高考物理【一轮复习】讲义练习第3讲　电磁振荡与电磁波

这是一份高考物理【一轮复习】讲义练习第3讲　电磁振荡与电磁波，共16页。

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3.
4.
1.思考判断
(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。(×)
(4)振荡电路的频率越高，发射电磁波的本领越大。(√)
(5)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。(√)
(6)只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。(×)
(7)解调是调制的逆过程。(√)
2.如图甲所示为某一LC振荡电路，图乙中的i－t图像为LC振荡电路的电流随时间变化的关系图像。在t＝0时刻，回路中电容器的上板带正电，下列说法中正确的是( )
A.O~a阶段，电容器正在充电，电场能正在向磁场能转化
B.a~b阶段，电容器正在放电，磁场能正在向电场能转化
C.b~c阶段，电容器正在放电，回路中电流沿顺时针方向
D.c~d阶段，电容器正在充电，回路中电流沿逆时针方向
答案 C
考点一 电磁振荡
1.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像
2.各物理量变化情况(电容器电荷量最大时开始计时)
跟踪训练
1.(多选)某时刻LC振荡电路的自感线圈L中的电流产生的磁场的磁感应强度方向如图所示。下列说法正确的是( )
A.若电容器上极板带正电，则电容器正在充电
B.若电容器上极板带负电，则线圈中的电流正在减小
C.若磁场正在增强，则电容器两极板间的电场强度正在减小
D.若磁场正在减弱，则线圈的自感电动势正在减小
答案 BC
解析 根据磁感应强度的方向可知，回路中的电流为逆时针方向，若电容器上极板带正电，则电容器正在放电，故A错误;若电容器上极板带负电，则电容器正在充电，则线圈中的电流正在减小，故B正确;若磁场正在增强，则回路中电流正在变大，电容器在放电，电容器两极板间的电压减小，电容器两极板间的电场强度正在减小，故C正确;若磁场正在减弱，则回路中电流正在变小，电容器在充电，电流减小的越来越快，则线圈的自感电动势正在增加，故D错误。
2.(2025·陕西省教育联盟模拟)为了保证考试的公平，大型考试中广泛使用了金属探测器，图甲就是一款常用的金属探测器，其内部的线圈与电容器构成LC振荡电路，结构原理如图乙所示，线圈靠近金属时，线圈的自感系数增大。若某时刻电路中的电流方向如图所示，电容器A极板带正电，则下列说法正确的是( )
A.电路中的电流正在增大
B.电容器两板的电压在减小
C.线圈中的自感电动势在增大
D.线圈靠近金属时，LC振荡电路的周期减小
答案 C
解析 图示时刻，电容器正在充电，电荷量在增大，电压增大，电路中的电流在减小，但电流减小得越来越快，根据E＝LΔIΔt知线圈中的自感电动势正在增大，故A、B错误，C正确;探测仪靠近金属时，相当于给线圈增加了铁芯，所以其自感系数L增大，根据T＝2πLC知T增大，故D错误。
3.(2025·江西九师联盟联考)如图甲所示，在LC振荡电路实验中，多次改变电容器的电容C并测得相应的振荡电流的周期T，如图乙所示，以C为横坐标、T2为纵坐标，将测得的数据标示在坐标纸上并用直线拟合数据，则( )
A.电路中的磁场能最大时，电容器板间电场能最大
B.电容器板间电场强度增大时，电路中电流正在增大
C.电容器带电荷量最大时，电路中电流最大
D.可由T2－C图像计算线圈的自感系数
答案 D
解析 电路中的磁场能最大时，电容器板间电场能最小，为零，A错误;电容器板间电场强度增大时，电容器正在充电，磁场能转化为电场能，电路中电流正在减小，B错误;电容器充电结束时，电容器带电荷量达到最大，电场能最大，电路中电流为零，C错误;由T＝2πLC得T2＝4π2LC，由T2－C图像的斜率可以计算得到线圈自感系数，D正确。
方法技巧 LC振荡电路充、放电过程的判断方法
考点二 电磁场与电磁波 电磁波谱
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
2.电磁波的发射示意图(如图所示)
3.电磁波接收的方法
(1)利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强。
(2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来。
跟踪训练
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( )
答案 D
解析 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。
5.(2024·天津和平区模拟)“中国天眼”位于贵州的大山深处，它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。关于电磁波下列说法正确的是( )
A.机场安检是利用γ射线穿透本领强的特点来探测行李箱中的物品
B.机械波在介质中的波速与频率无关，电磁波在介质中的波速与频率有关
C.麦克斯韦电磁场理论告诉我们，变化的电场一定产生变化的磁场
D.所有物体都发射红外线，因此可利用红外线设计防伪措施
答案 B
解析 机场安检是利用X射线穿透本领强的特点来探测行李箱中的物品，故A错误;机械波在介质中的波速由介质决定，与频率无关，电磁波在介质中的波速与频率有关，故B正确;麦克斯韦电磁场理论告诉我们，均匀变化的电场产生恒定的磁场，故C错误;所有物体都发射红外线，可利用紫外线的荧光效应设计防伪措施，故D错误。
6.(2025·广东肇庆模拟)随着科技的进步，越来越多的人使用蓝牙耳机，手机与基站及耳机的通信如图所示。若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波，则以下说法正确的是( )
A.甲、乙波的频率都比可见光的频率大
B.真空中甲波的传播速度比乙波的传播速度小
C.真空中甲波比乙波更容易绕过障碍物
D.甲波与乙波有可能发生干涉
答案 C
解析 由题图可知，甲、乙波的波长都比可见光的波长大，根据波长、波速和频率关系式c＝λf知，甲、乙波的频率都比可见光的频率小，故A错误;电磁波在真空中传播速度相同，则真空中甲、乙波的传播速度相同，故B错误;由图可知甲波波长大于乙波波长，则甲波更容易发生明显的衍射现象，可知真空中甲波比乙波更容易绕过障碍物，故C正确;两列波发生干涉的条件是频率相同，振动方向相同，相位差恒定，甲、乙波的频率不同，不能发生干涉现象，故D错误。
7.(2025·陕西商洛模拟)如图所示为电磁波谱，该电磁波谱中从左到右波长越来越短，电焊工在焊接作业时会产生很高的温度，同时向外辐射出大量的电磁波，已知向外辐射的电磁波的频率为ν＝1.0×1016 Hz，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，光在真空中的速度为c＝3.0×108 m/s。下列说法正确的是( )
A.该电磁波属于紫外线B.该电磁波的波长比X射线短
C.该电磁波的能量为6.6×10－19 JD.该电磁波的能量为6.6×10－17 J
答案 A
解析 由c＝λν可知该电磁波的波长为λ＝cν＝3.0×1081.0×1016 m＝3.0×10－8 m，该电磁波属于紫外线，故A正确;由电磁波谱可知该电磁波的波长比X射线的波长长，故B错误;由公式ε＝hν可知该电磁波的能量为ε＝6.6×10－34×1.0×1016 J＝6.6×10－18 J，故C、D错误。
A级 基础对点练
对点练1 电磁振荡
1.在LC振荡电路中，某时刻线圈中的磁场和电容器中的电场如图所示，则此时刻( )
A.电容器正在放电B.振荡电流正在减小
C.线圈中的磁场最强D.磁场能正在向电场能转化
答案 A
2.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( )
A.π4LCB.π2LC
C.πLCD.2πLC
答案 B
解析 LC振荡电路的周期T＝2πLC，其电容器上的带电荷量从最大值变化到零的最短时间t＝T4＝π2LC，故B正确。
3.(2025·吉林长春市质量监测)如图，容器中装有导电液体作为电容器的一个电极，中间的导线芯作为电容器的另一个电极，导线芯外套有绝缘管。理想电感线圈一端与导线芯连接，另一端和导电液体均接地组成LC振荡电路。现使该振荡电路产生电磁振荡，下列说法正确的是( )
A.当电容器放电时，电容器储存的电场能增加
B.当线圈中的电流增大时，线圈中的磁场能减小
C.增加线圈的匝数，振荡电路的周期减小
D.增加导电液体高度，振荡电路的周期增大
答案 D
解析 当电容器放电时，线圈中的电流增大，电场能向磁场能转化，电容器储存的电场能减小，线圈中的磁场能增大，故A、B错误;增加线圈的匝数，则线圈自感系数增大，根据T＝2πLC可知振荡电路的周期增大，故C错误;增加导电液体高度，则电容器的正对面积增大，介质的介电常数增大，根据C＝εrS4πkd可知电容器电容增大，根据T＝2πLC可知振荡电路的周期增大，故D正确。
对点练2 电磁场与电磁波 电磁波谱
4.以下关于电磁场和电磁波的说法中正确的是( )
A.电场和磁场总是同时存在的，统称为电磁场
B.电磁波是机械波，传播需要介质
C.电磁波的传播速度是3×108 m/s
D.电磁波可在真空中传播
答案 D
解析 变化的电场与变化的磁场相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场，选项A错误;电磁波不是机械波，传播不需要介质，选项B错误;电磁波可在真空中传播，在真空中的传播速度是3×108 m/s，选项C错误，D正确。
5.(2025·浙江杭州高三质检)1886年，赫兹做了如图所示的实验，关于该实验，以下说法正确的是( )
A.该实验证实了电磁波的存在
B.该实验证实了法拉第的电磁场理论
C.该实验可以说明电磁波是一种纵波
D.在真空环境下进行该实验，仍能观察到明显的火花放电现象
答案 A
解析 该实验中，当赫兹把这个导线环放在距感应圈不太远的位置时，他观察到当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过了火花，当与感应圈相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现了迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播，当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙中也产生了火花，说明这个导线环接收到了电磁波，证实了电磁波的存在，A正确;该实验没有证实法拉第的电磁场理论和电磁波是纵波，B、C错误;虽然电磁波的传播不需要介质，但该实验中要想观察到明显的火花放电现象，不能在真空中进行，D错误。
6.(多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是( )
A.音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波
B.为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭合的
C.当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强
D.要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程
答案 ACD
解析 音频电流的频率比较低，需放大后搭载到高频电磁波上，故A正确;为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是开放电路，故B错误;当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强，故C正确;解调就是从调频或调幅的高频信号中把音频、视频等调制信号分离出来的过程，要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程，故D正确。
7.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，当系统判断有可能发生碰撞时会发出蜂鸣并显示警示信号，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
答案 D
解析 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;电磁波在空气中传播的速度不会变化，故C错误;车的金属尾板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。
8.关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )
A.红外体温计的工作原理是人的体温越高，发射的红外线越强，有时物体温度较低，不发射红外线，导致无法使用
B.紫外线的频率比可见光低，医学中常用于杀菌消毒，长时间照射人体可能损害健康
C.X射线、γ射线频率较高，波动性较强，粒子性较弱，较难发生光电效应
D.手机通信使用的是无线电波，其波长较长，更容易观察到衍射现象
答案 D
解析 所有物体都会发射红外线，A错误;紫外线的频率比可见光高，B错误;X射线、γ射线频率较高，波动性较弱，粒子性较强，较易发生光电效应，C错误;手机通信使用的是无线电波，其波长较长，更容易发生明显的衍射现象，D正确。
B级 综合提升练
9.图甲为车辆智能道闸系统的简化原理图，预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路，当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，使得振荡电流频率发生变化，检测器将该信号发送至车牌识别器，从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图乙，则下列有关说法正确的是( )
A.t1时刻电容器极板间的电场强度为最大值
B.t1~t2时间内，电容器处于放电过程
C.汽车靠近地感线圈时，振荡电流频率变大
D.从图乙波形可判断汽车正远离地感线圈
答案 D
解析 t1时刻电流最大，磁场能最大，电容器极板间的电场强度为最小值，故A错误;t1~t2时间内，电流减小，电容器处于充电过程，故B错误;当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，根据f＝12πLC可知，振荡电流频率减小，故C错误;从题图乙波形可知周期越来越小，则频率越来越大，汽车正远离地感线圈，故D正确。
10.(2024·浙江金华市东阳模拟)在图甲的LC振荡演示电路中，开关先拨到位置“1”，电容器充满电后，在t＝0时刻开关拨到位置“2”。若电流从电流传感器的“＋”极流入，电流显示为正，图乙为振荡电流随时间变化的图线，则下列有关说法正确的是( )
A.在图乙中A点时刻电容器上极板带负电
B.在图乙中从t0到A点过程中电容器的电压先增加后减小
C.若电阻R减小，电流变化如图丙中实线
D.若电阻R减小，电流变化如图丙中虚线
答案 A
解析 在题图乙中A点时刻电流为正且正在减小，可知电容器正在充电，此时上极板带负电，下极板带正电，A正确;在题图乙中从t0到A点过程中电流先正向增加后正向减小，电容器先放电后充电，即电容器的电压先减小后增加，B错误;若电阻R减小，则电容器放电时最大电流变大，但是振动周期不变，则题图丙中实线和虚线描述的电流变化都不对，C、D错误。
11.某收音机中的LC振荡电路，由固定线圈和可调电容器组成，能够产生频率范围为f到kf(k>1)的电磁振荡。可调电容器的最大电容和最小电容之比为( )
A.k4B.k4
C.k2D.k
答案 C
解析 根据LC振荡电路的固有频率公式f＝12πLC，可得电容C＝14π2f2L，所以当频率范围为f到kf(k>1)时，可调电容器的最大电容和最小电容之比为CmaxCmin＝14π2f2L14π2(kf)2L＝k2，故C正确。
12.(多选)如图甲所示的LC振荡电路中，电容器C极板上的带电荷量q随时间t变化的规律如图乙所示，则有关该振荡电路的说法正确的是( )
A.0~1×10－6 s电容器处于放电过程
B.t＝2×10－6 s时磁场能最大
C.增大电容器C的板间距，则周期会增大
D.t＝4×10－6 s时，电路中电流为零
答案 AD
解析 由题图乙可知，0~1×10－6 s电容器极板上电荷量减少，所以电容器处于放电过程，故A正确;同理，t＝2×10－6 s时电容器极板上电荷量达到峰值，极板间的电场能最大，此时磁场能最小，故B错误;根据C＝εrS4πkd可知，增大电容器的板间距，电容器的电容减小，根据T＝2πLC可知周期会减小，故C错误;t＝4×10－6 s时，电容器极板上电荷量最大，充电完毕，此时电路中电流为零，故D正确。
13.(2025·广东深圳市模拟)图甲为测量储罐中不导电液体高度的电路，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中，电容器C可通过开关S与电感线圈L或电源相连。当开关从a拨到b时，由电感L与电容C构成的回路中产生的振荡电流如图乙所示。在平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定的条件下，下列说法正确的是( )
A.储罐内的液面高度降低时，LC回路振荡电流的频率将变小
B.t1~t2时间内电容器放电
C.t2~t3时间内LC回路中电场能逐渐转化为磁场能
D.该振荡电流的有效值为2Im
答案 C
解析 LC回路振荡电流的频率为f＝12πLC，根据C＝εrS4πkd知，储罐内的液面高度降低时，介电常数减小，电容减小，则LC回路振荡电流的频率将变大，故A错误;根据图乙可知，t1~t2时间内电流减小，磁场能减小，电场能增大，LC回路中磁场能逐渐转化为电场能，电容器充电，故B错误;根据图乙可知，t2~t3时间内电流增大，磁场能增大，电场能减小，LC回路中电场能逐渐转化为磁场能，故C正确;根据正弦式交流电的有效值规律可知，该振荡电流的有效值为I＝Im2＝2Im2，故D错误。时刻(时间)
0→T4
T4→T2
T2→3T4
3T4→T
工作过程
放电过程
充电过程
放电过程
充电过程
电荷量q
变小
变大
变小
变大
电压u
变小
变大
变小
变大
电场强度E
变小
变大
变小
变大
电流i
变大
变小
变大
变小
磁感应
强度B
变大
变小
变大
变小
能量转化
E电→E磁
E磁→E电
E电→E磁
E磁→E电
根据电流流向判断
当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程;反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程
根据物理量的变化趋势判断
当电容器的带电荷量q(电压U、电场强度E)增大或电流i(磁感应强度B)减小时，处于充电过程;反之，处于放电过程
根据能量判断
电场能增加时充电，磁场能增加时放电
恒定的电场不产生磁场
恒定的磁场不产生电场
均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场
均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场
不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
振荡电场产生同频率的振荡磁场
振荡磁场产生同频率的振荡电场