2027届高三物理一轮复习教案：第十三章　第70课时　电磁振荡　电磁波　传感器　（含解析）

这是一份2027届高三物理一轮复习教案：第十三章　第70课时　电磁振荡　电磁波　传感器　（含解析）
目标要求 1.了解振荡电路中电磁振荡过程的能量转化情况，掌握电磁振荡的周期公式。2.理解麦克斯韦电磁场理论，了解电磁波的产生、发射、传播和接收。3.掌握制作传感器的常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、电阻应变片的基本特性及工作原理。4.能利用传感器制作简单的自动控制装置。
考点一 电磁振荡
1.振荡电路：产生大小和方向都做周期性迅速变化的电流(即振荡电流)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、电路中的电流i、电容器内的电场强度E、线圈内的磁感应强度B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电场能逐渐转化为线圈的磁场能。
(2)充电过程中线圈中的磁场能逐渐转化为电容器的电场能。
(3)在电磁振荡过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。
4.电磁振荡的周期和频率
(1)周期T=2πLC。
(2)频率f=12πLC。
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=0；
乙图i最大，qC=0；
丙图qC最大，i=0；
丁图i最大，qC=0；
戊图qC最大，i=0。
(2)从甲→乙的过程中，i增大，qC减小；
从乙→丙的过程中，i减小，qC增大；
从丙→丁的过程中，i增大，qC减小；
从丁→戊的过程中，i减小，qC增大。
(3)画出从甲开始计时一个周期内i-t、qC-t图像。
答案
例1 (多选)(2025·云南昆明市三模)LC振荡电路中，某时刻电容器两极板间的电场方向如图所示，在此后的一段时间内电场强度不断减小，则该段时间内( )
A.电容器所带电荷量在减小
B.LC振荡电路中电流在减小
C.电感线圈L中的磁场能在减小
D.LC振荡电路中电流方向由a流向b
答案 AD
解析 电场强度不断减小，表明电容器在放电，则电容器所带电荷量在减小，LC振荡电路中电流在增大，电感线圈L中的磁场能在增大，A正确，B、C错误；又因为电容器上极板带正电，则电流是顺时针方向， LC振荡电路中电流方向由a流向b，D正确。
LC振荡电路充、放电过程的判断方法
例2 (2025·浙江6月选考·5)如图所示的LC振荡电路，能减小其电磁振荡周期的措施是( )
答案 D
解析 线圈中插入铁芯和线圈匝数增加，自感系数L都变大，由T=2πLC可知，周期变大，故A、B错误；电容器极板间插入电介质，即增大εr，由C=εrS4πkd可知电容变大，由T=2πLC可知周期变大，故C错误；电容器极板间距d增大，由C=εrS4πkd可知电容变小，由T=2πLC可知周期变小，故D正确。
考点二 电磁波的特点及应用
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，形成电磁波。
(2)电磁波的传播不需要(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，都等于光速3×108 m/s。在同一介质中不同频率的电磁波传播速度是不同的，频率越高，波速越小。
(3)v=λf，f是电磁波的频率。
3.无线电波的发射
(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制。
(2)调制方式
①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。
②调频：使高频电磁波的频率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相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这就是电谐振现象。
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路。
(3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程，叫作检波。检波是调制的逆过程，也叫作解调。
5.(1)电磁波谱：按照电磁波的波长大小或频率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、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
(2)电磁波谱分类及应用
例3 (多选)(2025·广东中山市期中)如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，下列判断正确的是( )
A.甲图能产生电场，不能产生电磁波
B.乙图能产生电场，不能产生电磁波
C.丙图能产生电场，也能产生电磁波
D.丁图能产生电场，不能产生电磁波
答案 AC
解析 甲图中是均匀变化的磁场，可以产生稳定的电场，但不能产生电磁波，故A正确；乙图中是稳定的磁场，不可以产生电场，不能产生电磁波，故B错误；丙图中是周期性变化的磁场，能产生周期性变化的电场，也能产生电磁波，故C正确；丁图中是周期性变化的磁场，能产生周期性变化的电场，也能产生电磁波，故D错误。
例4 (2025·山东德州市三模)血氧仪是测量血氧饱和度和脉率的仪器，其工作原理基于还原血红蛋白和氧合血红蛋白在红光和近红光区域的吸收光谱特性。下列关于红光和近红光区域红外线的说法正确的是( )
A.红光比红外线更容易发生衍射现象
B.红光和红外线都是可见光
C.原子从高能级向低能级跃迁时，可能发射红光，也可能发射红外线
D.在同一介质中，红光和红外线的传播速度相同
答案 C
解析 红外线的波长比红光长，根据波长越长越容易发生衍射现象，故红外线比红光更容易发生衍射现象，故A错误；红外线不是可见光，红光属于可见光，故B错误；原子从高能级向低能级跃迁时，辐射出的光子能量等于两个能级的能量差，当能量差对应的光子频率在红光或红外线区域时，就可能发射红光或红外线，故C正确；在同一介质中，不同频率的光传播速度不同，红光和红外线频率不同，所以传播速度不同，故D错误。
例5 (多选)(2026·浙江省模拟)下列有关电磁波的应用，说法正确的是( )
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γ射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.超市、书店的大门处常用来感应物品的门禁是利用了X射线
答案 AC
解析 雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，故A正确；安检设备普遍采用X射线，因其穿透力适中且成像清晰；γ射线穿透力过强且有害，故B错误；紫外线能破坏微生物DNA，广泛用于医院消毒，故C正确；超市、书店门禁通过射频识别技术，属于无线电波应用，与X射线无关，故D错误。
考点三 传感器
1.传感器的工作原理：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
传感器应用的一般模式如图所示：
2.常见敏感元件
(1)光敏电阻
①特点：一般情况下，光照越强，电阻越小。
②原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。
③作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
(2)热敏电阻和金属热电阻
①热敏电阻
热敏电阻一般由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线。
②金属热电阻
有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
③作用：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。
(3)电阻应变片
①作用：电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
②电子秤的组成及敏感元件：由金属梁和电阻应变片组成，敏感元件是应变片。
③电子秤的工作原理
金属梁自由端受力F⇒金属梁发生弯曲⇒应变片的电阻变化⇒两应变片上电压的差值变化
例6 (来自教材改编)如图所示为苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在压力传感器R1上。R1所受压力越大阻值越小，当R2两端电压超过某一值时，使控制电路接通，电磁铁吸动分拣开关的衔铁。该控制电路中包含保持电路，能够确保苹果在分拣板上运动时电磁铁始终保持吸动状态。下列说法正确的是( )
A.为了选出质量更大的苹果可以增加缠绕电磁铁线圈的匝数
B.为了选出质量更大的苹果可以将电源A的输出电压减小
C.为了选出质量更大的苹果可以增大R2的阻值
D.质量大的苹果将进入上通道
答案 B
解析 大苹果通过托盘秤时，R2两端的电压达到使控制电路接通的电压，使电磁铁吸动分拣开关的衔铁，大苹果进入下面的通道，故D错误；由题意：当R2两端电压超过某一值时，使控制电路接通，电磁铁吸动分拣板的衔铁。可知控制电路是否接通是由R2决定的，与电磁铁线圈匝数无关，故A错误；为了选出质量更大的苹果，就要使得R2两端电压保持不变，因R1减小，而其他条件不变的情况下，只能减小和传感器R1相连接电路中电源A的输出电压，故B正确；为了选出质量更大的苹果，就要使得R2两端电压保持不变，因压力越大，电阻R1越小，此时回路中的电流就越大，R2的电压就会变得更大，则要想保持R2的电压和原来一致，则只适当减小R2的阻值，故C错误。
例7 (2025·河南卷·11)实验小组研究某热敏电阻的特性，并依此利用电磁铁、电阻箱等器材组装保温箱。该热敏电阻阻值随温度的变化曲线如图甲所示，保温箱原理图如图乙所示。回答下列问题：
(1)图甲中热敏电阻的阻值随温度的变化关系是 (填“线性”或“非线性”)的。
(2)存在一个电流值I0，若电磁铁线圈的电流小于I0，衔铁与上固定触头a接触；若电流大于I0，衔铁与下固定触头b接触。保温箱温度达到设定值后，电磁铁线圈的电流在I0附近上下波动，加热电路持续地断开、闭合，使保温箱温度维持在设定值。则图乙中加热电阻丝的c端应该与触头 (填“a”或“b”)相连接。
(3)当保温箱的温度设定在50 ℃时，电阻箱旋钮的位置如图丙所示，则电阻箱接入电路的阻值为 Ω。
(4)若要把保温箱的温度设定在100 ℃，则电阻箱接入电路的阻值应为 Ω。
答案 (1)非线性 (2)a (3)130.0 (4)210.0
解析 (1)根据题图甲可知热敏电阻的阻值随温度的变化关系是非线性的。
(2)根据题图甲可知温度升高，热敏电阻的阻值变小，根据欧姆定律可知流过电磁铁线圈的电流变大，衔铁与下固定触头b接触，此时加热电阻丝电路部分断开连接，停止加热，可知题图乙中加热电阻丝的c端应该与触头a相连接。
(3)由题图丙可知电阻箱接入电路的阻值为100×1 Ω+10×3 Ω=130.0 Ω
(4)根据题图甲和(3)可知，当温度为50 ℃时，热敏电阻的阻值为180 Ω，电阻箱接入电路的电阻为130.0 Ω，当温度为100 ℃时，热敏电阻的阻值为100 Ω，要想将保温箱的温度设定在100 ℃，则要使100 ℃时控制电路中的电流与50 ℃时相同，即控制电路的总电阻不变，则此时电阻箱接入电路的电阻为180 Ω+130.0 Ω-100 Ω=210.0 Ω。
课时精练
[分值：40分]
[1~5题，每题4分]
1.5G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速的数据传播速率，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信号波长更长
答案 C
解析 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；5G信号相比于4G信号的频率高，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。
2.(2025·浙江省一模)干簧管是能够感知磁场的常用传感元件，小明在实验中发现一个常开型干簧管，即初始状态两金属片断开，下列哪些操作不能使干簧管闭合( )
答案 A
解析 干簧管的簧片触点需要被不同的极性磁化才能正常工作，如果磁铁正对触点中心，簧片两端磁化的极性相同，根据“同性相斥”的原理，簧片无法被吸引闭合，则选项A操作不能使干簧管闭合，选项B、C、D操作均能使干簧管闭合。故选A。
3.(2025·江苏卷·5)如图所示。将开关S由a拨到b，使电容器C与线圈L构成回路。以电容器C开始放电取作0时刻，能正确反映电路中电流i随时间t变化关系的图像是( )
答案 A
解析 根据题意可知，将开关由a拨到b时，电容器和自感线圈组成回路，此回路为振荡电路，产生周期性变化的振荡电流，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，最大电流越来越小。故选A。
4.(多选)(2025·海南海口市模拟)如图(a)所示的LC振荡电路中，电容器C极板上的带电量q随时间t变化的规律如图(b)所示，则该振荡电路( )
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的极板间距，则周期会增大
D.t=4×10-6 s，电路中电流为零
答案 AD
解析 由题图(b)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，根据能量守恒定律可知，此时磁场能最小，故B错误；根据C=εrS4πkd，可知增大电容器的极板间距，电容器的电容减小，根据T=2πLC，可知周期会减小，故C错误；根据I=qt，可知q-t图像中图线的斜率表示电路中的电流，所以t=4×10-6 s时，电路中电流为零，故D正确。
5.(多选)(来自教材改编)如图，为测量储物罐中不导电液体的高度，有人设计了一个监测液面高度变化的传感器。将与储物罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储物罐中，电容C可通过开关S与电感或电源相连，当开关从a拨到b时，由电感L和电容C构成的回路中产生振荡电流。通过检测振荡电流的频率变化，可以推知液面的升降情况。关于此装置，下面说法正确的是( )
A.电源电动势越小，则振荡电流的频率越低
B.当电路中电流最大时，电容器两端的电压最小
C.开关a拨向b瞬间，电感L的自感电动势为零
D.检测到振荡电流的频率增加，说明液面高度在降低
答案 BD
解析 振荡电流的频率为f=12πLC，则振荡频率与电源电动势无关，故A错误；当电路中电流最大时，电容器放电完毕，此时电容器两端电压最小，故B正确；开关a拨向b瞬间，电流最小，电流变化率最大，即电感L的自感电动势最大，故C错误；检测到振荡电流的频率增加，说明电容器的电容减小，根据C=εrS4πkd，可知εr减小，即液面高度在降低，故D正确。
6.(6分)(2024·浙江1月选考·16Ⅲ)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表：
某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E=3 V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3 kΩ、5 kΩ、12 kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20 ℃，现要求将室内温度控制在20~28 ℃范围，且1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是 ，定值电阻R的阻值应选 kΩ，1、2两端的电压小于 V时，自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。
答案 C 3 1.8
解析 电路A，定值电阻和热敏电阻并联，电压不变，故不能实现电路的控制，故A错误；电路B，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，定值电阻分到的电压越小，无法实现1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，故B错误；电路C，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，热敏电阻分到的电压越大，可以实现1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，故C正确；由热敏电阻Rt在不同温度时的阻值表可知，20 ℃的阻值为60×100 Ω=6 kΩ，由题意可知U12=RtRt+RE=6kΩ6kΩ+R×3 V=2 V，解得R=3 kΩ；28 ℃时关闭加热系统，此时热敏电阻阻值为4.5 kΩ，此时1、2两端的电压U12'=34.5×103+3×103×4.5×103 V=1.8 V，1、2两端的电压小于1.8 V时，自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。
[7题6分]
7.图甲为某种车辆智能道闸系统的简化原理图，预埋在地面上的地感线圈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，则下列有关说法错误的是( )
A.t1时刻电容器间的电场强度为最小值
B.t1~t2时间内，电容器处于充电过程
C.汽车靠近线圈时，振荡电流频率变小
D.从图乙波形可判断汽车正靠近地感线圈
答案 D
解析 t1时刻电流最大，线圈中磁场能最大，电容器中电场能最小，电容器间的电场强度为最小值，故A正确；t1~t2时间内，电流逐渐减小，线圈中磁场能减小，电容器中电场能增大，电容器处于充电过程，故B正确；当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，根据T=2πLC，可知周期变大，频率越来越小，故C正确；由题图乙可知，振荡电流频率越来越大，则线圈自感系数变小，汽车正远离地感线圈，故D错误。
8.(8分)(2024·河北卷·12)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表0~20V、数字电流表0~20mA、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，1.5 A)、白炽灯、可调电阻R10~50kΩ、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)(1分)判断发光二极管的极性使用多用电表的“×10 k”电阻挡测量二极管的电阻。如图甲所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图乙)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图乙)，由此判断M端为二极管的 (填“正极”或“负极”)。
(2)(5分)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性：
①采用图丙中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的 、 、 接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
②图丁为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而 (填“增大”或“减小”)。
(3)(2分)组装光强报警器电路并测试其功能，图戊为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应 (填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。
答案 (1)负极 (2)①A A D(或C) ②减小 (3)增大
解析 (1)根据电阻表结构，使用时电阻表黑表笔接内部电源正极，故当黑表笔接M端时电阻无穷大，说明M端为二极管的负极。
(2)①电压表、电流表读数从零开始，所以滑动变阻器采用分压式接法，故L1、L2接滑动变阻器A接线柱，L3必须接在金属杆两端接线柱任意一个，即C或D。
②由图像可知，随光照强度增加，I-U图像斜率增大，所以电阻减小。
(3)三极管未导通时，RG与R1串联。随着光强增强，RG电阻减小，此时三极管仍未导通，说明R1分压小，故需要增大R1。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
电磁波谱
频率/Hz
真空中波长/m
特性
应用
递变规律
无线电波
10-4
波动性强，易发生衍射
无线电技术
波长越长，越容易产生干涉、衍射现象，波长越短，穿透能力越强。不同频率的电磁波在同一种介质中传播时，频率越高，折射率越大，速度越小
红外线
1011~1015
10-7~10-3
热效应
红外遥感
可见光
1015
10-7
引起视觉
照明、摄影
紫外线
1015~1016
10-8~10-7
化学效应、荧光效应、灭菌消毒
医用消毒、防伪
X射线
1016~1019
10-11~10-8
穿透本领强
检查、医用透视
γ射线
>1019