第3講電磁振蕩和電磁波學(xué)習(xí)目標(biāo)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?？键c一電磁振蕩1.振蕩電流大小和方向都做周期性迅速變化的電流。2.振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的電路。由電感線圈L和電容C組成最簡單的振蕩電路,稱為LC振蕩電路,如圖所示。3.電磁振蕩:在LC振蕩電路中,電容器不斷地充電和放電,就會使電容器極板上的電荷量q、電路中的電流i、電容器內(nèi)的電場強(qiáng)度E、線圈內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生周期性的變化,這種現(xiàn)象就是電磁振蕩。4.電磁振蕩中的能量變化(1)放電過程中電容器儲存的電場能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈的磁場能。(2)充電過程中線圈中的磁場能逐漸轉(zhuǎn)化為電容器的電場能。(3)在電磁振蕩過程中,電場能和磁場能會發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。5.電磁振蕩的周期和頻率(1)周期T=2πLC。(2)頻率f=12π6.振蕩電流、極板帶電荷量等隨時間的變化(1)圖像描述(2)圖表分析(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(qiáng)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(qiáng)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電判斷正誤(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)。(×)例1(2025·北京東城模擬)如圖甲所示為某一LC振蕩電路,圖乙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M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解析O~a階段,電容器正在放電,電流不斷增加,電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化,選項A錯誤;a~b階段,電容器正在充電,電流逐漸減小,磁場能正在向電場能轉(zhuǎn)化,選項B錯誤;b~c階段,電容器正在放電,回路中電流沿順時針方向,選項C正確;c~d階段,電容器正在充電,回路中電流沿順時針方向,選項D錯誤。例2如圖所示,LC振蕩電路中電容器的電容為C,線圈的自感系數(shù)為L,電容器在圖示時刻所帶的電荷量為Q。若圖示時刻電容器正在放電,至放電完畢所需時間為13πLC;若圖示時刻電容器正在充電,則充電至電容器所帶電荷量最大所需時間為(A.12πLC B.13C.16πLC D.23答案C解析LC振蕩電路在一個周期內(nèi)電容器會充電兩次、放電兩次,每次充電或放電的時間均為14T=π2LC。根據(jù)題意,電容器所帶的電荷量由Q減小到零所需時間為13πLC=16T,說明電容器所帶的電荷量由最大放電到Q所需時間為14T-16T=112T=16πLC,則電容器所帶電荷量由例3如圖為發(fā)射電磁波的LC振蕩電路,某時刻電路中電流方向如圖所示,此時電容器的上極板帶正電,下極板帶負(fù)電,則下列說法正確的是()A.電容器正在放電 B.電流正在減小C.線圈中的磁場能正在增大 D.電容器中的電場能正在減小答案B解析由題圖知,電流正流向電容器正極,電容器正在充電,電流正在減小,磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,線圈中磁場能正在減小,電容器中的電場能正在增大,故B正確。總結(jié)提升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(dāng)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(dāng)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(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、電場強(qiáng)度E)增大或電流i(磁感應(yīng)強(qiáng)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,磁場能增加時放電例4如圖所示,單刀雙擲開關(guān)S打到a端讓電容器充滿電。t=0時開關(guān)S打到b端,t=0.02s時LC回路中電容器下極板帶正電荷且電荷量第一次達(dá)到最大值。則()A.LC回路的周期為0.02sB.LC回路的電流最大時電容器中電場能最大C.t=1.01s時線圈中磁場能最大D.t=1.01s時回路中電流沿順時針方向答案C解析當(dāng)電容器C充滿電后,電容器上極板帶正電,電容器中的電場強(qiáng)度最大,電場能最大,然后開始放電,電荷釋放完瞬間,LC振蕩電路電流最大,電場能轉(zhuǎn)化為磁場能;接著自感線圈對電容器反向充電,電流逐漸減弱,磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,此時電容器下極板帶正電;隨后電容器開始反向放電,然后自感線圈對電容器充電,最后電容器上極板帶正電,一個完整的電磁振蕩周期結(jié)束。根據(jù)以上分析T=0.04s,選項A錯誤;電流最大時磁場能最大,電場能最小,選項B錯誤;t=1.01s=2514T,即從初始狀態(tài)開始經(jīng)過1.01s,電荷釋放完,電流最大,自感線圈中磁場能最大,選項C正確;在1.01s時,線路中的電流是逆時針方向,選項D錯誤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變化的電場產(chǎn)生磁場變化的磁場產(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)生變化的電場周期性振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場周期性振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場2.電磁波(1)電磁場在空間由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,形成電磁波。(2)電磁波的傳播不需要(選填“需要”或“不需要”)介質(zhì)。在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同,都等于光速3×108m/s。在同一介質(zhì)中不同頻率的電磁波傳播速度是不同的,頻率越高,波速越小。

(3)v=λf,f是電磁波的頻率。3.無線電波的發(fā)射(1)發(fā)射條件:開放電路和高頻振蕩信號,所以要對傳輸信號進(jìn)行調(diào)制。(2)調(diào)制方式①調(diào)幅:使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而改變。②調(diào)頻:使高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而改變。4.無線電波的接收(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時,接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng),這就是電諧振現(xiàn)象。(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作調(diào)諧,能夠調(diào)諧的接收電路叫作調(diào)諧電路。(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩信號中“檢”出調(diào)制信號的過程,叫作檢波。檢波是調(diào)制的逆過程,也叫作解調(diào)。5.電磁波譜(1)定義:按照電磁波的波長大小或頻率高低的順序把它們排列成的譜叫作電磁波譜。(2)電磁波譜分析及應(yīng)用電磁波譜頻率/Hz真空中波長/m特性應(yīng)用遞變規(guī)律無線電波<3×1011>10-3波動性強(qiáng),易發(fā)生衍射無線電技術(shù):通信、廣播及其他信號傳輸波長越長,越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象,波長越短,穿透能力越強(qiáng)。不同頻率的電磁波在同一種介質(zhì)中傳播時,頻率越高,折射率越大,速度越小紅外線1011~101510-3~10-7熱效應(yīng)紅外遙感技術(shù)可見光101510-7引起視覺照明、攝影紫外線1015~101710-7~10-9化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽檢查X射線1016~101910-8~10-11穿透本領(lǐng)強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用透視、機(jī)場等安檢γ射線>1019<10-11穿透本領(lǐng)最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療癌癥6.各種電磁波產(chǎn)生機(jī)理無線電波振蕩電路中電子周期性運動產(chǎn)生紅外線、可見光和紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生X射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生γ射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)生判斷正誤(1)法拉第預(yù)言了電磁波的存在,并揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一性。(×)(2)赫茲通過一系列實驗,證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論。(√)(3)電場周圍一定存在磁場,磁場周圍一定存在電場。(×)(4)電磁波與機(jī)械波不同,機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只與介質(zhì)有關(guān),電磁波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)和頻率均有關(guān)。(√)例5(多選)關(guān)于電磁波,下列說法正確的是()A.電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān)B.周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā),形成電磁波C.電磁波在真空中自由傳播時,其傳播方向與電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直D.利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信,但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸答案ABC解析電磁波在真空中的傳播速度等于光速,與電磁波的頻率無關(guān),選項A正確;周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā),形成電磁波,選項B正確;電磁波傳播方向與電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直,選項C正確;電磁波可以通過全反射在光纜中傳輸,選項D錯誤。例6(多選)關(guān)于電磁波的接收,下列說法正確的是()A.當(dāng)處于電諧振時,所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流B.當(dāng)處于電諧振時,只有被接收的電磁波才能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流C.由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,再經(jīng)過耳機(jī)就可以聽到聲音了D.由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,再經(jīng)過檢波、放大,通過耳機(jī)才可以聽到聲音答案AD解析當(dāng)處于電諧振時,所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,只不過頻率跟接收電路固有頻率相等的電磁波,在接收電路中激發(fā)的感應(yīng)電流最強(qiáng),由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,要再經(jīng)過檢波(也就是調(diào)制的逆過程)、放大,通過耳機(jī)才可以聽到聲音,故A、D正確。例7關(guān)于生活中遇到的各種波,下列說法正確的是()A.電磁波可以傳遞信息,聲波不能傳遞信息B.手機(jī)在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C.太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同D.遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同答案B解析電磁波、聲波等一切波都可以傳遞能量和信息,A錯誤;手機(jī)在通話時需要聲音信號與電信號的相互轉(zhuǎn)換,電信號以電磁波的形式在空中傳播,B正確;超聲波是聲波,在空氣中傳播速度約為340m/s,C錯誤;由電磁波譜分布情況可知,紅外線的波長比X射線的波長長,D錯誤。

限時作業(yè)(限時:30分鐘)基礎(chǔ)對點練對點練1電磁振蕩1.某電路中電場強(qiáng)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(dāng)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(dāng)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(yuǎn)處激發(fā)出電場,故也不會產(chǎn)生電磁波;只有周期性變化的電場(如題圖D),才會激發(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。2.要想增大LC振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率,可采用的方法是()A.增大電容器兩極板的間距 B.升高電容器的充電電壓C.增加線圈的匝數(shù) D.在線圈中插入鐵芯答案A解析LC振蕩電路中產(chǎn)生的振蕩電流的頻率f=12πLC,要想增大頻率,應(yīng)該減小電容C,或減小線圈的自感系數(shù)L,再根據(jù)C=εrS4πkd可知,增大電容器兩極板的間距,電容減小,故A正確;升高電容器的充電電壓,電容不變,故B錯誤;增加線圈的匝數(shù)、在線圈中插入鐵芯,自感系數(shù)增大,3.如圖所示的是LC振蕩電路某時刻的情況,以下說法正確的是()A.此時電路中電流等于零 B.電容器正在充電C.電感線圈中的電流正在增大 D.電容器兩極板間的電場能正在減小答案B解析根據(jù)圖示磁場方向結(jié)合安培定則可知,電流流向電容器的正極板,說明電容器正在充電,電路中電流不為零,此時電感線圈中的電流逐漸減小,磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,所以電容器兩極板間的電場能正在增大,A、C、D錯誤,B正確。4.將線圈、電容器、電流表、電源和單刀雙擲開關(guān)連成如圖所示的電路。先把開關(guān)置于1位置,為電容器充電。已知線圈的自感系數(shù)為L,電容器的電容為C。把開關(guān)置于2位置并開始計時,下列說法正確的是()A.t1=πLC2時刻,回路中電流為零B.t2=πLC時刻,回路中電流最大,電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能C.從0時刻到t1=πLC2時刻,電流由a向b流過電流表D.從t1=πLC2時刻到t2=πLC時刻,電流由b到a流過電流表答案C解析t1=πLC2=14T時刻,電容器放電結(jié)束,回路中電流最大,電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能,A錯誤;t2=πLC=T2時刻,電容器充電結(jié)束,回路中電流為零,磁場能全部轉(zhuǎn)化為電場能,B錯誤;從0時刻到t1=πLC2時刻,電容器放電,上極板的電子從b→a移動,所以電流從a→b流過電流表,電場能正向磁場能轉(zhuǎn)化,C正確;從t1=πLC2時刻到t2=πLC時刻,電容器充電,電流從a→對點練2電磁場與電磁波電磁波譜5.如圖所示,我國成功研發(fā)的反隱身先進(jìn)米波雷達(dá)堪稱隱身飛機(jī)的克星,它標(biāo)志著我國雷達(dá)研究又創(chuàng)新的里程碑。米波雷達(dá)發(fā)射無線電波的波長在1~10m范圍內(nèi),則對該無線電波的判斷正確的是()A.米波的頻率比厘米波頻率高 B.和機(jī)械波一樣須靠介質(zhì)傳播C.同光波一樣會發(fā)生反射現(xiàn)象 D.不可能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象答案C解析由ν=cλ可知,波長越長,頻率越低,故米波的頻率比厘米波頻率低,選項A錯誤;無線電波是電磁波,它的傳播不須靠介質(zhì),選項B錯誤;無線電波與光波一樣具有波的特性,會發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象,選項C正確,D錯誤6.(多選)目前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率多在200MHz至1000MHz的范圍內(nèi)。下列關(guān)于雷達(dá)和電磁波的說法正確的是()A.真空中上述雷達(dá)發(fā)射的電磁波的波長范圍在0.3m至1.5m之間B.電磁波是由恒定不變的電場或磁場產(chǎn)生的C.測出從發(fā)射電磁波到接收反射波的時間間隔可以確定雷達(dá)和目標(biāo)的距離D.波長越短的電磁波,反射性能越強(qiáng)答案ACD解析由公式v=λf可得,λmin=vfmax=3×1081000×106m=0.3m,λmax=vfmin=3×108200×106m=1.5m,A正確;電磁波是由周期性變化的電場或磁場產(chǎn)生的,B錯誤;7.(多選)下列關(guān)于無線電廣播要對電磁波進(jìn)行調(diào)制的原因的說法中正確的是()A.經(jīng)過調(diào)制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領(lǐng)更強(qiáng)B.經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播得更快C.經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播的波長一定不變D.經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播的波長可能改變答案AD解析調(diào)制是把要發(fā)射的信號“加”到高頻振蕩電流上去,頻率越高,傳播信息能力越強(qiáng),A正確;電磁波在空氣中的傳播速度接近光速且恒定不變,B錯誤;由v=λf,知波長與波速和傳播頻率有關(guān),C錯誤,D正確。8.(多選)(2025·北京海淀區(qū)高三期末)各種電磁波在日常生活和生產(chǎn)中已經(jīng)被大量應(yīng)用了。關(guān)于電磁波的應(yīng)用,下列說法中正確的有()A.控制電視、空調(diào)的遙控器使用的是紅外線B.銀行和商店用來鑒別大額鈔票真?zhèn)蔚尿炩n機(jī)使用的是X射線C.手機(jī)通話使用的是無線電波D.機(jī)場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀使用的是紫外線答案AC解析控制電視、空調(diào)的遙控器使用的是紅外線,故A正確;銀行和商店用來鑒別大額鈔票真?zhèn)蔚尿炩n機(jī)使用的是紫外線,不是X射線,故B錯誤;手機(jī)通話使用的是無線電波,故C正確;機(jī)場、車站用來檢查旅客行李包的透視儀使用的是X射線,不是紫外線,故D錯誤。綜合提升練9.(多選)下列說法正確的是()A.在均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場,在均勻變化的磁場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的電場B.電磁場是周期性變化的電場和磁場交替產(chǎn)生而形成的不可分離的統(tǒng)一體C.在電磁波譜中,最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線D.機(jī)械波和電磁波都可發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象答案BD解析均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場,故A錯誤;根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,電磁場是周期性變化的電場和磁場交替產(chǎn)生而形成的不可分離的統(tǒng)一體,故B正確;在電磁波譜中,無線電波的波長最長,則最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波,故C錯誤;反射、折射、干涉和衍射是波的特性,機(jī)械波和電磁波它們都可發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象,故D正確。10.如圖甲所示,線圈L的直流電阻不計,閉合開關(guān)S,待電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后斷開開關(guān)S,LC回路中將產(chǎn)生電磁振蕩。從開關(guān)S斷開計時,線圈中的磁場能EB隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示。下列說法中不正確的是()A.LC電路振蕩周期為2×10-3sB.在1×10-3s時,電容器右極板帶正電C.電容器中最大的電場能為2.5×10-2JD.0~1×10-3s時間內(nèi)與1×10-3~2×10-3s時間內(nèi)回路中的電流方向相反答案A解析t=0時刻斷開開關(guān)S,電感線圈與電容器構(gòu)成振蕩回路,電感線圈中的電流從某一最大值開始減小,產(chǎn)生自感電動勢對電容器充電,磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,電容器所帶電荷量從零開始增加,當(dāng)線圈中的電流減為零時,電容器充電結(jié)束,所帶電荷量達(dá)到最大,振蕩電路經(jīng)歷14T時,磁場能為零,電場能最大,電容器中最大的電場能為2.5×10-2J,隨后電容器放電,所帶電荷量減小,電感線圈中的電流反向增加,電場能轉(zhuǎn)化為磁場能,形成振蕩電路,故LC電路振蕩周期為4×10-3s,C正確,A錯誤;沒斷開開關(guān)前,線圈與R串聯(lián),由于線圈的電阻不計,所以線圈兩端的電壓為零,電容器兩極板所帶的電荷量為零,此時通過線圈的電流自左向右。當(dāng)斷開開關(guān)時,開始給電容器充電,電流逐漸減小,經(jīng)過14個周期,即t=1×10-3s時,充電電流減小到最小,此時電容器所帶的電荷量最大(左極板帶負(fù)電,右極板帶正電),線圈L的感應(yīng)電動勢最大,隨后電容器開始放電,此時通過線圈的電流自右向左,再經(jīng)過14T,即t=2×10-3s時,放電結(jié)束,B、11.如圖所示為某款玩具內(nèi)的LC振蕩電路,已知線圈自感系數(shù)L=2.5×10-3H,電容器電容C=4μF,LC振蕩電路的周期公式為T=2πLC。t=0時刻,上極板帶正電,下極板帶負(fù)電,瞬時電流為零,則()A.LC振蕩電路的周期T=π×10-4sB.當(dāng)t=π2×10-4s時,C.當(dāng)t=3π2×10-4s時,D.在t=π2×10-4s至3π2×10-4s時間內(nèi)答