第十二章 第3講　電磁振蕩與電磁波-2025高三總復(fù)習(xí) 物理（新高考）

第3講電磁振蕩與電磁波[課標(biāo)要求]1．初步了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本思想，了解場(chǎng)的統(tǒng)一性與多樣性，體會(huì)物理學(xué)對(duì)統(tǒng)一性的追求。2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解電磁振蕩。3．知道電磁波的發(fā)射、傳播和接收。4．認(rèn)識(shí)電磁波譜，知道各個(gè)波段的電磁波的名稱(chēng)、特征和典型應(yīng)用?？键c(diǎn)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(jiǎn)單的振蕩電路，稱(chēng)為L(zhǎng)C振蕩電路。3．電磁振蕩中的能量變化(1)放電過(guò)程中電容器儲(chǔ)存的電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為線圈的磁場(chǎng)能。(2)充電過(guò)程中線圈中的磁場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能。(3)在電磁振蕩過(guò)程中，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能會(huì)發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。4．電磁振蕩的周期和頻率(1)周期T＝2πeq\r(LC)。(2)頻率f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))。自主訓(xùn)練1電磁振蕩過(guò)程的分析如圖為某時(shí)刻LC振蕩電路所處的狀態(tài)，則該時(shí)刻()A．振蕩電流i在增大B．電容器上的電荷量增多C．磁場(chǎng)能正在向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化D．電流的變化率增大答案：A解析：題圖所示時(shí)刻電流流向負(fù)極板，可知電容器在放電，振蕩電流增大，電容器上的電荷量減小，電場(chǎng)能正在向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，電流增大得越來(lái)越慢，即電流變化率減小。故選A。自主訓(xùn)練2電磁振蕩過(guò)程的判斷(2022·山東濱州期末)如圖所示，L為電感線圈，C為電容器，R為定值電阻，線圈及導(dǎo)線電阻均不計(jì)。先閉合開(kāi)關(guān)S，穩(wěn)定后，再將其斷開(kāi)，并規(guī)定此時(shí)t＝0。當(dāng)t1＝0.03s時(shí)，LC回路中電容器左極板帶正電荷且電荷量第一次達(dá)到最大值。則當(dāng)t2＝0.13s時(shí)，下列判斷正確的是()A．電容器中的電場(chǎng)能最大B．線圈中的磁場(chǎng)能最大C．電流沿順時(shí)針?lè)较颍娙萜髡诔潆奃．電流沿逆時(shí)針?lè)较?，電容器正在放電答案：A解析：LC回路中，在一個(gè)周期內(nèi)，電容器充電兩次，放電兩次，線圈及導(dǎo)線電阻均不計(jì)，先閉合開(kāi)關(guān)S，穩(wěn)定后，線圈兩端沒(méi)有電壓，電容器不帶電，線圈具有磁場(chǎng)能。在t＝0時(shí)刻，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，對(duì)電容器充電，使右極板帶正電，后開(kāi)始放電，再充電，當(dāng)t1＝0.03s時(shí)，電容器左極板帶正電荷且電荷量第一次達(dá)到最大值。此時(shí)所經(jīng)時(shí)間應(yīng)是eq\f(3,4)T，則有eq\f(3,4)T＝0.03s，可得T＝0.04s，此時(shí)再經(jīng)eq\f(1,4)T，電容器又放電，完成一次全振蕩。則當(dāng)t2＝0.13s＝3T＋eq\f(1,4)T時(shí)，對(duì)電容器第7次充電完畢，使電容器右極板帶正電，且電荷量最大，由LC振蕩回路的充放電規(guī)律可知，電容器帶電荷量最大時(shí)，電容器中的電場(chǎng)能最大，線圈中的磁場(chǎng)能最小，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。自主訓(xùn)練3周期公式的應(yīng)用(2023·安徽池州期末)如圖所示，線圈的自感系數(shù)為1mH，電容器的電容為0.4μF，電源內(nèi)阻不計(jì)。閉合開(kāi)關(guān)S，電路穩(wěn)定后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，LC電路中將產(chǎn)生電磁振蕩。下列說(shuō)法正確的是()A．LC振蕩電路中產(chǎn)生的電磁波是縱波B．L或C越小，振蕩電路產(chǎn)生的電磁波的傳播速度越大C．LC振蕩電路中通過(guò)線圈L的電流的變化周期為2π×10－5sD．LC振蕩電路中電磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化的頻率為eq\f(1,2π)×105Hz答案：D解析：LC振蕩電路中產(chǎn)生的電磁波是橫波，故A錯(cuò)誤；振蕩電路產(chǎn)生的電磁波的傳播速度等于光速，與L或C的大小無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；LC振蕩電路的振蕩周期T＝2πeq\r(LC)＝4π×10－5s，所以通過(guò)線圈L的電流的變化周期為4π×10－5s，故C錯(cuò)誤；振蕩電路中電場(chǎng)與磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，電場(chǎng)能增加則磁場(chǎng)能減小，由于能量為標(biāo)量，所以電磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化的周期T′＝eq\f(T,2)＝2π×10－5s，電磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化的頻率為f＝eq\f(1,T′)＝eq\f(1,2π)×105Hz，故D正確。故選D。LC振蕩電路充、放電過(guò)程的判斷方法1．根據(jù)電流流向判斷：當(dāng)電流流向帶正電的極板時(shí)，電容器的電荷量增加，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于充電過(guò)程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時(shí)，電荷量減少，電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于放電過(guò)程。2．根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷：當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、場(chǎng)強(qiáng)E)增大或電流i(磁感應(yīng)強(qiáng)度B)減小時(shí)，處于充電過(guò)程；反之，處于放電過(guò)程。3．根據(jù)能量判斷：電場(chǎng)能增加時(shí)充電，磁場(chǎng)能增加時(shí)放電。學(xué)生用書(shū)第277頁(yè)考點(diǎn)二電磁場(chǎng)與電磁波1．麥克斯韋電磁場(chǎng)理論2．電磁波(1)電磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)地傳播，形成電磁波。(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同(都等于光速)。(3)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小。(4)v＝λf，f是電磁波的頻率。3．電磁波的發(fā)射(1)發(fā)射條件：開(kāi)放電路和高頻振蕩信號(hào)。所以要對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(調(diào)幅或調(diào)頻)。(2)調(diào)制方式①調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變。②調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變。4．無(wú)線電波的接收(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到無(wú)線電波的頻率相等時(shí)，激起的振蕩電流最強(qiáng)，這就是電諧振現(xiàn)象。(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)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(guò)調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)中“檢”出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程，叫作檢波。檢波是調(diào)制的逆過(guò)程，也叫作解調(diào)。5．電視廣播信號(hào)的發(fā)射和接收過(guò)程6．電磁波譜：按照電磁波的波長(zhǎng)大小或頻率高低的順序把它們排列成的譜叫作電磁波譜。按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的電磁波譜為：無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線。自主訓(xùn)練1麥克斯韋電磁場(chǎng)理論(多選)應(yīng)用麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論判斷如圖所示的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)(或磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng))的關(guān)系圖像中(每個(gè)選項(xiàng)中的左圖是表示變化的場(chǎng)，右圖是表示變化的場(chǎng)產(chǎn)生的另外的場(chǎng))，正確的是()答案：BC解析：穩(wěn)定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)，故A錯(cuò)誤；均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，故B正確；周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)，周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，二者相差四分之一個(gè)周期，故C正確，D錯(cuò)誤。自主訓(xùn)練2電磁波的發(fā)射與接收“小蜜蜂”是老師上課常用的擴(kuò)音設(shè)備，隨著無(wú)線電技術(shù)的應(yīng)用，很多老師用上了藍(lán)牙“小蜜蜂”(藍(lán)牙屬于電磁波)，麥克風(fēng)與擴(kuò)音器不用導(dǎo)線連接，老師拿著麥克風(fēng)在教室中間說(shuō)話(huà)，放在講臺(tái)上的擴(kuò)音器也能工作。下列說(shuō)法正確的是()A．“小蜜蜂”直接接收到了來(lái)自麥克風(fēng)的聲波信號(hào)B．為了將信號(hào)發(fā)射出去，先要進(jìn)行解調(diào)C．“小蜜蜂”接收電磁波時(shí)，要使接收電路中出現(xiàn)電諧振現(xiàn)象，稱(chēng)為調(diào)諧D．載波頻率越高，經(jīng)調(diào)制后發(fā)射出來(lái)的電磁波傳播得越快答案：C解析：無(wú)線麥克風(fēng)含有一個(gè)無(wú)線電發(fā)射裝置，可以把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電磁波信號(hào)再發(fā)射出去，故A錯(cuò)誤；為了將信號(hào)發(fā)射出去，需要把聲音信號(hào)加到高頻電磁波中，這個(gè)過(guò)程叫作調(diào)制，故B錯(cuò)誤；“小蜜蜂”接收電磁波時(shí)，需要使接收電磁波的LC振蕩電路的固有頻率與電磁波的頻率相同，從而發(fā)生電諧振，這個(gè)過(guò)程叫作調(diào)諧，故C正確；真空中任何頻率的電磁波傳播速度都等于光速，故D錯(cuò)誤。學(xué)生用書(shū)第278頁(yè)自主訓(xùn)練3電磁波的應(yīng)用(多選)(2022·天津高考考前模擬三)關(guān)于電磁波的應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是()A．紅外線、X射線、γ射線中紅外線的波長(zhǎng)最短B．銀行的驗(yàn)鈔機(jī)和家用電器的遙控器發(fā)出的光都是紫外線C．微波主要用于廣播及其他信號(hào)的傳播D．X射線膠片可以用于診斷病情，γ射線可以摧毀病變的細(xì)胞答案：CD解析：紅外線、X射線、γ射線中紅外線的頻率最小，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，故A錯(cuò)誤；銀行的驗(yàn)鈔機(jī)發(fā)出的光是紫外線，家用電器的遙控器發(fā)出的光是紅外線，故B錯(cuò)誤；微波不但能加熱物體，而且能傳播信息，故可以用于通信、廣播及其他信號(hào)傳輸，故C正確；X射線有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體診斷病情。γ射線有極強(qiáng)的穿透能力和很高的能量，可以摧毀病變的細(xì)胞，故D正確。1．電磁波與機(jī)械波的比較比較項(xiàng)目電磁波機(jī)械波產(chǎn)生由周期性變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生波的特點(diǎn)橫波縱波或橫波波速在真空中等于光速(很大)，c＝3×108m/s在空氣中不大(如聲波波速在空氣中一般為340m/s)是否需要介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播)必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)能量傳播電磁能機(jī)械能2．電磁波的不同用途無(wú)線電波用于通信和廣播，紅外線用于加熱和遙感技術(shù)，紫外線用于殺菌消毒，X射線用于醫(yī)學(xué)上的X光照片，γ射線用于檢查金屬部件的缺陷等。課時(shí)測(cè)評(píng)59電磁振蕩與電磁波eq\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書(shū)P472)(時(shí)間：30分鐘滿(mǎn)分：30分)(本欄目?jī)?nèi)容，在學(xué)生用書(shū)中以獨(dú)立形式分冊(cè)裝訂！)(選擇題5、7，每題5分，其余每題4分，共30分)1．(4分)(2024·廣東惠州聯(lián)考)北京時(shí)間2022年5月12日晚9點(diǎn)，事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)合作組織正式發(fā)布了銀河系中心黑洞人馬座A*(SgrA*)的首張照片，如圖所示。該照片利用了射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)電磁波的捕捉。下列關(guān)于波的說(shuō)法正確的是()A．周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā)，形成電磁波B．電磁波是縱波，不能發(fā)生偏振現(xiàn)象C．電磁波和機(jī)械波都依賴(lài)于介質(zhì)才能傳播D．電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相等答案：A解析：周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā)，形成電磁波，故A正確；電磁波是橫波，可以發(fā)生偏振現(xiàn)象，故B錯(cuò)誤；電磁波的傳播不依賴(lài)于介質(zhì)，故C錯(cuò)誤；電磁波在不同介質(zhì)中傳播的速度不相等，故D錯(cuò)誤。2．(4分)(2024·安徽蚌埠模擬)關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法正確的是()A．電磁波不能在真空中傳播B．電磁波是在空間傳播的周期性變化的電磁場(chǎng)C．電場(chǎng)或磁場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生電磁波D．麥克斯韋第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在答案：B解析：電磁波的傳播不需要介質(zhì)，電磁波能在真空中傳播，故A錯(cuò)誤；周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，周期變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，由近及遠(yuǎn)地傳播形成電磁波，故B正確；均勻變化的電場(chǎng)(磁場(chǎng))產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)(電場(chǎng))，不能形成電場(chǎng)波，故C錯(cuò)誤；赫茲第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，故D錯(cuò)誤。故選B。3．(4分)如圖為L(zhǎng)C振蕩電路中電容器的一個(gè)極板帶電荷量q隨時(shí)間t變化的曲線，下列判斷正確的是()A．在b和d時(shí)刻，電路中的電流為零B．在O→a時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌?chǎng)能C．在a和c時(shí)刻，電路里的能量全部?jī)?chǔ)存在電容器的電場(chǎng)中D．在O→a和c→d時(shí)間內(nèi)，電容器充電答案：C解析：在b和d時(shí)刻，q為0，但q隨t的變化率最大，電流最大，不為零，故A錯(cuò)誤；在O→a時(shí)間內(nèi)，q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(chǎng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶?chǎng)能，故B錯(cuò)誤；在a和c時(shí)刻，電容器均完成充電過(guò)程，電路里的能量全部?jī)?chǔ)存在電容器的電場(chǎng)中，故C正確；在O→a時(shí)間內(nèi)，電容器充電，在c→d時(shí)間內(nèi)，電容器放電，故D錯(cuò)誤。4．(4分)(2023·安徽六安統(tǒng)考)如圖所示，i-t圖像表示LC振蕩電路的電流隨時(shí)間變化的圖像，在t＝0時(shí)刻，回路中電容器的M板帶正電，在某段時(shí)間里，回路的磁場(chǎng)能在減小，而M板仍帶正電，則這段時(shí)間對(duì)應(yīng)圖像中的()A．bc段 B．cd段C．Oa段 D．a(chǎn)b段答案：B解析：某段時(shí)間里，回路的磁場(chǎng)能在減小，說(shuō)明回路中的電流在減小，電容器充電，而此時(shí)M板帶正電，則充電電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?。在t＝0時(shí)，電容器開(kāi)始放電，且M極板帶正電，結(jié)合i-t圖像可知，電流以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎较?，因此這段時(shí)間內(nèi)電流為負(fù)且正在減小，符合條件的只有圖像中的cd段。故選B。5．(5分)(多選)(2024·安徽馬鞍山月考)用電感L和電容C組成如圖所示的電路，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，電容器上帶有一定的電荷量。閉合開(kāi)關(guān)S形成LC振蕩電路，振蕩周期為T(mén)，記開(kāi)關(guān)S閉合瞬間為t＝0時(shí)刻，則()A．t＝eq\f(T,4)時(shí)，回路中電流為最大B．t＝eq\f(T,2)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大C．t＝eq\f(3T,4)時(shí)，電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度最大D．若增大電容器兩極板的間距，振蕩周期增大答案：AB解析：根據(jù)題意可知，開(kāi)關(guān)S閉合瞬間為t＝0時(shí)刻，電容器開(kāi)始放電，電流增大，電流—時(shí)間圖像呈現(xiàn)正弦式變化，當(dāng)t＝eq\f(T,4)時(shí)，回路中放電電流達(dá)到最大值，故A正確；在eq\f(T,4)～eq\f(T,2)內(nèi)，電容器處于反向充電狀態(tài)，電流減小，由于電流—時(shí)間圖像呈現(xiàn)正弦式變化，圖像斜率的絕對(duì)值表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，在t＝eq\f(T,2)時(shí)，電流為0，電流—時(shí)間圖像斜率的絕對(duì)值達(dá)到最大值，可知t＝eq\f(T,2)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，故B正確；根據(jù)上述可知，t＝eq\f(T,2)時(shí)，充電結(jié)束，電容器又開(kāi)始放電，電流反向增大，t＝eq\f(3T,4)時(shí)，電容器放電結(jié)束，電流達(dá)到最大，電容器極板所帶電荷量最小，電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度最小，故C錯(cuò)誤；根據(jù)T＝2πeq\r(LC)，C＝eq\f(εrS,4πkd)，可知，若增大電容器兩極板的間距，電容器的電容減小，則振蕩周期減小，故D錯(cuò)誤。故選AB。6．(4分)如圖甲為電容器上極板電量q隨時(shí)間t在一個(gè)周期內(nèi)的變化圖像，如圖乙為L(zhǎng)C振蕩電路的某一狀態(tài)，則()A．t1時(shí)刻線圈中自感電動(dòng)勢(shì)為零B．t1～t2時(shí)間內(nèi)回路內(nèi)的電流為順時(shí)針C．t2～t3中某時(shí)刻與圖乙狀態(tài)相對(duì)應(yīng)D．圖乙中電容器極板間電場(chǎng)能逐漸減小答案：C解析：在t1時(shí)刻，上極板電量q達(dá)到最大值，電流達(dá)到最小值，電流變化率達(dá)到最大，此時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大，故A錯(cuò)誤；t1～t2時(shí)間內(nèi)，上極板電量為正，且減小，回路內(nèi)的電流為逆時(shí)針，故B錯(cuò)誤；t2～t3時(shí)間內(nèi)，上極板電量為負(fù)，下極板電量為正，由于上極