第十三章　第三课时　电磁振荡与电磁波2025版高考物理一轮复习课件+测试（教师版）+测试（学生版）

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考点二　　电磁波的特点及应用
1.振荡电路：产生大小和方向都做 迅速变化的电流(即 )的电路。由电感线圈L和电容C组成最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。2.电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器不断地充电和放电，就会使电容器极板上的电荷量q、电路中的 、电容器内的电场强度E、线圈内的 发生周期性的变化，这种现象就是电磁振荡。
3.电磁振荡中的能量变化(1)放电过程中电容器储存的 能逐渐转化为线圈的 能。(2)充电过程中线圈中的 能逐渐转化为电容器的 能。(3)在电磁振荡过程中，电场能和磁场能会发生 的转化。
4.电磁振荡的周期和频率(1)周期T＝_______。(2)频率f＝________。
思考　如图甲、乙、丙、丁、戊五个图代表LC振荡电路中的五个状态。(1)甲图qC最大，i＝ ；乙图i最大，qC＝ ；丙图qC最大，i＝ ；丁图i最大，qC＝ ；戊图qC最大，i＝ 。
(2)从甲→乙的过程中，i ，qC ；从乙→丙的过程中，i ，qC ；从丙→丁的过程中，i ，qC ；从丁→戊的过程中，i ，qC 。
(3)画出从甲开始计时一个周期内i－t、qC－t图像。
1.LC振荡电路中，电容器放电完毕时，回路中电流最小。(　　)2.LC振荡电路中，回路中的电流最大时回路中的磁场能最大。(　　)3.电磁振荡的固有周期与电流的变化快慢有关。(　　)
例1　(2023·江苏南通市金沙中学校考)如图所示，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器的极板A带正电荷，则该瞬间A.电流i正在增大，线圈L中的磁场能也正在增大B.电容器两极板间的电压正在增大C.电容器带电荷量正在减小D.线圈中电流产生的磁感应强度正在增强
根据图示电路知，该LC振荡电路正在充电，电流在减小，磁场能转化为电场能，磁场能减小，A项错误；由于电容器在充电，所以电容器的带电荷量在增大，根据U＝ 知电容器两极板间的电压正在增大，C项错误，B项正确；充电的过程，磁场能转化为电场能，所以线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减小，D项错误。
例2　(2023·江苏南京市六校调研)在LC振荡电路中，某时刻电路中的电流方向如图所示，且电流正在减小，则该时刻A.电容器上极板带负电，下极板带正电B.电容器两极板间电压正在减小C.电场能正在向磁场能转化D.电流的变化率减小
根据电流正在减小可以判断，此时电容器在充电，结合电流方向知电容器上极板带负电，下极板带正电，在振荡电路中，当电容器充电时，电流减小但电流变化得越来越快，即电流变化率增大；电容器上的电荷量增大，此时，磁场能转化为电场能，故A正确，C、D错误；由Q＝CU可得，电容器电荷量增大，两极板间的电压也增大，故B错误。
LC振荡电路充、放电过程的判断方法
例3　(2023·江苏淮安市统考)如图甲所示，线圈L的直流电阻不计，闭合开关S，待电路达到稳定状态后断开开关S，LC回路中将产生电磁振荡。从开关S断开计时，线圈中的磁场能EB随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法中不正确的是A.LC电路振荡周期为2×10－3 sB.在1×10－3 s时，电容器右极板带正电C.电容器中最大的电场能为2.5×10－2 JD.0～1×10－3 s时间内与1×10－3～2×10－3 s时间内回路中的电流方向相反
转化为电场能，电容器所带电荷量从零开始增加，当线圈中的电流减为零时，电容器充满电，所带电荷量达到最大，振荡电路经历 时，磁场能为零，电场能最大，电容器中最大的电场能为2.5×10－2 J，随后电容器放电，
t＝0时刻断开开关S，电感线圈与电容器构成振荡回路，电感线圈中的电流从某一最大值开始减小，产生自感电动势对电容器充电，磁场能
振荡周期为4×10－3 s，C项正确，不符合题意，A项错误，符合题意；
所带电荷量减小，电感线圈中的电流反向增加，电场能转化为磁场能，形成振荡电路，故LC电路
所带的电荷量为零，此时通过线圈的电流自左向右。当断开开关时，开始给电容器充电，电流逐渐减小，经过 个周期，即t＝1×10－3 s时，充电电流减小到最小，此时电容器所带的电荷量最多(左极板带负电，右极板带正电)，线圈L的感应电动势最大，B项正确，不符合题意；
没断开开关前，线圈与R串联，由于线圈的电阻不计，所以线圈两端的电压为零，电容器两极板
相邻的充、放电时间内，电荷的运动方向相反，电流方向相反，D项正确，不符合题意。
1.麦克斯韦电磁场理论
2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成 。(2)电磁波的传播 (填“需要”或“不需要”)介质。在真空中不同频率的电磁波传播速度相同，都等于 。在同一介质中不同频率的电磁波传播速度是 的，频率越高，波速 。(3)v＝ ，f是电磁波的频率。
光速3×108 m/s
3.无线电波的发射(1)发射条件： 电路和 信号，所以要对传输信号进行调制。(2)调制方式①调幅：使高频电磁波的 随信号的强弱而改变。②调频：使高频电磁波的 随信号的强弱而改变。
4.无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟收到的无线电波的频率 时，接收电路中产生的振荡电流最强，这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生 的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作______电路。(3)从经过调制的高频振荡信号中 的过程，叫作检波。检波是 的逆过程，也叫作 。
5.(1)电磁波谱：按照电磁波的 大小或 高低的顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、 、紫外线、X射线、 。
(2)电磁波谱分类及应用
6.各种电磁波产生机理
1.振荡电路的频率越高，发射电磁波的本领越大。(　　)2.要将传递的声音信号向远距离发射，必须以高频电磁波作为载波。(　　)3.振荡电路的电场和磁场必须集中到尽可能小的空间，这样才能有效地把能量辐射出去。(　　)4.只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。(　　)5.解调是调制的逆过程。(　　)
例4　某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示，能发射电磁波的是
由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定的电场时(如题图A)，由于它不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场时(如题图B、C)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会在较远处激发出电场，故也不会产生电磁波；周期性变化的电场(如题图D)，会激发出周期性变化的磁场，它又激发出周期性变化的电场…如此交替的产生磁场和电场，便会形成电磁波，故D正确。
例5　(2023·江苏常州市统考)在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制，调制分调幅和调频两种，如图所示，甲是需要输送的低频信号，乙和丙是调制后的电磁波，则下列说法中正确的是A.图甲低频信号可直接发射，且发　射效率高B.在电磁波的发射技术中，图中乙　是调频波C.在电磁波的发射技术中，图中丙是调幅波D.通过电谐振可以把需要的电磁波接收下来
题图甲低频信号可直接发射，但发射效率低，A项错误；在电磁波的发射技术中，题图乙是调幅波，题图丙是调频波，B、C项错误；通过电谐振可以把需要的电磁波接收下来，D项正确。
例6　电磁波广泛应用在现代医疗中，下列不属于电磁波应用的医用器械有A.检查血流情况的超声波“彩超”机B.杀菌用的紫外灯C.拍胸片的X光机D.测量体温的红外线测温枪
检查血流情况的超声波“彩超”机，是利用超声波的多普勒效应工作的，A不属于电磁波应用，符合题意；紫外线、X射线、红外线都属于电磁波，都是电磁波在医学上的应用，B、C、D不符合题意。
例7　(2023·江苏连云港市统考)我国北斗导航系统的电磁波频率约1 561 MHz，家用WiFi的电磁波频率约5 725 MHz。则A.这两种电磁波不会产生偏振现象B.北斗导航系统的电磁波更容易产生明显的衍射现象C.家用WiFi的电磁波穿越墙壁进入另一个房间时频率会减小D.家用WiFi与北斗导航的电磁波叠加时将会产生干涉现象
电磁波是横波，可以产生偏振现象，这两种电磁波都会产生偏振现象，A项错误；北斗导航系统的电磁波频率约1 561 MHz，家用WiFi的电磁波频率约5 725 MHz，根据c＝λf可知，家用WiFi的电磁波波长更短，北斗导航系统的电磁波更容易产生明显的衍射现象，B项正确；电磁波频率由波源决定，从一个房间穿越墙壁进入另一个房间时其频率不变，C项错误；
家用WiFi所使用的电磁波与北斗导航系统所使用的电磁波频率不同，不会产生干涉现象，D项错误。
1.(2023·江苏淮安市统考)关于电磁波的应用，下列说法不正确的是A.雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备B.铁路、民航等安检口使用红外线对行李内物品进行检测C.医院里常用紫外线照射对病房和手术室进行消毒D.γ射线具有很强的穿透本领，可以用来治疗某些癌症
雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，A项正确，不符合题意；铁路、民航等安检口使用X光对行李内物品进行检测，B项错误，符合题意；医院里常用紫外线照射对病房和手术室进行消毒，C项正确，不符合题意；γ射线具有很强的穿透本领，能破坏生命物质，把这个特点应用在医学上，可以摧毁病变的细胞，用来治疗某些癌症，D项正确，不符合题意。
2.5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特点之一为具有超高的数据传播速率，5G信号一般采用3.3×109～6×109 Hz频段的无线电波，而第四代移动通信技术4G采用的是1.88×109～2.64×109 Hz频段的无线电波，则下列说法正确的是A.空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象B.5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快C.5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密　集的基站D.5G信号比4G信号波长长
空间中的5G信号和4G信号的频率不同，不会产生干涉现象，故A错误；5G信号与4G信号所用的无线电波在真空中传播速度一样，均等于光速，故B错误；根据c＝λf可知5G信号相比于4G信号的波长短，更不容易发生衍射，所以5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，5G通信需要搭建更密集的基站，故C正确，D错误。
3.(2023·江苏南京市期末)太赫兹(THz)波是指频率在0.1～10 THz(波长为　3 000 μm～30 μm)范围内的电磁波，利用该频段可以加深和拓展人类对物理学、化学、天文学、信息学和生命科学中一些基本科学问题的认识，通过和电磁波谱对比，下列说法正确的是A.太赫兹波比红光更容易发生明显衍射B.太赫兹波比紫外线的能量更大C.太赫兹波比短波频率更小D.太赫兹波可以用于工业探伤
发生明显衍射现象的条件是障碍物尺寸或者孔径小于或等于波长，太赫兹波长比红光大，更容易发生明显衍射，A项正确；由c＝λf可知，波长越大，频率越小，太赫兹波长比紫外线大，频率低于紫外线，根据E＝hν可知太赫兹波比紫外线的能量更小，B项错误；太赫兹波长比短波小，频率比短波大，C项错误；由于频率越高，其穿透力越强，太赫兹波频率远低于X射线，其比X射线穿透能力更弱，不可以用于工业探伤，D项错误。
4.(2023·江苏泰州市模拟)如图所示的后车安装了“预碰撞安全系统”，其配备的雷达会发射毫米级电磁波(毫米波)，并对前车反射的毫米波进行运算，则A.毫米波的频率比可见光高B.毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象C.经前车反射后毫米波的速度将比反射前大D.前车的金属尾板遇到毫米波时会产生极其微弱的感应电流
从电磁波谱的顺序可知毫米波的频率比可见光低，故A错误；毫米波的波长远小于车的大小，所以遇到前车时不会发生明显衍射现象，故B错误；电磁波在空中传播的速度不会变化，故C错误；系统判断有可能发生碰撞时会发出蜂鸣并显示警示信号，说明前车的金属尾板遇到毫米波时一定会产生极其微弱的感应电流，故D正确。
5.(2023·江苏盐城市三模)把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图示连成电路。把示波器的两端连在电容器的两个极板上。先把开关置于电源一侧为电容器充电；稍后再把开关置于线圈一侧，从此刻开始计时，电容器通过线圈放电。电路工作过程中，向外辐射电磁波，则电压Uab随时间t变化的波形是
先把开关置于电源一侧为电容器充电，则当断开开关后，电容器两端的电压最大，而再把开关置于线圈一侧后，电容器放电，两极板间的电压随着电荷量的减少而降低，电场能转化为磁场能；当电容器两极板的电荷量减为零时，电容器两极板间的电压为零，此时线圈中的磁场能达到最大，紧接着磁场能又向电场能转化，即线圈产生自感电动势给电容器反向充电，但在电场能转化为磁场能以及磁场能又再次转化为电场能的过程中，电路向外辐射电磁波，电路中的能量在耗散，因此电容器两极板间的电压最大值越来越小，而电容器的充、放电有其自身的固有周期，即周期不变。故选C。
6.在如图所示的电路中，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，闭合开关S，电路稳定后突然断开开关S并开始计时，已知LC振荡电路的振荡周期为T，则在　　 时间内A.电容器在充电B.磁场能转化为电场能C.A板所带的负电荷减少D.L产生的自感电动势减小
此过程中电流在不断增大，而电流的变化率减小，L产生的自感电动势减小，D项正确。
7.(2023·江苏扬州市扬州中学模拟)如图所示，为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器置于储罐中，电容器可通过单刀双掷开关S与电感线圈或电源相连。当开关从a拨到b时，由电感线圈与电容器构成的回路中产生振荡电流。在该LC振荡电路中，某一时刻的磁场方向、电场方向如图所示，则下列说法正确的是A.此时电容器正在充电B.振荡电流正在减小C.当储罐内的液面高度降低时，LC回路振荡电流的频率变大D.当开关从a拨到b时开始计时，经过时间t，电感线圈L上的　电流第一次达到最大，则该LC回路中的振荡周期为2t
根据图中电场方向可知此时电容器右极板带正电，左极板带负电，由磁场方向可知电流方向由正极板流向负极板，故此时电容器正在放电，振荡电流正在增大，故A、B错误；
8.(2023·江苏无锡市期末)某通信工具单端天线长度为载波波长的　时，其感应电动势在天线中将达到最大值。如果其需接收信号的载波频率为900 MHz，这种工具的天线设计的长度约为A.8 cm 　　B.33 cm 　　C.75 cm 　　 m
9.在LC振荡电路中，电容器上的带电荷量从最大值变化到零所需的最短时间是
10.(2023·江苏扬州市统考)振荡电路在测量、自动控制、无线电通讯及遥控等许多领域有广泛应用。在LC振荡电路中，某时刻线圈中的磁场及电容器中的电场如图所示，下列说法正确的是A.线圈中的磁场能正在减少B.电容器极板上的电荷量正在减小C.电路中的电流正在增大D.仅减小电容器的电容，LC振荡电路的频率f减小
根据线圈中磁场的方向可判断回路中电流为逆时针方向，根据电容器中电场线可知上极板带正电，下级板带负电，可知此时电容器处于充电状态，所以电容器极板上的电荷量正在增大，电场能增加，磁场能减小，电路中电流正在减小，磁场能正在向电场能转化，A项正确，B、C项错误；根据LC振荡电路的频率f＝ 可知减小电容器的电容，LC振荡电路的频率f增加，D项错误。
11.(2023·江苏宿迁市一中校考)图甲为LC振荡电路，通过P点的电流如图乙，P点电流向左为正，下列说法正确的是A.0～t1时间内电容器上极板带正电B.t1～t2时间内电容器中的电场能增大C.在t3时刻，线圈中的磁场能最大D.增大电容器两板间距，振荡电流的周　期将减小
根据题图乙可知，0～t1时间内电流逐渐减小，则磁场能逐渐减小，电场能逐渐增大，电容器正在充电，且电流为正方向，即电流方向为逆时针方向，
可知下极板带正电，上极板带负电，A项错误；t1～t2时间内电流逐渐增大，则磁场能逐渐增大，电场能逐渐减小，B项错误；在t3时刻，电流为0，则线圈中的磁场能最小，C项错误；
12.(2023·江苏盐城市东台中学校考)实验室里有一水平放置的平行板电容器，其电容C＝10－6 F。在两极板带有一定电荷量时，发现一带负电的粉尘恰好静止在两极板间。还有一个自感系数L＝10－4 H的电感器，现连成如图所示的电路，试求：(重力加速度为g)(1)求振荡电路周期和S闭合瞬间电流的方向；(只填写“顺时针”或“逆时针”)
答案　2π×10－5，逆时针
因开始时带负电的粉尘恰好静止在两极板间，可知上板带正电，则S闭合瞬间电流的方向沿逆时针。
(2)从S闭合时开始计时，经过2π×10－5 s时，电容器内粉尘的加速度大小是多少；(假设此时粉尘未到达极板)
t＝2π×10－5 s时，LC振荡电路恰好经历一个周期，此时电容器两极板间电场强度的大小、方向均与初始时刻相同，所以此时粉尘所受合外力为0，加速度大小为0。