
第四章電磁振蕩與電磁波章 末 復(fù) 習(xí)人教版(2019)高中物理選擇性必修第二冊目錄生 活 應(yīng) 用典 例 分 析04隨 堂 訓(xùn) 練知識網(wǎng)絡(luò)知識梳理電磁振蕩與電磁波振蕩電流:大小和方向都做周期性迅速變化的電流,叫作振蕩電流。振蕩電路:能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路。LC振蕩電路:當(dāng)開關(guān)置于線圈一側(cè)時,由電感線圈L和電容C組成的電路,就是最簡單的振蕩電路,稱為LC振蕩電路。LC電磁振蕩的產(chǎn)生原理阻尼振蕩和無阻尼振蕩 1.無阻尼振蕩:在電磁振蕩中,如果沒有能量損失,振蕩電流的振幅保持不變,這種振蕩叫做無阻尼振蕩,也叫做等幅振蕩。 2.阻尼振蕩:任何電磁振蕩電路中,總存在能量損耗,使振蕩電流的振幅逐漸減小,這種振蕩叫做阻尼振蕩,或叫做減幅振蕩。 (1)振蕩電路中的能量損耗有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(產(chǎn)生焦耳熱),還有一部向外輻射出去而損失. (2)如果用振蕩器不斷地將電源的能量補充到振蕩電路中去,就可以保持等幅振蕩。1、電磁振蕩——能量、周期、頻率 周期頻率周期和頻率:電磁振蕩完成一次周期性變化所需的時間叫做周期,一秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫做頻率。LC回路的周期和頻率:由回路本身的特性決定.這種由振蕩回路本身特性所決定的振蕩周期(或頻率)叫做振蕩電路的固有周期(或固有頻率),簡稱振蕩電路的周期(或頻率)。 LC回路的周期和頻率公式 T = f =小試牛刀(單選)如圖所示,LC振蕩電路的導(dǎo)線及電感線圈的電阻忽略不計,某瞬間回路中電流方向如箭頭所示,且此時電容器的極板A帶正電荷,則該瞬間( ) A.電流i正在增大,線圈L中的磁場能也正在增大B.電容器兩極板間電壓正在增大C.電容器帶的電荷量正在減小D.線圈中電流產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度正在增強B 【解析】:根據(jù)圖示可知,該瞬間電容器正在充電,電流i在減小,磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,選項A錯誤;電容器充電時,極板上的電荷量增大,根據(jù)U=可知電容器兩極板間的電壓正在增大,選項B正確,C錯誤;充電的過程中,磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,電流逐漸減小,所以線圈中電流產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度正在減弱,選項D錯誤。(單選)在LC振蕩電路中,下列說法正確的是( )A.電感線圈中的電流最大時,電容器中電場能最大B.電容器兩極板間電壓最大時,線圈中磁場能最大C.在一個周期內(nèi),電容器充電一次,放電一次D.在一個周期內(nèi),電路中的電流方向改變兩次 D小試牛刀【解析】:電感線圈中的電流最大時,線圈中的磁場能最大,電容器中電場能最小,選項A錯誤;電容器兩極板間電壓最大時,電場能最大,線圈中磁場能最小,選項B錯誤;在一個周期內(nèi),電容器充電兩次,放電兩次,選項C錯誤;在一個周期內(nèi),電路中的電流方向改變兩次,選項D正確。2、電磁場與電磁波 傳播規(guī)律 實驗證明變化的磁場產(chǎn)生電場 這是一個普遍規(guī)律,跟閉合電路是否存在無關(guān)。變化的電場產(chǎn)生磁場 電場就像運動的電荷,也會在空間產(chǎn)生磁場。 根據(jù)麥克斯韋的上述兩個觀點可以得出,變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的,形成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場。如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場,就會在周圍引起變化的磁場,變化的電場和磁場又會在較遠的空間引起新的變化的電場和磁場。這樣變化的電場和磁場由近及遠地向周圍傳播,形成了電磁波。對麥克斯韋電磁場理論的理解:1、恒定的電場不產(chǎn)生磁場;2、恒定的磁場不產(chǎn)生電場;3、均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場;4、均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場;5、振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場;6、振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場。麥克斯韋電磁場理論1.變化的磁場產(chǎn)生電場2.變化的電場產(chǎn)生磁場3.電磁場→傳播→電磁波4、電磁波不需介質(zhì),以光速傳播。赫茲證實:1、電磁場、電磁波的存在。2、電磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn) 象,證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì)。(單選)某電路中電場隨時間變化的圖象如下圖所示,能發(fā)射電磁波的電場是哪一個( )A. B. C. ? D. D小試牛刀【解析】:A、圖A是穩(wěn)定的電場,不能產(chǎn)生磁場故A錯誤.B、C、圖B與圖C是均勻變化的電場,產(chǎn)生恒定不變的磁場,也不能形成電磁波故B錯誤,C錯誤.D、圖D是按正弦函數(shù)規(guī)律周期性變化的電場,會產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場,能形成電磁場,向外發(fā)射電磁波故D正確.故選D.(多選)關(guān)于電磁場和電磁波的正確說法是( ) A. 電場和磁場總是相互聯(lián)系的,它們統(tǒng)稱為電磁場B. 電磁場由發(fā)生的區(qū)域向遠處的傳播形成電磁波C. 在電場周圍一定產(chǎn)生磁場,磁場周圍一定產(chǎn)生電場D. 電磁波是一種物質(zhì),可以在真空中傳播BD小試牛刀【解析】:A、由電磁場理論可知,變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系的,它們統(tǒng)稱為電磁場,故A錯誤;B、由電磁波產(chǎn)生原理可知,變化的電磁場產(chǎn)生電磁波,并由發(fā)生的區(qū)域向遠處的傳播,故B正確;C、只有變化的電場周圍一定產(chǎn)生磁場,變化的磁場周圍才一定產(chǎn)生電場,故C錯誤;D、電磁波是一種特殊的物質(zhì),且可以在真空中傳播,故D正確;故選:BD.3、無線電波的發(fā)射和接收 調(diào)制 開放電路 電諧振電磁波的發(fā)射要有效發(fā)射電磁波,振蕩電路須具有如下特點:1)要有足夠高的振蕩頻率。2)開放電路:振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間,這樣才能有效地把能量輻射出去把信息加到載波上,使載波隨信號而改變叫調(diào)制。使高頻載波的振幅隨信號而改變叫做調(diào)幅(AM)使高頻載波的頻率隨信號而改變叫做調(diào)頻(FM)調(diào)幅廣播(AM):中波和短波波段;調(diào)頻廣播(FM):微波(甚高頻和超高頻波段)電磁波的接收調(diào)諧:使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程,即選擇我們需要的電磁波解調(diào):接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號,它是調(diào)制的逆過程接收過程::1、電諧振:當(dāng)接收電路的固有頻率跟接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,這種現(xiàn)象叫做電諧振,相當(dāng)于機械振動中的共振。2、使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧,能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。3、檢波:從接收到的高頻信號電流中“檢”出所攜帶的信號,叫做檢波,它是調(diào)制的逆過程,因此也叫解調(diào)。(單選)雷達是利用無線電波來測定物體位置的無線電設(shè)備,雷達所發(fā)射出去的電磁波應(yīng)具有的特點是( ) A.?發(fā)射波長很長的無線電波,因為長波可以在地球表面?zhèn)鞑サ煤苓h?B.?發(fā)射波長極短的無線電波,因為短波可以以天波的方式 傳播C.?發(fā)射波 長極短的微波,因為微波直線性好,定位準確D.?發(fā)射的無線電波包括所有的波長范圍,這樣可以探測任何種類的物體 C小試牛刀【解析】:雷達是利用無線電波的直線傳播的特性來定位目標(biāo)的,所以答案為C.對雷達所發(fā)射出去的電磁波是波長極短的微波,因為微波直線性好,定位準確(多選)關(guān)于調(diào)制器的作用,下列說法正確的是( ) A.?調(diào)制器的作用是把低頻聲音信號加載到高頻信號上去B.?調(diào)制器的作用可以是把低頻信號的信息加載到高頻信號的振幅上去C.?調(diào)制器的作用可以是把低頻信號的信號加載到高頻信號的頻率上去D.?調(diào)制器的作用是將低頻聲音信號變成高頻信號,再放大后直接發(fā)射出去ABC 小試牛刀【解析】:調(diào)制器的作用是把低頻聲音信號加載到高頻振蕩信號上去,如果高頻信號的振幅隨低頻信號的變化而變化,則是調(diào)幅;如果高頻信號的頻率隨低頻信號的變化而變化,則是調(diào)頻.由于低頻信號不利于直接從天線發(fā)射,所以需要將低頻信號加載到高頻信號上去.故選ABC解答本題應(yīng)掌握調(diào)制器的作用:將低頻的聲音信號與高頻的電磁波疊加在一起增大頻率利于信號的傳播.4、電磁波譜兩個概念波長和頻率六段波各自特點和應(yīng)用電磁波具有能量及其影響因素波的能量六段波譜一個關(guān)系太陽輻射太陽輻射的特點 共性:它們在本質(zhì)上都是電磁波,它們的行為服從相同的規(guī)律,都滿足公式v=λf,它們在真空中的傳播速度都是c=3×108 m/s,它們的傳播都不需要介質(zhì),各波段之間的區(qū)別并沒有絕對的意義。各種不同的電磁波既有共性,又有個性。 個性:不同電磁波的頻率或波長不同,表現(xiàn)出不同的特性。波長越長越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象,波長越短觀察干涉、衍射現(xiàn)象越困難,正是這些不同的特性決定了它們不同的用途。(單選)“風(fēng)云”二號衛(wèi)星發(fā)送回地面的紅外云圖是由衛(wèi)星上設(shè)置的可以接收云層輻射的紅外線的感應(yīng)器完成的,云圖上的黑白程度是由輻射紅外線的云層的溫度高低決定的,這是利用了紅外線的( ) A. 穿透性 B. 熱效應(yīng) C. 可見性 D. 化學(xué)效應(yīng)B 小試牛刀【解析】:紅外線是不可見光,人眼無法覺察到,所以C選項錯誤.它的波長長,頻率低,穿透能力較弱,A選項錯誤.它的主要作用是熱效應(yīng),物體溫度越高,向外輻射的紅外線越強,正是利用這一性質(zhì)得到大氣層遙感圖的,故B選項正確,D選項錯誤.故選:B (多選)關(guān)于熱輻射下列說法中正確的是( ) A. 物體在室溫時輻射的主要成分是波短較長的電磁波B. 隨著溫度的升高熱輻射中較短波長的成分越來越多C. 給一塊鐵塊加熱依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色D. 輻射強度俺波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同,這是熱輻射的一種特性BCD 小試牛刀【解析】:A、物體在室溫時輻射的主要成分是波長較長的電磁波,以不可見的紅外光為主,故A錯誤;B、隨著溫度的升高熱輻射中較短波長的成分越來越多,故B正確;C、給一塊鐵塊加熱依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色,故C正確;D、輻射強度按照波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同,這是熱輻射的一種特性,故D正確;故選BCD.典例分析電磁振蕩與電磁波D 【解析】電容器的某一極板,從帶最多的正電荷開始放電到這一極板充滿負電荷為止,這一段時間為半個周期,A項錯誤;電容器放電完畢瞬間,回路中的電場能為零,磁場能最大,電流最大,B項錯誤;LC振蕩回路的振蕩周期由電路結(jié)構(gòu)決定,與振蕩電流的振蕩電壓無關(guān),乙圖中振蕩周期不變,D項正確?!纠}1】關(guān)于LC振蕩電路的振蕩過程,下列表述正確的有( )A.電容器的某一極板,從帶最多的正電荷開始放電到這一極板充滿負電荷為止,這一段時間為一個周期B.當(dāng)電容器放電完畢瞬間,回路中的電流為零C.乙圖中振蕩電壓的振蕩周期不斷減小D.乙圖中振蕩電壓的振蕩周期不變【例題2】根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,當(dāng)產(chǎn)生的電場的電場線如圖所示時,可能是( ?。傧蛏系拇艌鲈谠鰪姠谙蛏系拇艌鲈跍p弱③向上的磁場先增強,然后反向減弱④向上的磁場先減弱,然后反向增強 A.①③ B.②④ C.①④ D.②③【解析】感應(yīng)電場的方向與磁場變化情況之間的關(guān)系,可以根據(jù)楞次定律進行判斷。當(dāng)圖中的磁場增強時,感應(yīng)電流的磁場應(yīng)與原磁場反向,由安培定則可知①正確;向上的磁場反向減弱時,感應(yīng)電流磁場與原磁場同向,③正確。A【例題3】(多選)如圖所示是沿z軸方向傳播的電磁波的模型圖,箭頭線段長度表示了場強大小,已知光速為c.下列關(guān)于電磁波說法正確的有( )A.電磁波傳播空間,一定存在均勻變化的電場B.電磁波傳播空間,一定存在均勻變化的磁場C.圖示電磁波在真空中傳播的速度為cD. 從圖示電磁波模型來看電磁波屬于橫波【解析】根據(jù)麥克斯韋電磁學(xué)理論,均勻變化的電場激發(fā)恒定的磁場,均勻變化的磁場激發(fā)恒定的電場,恒定的磁場不能激發(fā)電場、恒定的電場不能激發(fā)磁場,因此只有非均勻變化的電磁場才能激發(fā)電磁波,AB錯誤;所有電磁波在真空中傳播的速度都為光速,C正確;所有電磁波都是橫波,D正確。CD【解析】聲音信號調(diào)制的過程:首先要將聲音信號轉(zhuǎn)換成音頻電信號,然后再通過調(diào)制器將音頻信號加載到高頻電流上,利用天線發(fā)射到空中。使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù),叫做調(diào)制。調(diào)制共有兩種方式:一是調(diào)幅,即通過改變電磁波的振幅來實現(xiàn)信號加載;另一是調(diào)頻,即通過改變頻率來實現(xiàn)信號加載電磁波.①正確;在接收電路中,經(jīng)過調(diào)諧,回路中將出現(xiàn)調(diào)幅振蕩電流,經(jīng)解調(diào)后(調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波檢波),調(diào)幅振蕩電流將被削去一半,而在耳機中只有低頻信號電流,②正確,選項A正確。A【例題4】如圖所示為調(diào)幅振蕩電流圖像,此電流存在于電磁波發(fā)射和接收中的哪些階段( ?。?經(jīng)調(diào)制后 ②經(jīng)調(diào)諧后 ③經(jīng)解調(diào)后 ④耳機中 A.①② B.③ ④ C.①④ D.②③生活應(yīng)用電磁振蕩與電磁波【例題1】物理知識在科技生活中有廣泛應(yīng)用,下列說法正確的是( ?。〢.全息照片的拍攝是利用光的衍射原理B.機場安全檢查是利用紅外線窺視箱內(nèi)的物品C.水下的核潛艇利用聲吶與岸上的指揮中心保持聯(lián)絡(luò)D.微波爐是利用食物中水分子在微波作用下熱運動加劇,溫度升高 D 【解析】全息照片的拍攝利用了光的干涉的原理,故A錯誤;X射線有較強的穿透本領(lǐng),在機場等地用其探測箱內(nèi)物品進行安全檢查,故B錯誤;由于無線電短波不能在水中傳播,核潛艇在深海又無法使用天線,所以沒有辦法主動與外界聯(lián)絡(luò),只能被動地單方面接收岸上的無線電超長波信號或極長波信號,這是岸上向潛艇通信的主要方式,故C錯誤;微波爐是利用食物中水分子在微波作用下熱運動加劇,溫度升高,故D正確?!纠}2】微波爐、紅外烤箱、電磁爐這三種電器已經(jīng)進入多數(shù)家庭的廚房,下面關(guān)于這三者的分析正確的是( )A.微波爐加熱食物的方式與煤氣灶相同都是用明火加熱B.微波爐可以直接對放在陶瓷碗里面的食物加熱C.電磁爐可以直接對放在陶瓷碗里面的食物加熱D.這三者加熱食物時都是通過電磁波直接作用食物進行加熱B 【解析】微波爐加熱食物的方式是利用微波的能量特征加熱與煤氣灶用明火加熱不同,A錯誤;微波爐是利用微波的能量特征加熱,可以直接對放在陶瓷碗里面的食物加熱,B正確;電磁爐不可以直接對放在陶瓷碗里面的食物加熱,因為電磁爐的工作原理是利用電磁感應(yīng),C錯誤;這三者加熱食物的方式都不相同,D錯誤;【例題3】預(yù)警機上裝備有多普勒脈沖雷達,可進行全向探測,主要用于發(fā)現(xiàn)和跟蹤空中與水面目標(biāo),工作頻率為 。對空中目標(biāo)的最遠探測距離為 ,該機的雷達系統(tǒng)可同時跟蹤60~100個空中目標(biāo),并對戰(zhàn)術(shù)空軍的10架飛機實施引導(dǎo).下列關(guān)于該脈沖雷達的說法正確的是( ?。〢.脈沖雷達采用的是X射線B.脈沖雷達采用的是微波C.預(yù)警機高速飛行時,發(fā)射的脈沖信號傳播速率可能大于光在真空中的速率D.增大它的振蕩電路可變電容器的電容,可增大雷達的工作頻率B 【例題4】Wi-Fi(無線通信技術(shù))是當(dāng)今使用最廣的一種無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù),幾乎所有智能手機、平板電腦和筆記本電腦都支持Wi-Fi上網(wǎng),Wi-Fi信號的本質(zhì)就是電磁波,波長約7~12厘米,通過無線路由器發(fā)射后將信號傳遞到設(shè)備上,使設(shè)備實現(xiàn)無線上網(wǎng)能力,下列對Wi-Fi信號的判斷正確的是( )A.其信號波是橫波 B.不能在真空中傳播C.波長比可見光短 D.不能產(chǎn)生干涉和行射現(xiàn)象A 【解析】電磁波均為橫波,A正確;電磁波的傳播不需要介質(zhì),故電磁波可以在真空中傳播,B錯誤;根據(jù)電磁波波譜可知無線電波波長比可見光更長,C錯誤;折射和反射,干涉和衍射均為波的屬性,D錯誤。【例題5】華為手機采用了雙麥克風(fēng)降噪技術(shù),以保證優(yōu)秀的通話體驗。一個麥克風(fēng)為用戶通話時使用的麥克風(fēng),用于收集人聲,而另一個配置在機身頂端的麥克風(fēng)采集周圍環(huán)境噪音,通過特定的模塊對這兩路信號進行技術(shù)處理,實現(xiàn)降噪功能。技術(shù)處理用到的原理是( ?。〢.干涉 B.衍射 C.調(diào)制 D.解調(diào) A 【解析】降噪麥克風(fēng)是通過降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪音相位相反的聲波與噪音疊加從而實現(xiàn)降噪的效果,且環(huán)境噪音與降噪聲波頻率相同,兩列波發(fā)生了干涉現(xiàn)象。隨堂訓(xùn)練電磁振蕩與電磁波核心考點突破1、如圖所示,i-t圖像表示LC振蕩電路的電流隨時間變化的圖像,在t=0時刻,回路中電容器的M板帶正電,在某段時間里,回路的磁場能在減小,而M板仍帶正電,則這段時間對應(yīng)圖像中的 ( ) A.Oa段 B.ab段 C.bc段 D.cd段D 【解析】選D。某段時間里,回路的磁場能在減小,說明回路中的電流正在減小,正在給電容器充電,而此時M帶正電,那么一定是給M極板充電,電流方向順時針。由題意知t=0時,電容器開始放電,且M極板帶正電,結(jié)合i-t圖像可知,電流以逆時針方向為正方向,因此這段時間內(nèi),電流為負,且正在減小,符合條件的只有圖像中的cd段,故選D。2、在LC振蕩電路中,電容器上帶的電荷量從最大值變化到零所需的最短時間是( ) 【解析】選B。LC振蕩電路的周期T=2π ,電容器上帶的電荷量從最大值變化到零的最短時間t= ,所以t= 。B 3、(多選)關(guān)于電磁波與機械波,下列說法正確的是 ( )A.電磁波傳播不需要介質(zhì),機械波傳播需要介質(zhì)B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播速率都相同,各種機械波在同一種介質(zhì)中傳播速率都相同C.電磁波和機械波都不能發(fā)生干涉D.電磁波和機械波都能發(fā)生衍射AD 【解析】選A、D。電磁波的波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān),而機械波的傳播速率只與介質(zhì)有關(guān),電磁波的傳播不需要介質(zhì),機械波傳播則需要介質(zhì),故A選項對,B選項錯;電磁波和機械波都具有波的一切特征,包括干涉和衍射,故D選項對,C選項錯。故正確答案為A、D。4、手機A的號碼是12345670002,手機B的號碼是12345670008。手機A撥手機B時,手機B發(fā)出響聲且屏上顯示A的號碼“12345670002”,若將手機A置于一透明真空玻璃罩中,用手機B撥手機A,則玻璃罩外面的人發(fā)現(xiàn)手機A ( )A.發(fā)出響聲,并顯示B的號碼“12345670008”B.不發(fā)出響聲,但顯示B的號碼“12345670008”C.不發(fā)出響聲,但顯示A的號碼“12345670002”D.既不發(fā)出響聲,也不顯示號碼B【解析】選B。聲波為機械波,傳播需要介質(zhì),在真空中不能傳播;光波、手機發(fā)射的信號均為電磁波,傳播不需要介質(zhì),在介質(zhì)、真空中均可傳播,故用手機B撥手機A時,玻璃罩外的人能看到A手機顯示的B手機號碼,但聽不到聲音,故正確答案為B。
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