粤教版高中物理选择性必修第二册第4章章末综合提升学案

这是一份粤教版高中物理选择性必修第二册第4章章末综合提升学案，共14页。

主题1　理解电磁振荡的三个“两”1．两类物理量一类是与电场有关的物理量，一类是与磁场有关的物理量。(1)电流i，它决定了磁场能的大小。振荡电流i在电感线圈中形成磁场，因此，线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ和磁场能E磁具有与之相同的变化规律。(2)电量q，它决定了电场能的大小。电容器两极板间的电压U、场强E、电场能E电、线圈的自感电动势E的变化规律与q的相同。注意：电流i和电量q的变化不同步，规律如图所示。2．两个过程(1)充电：当电容器的电量增加时为充电过程，这个过程中电路的电流减小。(2)放电：当电容器的电量减小时为放电过程，这个过程中电路的电流增加。注意：在任意两个过程的分界点对应的时刻，各物理量取特殊值(零或最大值)。3．两类初始条件图甲和图乙所示电路，表示了电磁振荡的两类不同初始条件。(1)图甲中开关S从1合向2时，振荡的初条件为电容器开始放电。(2)图乙中开关S从1合向2时，振荡的初始条件为电容器开始充电。学习中应注意区分这两类初始条件，否则会得出相反的结论。【典例1】　(多选)如图所示，甲为LC振荡电路，通过P点的电流如图乙所示，规定逆时针方向为正方向，下列说法正确的是(　　)A．0至t1，电容器正在充电，上极板带正电B．t1到t2，电容器正在放电，上极板带负电C．在t3时刻，线圈中的自感电动势最大，且P为正极D．在t4时刻，线圈中的自感电动势最大，且P为正极BC　[0到t1，电流为正，且在减小，即电流为逆时针方向减小，说明电容器正在充电，电流方向为正电荷的运动方向，所以上极板带负电荷；t1到t2，电流为负且在增大，即电流为顺时针方向增大，说明电容器在放电，上极板带负电荷；在t3时刻，电流的变化率ΔiΔt最大，所以自感电动势E＝LΔiΔt最大，t2～t3的电流为负且减小，即顺时针减小，线圈中的感应电动势阻碍电流的减小，电容器充电，因此上极板带正电，即P点为正极；在t4时刻，电流最大，电流的变化率为零，自感电动势为零。故B、C正确，A、D错误。]紧抓住能量转化这条线，理解电磁振荡过程。在电容器充电过程中，q↑→电场↑→电场能↑→线圈中的电流i↓→磁场能↓→磁场↓。在电容器放电过程中，q↓→电场↓→电场能↓→线圈中的电流i↑→磁场能↑→磁场↑。 主题2　电磁波与机械波的区别和联系电磁波与机械波都是波，但又各有自己的特点，如能正确比较电磁波和机械波的异同，就能全面、透彻地理解这两个知识点。1．不同点2．相同点(1)都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现象。(2)都满足v＝λT＝λf。(3)波从一种介质传播到另一种介质，频率都不变。【典例2】　(多选)关于机械波和电磁波，下列说法正确的是(　　)A．机械波和电磁波都能在真空中传播B．机械波和电磁波都可以传递能量C．机械波和电磁波都能发生衍射和干涉现象D．电磁波的波速与介质无关BC　[机械波的传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质，选项A错误；干涉、衍射是波特有的现象，选项C正确；波能传递能量，选项B正确；电磁波在不同介质中，传播速度一般不同，选项D错误。](1)频率由波源决定，与介质无关。(2)电磁波可以在真空中传播也可以在介质中传播，机械波只能在介质中传播。(3)电磁波的波速与频率和介质均有关，机械波的波速仅与介质有关，与频率无关。 主题3　雷达的原理和应用1．利用雷达测定物体的距离：解决这类问题的关键是区分发射脉冲波形和反射脉冲波形，找出从发射电磁波和接收到回来的电磁波的时间差，再利用s＝12vt，求出物体的距离。2．利用雷达测定物体的速度：这类问题往往要有两个(或两个以上)的发射脉冲与反射脉冲，可以确定一段时间前后物体的两个位置或一段时间的位移，从而测出物体的速度。3．利用雷达确定物体的位置：雷达有一个可以转动的天线，它能向一定方向发射无线电(微波)脉冲，雷达可根据发射无线电波的方向和仰角，再参考所测得物体的距离，从而确定某一时刻物体的位置。实际上，这一切数据都由电子电路自动计算并在荧光屏上显示出来。【典例3】　某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10-4 s，某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示，t＝173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示，雷达荧光屏上相邻刻线间表示的时间间隔为10-4 s，电磁波的传播速度为c＝3×108 m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？[解析]　由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0＝10-4s，题图甲发射波和接收波的时间间隔t1＝4×10-4 s，题图乙时间间隔t2＝1×10-4s，所以，第一次战斗机距雷达的距离为s1＝c×t12＝6.0×104 m，第二次战斗机在雷达正上方，所以，战斗机的高度h＝c×t22＝1.5×104 m，故173 s内战斗机飞行的水平距离为s＝s12-h2≈5.8×104 m。所以v＝st≈335 m/s。[答案]　335 m/s(1)通过雷达测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。(2)通过雷达测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。章末综合测评(四)　电磁振荡与电磁波一、单项选择题1．手机通信是靠电磁波传递信息的，从理论上预言电磁波存在和第一次用实验证实电磁波存在的物理学家分别是(　　)A．安培，法拉第　　　 B．麦克斯韦，法拉第C．法拉第，赫兹　 D．麦克斯韦，赫兹D　[麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹首次用实验验证了电磁波的存在。]2．下列设备的运行与电磁波无关的是(　　)A．医院里，医生利用B超可观察到母体内的婴儿情况B．“嫦娥一号”接收地面指挥中心的运行指令实现变轨而奔向月球C．汽车上安装有GPS(全球卫星定位系统)以确定行驶路线和距离D．在大地震发生后救灾人员利用卫星电话恢复了与外界的通讯联系A　[医院里的B超是利用超声波的物理特性进行分析和治疗的，故选A。]3．关于LC振荡电路，下列说法正确的是(　　)A．当电容器充电完毕时，电路中电流最大B．当电容器开始放电时，电路中电流为零C．当电容器放电完毕时，电路中电流为零D．当电容器开始充电时，电路中电流为零B　[电容器充电完毕和开始放电是同一时刻，电路中电流为零；电容器放电完毕和开始充电是同一时刻，电路中电流最大，故只有B项正确。]4．随着无线电技术、微波技术的发展和普及，电磁辐射已成为威胁人们健康的无形污染，下列说法错误的是(　　)A．波长越长，电磁辐射对人体危害越突出B．电磁污染可以干扰通信系统、导航C．电磁辐射会影响地面站对人造卫星的控制D．电磁辐射可以从电磁波源、电磁波的传播途径以及受辐射的人三个方面进行防护A　[电磁波波长越短，频率越高，能量越强，电磁辐射对人体危害越突出，A错误；电磁辐射会干扰通信系统、导航，影响地面站对人造卫星、宇宙飞船的控制，有效地防治电磁辐射可以从电磁波源、电磁波的传播途径以及受辐射的人三个方面进行防护，B、C、D描述正确。]5．如图所示，i-t图像表示LC振荡电路的电流随时间变化的图像，在t＝0时刻，电路中电容器的M板带正电。在某段时间里，电路的磁场能在减小，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中的(　　)A．Oa段　　B．ab段　　C．bc段　　D．cd段D　[某段时间里，电路的磁场能在减小，说明电路中的电流正在减小，正在给电容器充电，而此时M极板带正电，那么一定是给M极板充电，电流方向是顺时针方向。由图像知t＝0时，电容器开始放电，又M极板带正电，结合i-t图像可知，电流以逆时针方向为正方向，因此这段时间内，电流为负，且正在减小，符合条件的只有图像中的cd段，故只有D正确。]6．在LC振荡电路中某时刻电容器两极板间的电场线方向和穿过线圈的磁感线方向如图所示，这时有(　　)A．电容器正在放电B．电路中电流正在减小C．电场能正在转化为磁场能D．线圈中产生的自感电动势正在减小B　[根据电场方向可知上极板带正电荷，又由磁场方向，根据安培定则可判断，电流方向为顺时针(大回路)，所以正在给电容器充电， 因此电流逐渐减小，磁场能转化为电场能，由于电流按正弦规律变化，变化率在增大，据法拉第电磁感应定律，知自感电动势正在增大，故选B。]7．在LC回路中产生电磁振荡的过程中(　　)A．从电容器放电开始计时，当t＝kπLC时，振荡电流最大，其中k＝0，1，2，…B．当电容器中电场强度增大时，线圈中的自感电动势与振荡电流方向相反C．向电容器充电是磁场能转化成电场能的过程D．电容器在相邻的充、放电时间内，电流方向一定相同C　[当t＝kπLC(k＝0，1，2，…)时，由图可知振荡电路电流为零，A错误；当场强增大时，即在T4～T2、34T～T时间段内，振荡电流减小，线圈中自感电动势与振荡电流方向相同，B错误；电容器充电时，电场能增大，磁场能减小，磁场能转化为电场能，C正确；相邻的充、放电时刻，由图像可知在T4～T2时间段内，电容器充电，i＞0，在T2～34T内，电容器放电，i＜0，D错误。]二、多项选择题8．下列能说明电磁波具有能量的依据是(　　)A．可见光射入人的眼睛，人看到物体B．放在紫外线区域的温度计升温很快C．收音机调到某个台时，调谐电路发生电谐振D．γ射线具有很强的贯穿能力ACD　[人眼看到物体，说明人眼感受到了可见光的能量，A正确；红外线具有加热作用，说明红外线具有能量，紫外线具有化学作用和荧光作用，B错误；电谐振现象中产生的振荡电流的能量来源于空中的无线电波，C正确；γ射线有很强的贯穿能力，说明γ射线具有很高的能量，D正确。]9．下列说法正确的是(　　)A．电磁波信号需要经过“调制”，加到高频的等幅电磁波(载波)上才能有效地发射出去B．一部手机既是电磁波发射装置，同时又是电磁波接收装置C．调频是使高频振荡信号的振幅随低频信号变化D．电视的图像信号和声音信号是通过电视台的发射天线同时发射的ABD　[电磁波信号需要经过“调制”过程加到高频的等幅电磁波(载波)上才能有效地发射出去，A正确；手机要接收信号，也要发射信号，所以它既是电磁波发射装置，同时又是电磁波接收装置，B正确；调频是使高频振荡信号的频率随低频信号变化，C错误；图像信号和声音信号都加载在电磁波上由发射天线同时发射，D正确。]10．电磁波与声波比较，下列说法正确的是(　　)A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C．由空气进入水中时，电磁波波长变短，声波波长变长D．电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的，与频率无关ABC　[声波属于机械波，传播离不开介质，故A正确；电磁波在空气中的速度接近光在真空中的速度，进入水中速度变小，而声波进入水中速度变大，故B正确；由v＝λf可知电磁波或声波由一种介质进入另一种介质时，频率不变，可见波速v与波长λ成正比，故C正确；电磁波的速度不仅与介质有关，还与频率有关，这点与声波不同，D错误。]三、非选择题11．在LC振荡电路中，如果已知电容C，并测得电路的固有振荡周期为T，即可求得电感L。为了提高测量精度，需多次改变C值并测得相应的T值，现将测得的六组数据标示在以C为横坐标，T2为纵坐标的坐标纸上，如图中用“×”表示的点。(1)T、L、C的关系为__________。(2)根据图中给出的数据点作出T2与C的关系图线。(3)求得L的值是__________。[解析]　(1)由LC电路的周期公式T＝2πLC知T2＝4π2LC。(2)由(1)问知T2-C图线为一条过坐标原点的直线，图像的斜率为4π2L，则L＝ΔT24π2ΔC正确作出图线如图(3)由L＝ΔT24π2ΔC计算出L的平均值为35.1～42.9 mH 范围内的某一数值。[答案]　(1)T2＝4π2LC　(2)见解析图　(3)38.0 mH(35.1～42.9 mH均可)12．如图所示，感应圈G上装两根带有球形电极的铜管a、b构成发射天线，两球的间隙约0.5 cm。将一根导线弯成环状，导线两端安装两个小金属球，其间留有空隙，将导线固定到绝缘支架B上靠近感应线圈放置。让感应线圈工作，当电火花在铜管a、b上两个金属球间跳动时，支架B上导线环两端的两个小球间也有电火花跳动。据此回答下列问题。(1)人类历史上，首先捕捉到电磁波的科学家是__________。(2)对于这一实验现象的解释如下，请完成其中的填空。①感应线圈本质上是一个变压器，它利用___________________将低压交流电变成数千伏的高电压，由于铜管a、b上两球间的电压很高，间隙中电场__________，空气分子被电离，从而形成一个导电通路。②当电火花在铜管a、b上的两个金属球间跳动时，必定建立了一个迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以__________的形式在空间快速传播。当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出__________，击穿导线环中的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花。③在此实验中，感应圈及金属棒构成了电磁波的__________，导线环成了电磁波的__________。[解析]　(1)建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦，而首先证实电磁波存在，并捕捉到电磁波的科学家是赫兹。(2)①感应线圈本质上是一个变压器，它利用电磁感应将低压交流电变成数千伏的高电压。由于铜管a、b上两球间的电压很高，间隙中电场很强，空气分子被电离，从而形成一个导通电路。②当电火花在铜管a、b上两个金属球间跳动时，必定建立一个迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播。当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，击穿导线环中的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花。③在此实验中，感应圈及金属棒构成了电磁波的发射器，导线环成了电磁波的检测器。[答案]　(1)赫兹　(2)①电磁感应　很强　②电磁波　感应电动势　③发射器　检测器13．如图所示，一LC回路的电感L＝0.25 H，电容C＝4 μF，在电容开始放电时设为零时刻，上极板带正电，下极板带负电，求：(1)此LC振荡电路的周期为多少？ (2)当t＝2.0×10-3s时，电容器上板带何种电荷？电流方向如何？(3)如电容器两板电压最大为10 V，则在前T4内的平均电流为多大？[解析]　(1)根据T＝2πLC可得此LC振荡电路的周期为T＝2π0.25×4×10-6 s≈6.28×10-3 s。(2)当t＝2.0×10-3s时，即从t＝0时刻开始在第二个14周期阶段，电容器反向充电，此时上板带负电荷，电流方向为逆时针方向。(3)如电容器两板电压最大为10 V，则电容器带电量最大值为Q＝CU＝4×10-5 C则在前T4内的平均电流为I＝QT4＝4×10-514×6.28×10-3 A≈2.5×10-2 A。[答案]　(1)6.28×10-3s　(2)负电　逆时针　(3)2.5×10-2A14．如图所示振荡电路中，电感L＝300 H，电容C的范围为25～270 pF，求：(1)振荡电流的频率范围；(2)若电感L＝10 mH，要产生周期T＝0.02 s的振荡电流，应配制多大的电容？[解析]　(1)由f＝12πLC得fmax＝12π×300×10-6×25×10-12 Hz≈1.8×106 Hz，fmin＝12π×300×10-6×270×10-12 Hz≈0.56×106 Hz，所以频率范围为0.56×106～1.8×106 Hz。(2)由T＝2πLC得C＝T24π2L＝0.0224π2×10×10-3 F≈10-3 F。[答案]　(1)0.56×106～1.8×106 Hz　(2)10-3 F15．如图所示的振荡电路中，线圈自感系数L＝0.5 H, 电容器电容C＝2 μF, 现使电容器上极板带正电，从接通开关S时刻算起。(π≈3.14)(1)当t＝3.0×10-2 s时，电路中电流方向如何？(2)经过多长时间，线圈中的磁场能第一次达到最大？[解析]　(1)LC振荡电路的周期T＝2πLC＝2π0.5×2×10-6 s＝6.28×10-3 s当t＝3.0×10-2 s时，t≈4.78T即434T