小，電容器兩極板間的電場強度正在減小，故C正確;若磁場正在減弱，則回路中電流正在變小，電容器在充電，電流減小的越來越快，則線圈的自感電動勢正在增加，故D錯誤。2.(2025·陜西省教育聯(lián)盟模擬)為了保證考試的公平，大型考試中廣泛使用了金屬探測器，圖甲就是一款常用的金屬探測器，其內(nèi)部的線圈與電容器構(gòu)成LC振蕩電路，結(jié)構(gòu)原理如圖乙所示，線圈靠近金屬時，線圈的自感系數(shù)增大。若某時刻電路中的電流方向如圖所示，電容器A極板帶正電，則下列說法正確的是()A.電路中的電流正在增大B.電容器兩板的電壓在減小C.線圈中的自感電動勢在增大D.線圈靠近金屬時，LC振蕩電路的周期減小答案C解析圖示時刻，電容器正在充電，電荷量在增大，電壓增大，電路中的電流在減小，但電流減小得越來越快，根據(jù)E＝LΔIΔt知線圈中的自感電動勢正在增大，故A、B錯誤，C正確;探測儀靠近金屬時，相當于給線圈增加了鐵芯，所以其自感系數(shù)L增大，根據(jù)T＝2πLC知T增大，3.(2025·江西九師聯(lián)盟聯(lián)考)如圖甲所示，在LC振蕩電路實驗中，多次改變電容器的電容C并測得相應(yīng)的振蕩電流的周期T，如圖乙所示，以C為橫坐標、T2為縱坐標，將測得的數(shù)據(jù)標示在坐標紙上并用直線擬合數(shù)據(jù)，則()A.電路中的磁場能最大時，電容器板間電場能最大B.電容器板間電場強度增大時，電路中電流正在增大C.電容器帶電荷量最大時，電路中電流最大D.可由T2－C圖像計算線圈的自感系數(shù)答案D解析電路中的磁場能最大時，電容器板間電場能最小，為零，A錯誤;電容器板間電場強度增大時，電容器正在充電，磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，電路中電流正在減小，B錯誤;電容器充電結(jié)束時，電容器帶電荷量達到最大，電場能最大，電路中電流為零，C錯誤;由T＝2πLC得T2＝4π2LC，由T2－C圖像的斜率可以計算得到線圈自感系數(shù)，D正確。方法技巧LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法根據(jù)電流流向判斷當電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉(zhuǎn)化，處于充電過程;反之，當電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，處于放電過程根據(jù)物理量的變化趨勢判斷當電容器的帶電荷量q(電壓U、電場強度E)增大或電流i(磁感應(yīng)強度B)減小時，處于充電過程;反之，處于放電過程根據(jù)能量判斷電場能增加時充電，磁場能增加時放電考點二電磁場與電磁波電磁波譜1.對麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場2.電磁波的發(fā)射示意圖(如圖所示)3.電磁波接收的方法(1)利用調(diào)諧產(chǎn)生電諧振，使接收電路的感應(yīng)電流最強。(2)利用解調(diào)把接收電路中的有用信號分離出來。跟蹤訓練4.某電路中電場強度隨時間變化的關(guān)系圖像如圖所示，能發(fā)射電磁波的是()答案D解析由麥克斯韋電磁場理論知，當空間出現(xiàn)恒定的電場時(如題圖A)，由于它不激發(fā)磁場，故無電磁波產(chǎn)生;當出現(xiàn)均勻變化的電場時(如題圖B、C)，會激發(fā)出磁場，但磁場恒定，不會在較遠處激發(fā)出電場，故也不會產(chǎn)生電磁波;周期性變化的電場(如題圖D)，會激發(fā)出周期性變化的磁場，它又激發(fā)出周期性變化的電場……如此交替的產(chǎn)生磁場和電場，便會形成電磁波，故D正確。5.(2024·天津和平區(qū)模擬)“中國天眼”位于貴州的大山深處，它通過接收來自宇宙深處的電磁波，探索宇宙。關(guān)于電磁波下列說法正確的是()A.機場安檢是利用γ射線穿透本領(lǐng)強的特點來探測行李箱中的物品B.機械波在介質(zhì)中的波速與頻率無關(guān)，電磁波在介質(zhì)中的波速與頻率有關(guān)C.麥克斯韋電磁場理論告訴我們，變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場D.所有物體都發(fā)射紅外線，因此可利用紅外線設(shè)計防偽措施答案B解析機場安檢是利用X射線穿透本領(lǐng)強的特點來探測行李箱中的物品，故A錯誤;機械波在介質(zhì)中的波速由介質(zhì)決定，與頻率無關(guān)，電磁波在介質(zhì)中的波速與頻率有關(guān)，故B正確;麥克斯韋電磁場理論告訴我們，均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場，故C錯誤;所有物體都發(fā)射紅外線，可利用紫外線的熒光效應(yīng)設(shè)計防偽措施，故D錯誤。6.(2025·廣東肇慶模擬)隨著科技的進步，越來越多的人使用藍牙耳機，手機與基站及耳機的通信如圖所示。若基站與手機、手機與耳機之間通信的電磁波分別為甲波、乙波，則以下說法正確的是()A.甲、乙波的頻率都比可見光的頻率大B.真空中甲波的傳播速度比乙波的傳播速度小C.真空中甲波比乙波更容易繞過障礙物D.甲波與乙波有可能發(fā)生干涉答案C解析由題圖可知，甲、乙波的波長都比可見光的波長大，根據(jù)波長、波速和頻率關(guān)系式c＝λf知，甲、乙波的頻率都比可見光的頻率小，故A錯誤;電磁波在真空中傳播速度相同，則真空中甲、乙波的傳播速度相同，故B錯誤;由圖可知甲波波長大于乙波波長，則甲波更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，可知真空中甲波比乙波更容易繞過障礙物，故C正確;兩列波發(fā)生干涉的條件是頻率相同，振動方向相同，相位差恒定，甲、乙波的頻率不同，不能發(fā)生干涉現(xiàn)象，故D錯誤。7.(2025·陜西商洛模擬)如圖所示為電磁波譜，該電磁波譜中從左到右波長越來越短，電焊工在焊接作業(yè)時會產(chǎn)生很高的溫度，同時向外輻射出大量的電磁波，已知向外輻射的電磁波的頻率為ν＝1.0×1016Hz，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，光在真空中的速度為c＝3.0×108m/s。下列說法正確的是()A.該電磁波屬于紫外線 B.該電磁波的波長比X射線短C.該電磁波的能量為6.6×10－19J D.該電磁波的能量為6.6×10－17J答案AA級基礎(chǔ)對點練對點練1電磁振蕩1.在LC振蕩電路中，某時刻線圈中的磁場和電容器中的電場如圖所示，則此時刻()A.電容器正在放電 B.振蕩電流正在減小C.線圈中的磁場最強 D.磁場能正在向電場能轉(zhuǎn)化答案A2.在LC振蕩電路中，電容器上的帶電荷量從最大值變化到零所需的最短時間是()A.π4LC C.πLC D.2πLC答案B解析LC振蕩電路的周期T＝2πLC，其電容器上的帶電荷量從最大值變化到零的最短時間t＝T4＝π23.(2025·吉林長春市質(zhì)量監(jiān)測)如圖，容器中裝有導電液體作為電容器的一個電極，中間的導線芯作為電容器的另一個電極，導線芯外套有絕緣管。理想電感線圈一端與導線芯連接，另一端和導電液體均接地組成LC振蕩電路。現(xiàn)使該振蕩電路產(chǎn)生電磁振蕩，下列說法正確的是()A.當電容器放電時，電容器儲存的電場能增加B.當線圈中的電流增大時，線圈中的磁場能減小C.增加線圈的匝數(shù)，振蕩電路的周期減小D.增加導電液體高度，振蕩電路的周期增大答案D解析當電容器放電時，線圈中的電流增大，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，電容器儲存的電場能減小，線圈中的磁場能增大，故A、B錯誤;增加線圈的匝數(shù)，則線圈自感系數(shù)增大，根據(jù)T＝2πLC可知振蕩電路的周期增大，故C錯誤;增加導電液體高度，則電容器的正對面積增大，介質(zhì)的介電常數(shù)增大，根據(jù)C＝εrS4πkd可知電容器電容增大，根據(jù)T＝2πLC可知振蕩電路的周期增大對點練2電磁場與電磁波電磁波譜4.以下關(guān)于電磁場和電磁波的說法中正確的是()A.電場和磁場總是同時存在的，統(tǒng)稱為電磁場B.電磁波是機械波，傳播需要介質(zhì)C.電磁波的傳播速度是3×108m/sD.電磁波可在真空中傳播答案D解析變化的電場與變化的磁場相互聯(lián)系，形成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場，選項A錯誤;電磁波不是機械波，傳播不需要介質(zhì)，選項B錯誤;電磁波可在真空中傳播，在真空中的傳播速度是3×108m/s，選項C錯誤，D正確。5.(2025·浙江杭州高三質(zhì)檢)1886年，赫茲做了如圖所示的實驗，關(guān)于該實驗，以下說法正確的是()A.該實驗證實了電磁波的存在B.該實驗證實了法拉第的電磁場理論C.該實驗可以說明電磁波是一種縱波D.在真空環(huán)境下進行該實驗，仍能觀察到明顯的火花放電現(xiàn)象答案A解析該實驗中，當赫茲把這個導線環(huán)放在距感應(yīng)圈不太遠的位置時，他觀察到當感應(yīng)圈兩個金屬球間有火花跳過時，導線環(huán)兩個小球間也跳過了火花，當與感應(yīng)圈相連的兩個金屬球間產(chǎn)生電火花時，周圍空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場，這種變化的電磁場以電磁波的形式在空間傳播，當電磁波到達導線環(huán)時，它在導線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使得導線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花，說明這個導線環(huán)接收到了電磁波，證實了電磁波的存在，A正確;該實驗沒有證實法拉第的電磁場理論和電磁波是縱波，B、C錯誤;雖然電磁波的傳播不需要介質(zhì)，但該實驗中要想觀察到明顯的火花放電現(xiàn)象，不能在真空中進行，D錯誤。6.(多選)關(guān)于電磁波的發(fā)射和接收，下列說法中正確的是()A.音頻電流的頻率比較低，不能直接用來發(fā)射電磁波B.為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，電路必須是閉合的C.當接收電路的固有頻率與接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強D.要使電視機的屏幕上有圖像，必須要有解調(diào)過程答案ACD解析音頻電流的頻率比較低，需放大后搭載到高頻電磁波上，故A正確;為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，必須是開放電路，故B錯誤;當接收電路的固有頻率與接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強，故C正確;解調(diào)就是從調(diào)頻或調(diào)幅的高頻信號中把音頻、視頻等調(diào)制信號分離出來的過程，要使電視機的屏幕上有圖像，必須要有解調(diào)過程，故D正確。7.如圖所示的后車安裝了“預(yù)碰撞安全系統(tǒng)”，其配備的雷達會發(fā)射毫米級電磁波(毫米波)，并對前車反射的毫米波進行運算，當系統(tǒng)判斷有可能發(fā)生碰撞時會發(fā)出蜂鳴并顯示警示信號，則()A.毫米波的頻率比可見光高B.毫米波遇到前車時會發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象C.經(jīng)前車反射后毫米波的速度將比反射前大D.前車的金屬尾板遇到毫米波時會產(chǎn)生極其微弱的感應(yīng)電流答案D解析從電磁波譜的順序可知毫米波的頻率比可見光低，故A錯誤;毫米波的波長遠小于車的大小，所以遇到前車時不會發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，故B錯誤;電磁波在空氣中傳播的速度不會變化，故C錯誤;車的金屬尾板可能發(fā)生碰撞時會發(fā)出蜂鳴并顯示警示信號，說明前車的金屬尾板遇到毫米波時一定會產(chǎn)生極其微弱的感應(yīng)電流，故D正確。8.關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是()A.紅外體溫計的工作原理是人的體溫越高，發(fā)射的紅外線越強，有時物體溫度較低，不發(fā)射紅外線，導致無法使用B.紫外線的頻率比可見光低，醫(yī)學中常用于殺菌消毒，長時間照射人體可能損害健康C.X射線、γ射線頻率較高，波動性較強，粒子性較弱，較難發(fā)生光電效應(yīng)D.手機通信使用的是無線電波，其波長較長，更容易觀察到衍射現(xiàn)象答案D解析所有物體都會發(fā)射紅外線，A錯誤;紫外線的頻率比可見光高，B錯誤;X射線、γ射線頻率較高，波動性較弱，粒子性較強，較易發(fā)生光電效應(yīng)，C錯誤;手機通信使用的是無線電波，其波長較長，更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，D正確。B級綜合提升練9.圖甲為車輛智能道閘系統(tǒng)的簡化原理圖，預(yù)埋在地面下的地感線圈L和電容器C構(gòu)成LC振蕩電路，當車輛靠近地感線圈時，線圈自感系數(shù)變大，使得振蕩電流頻率發(fā)生變化，檢測器將該信號發(fā)送至車牌識別器，從而向閘機發(fā)送起桿或落桿指令。某段時間振蕩電路中的電流如圖乙，則下列有關(guān)說法正確的是()A.t1時刻電容器極板間的電場強度為最大值B.t1~t2時間內(nèi)，電容器處于放電過程C.汽車靠近地感線圈時，振蕩電流頻率變大D.從圖乙波形可判斷汽車正遠離地感線圈答案D解析t1時刻電流最大，磁場能最大，電容器極板間的電場強度為最小值，故A錯誤;t1~t2時間內(nèi)，電流減小，電容器處于充電過程，故B錯誤;當車輛靠近地感線圈時，線圈自感系數(shù)變大，根據(jù)f＝12πLC可知，振蕩電流頻率減小，故C錯誤;從題圖乙波形可知周期越來越小，則頻率越來越大，汽車正遠離地感線圈，故10.(2024·浙江金華市東陽模擬)在圖甲的LC振蕩演示電路中，開關(guān)先撥到位置“1”，電容器充滿電后，在t＝0時刻開關(guān)撥到位置“2”。若電流從電流傳感器的“＋”極流入，電流顯示為正，圖乙為振蕩電流隨時間變化的圖線，則下列有關(guān)說法正確的是()A.在圖乙中A點時刻電容器上極板帶負電B.在圖乙中從t0到A點過程中電容器的電壓先增加后減小C.若電阻R減小，電流變化如圖丙中實線D.若電阻R減小，電流變化如圖丙中虛線答案A解析在題圖乙中A點時刻電流為正且正在減小，可知電容器正在充電，此時上極板帶負電，下極板帶正電，A正確;在題圖乙中從t0到A點過程中電流先正向增加后正向減小，電容器先放電后充電，即電容器的電壓先減小后增加，B錯誤;若電阻R減小，則電容器放電時最大電流變大，但是振動周期不變，則題圖丙中實線和虛線描述的電流變化都不對，C、D錯誤。11.某收音機中的LC振蕩電路，由固定線圈和可調(diào)電容器組成，能夠產(chǎn)生頻率范圍為f到kf(k>1)的電磁振蕩?？烧{(diào)電容器的最大電容和最小電容之比為()A.k4 B.k4 C.k2 D.k答案C解析根據(jù)LC振蕩電路的固有頻率公式f＝12πLC，可得電容C＝14π2f2L，所以當頻率范圍為f到kf(k>1)時，可調(diào)電容器的最大電容和最小電容之比為12.(多選)如圖甲所示的LC振蕩電路中，電容器C極板上的帶電荷量q隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示，則有關(guān)該振蕩電路的說法正確的是()A.0~1×10－6s電容器處于放電過程B.t