第3講電磁振蕩與電磁波

隨著科技的發(fā)展,越來越多的手機用戶選擇使用藍牙耳機,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:

情

境

導

(1)甲、乙兩波是怎么產(chǎn)生的?

思

(2)甲、乙波都是橫波還是縱波?都能在真空中傳播嗎?

(3)甲、乙兩波的頻率哪個高?真空中,誰的速度大?

(4)甲波與乙波有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象嗎?

1.如圖甲所示為LC振蕩電路,從t=0時刻開始,回路中的電流隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示,

規(guī)定電流沿順時針方向為正方向。下列說法正確的是()

[A]0～t1時間內(nèi),兩極板間的電壓逐漸增大

[B]t2時刻,LC振蕩電路的電場能最小

[C]t2～t3時間內(nèi),上極板的正電荷逐漸減少

[D]t3～t4時間內(nèi),電容器正在充電,且下極板帶負電

【答案】C

【答案】充電電流i磁感應強度B電場磁場磁場電場周期性2π

??

1

2π??

【答案】電場磁場介質(zhì)3×108λf可見光

考點一電磁振蕩

1.各物理量變化情況(電容器電量最大時開始計時)

2.關(guān)于電磁波的應用,下列說法不正確的是()

[A]電磁爐是利用電磁波來工作的

[B]微波爐是利用電磁波的能量來快速加熱食物的

[C]雷達是利用電磁波的反射來偵測目標的

[D]夜視儀是利用紅外線來幫助人們在夜間看見物體的

【答案】A

時刻

0～～～～T

時間?3?

()???3?

44

工作放電4充電22放電4充電

過程過程過程過程過程

電荷

變小變大變小變大

量q

電壓u變小變大變小變大

電場

變小變大變小變大

強度E

電流i變大變小變大變小

磁感應

變大變小變大變小

強度B

能量

E電→E磁E磁→E電E電→E磁E磁→E電

轉(zhuǎn)化

2.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像

[例1]【電磁振蕩過程的判斷】(2024·江蘇蘇州期中)LC振蕩電路既可產(chǎn)生特定頻率的信

號,也可從復雜的信號中分離出特定頻率的信號,是許多電子設(shè)備中的關(guān)鍵部件。如圖所示,

某時刻線圈中磁場方向向上,且電路中的電流正在增大,下列說法正確的是()

[A]電容器正在充電

[B]電路中的電場能正在增大

[C]電容器上極板帶正電

[D]電容器兩極板間的電場強度正在減小

【答案】D

【解析】因為電路中的電流正在增大,可知電容器正在放電,電路中的電場能正在減小,

極板帶電量正在減小,則兩極板間的電場強度正在減小,由右手螺旋定則可知,回路中的電

流為順時針方向,電容器下極板帶正電,故選項A、B、C錯誤,D正確。

[例2]【電磁振蕩過程的分析】(2025·湖北階段練習)(多選)如圖所示,圖甲是LC振蕩回路

中電流隨時間的變化關(guān)系,若以圖乙回路中順時針方向的電流為正,a、b、c、d均為電場

能或磁場能最大的時刻,下列說法正確的是()

[A]圖乙中的a是電場能最大的時刻,對應圖甲中的時刻

?

2

[B]圖乙中的b是電場能最大的時刻,此后的內(nèi)電流方向為正

?

4

[C]圖乙中的c是磁場能最大的時刻,對應圖甲中的時刻

3?

4

[D]圖乙中的d是磁場能最大的時刻,此后電容器的下極板將充上負電荷

【答案】BD

【解析】題圖乙中的a是電場能最大的時刻,由于上極板帶正電,此后的內(nèi)電容器放電,

?

4

電流方向為逆時針,對應題圖甲中的0時刻或T時刻,故A錯誤;題圖乙中的b是電場能最

大的時刻,由于下極板帶正電,此后的內(nèi)電容器放電,電流方向為順時針,故B正確;題圖乙

?

4

中的c是磁場能最大的時刻,此后磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,根據(jù)右手螺旋定則,電流方向為逆

時針,對應題圖甲中的時刻,故C錯誤;題圖乙中的d是磁場能最大的時刻,此后磁場能轉(zhuǎn)

?

4

化為電場能,電流方向為順時針,此后電容器的下極板將充上負電荷,故D正確。

[例3]【周期公式的應用】某LC電路的振蕩頻率為520kHz,為能提高到1040kHz,下

列說法正確的是()

[A]調(diào)節(jié)可變電容器,使電容增大為原來的4倍

[B]調(diào)節(jié)可變電容器,使電容減小為原來的

1

4

[C]調(diào)節(jié)電感線圈,使線圈匝數(shù)增加到原來的4倍

[D]調(diào)節(jié)電感線圈,使線圈電感變?yōu)樵瓉淼?/p>

1

2

【答案】B

【解析】由振蕩頻率公式f=可知,要使頻率提高到原來的2倍,可以減小電容使之變

1

2π??

為原來的,或減小電感使之變?yōu)樵瓉淼?故B正確,A、C、D錯誤。

11

4考點二電磁4場和電磁波電磁波譜

1.麥克斯韋電磁場理論

2.電磁波與機械波的比較

項目電磁波機械波

產(chǎn)生由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生

波的

橫波縱波或橫波

特點

由介質(zhì)和電磁波頻率共同決定,在真空中等由介質(zhì)決定(如聲波波速在空氣中

波速

于光速c=3.0×108m/s一般為340m/s)

傳播

是否不需要介質(zhì)必須有介質(zhì)

需要(在真空中仍可傳播)(真空中不能傳播)

介質(zhì)

能量

電磁能機械能

傳播

3.電磁波譜的分析及應用

電磁頻率/真空中遞變

特性應用

波譜Hz波長/m規(guī)律

波動性強,

無線<3×無線電

>10-3易發(fā)生

電波1011技術(shù)

衍射

紅外1011～10-7～

熱效應紅外遙感

線101510-3

可見照明、

101510-7引起視覺

光攝影

化學效應、

紫外1015～10-8～醫(yī)用消

熒光效應、

線101610-7毒、防偽

滅菌消毒

X1016～10-11～穿透檢查、

射線101910-8本領(lǐng)強醫(yī)用透視

γ>1019<10-11穿透本領(lǐng)工業(yè)探傷、

射線更強醫(yī)用治療

[例4]【麥克斯韋電磁場理論】(2024·廣西桂林期末)(多選)如圖所示,在磁感應強度B隨

時間t變化的以下四種磁場中,下列判斷正確的是()

[A]圖甲能產(chǎn)生電場,不能產(chǎn)生電磁波

[B]圖乙能產(chǎn)生電場,不能產(chǎn)生電磁波

[C]圖丙能產(chǎn)生電場,也能產(chǎn)生電磁波

[D]圖丁能產(chǎn)生電場,不能產(chǎn)生電磁波

【答案】AC

【解析】題圖甲是均勻變化的磁場,可以產(chǎn)生穩(wěn)定的電場,但不能產(chǎn)生電磁波,故A正確;

題圖乙是穩(wěn)定的磁場,不可以產(chǎn)生電場,不能產(chǎn)生電磁波,故B錯誤;題圖丙是周期性變化的

磁場,能產(chǎn)生周期性變化的電場,也能產(chǎn)生電磁波,故C正確;題圖丁是周期性變化的磁場,

能產(chǎn)生周期性變化的電場,也能產(chǎn)生電磁波,故D錯誤。

[例5]【電磁波與機械波的比較】(2024·江蘇徐州階段練習)下列關(guān)于機械波與電磁波的

說法,錯誤的是()

[A]機械波可能是縱波,而電磁波必定是橫波

[B]機械波的波速只與介質(zhì)有關(guān),而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān),還與電磁波

的頻率有關(guān)

[C]它們都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象

[D]機械波和電磁波本質(zhì)上是一致的

【答案】D

【解析】機械波可能是橫波也可能是縱波,而電磁波必定是橫波,故A說法正確;機械波的

波速只與介質(zhì)有關(guān),而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān),還與電磁波的頻率有關(guān),故

B說法正確;它們都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象,故C說法正確;機械波與電磁波本質(zhì)上不同,電

磁波的傳播不需要介質(zhì),機械波的傳播需要介質(zhì),故D說法錯誤。

[例6]【電磁波的應用】(2024·江蘇宿遷開學考試)電磁波在醫(yī)院得到了廣泛應用。關(guān)于

電磁波的某些特性,下列說法不正確的是()

[A]伽馬手術(shù)刀治療癌癥是利用γ射線強穿透力,能量高的特性

[B]胸透又稱熒光透視,是利用X射線具有穿透性、熒光性和攝影效應的特性

[C]紅外線測溫儀,是利用了紅外線波長較長的特性

[D]醫(yī)用紫外滅菌燈是利用了紫外線的消毒特性

【答案】C

【解析】γ射線能量高、穿透力強,醫(yī)院常用γ射線照射癌細胞,治療癌癥,故A說法正確;X

射線具有穿透性、熒光性和攝影效應的特性,所以可以用來做胸透,故B說法正確;紅外線

測溫儀,是利用了紅外線的熱效應,故C說法錯誤;醫(yī)院用紫外線燈照射的方法來消毒滅菌,

是利用了紫外線的消毒特性,故D說法正確。

(滿分:60分)

對點1.電磁振蕩

1.(4分)(2024·江蘇徐州期末)某同學利用自制線圈和一個可調(diào)電容,制作一個最簡單的LC

調(diào)諧電路,用來收聽中波的無線電廣播。他發(fā)現(xiàn)有一個頻率最高的中波電臺收不到,但可以

接收其他中波電臺。為了收到這個電臺,下列做法可行的是()

[A]線圈中插入鐵芯

[B]減小線圈的匝數(shù)

[C]增大電容器正對面積

[D]減小電容器極板間距離

【答案】B

【解析】根據(jù)f=,為了收到這個電臺,需要增大振蕩頻率。線圈中插入鐵芯,線圈自感

1

2π??

系數(shù)L變大,振蕩頻率f減小,故A錯誤;減小線圈的匝數(shù),線圈自感系數(shù)L變小,振蕩頻率f

增大,故B正確;根據(jù)C=,增大電容器正對面積或減小電容器極板間距離,電容C均增大,

???

則振蕩頻率f減小,故C4、π?D?錯誤。

2.(4分)(2024·四川綿陽期末)中高考等國家考試使用“考試專用”的金屬探測儀檢查考生是

否攜帶金屬物體進入考場。如圖所示,金屬探測儀內(nèi)部有線圈與電容器,構(gòu)成了LC振蕩電

路。當探測儀檢測到金屬物體時,探測儀線圈的自感系數(shù)發(fā)生變化,從而引起振蕩電路中的

電流頻率發(fā)生變化,探測儀檢測到這個變化就會驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響。已知某時刻電流的

方向由b流向a,且電流正在增大,則()

[A]該時刻電容器下極板帶正電荷

[B]線圈的磁場能在減小

[C]電容器兩極板間的電場強度正在加強

[D]線圈的自感電動勢在減小

【答案】D

【解析】某時刻電流的方向由b流向a,且電流正在增大,說明電容器正處于放電的過程,

可知該時刻電容器上極板帶正電荷,下極板帶負電荷,電容器所帶的電荷量在減小,則電容

器的電場能在減小,線圈的磁場能在增加,A、B錯誤;電容器正處于放電的過程,電容器兩

端電壓在降低,由E=可知,電容器兩極板間的電場強度正在減弱,C錯誤;由電容器放電特

?

?

點可知,電流增大得越來越慢,由自感電動勢公式E自=L可知,線圈的自感電動勢在減小,D

Δ?

正確。Δ?

3.(6分)(2024·河南開封二模)(多選)圖甲為測量儲罐中不導電液體高度的電路,將與儲罐外

殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容C置于儲罐中,電容C可通過開關(guān)S與電感L或電

源相連。當開關(guān)從a撥到b時,由電感L與電容C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生的振蕩電流如圖乙所

示。在平行板電容器極板面積一定、兩極板間距離一定的條件下,下列說法正確的是()

[A]儲罐內(nèi)的液面高度降低時,LC回路振蕩電流的頻率將變大

[B]t1～t2時間內(nèi)電容器放電

[C]t2～t3時間內(nèi)LC回路中電場能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場能

[D]該振蕩電流的有效值為Im

【答案】AC2

【解析】LC回路振蕩電流的頻率為f=,根據(jù)平行板電容器電容的決定式有C=,

1εr?

2π??4π??

儲罐內(nèi)的液面高度降低時,相對介電常數(shù)εr減小,電容減小,則LC回路振蕩電流的頻率將變

大,故A正確;根據(jù)題圖乙可知,t1～t2時間內(nèi)電流減小,電容器充電,磁場能減小,電場能增

大,LC回路中磁場能逐漸轉(zhuǎn)化為電場能,故B錯誤;根據(jù)題圖乙可知,t2～t3時間內(nèi)電流增大,

電容器放電,磁場能增大,電場能減小,LC回路中電場能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場能,故C正確;根據(jù)

正弦式交變電流的有效值規(guī)律可知,該振蕩電流的有效值為I==,故D錯誤。

?m2?m

對點2.電磁場和電磁波電磁波譜22

4.(4分)(2024·山西太原期中)2024年10月30日,我國神舟十九號載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)

射中心成功飛向我國空間站。神十八、神十九兩個乘組“太空會師”,直播畫面通過電磁波

傳送到地面。下列關(guān)于電磁波的說法正確的是()

[A]電磁波可以在真空中傳播

[B]麥克斯韋首次通過實驗驗證了電磁波的存在

[C]電磁波傳播過程中,電場和磁場都是均勻變化的

[D]太空中航天員講話時畫面與聲音同步,說明電磁波與聲波具有相同的傳播速度

【答案】A

【解析】電磁波可以在真空中傳播,故A正確;赫茲首次通過實驗驗證了電磁波的存在,

故B錯誤;均勻變化的電場和磁場變化時只能產(chǎn)生恒定的磁場和電場,不會產(chǎn)生電磁波,故

電磁波傳播過程中,電場和磁場不是均勻變化的,故C錯誤;太空中航天員講話時畫面與聲

音都是通過電磁波傳播到地面的,故畫面和聲音同步,但不能說明電磁波與聲波具有相同

的傳播速度,故D錯誤。

5.(4分)(2024·福建莆田期末)關(guān)于電磁波的特性和應用,下列說法正確的是()

[A]微波爐利用紅外線的熱效應快速加熱食物

[B]紫外線具有殺菌作用,醫(yī)院常用紫外線進行消毒

[C]γ射線穿透力很強,醫(yī)學上常用它進行人體透視檢查

[D]車站、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置利用的是紅外線

【答案】B

【解析】微波爐是利用了微波的頻率與水的固有頻率相接近,從而使水振動而發(fā)熱的,故

A錯誤;紫外線具有殺菌作用,醫(yī)院常用紫外線進行消毒,故B正確;X射線有很強的穿透本

領(lǐng),常用于醫(yī)學上透視人體,故C錯誤;車站、機場安全檢查時“透視”行李箱的安檢裝置利

用的是X射線,故D錯誤。

6.(6分)(2021·福建卷,5)(多選)以聲波作為信息載體的水聲通信是水下長距離通信的主要

手段。2020年11月10日,中國載人潛水器“奮斗者”號創(chuàng)造了10909米深潛紀錄。此次

深潛作業(yè)利用了水聲通信和電磁通信等多種通信方式進行指令傳輸或數(shù)據(jù)交換,如圖所

示。下列說法正確的是()

[A]“奮斗者”號與“探索一號”通信的信息載體屬于橫波

[B]“奮斗者”號與“滄海”號通信的信息載體屬于橫波

[C]“探索一號”與通信衛(wèi)星的實時通信可以通過機械波實現(xiàn)

[D]“探索一號”與“探索二號”的通信過程也是能量傳播的過程

【答案】BD

【解析】“奮斗者”號與“探索一號”通信是通過水聲通信,聲音在水中的傳播是縱波,故信

息載體屬于縱波,故A錯誤;“奮斗者”號與“滄?！碧柾ㄐ攀峭ㄟ^無線藍綠光通信,光以橫波

的形式傳播,故信息載體屬于橫波,故B正確;因為太空中沒有介質(zhì),故機械波無法傳播,所

以“探索一號”與通信衛(wèi)星的實時通信只能通過電磁通信來實現(xiàn),故C錯誤;傳遞信息的過

程也是傳遞能量的過程,故“探索一號”與“探索二號”的通信過程也是能量傳播的過程,故D

正確。

7.(6分)(2024·廣東江門期中)(多選)第五代移動通信技術(shù)(簡稱5G)是最新一代蜂窩移動通

信技術(shù),5G的性能目標是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、大規(guī)模設(shè)備連接等。與4G相比,5G使

用的電磁波頻率更高。下列說法正確的是()

[A]4G比5G使用的電磁波發(fā)生衍射現(xiàn)象更明顯

[B]5G和4G使用的電磁波在真空中的傳播速度相同

[C]5G和4G使用的電磁波都可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象

[D]在真空中5G使用的電磁波波長比4G的長

【答案】ABC

【解析】5G和4G使用的電磁波在真空中的傳播速度相同,均為c;與4G相比,5G使用的

電磁波頻率更高,根據(jù)λ=,可知4G使用的電磁波的波長大于5G的,則4G比5G使用的電

?

?

磁波發(fā)生衍射現(xiàn)象更明顯,故A、B正確,D錯誤;干涉和衍射是波的特性,5G和4G使用的

電磁波都可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象,故C正確。

8.(6分)(多選)如圖甲為某種車輛智能道閘系統(tǒng)的簡化原理圖:預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所示,則下列有關(guān)說法正確的是()

[A]t1時刻電容器間的電場強度為最小值

[B]t1～t2時間內(nèi),電容器處于充電過程

[C]汽車靠近線圈時,振蕩電流頻率變小

[D]從圖乙波形可判斷車輛正靠近地感線圈

【答案】ABC

【解析】由題圖乙可知,t1時刻地感線圈L中的電流最大,電容器間的電場強度為最小值,A

正確;t1～t2時間內(nèi),線圈L中的電流減小,則電容器處于充電過程,B正確;汽車靠近線圈時,

線圈的自感系數(shù)增大,由f=可知,振蕩電流頻率變小,C正確;由題圖乙可知,頻率增大,

1

2π??

則線圈自感系數(shù)變小,車輛正遠離地感線圈,D錯誤。

9.(4分)(2024·浙江金華期末)如圖所示,L為電阻可忽略的線圈,R為電阻,C為電容器,開關(guān)S

處于閉合狀態(tài)?，F(xiàn)突然斷開S,并開始計時,電路工作過程中,同時會向外輻射電磁波。下列

選項能正確反映LC回路中電流i(順時針方向為正)、電容器中電場E(豎直向下為正)、以

及兩極板間電勢差Uab隨時間變化的圖像是()

[A][B]

[C][D]

【答案】D

【解析】L為一電阻可忽略的線圈,當開關(guān)閉合時,電容器帶電量為零,通過線圈L的電流

向下;斷開S后,電流在LC電路中開始振蕩,電容器開始充電,電流沿逆時針方向(負方向)

且電流逐漸減小,故A、B錯誤;斷開S后,電容器開始充電,b板帶正電荷且逐漸增加,即負

方向的電場強度逐漸增加,則兩極板間電勢差Uab逐漸增大,且為負,故C錯誤,D正確。

10.(4分)(2024·江西一模)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

測得相應的振蕩電流的周期T