第3講電磁振蕩與電磁波

【目標要求】1.了解LC振蕩電路中振蕩電流的產生過程及電磁振蕩過程中能量轉化情況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，了解電磁波的產生、發(fā)射、

傳播和接收過程.

考點一電磁振蕩

1.振蕩電路：產生大小和方向都做周期性迅速變化的電流（即振蕩電流）的電路.由電感線圈

L和電容。組成最簡單的振蕩電路，稱為LC振蕩電路.

2.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、電路中的電流八電容器內的電場強度從線圈內的磁感應強度3發(fā)生周期性的變化,這

種現象就是電磁振蕩.

3.電磁振蕩中的能量變化

⑴放電過程中電容器儲存的電場能逐漸轉化為線圈的磁場能.

⑵充電過程中線圈中的磁場能逐漸轉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)生周期性的轉化.

4.電磁振蕩的周期和頻率

（1）周期T=2TV/LC.

⑵頻率尸薪下

1.LC振蕩電路中，電容器放電完畢時，回路中電流最小.（X）

2.LC振蕩電路中，回路中的電流最大時回路中的磁場的最大.（J）

3.電磁振蕩的固有周期與電流的變化快慢有關.（X）

1.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像

2.LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法

當電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增加，磁場能

根據電流流向判斷向電場能轉化，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，電場能向磁場能轉化，處于放電過程

根據物理量的變化當電容器的帶電荷量以電壓U、電場強度E）增大或電流i（磁

趨勢判斷感應強度8）減小時，處于充電過程：反之，處于放電過程

根據能量判斷電場能增加時充電，磁場能增加時放電

m11（2023?北京八十中模擬）如圖甲所示為某一LC振蕩電路，圖乙，一/圖像為LC振蕩電

路的電流隨時間變化的關系圖像.在f=0時刻，回路中電容器的M板帶正電，下列說法中

正確的是（）

A.。?。階段，電容器正在充電，電場能正在向磁場能轉化

B.。?"階段，電容器正在放電，磁場能正在向電場能轉化

C.8?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?〃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化，選項A錯

誤：。?力階段，電容器正在充電，電流逐漸減小，磁場能正在向電場能轉化，選項B錯誤：

人?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；。?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，表示LC振蕩電路某時刻的情況，以下說法正確的是（）

A.電容器正在充電

B.電感線圈中的磁場能正在減小

C.電感線圈中的電流正在減小

D.此時自感電動勢正在阻礙電流的增大

答案D

解析根據磁感線的方向可以判斷電流方向是逆時針，再根據電容器極板上帶電的性質可以

判斷電容器在放電，A錯誤；電,容器在放電，所以電流在增大，磁場能在增大，自感電動勢

正在阻礙電流的增大，B、C錯誤，D正確.

m3]（2020?浙江1月選考-8）如圖所示,單刀雙擲開關S先打到。端讓電容器充滿電.）=0

時開關S打到人端，/=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到最大

值.則（）

A.LC回路的周期為0.02s

B.LC回路的電流最大時電容器中電場能最大

C.f=1.01S時線圈中磁場能最大

D.f=1.01s時回路中電流沿順時針方向

答案c

解析以順時針電流為正方向，LC電路中電流和電荷量變化的圖像如下：

/=0.02s時包容器下極板帶正電荷且最大，根據圖像可知周期為7=0.04s,故A錯誤；根據

圖像可知電流最大時，電套器中電荷量為0,電場能最小為0,故B錯誤；1.01s時，經過

25；。根據圖像可知此時也流最大，電流沿逆時針方向，說明電容器放電完畢，電能全部轉

化為磁場能，此時磁場能最大，故C正確，D錯誤.

m4］某LC電路的振蕩頻率為520kHz,為能提高到1040kHz,以下說法正確的是()

A.調節(jié)可變電容，使電容增大為原來的4倍

B.調節(jié)可變電容，使電容減小為原來的;

C.調節(jié)電感線圈，使線圈匝數增加到原來的4倍

D.調節(jié)電感線圈，使線圈電感變?yōu)樵瓉淼膅

答案B

]

解析由振蕩頻率公式尸可知，要使頻率提高到原來的2倍，則可以減小電容使之變

2TT^LC

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.

考點二電磁波的特點及應用

1.麥克斯韋電磁場理論

2.電磁波

⑴電磁場在空間由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波.

(2)電磁波的傳播不需要介質,可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度蛔(都

等于光速).

⑶不同頻率的電磁波，在同一介質中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小.

(4)0=妨/是電磁波的頻率.

3.電磁波的發(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行調制.

⑵調制方式

①調幅：使高頻電磁波的振幗隨信號的強弱而改變.

②調頻：使高頻電磁波的頻生隨信號的強弱而改變.

4.無線電波的接收

⑴當接收電路的固有頻率跟收到的無線電波的頻率也叵時，接收電路中產生的振蕩電流量

理，這就是電諧振現象.

⑵使接收電路產生電諧振的過程叫作調諧,能夠調諧的接收電路叫作遇諧電路.

（3）從經過調制的高頻振蕩信號中“檢”出調制信號的過程，叫作檢波.檢波是遜1的逆過程,

也叫作解調.

5.電磁波譜：按照電磁波的波長大小或頻率高低的順序把它們排列成譜叫作電磁波譜.

按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、丫射線.

1.振蕩電路的頻率越高，發(fā)射電磁波的本領越大.（J）

2.要將傳遞的聲音信號向遠距離發(fā)射，必須以高級電磁波作為載波.（J）

3.只有接收電路發(fā)生電諧振時，接收電路中才有振蕩電流.（X）

4.解調是調制的逆過程.（J）

1.電磁波譜分析及應用

真空中波

甩磁波譜頻率/Hz特性應用遞變規(guī)律

長/m

波動性強，易

無線電波<3X10">10-3無線電技術

發(fā)生衍射

紅外線10"-1015107?103熱效應紅外遙感

可見光10,510-7引起視覺照明、攝影衍射能力

化學效應、熒減弱，直

紫外線1(?5?1()161()―81](廣光效應、滅菌醫(yī)用消毒、防偽線傳播能

消毒力增強

X射線1016?10,10一“?10一8穿透本領強檢查、醫(yī)用透視

工業(yè)探傷、醫(yī)用

Y射線>1019<io",1穿透本領更強

治療

2.各種電磁波產生機理

無線電波振蕩電路中電子周期性運動產生

紅外線、可見光和紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產生

X射線原子的內層電子受激發(fā)后產生

丫射線原子核受激發(fā)后產生

3.對電磁波的兩點說明

（1）不同電磁波的頻率或波長不同，表現出不同的特性，波長越長，越容易產生干涉、衍射現

象，波長越短，穿透能力越強.

（2）同頻率的電磁波在不同介質中傳播速度不同，不同頻率的電磁波在同一種介質中傳播時，

頻率越高，折射率越大，速度越小.

m5］某電路中電場強度隨時間變化的關系圖像如圖所示，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，

故無電磁波產生；當出現均勻變化的電場時（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……如此交替的產生磁場和電場，便會形成

電磁波，故D正確.

【例61（2023?上海市模擬）以下關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

C.電磁波的傳播速度是3X1（）8m/s

D.電磁波是一種物質，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系，它們統(tǒng)稱為電磁場，選項A錯誤；電磁波不是機

械波，傳播不需要介質，選項B錯誤；電磁波在真空中的傳播速度是3乂］。8］］論，選項C錯

誤；也磁波是一種物質，可在其空中傳播，選項D正確.

m71（多選）關于電磁波譜，下列說法正確的是（）

A.在真空中各種電磁波的傳播速度都相同

B.y射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高

C.紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射

D.在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現象的是丫射線

答案AB

解析電磁波在真空中的傳播速度都為3.0X108m/s,故A正確；丫射線是波長最短的電磁波，

它比X射線的頻率還要高，故B正確；在電磁波譜中從無線電波到y(tǒng)射線，波長逐漸變短，

頻率逐漸升高，而波長越長，波動性越強，越容易發(fā)生二涉、衍射現象，因此紫光比紫外線

更容易發(fā)生干涉和衍射現象，電磁波譜中無線曲波最容易發(fā)生衍射現象，故C、D錯誤.

【例8】（多選）（2020?江蘇卷?13B（1））電磁波廣泛應用在現代醫(yī)療中.下列屬于電磁波應用的醫(yī)

用器械有（）

A.殺菌用的紫外燈

B.拍胸片的X光機

C.治療咽喉炎的超聲波霧化器

D.檢查血流情況的“彩超”機

答案AB

課時精練

過基礎落實練

1.（2023?北京市模擬）使用藍牙耳機可以接聽手機來電，藍牙通信的電磁波波段為（2.4?

2.48）X109Hz.已知可見光［|勺波段為（3.9?7.5）XIO14Hz,則藍牙通信的電磁波（）

A.是藍光

B.波長比可見光短

C比可見光更容易發(fā)生衍射現象

D.在真空中的傳播速度比可見光小

答案C

解析根據題意可知，藍牙通信的電磁波頻率低于可見光頻率，所以籃牙通信的電磁波不可

能是藍光，故A錯誤：因為藍牙通信的電磁波頻率低于可見光頻率，根據c=〃?可知，波長

比可見光長，故B錯誤；因為波長比可見光長，所以更容易發(fā)生衍射現象，故C正確；所有

包磁波在真空中傳播速度都為光速，是一樣的，故D錯誤.

2.（2023?遼寧錦州市模擬）5G是“第五代移動通信技術”的簡稱，其最顯著的特點之一為具

有超高速的數據傳播速率，5G信號一般采用3.3X1（）9?6X109Hz頻段的無線電波，而第四

代移動通信技術4G采用的是1.88XI（）9?2.64XI09Hz頻段的無線電波，則下列說法正確的

是（）

A.空間中的5G信號和4G信號相遇會產生干涉現象

B.5G信號比4G信號所月的無線電波在真空中傳播得更快

C.5G信號相比于4G信號更不容易繞過障礙物，所以5G通信需要搭建更密集的基站

D.5G信號比4G信號波長長

答案C

解析空間中的5G信號和4G信號的頻率不同，不會產生干涉現象，故A錯誤；5G信號與

4G信號所用的無線電波在真空中傳播速度一樣，均等于光速，故B錯誤：根據?？芍?/p>

5G信號相比于4G信號的波長短，更不容易發(fā)生衍射，所以5G信號相比于4G信號更不容

為繞過障礙物，所以5G通信需要搭建更密集的縣站，故C正確，D錯誤.

3.（2023?上海市楊浦高級中學模擬）下列關于電磁波的特性和應用的說法正確的是（）

A.電磁波能傳輸能量

B.丫射線最容易用來觀察衍射現象

C.紫外線常用在醫(yī)學上做人體透視

D.體溫超過周圍空氣溫度時，人體才對外輻射紅外線

答案A

解析電場和磁場中有電能和磁場能，變化的電場和磁場在空間中交替出現，傳播出去的過

程形成電磁波，所以電磁波能傳輸能量，故A正確；丫射線的頻率很高，波長很短，不容易

產生衍射現象，故B錯誤；X射線有很高的穿透本領，常用于醫(yī)學上透視人體，紫外線可以

消毒殺菌，故C錯誤；自然界中的一切物體，只要它的溫度高于絕對零度（-273℃）就存在

分子或原子無規(guī)則的運動，其表面就不斷地輻射紅外線，故D錯誤.

4.（多選）（2023?天津市模擬）下列說法正確的是（）

A.LC電路產生電磁振蕩的過程中，回路電流值最小時刻，磁場能最小

B.變化的電場一定產生變化的磁場

C.無線電波發(fā)射接收過程中，使接收電路產生電諧振的過程叫作調諧

D.空調遙控器是利用發(fā)射紫外線來控制空調的

答案AC

解析LC電路產生電磁振蕩的過程中，回路電流值最小時刻，磁場能最小，而電容器所帶電

荷量最大，故A正確；均勻變化的電場產生的是穩(wěn)定的磁場，故B錯誤；無線電1波發(fā)射接收

過程中，使接收電珞產生電諧振的過程叫作調諧，故C正確；空調遙控器是利用發(fā)射讓外線

來控制空調的，故D錯誤.

5.（多選）下列關于無線電廣播要對?電磁波進行調制的原因的說法中正確的是（）

A.經過調制后的高頻電磁波向外幅射能量的本領更強

B.經過調制后的電磁波在空間傳播得更快

C.經過調制后的電磁波在空間傳播的波長不變

D.經過調制后的電磁波在空間傳播的波長改變

答案AD

解析調制是把要發(fā)射的信號“加”到高頻振蕩電流上云，頻率越高，傳播信息能力越強，

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0=//,知波長與波速

和傳播頻率有關，C錯誤，D正確.

6.（多選）下列關于無線電波的敘述中，正確的是（）

A.無線電波是波長從幾十千米到一亳米的電磁波

B,無線電波在任何介質中的傳播速度均為3.0X10xm/s

C.無線電波不能產生干涉和衍射現象

D.無線電波由真空進入介質傳播時，波長變短

答案AD

解析無線電波中長波波長有幾十千米，微波中的毫米波只有幾毫米，A正確；無線電波在

介質中的傳播速度小于在其空中的傳播速度3.0X108mzB錯誤；無線電波也能產生干涉和

1）

衍射現象，c錯誤；無線電波由煢空進入介質傳播時，傳播速度成小，由；1=7可知波長變短，

D正確.

7.（2023?山東泰安市模擬）關于電磁波譜，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、y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

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象

答案D

解析有溫度的物體都會發(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、

丫射線頻率較高，波動性較弱，粒子性較強，較易發(fā)生光電效應，C錯誤；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象，D正確.

用能力綜合練

8.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.e（r\/ZcB.e（r\/Zc

C.TV\[LCD.2TC\[LC

答案B

解析LC振蕩電路的周期丁=2小版,其電容器上的帶電荷量從最大值變化到零的最短時間

/=￡故t=^\[LC,故選B.

9.如圖甲所示，“救命神器”——自動體外除顫儀（AED）現在已經走入了每個校園，它是一

種便攜式的醫(yī)療設備，可以診斷特定的心律失常，并且給予電擊除顫，是可被非專業(yè)人員使

用的用于搶救心臟驟?；颊叩尼t(yī)療設備.其結構如圖乙所示，低壓直流經高壓直流發(fā)生器后

向儲能電容器C充電.除顫治療時，開關撥到2,將脈沖電流作用于心臟，使患者心臟恢復

正常跳動，其他條件不變時，下列說法正確的是（）

A.脈沖電流作用于不同人體時，電流大小相同

B.放電過程中，電流大小不變

C.電容C越小，電容涔的放電時間越長

D.自感系數L越小，電容器的放電時間越短

答案D

解析脈沖電流作用于不同人體時，不同人體的導電性能不同，故也流大小不同，A錯誤；

電容器放電過程中，開始時電流較小，隨著帶電荷量的減小，放電電流逐漸變大，不是恒定

的，B錯誤；振蕩電路的振蕩周期為丁=2TT\”Z,電容器在時間在）內放電至兩極板間的電壓

為0,即lo=（=呼之,則線圖的自感系數L越小，電容器的放電時間越短；也容器的電容C

越大，電容器的放電時間越長，C錯誤，D正確.

1（）.（多選）LC振蕩電路中，某時刻磁場方向如圖所示，則卜列說法正確的是（）

A.若磁場正在減弱，則電容器上極板帶正電

B.若電容器正在放電，則電容器上極板帶負電

C.若電容器上極板帶正電，則自感電動勢正在減小

D.若電容器正在充電，則自感電動勢正在阻礙電流減小

答案ABD

解析若磁場正在減弱，則電容器上極板帶正包，處于充電狀態(tài)，故A正確；若電容器正在

放電，由安培定則可得電容器上極板帶負電，故B正確；若也容器上極板帶正電，說明電容

器在充電，電流減小得斐來越快，自感電動勢增大，故C錯誤；若電容器正在充電，則線圉

自感作用阻礙電流的減小，故D正確.

11.如圖所示為LC振蕩電路中電容器上的帶電荷量q隨時間/的變化曲線，則下列判斷正確

的是（）

A.在6和d時亥IJ,電路中電流為零

B.在Of。時間內，電場能轉化為磁場能

C.在〃和c時刻，電路生的能量全部儲存在電容器的電場中

D.在。一。和c-d時間內，電容器被充電

答案C

解析在人和d時刻，q為0,但q隨1的變化率最大，則電流最大，不為零，故A錯誤：在

0—4時間內，夕從0逐漸增大至最大值，而電流從最大值減小至0,電容器充電，磁場能轉

化為電場能，故B錯誤；在。和c時刻，電容器均完成充電過彳呈，電路里的能量全部儲存在

電容器的電場中，故C正確；在時間內，電容器充電，在c-d時間內，電容器放電，

故D錯誤.

用素養(yǎng)提升練

12.如圖所示為一理想LC電路，已充電的平行板電容器兩極板水平放置.電路中開關斷開時,

極板間有一帶電灰塵（圖中未畫出）恰好靜止.若不計帶電灰塵對電路的影響，重力加速度為g，

灰塵運動時間大于振蕩電路周期.當電路中的開關閉合以后，貝以）

—^

A.灰塵將在兩