2018-2019版高中物理 第三章 电磁振荡 电磁波（课件+学案）（打包6套）教科版选修3-4.zip

11 电磁振荡2 电磁场和电磁波[学习目标] 1.了解振荡电流、 LC 回路中振荡电流的产生过程，会求 LC 回路的周期与频率.2.了解阻尼振荡和无阻尼振荡.3.了解麦克斯韦电磁理论的基础内容以及在物理学发展史上的意义.4.了解电磁波的基本特点及其发展过程，通过电磁波体会电磁场的物理性质.一、电磁振荡1.振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流.2.振荡电路：能够产生振荡电流的电路.3.LC 振荡电路及充、放电过程(1)LC 振荡电路：由线圈 L 和电容器 C 组成的电路，是最简单的振荡电路.(2)电容器放电：由于电感线圈对交变电流的阻碍作用，放电电流不能立即达到最大值，而是由零逐渐增大，线圈产生的磁场逐渐增强，电容器里的电场逐渐减弱，电场能逐渐转化为磁场能.放电完毕后，电场能全部转化为磁场能.(3)电容器充电：电容器放电完毕，由于线圈的自感作用，电流并不立即消失，仍保持原来的方向继续流动，电容器被反向充电.在这个过程中，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能，充电完毕时，磁场能全部转化为电场能.4.无阻尼振荡和阻尼振荡(1)无阻尼振荡：如图 1 所示，如果没有能量损失，振荡电流的振幅永远保持不变的电磁振荡.图 1(2)阻尼振荡：如图 2 所示，能量逐渐损耗，振荡电流的振幅逐渐减小，直到停止振荡的电磁振荡.图 22二、电磁振荡的周期和频率1.周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间.频率：1s 内完成的周期性变化的次数.2.固有周期和频率振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率叫做振荡电路的固有周期、固有频率，简称振荡电路的周期和频率.3.LC 振荡电路的周期 T 和频率 f 跟电感线圈的电感 L 和电容器的电容 C 的关系是 T＝2π、 f＝ .LC12π LC三、麦克斯韦电磁理论的两个基本假设1.变化的磁场能够在周围空间产生电场(1)磁场随时间变化快，产生的电场强；(2)磁场随时间的变化不均匀时，产生变化的电场；(3)稳定的磁场周围不产生电场.2.变化的电场能够在周围空间产生磁场.(1)电场随时间变化快，则产生的磁场强；(2)电场随时间的变化不均匀，产生变化的磁场；(3)稳定的电场周围不产生磁场.四、电磁场和电磁波1.电磁场变化的电场和变化的磁场交替产生，形成的不可分割的统一体.2.电磁波的产生：由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波.3.麦克斯韦在 1865 年从理论上预见了电磁波的存在，1888 年物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在.赫兹还运用自己精湛的实验技术测定了电磁波的波长和频率，得到了电磁波的传播速度，证实了这个速度等于光速.4.电磁波的波长 λ 、波速 v 和周期 T、频率 f 的关系：λ ＝ vT＝ .vf5.电磁波在真空中的传播速度 v＝ c≈3×10 8m/s.3[即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)LC 振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小，电场能最大.( × )(2)要提高 LC 振荡电路的振荡频率，可以减小电容器极板的正对面积.( √ )(3)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场.( × )(4)电磁波是横波.( √ )2.在 LC 振荡电路中，电容器 C 带的电荷量 q 随时间 t 变化的图像如图 3 所示.1×10 －6 s 到2×10－6 s 内，电容器处于(填“充电”或“放电”)过程，由此产生的电磁波的波长为 m.图 3答案 充电 1200一、电磁振荡的产生[导学探究] 如图 4 所示，将开关 S 掷向 1，先给电容器充电，再将开关掷向 2.图 4(1)在电容器通过线圈放电过程中，线圈中的电流怎样变化？电容器的电场能转化为什么形式的能？(2)在电容器反向充电过程中，线圈中电流如何变化？电容器和线圈中的能量是如何转化的？(3)线圈中自感电动势的作用是什么？答案 (1)电容器放电过程中，线圈中的电流逐渐增大，电容器的电场能转化为磁场能.(2)电容器反向充电过程中，线圈中电流逐渐减小，线圈中的磁场能转化为电容器的电场能.(3)线圈中电流变化时，产生的自感电动势阻碍电流的变化.[知识深化] 振荡过程各物理量的变化规律4项目过程 电荷量q电场强度 E电势差 U电场能电流 i磁感应强度 B磁场能0～T4电容器放电减少 减小 减小 减少 增大 增大 增加t＝ 时刻T40 0 0 0 最大 最大 最大～T4 T2反向充电增加 增大 增大 增加 减小 减小 减少t＝T2时刻最大 最大 最大 最大 0 0 0～T2 3T4反向放电减少 减小 减小 减少 增大 增大 增加t＝3T4时刻0 0 0 0 最大 最大 最大～ T3T4电容器充电增加 增大 增大 增加 减小 减小 减少例 1 (多选)如图 5 所示， L 为一电阻可忽略的线圈，D 为一灯泡， C 为电容器，开关 S 处于闭合状态，灯泡 D 正常发光，现突然断开 S，并开始计时，能正确反映电容器 a 极板上电荷量 q 及 LC 回路中电流 i(规定顺时针方向为正)随时间变化的图像是(图中 q 为正值表示 a 极板带正电)( )图 55答案 BC解析 S 断开前，电容器 C 断路，线圈中电流从上到下，电容器不带电；S 断开时，线圈 L中产生自感电动势，阻碍电流减小，给电容器 C 充电，此时 LC 回路中电流 i 沿顺时针方向(正向)最大；给电容器充电过程，电容器带电荷量最大时( a 板带负电)，线圈 L 中电流减为零.此后， LC 回路发生电磁振荡形成交变电流.综上所述，选项 B、C 正确.LC 振荡电路充、放电过程的判断方法1.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.2.根据物理量的变化趋势判断：当电容器的电荷量 q (电压 U、场强 E、电场能 EE)增大或电流 i(磁感应强度 B、磁场能 EB)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程.3.根据能量判断：电场能增加时，充电；磁场能增加时，放电.例 2 (多选) LC 振荡电路中，某时刻的磁场方向如图 6 所示，则( )图 6A.若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由 b 向 aB.若磁场正在减弱，则电场能正在增加，电容器上极板带负电C.若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上极板带正电D.若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由 a 向 b答案 ABC解析 若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由 b 向a，电场能增加，上极板带负电，故选项 A、B 正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由 b 向 a，上极板带正电，故选项 C 正确，D 错误.二、电磁振荡的周期和频率1.由公式 T＝2π 、 f＝ 可知 T、 f 取决于 L、 C，与极板所带电荷量、两板间电压LC12π LC无关.2.L、 C 的决定因素L 一般由线圈的长度、横截面积、单位长度上的匝数及有无铁芯决定，电容 C 由公式 C＝6可知，与电介质的介电常数 ε r、极板正对面积 S 及板间距离 d 有关.ε rS4π kd例 3 要想增大 LC 振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是( )A.增大电容器两极板的间距B.升高电容器的充电电压C.增加线圈的匝数D.在线圈中插入铁芯答案 A解析 LC 振荡电路中产生的振荡电流的频率 f＝ ，要想增大频率，应该减小电容12π LCC，减小线圈的电感 L，再根据 C＝ ，增大电容器两极板的间距，电容减小，所以 A 正ε rS4π kd确；升高电容器的充电电压，电容不变，B 错误；增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，电感 L 增大，故 C、D 错误.三、麦克斯韦电磁场理论[导学探究] (1)电子感应加速器就是用来获得高速电子的装置，其基本原理如图 7 所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电磁铁线圈中通入变化的电流，真空室中的带电粒子就会被加速，其速率会越来越大.请思考：带电粒子受到什么力的作用而被加速？如果线圈中通以恒定电流会使粒子加速吗？这个现象告诉我们什么道理？图 7(2)用导线将手摇发电机与水平放置的平行板电容器两极相连，平行板电容器两极板间的距离为 4cm 左右，在下极板边缘放上几个带绝缘底座的可转动小磁针，当摇动发电机给电容器充电或放电时，小磁针发生转动，充电结束或放电结束后，小磁针静止不动.请思考：小磁针受到什么力的作用而转动？这个现象告诉我们什么道理？答案 (1)带电粒子受到电场力作用做加速运动.线圈中通入恒定电流时，带电粒子不会被加速.变化的磁场能产生电场.(2)小磁针受到磁场力的作用而转动.变化的电场可以产生磁场.[知识深化] 对麦克斯韦电磁场理论的理解(1)变化的磁场产生电场①均匀变化的磁场产生恒定的电场.②非均匀变化的磁场产生变化的电场.7③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场.(2)变化的电场产生磁场①均匀变化的电场产生恒定的磁场.②非均匀变化的电场产生变化的磁场.③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场.例 4 某电路中电场随时间变化的图像如下列各图所示，能产生电磁场的是( )答案 D解析 图 A 中电场不随时间变化，不会产生磁场；图 B 和图 C 中电场都随时间做均匀的变化，只能在周围产生恒定的磁场，也不会产生和发射电磁波；图 D 中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而这个磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场.四、电磁波[导学探究] 如图 8 所示是赫兹证明电磁波存在的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，检波器上两铜球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么问题？图 8答案 当 A、 B 两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到检波器时，它在检波器中激发出感应电动势，使检波器上两铜球间也会产生电火花.这个实验证实了电磁波的存在.[知识深化] 电磁波与机械波的比较机械波 电磁波研究对象 力学现象 电磁现象周期性位移随时间和空间做周期性变化电场强度 E 和磁感应强度 B 随时间和空间做周期性变化传播情况传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速等于光速 c，在介质中传播时，波速与介质和频率都有关产生机理 由质点(波源)的振动产生 由电磁振荡激发8是横波还是纵波可能是横波，也可能是纵波横波干涉和衍射 可以发生干涉和衍射例 5 (多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是( )A.机械波和电磁波，本质上是一致的B.机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关C.机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D.它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象答案 BCD解析 机械波由波源的振动产生；电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生，机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定，电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，故选项 B、C、D 正确.1.(电磁振荡)如图 9 所示的 LC 振荡电路中，已知某时刻电流 i 的方向如图所示，且正在增大，则此时( )图 9A.A 板带正电B.线圈 L 两端电压在增大C.电容器 C 正在充电D.电场能正在转化为磁场能答案 D解析 电路中的电流正在增大，说明电容器正在放电，选项 C 错误；电容器放电时，电流从带正电的极板流向带负电的极板，则 A 板带负电，选项 A 错误；电容器放电，电容器两板间的电压减小，线圈两端的电压减小，选项 B 错误；电容器放电，电场能减小，电流增大，磁场能增大，电场能正在转化为磁场能，选项 D 正确.2.(电磁振荡的周期和频率)在 LC 振荡电路中，电容器放电时间的长短决定于( )A.充电电压的大小9B.电容器带电荷量的多少C.放电电流的大小D.电容 C 和电感 L 的数值答案 D解析 电容器放电一次经历四分之一个周期，而周期 T＝2π ， T 是由振荡电路的电容 CLC和电感 L 决定的，与充电电压、带电荷量、放电电流等无关.故选 D.3.(麦克斯韦电磁场理论)下列说法中正确的是( )A.任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场B.任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场C.任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场D.电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场答案 C解析 根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场.故选 C.4.(电磁波的特点)(多选)下列关于电磁波的说法中，正确的是( )A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B.电磁波在任何介质中的传播速度均为 3.0×108m/sC.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短D.只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波答案 AC解析 电磁波在真空中的传播速度为光速 c＝3.0×10 8m/s，且 c＝ λf ，从一种介质进入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变化.电磁波仍具有波的特征，电磁波只有在真空中的速度才为 3.0×108 m/s，在其他介质中的传播速度小于 3.0×108m/s.只有交变的电场和磁场才能产生电磁波.一、选择题考点一 电磁振荡1.(多选)在 LC 振荡电路中，若某个时刻电容器极板上的电荷量正在增加，则( )A.电路中的电流正在增大10B.电路中的电场能正在增加C.电路中的电流正在减小D.电路中的电场能正在向磁场能转化答案 BC解析 电荷量增加，电容器充电，电场能增加，磁场能减小，电流减小.故选 B、C.2.(多选) LC 振荡电路中电容器两端的电压 U 随时间 t 变化的关系图像如图 1 所示，则( )图 1A.在 t1时刻，电路中的电流最大B.在 t2时刻，电路中的磁场能最多C.在 t2至 t3的过程中，电路中的电场能不断增加D.在 t3至 t4的过程中，电容器带的电荷量不断增加答案 BC解析 t1时刻电容器两端电压最高，电路中振荡电流为零， t2时刻电容器两端电压为零，电路中振荡电流最大，磁场能最多，故选项 A 错误，选项 B 正确；在 t2至 t3的过程中，由题图可知，电容器两极板间电压增大，必有电场能增加，选项 C 正确；而在 t3至 t4的过程中，电容器两极板间电压减小，电容器带的电荷量不断减少，选项 D 错误.3.(多选)在如图 2 甲所示的 LC 振荡电路中，通过 P 点的电流随时间变化的图线如图乙所示，若把通过 P 点向右的电流规定为 i 的正方向，则( )图 2A.0 至 0.5ms 内，电容器 C 正在充电B.0.5ms 至 1ms 内，电容器上极板带正电C.在 1ms 至 1.5ms 内， Q 点比 P 点电势高D.在 1.5ms 至 2ms 内，磁场能在减少答案 CD解析 由题图乙知 0 至 0.5 ms 内 i 在增大，电容器正在放电，A 错误；0.5 ms 至 1 ms 内，电流在减小，应为充电过程，电流方向不变，电容器上极板带负电，B 错误；在 1 ms 至1.5 ms 内，为放电过程，电流方向改变， Q 点比 P 点电势高， C 正确；在 1.5 ms 至 2 ms内为充电过程，磁场能在减少，D 正确.11考点二 电磁振荡的周期和频率4.某 LC 电路的振荡频率为 520kHz，为能提高到 1040kHz，以下说法正确的是( )A.调节可变电容，使电容增大为原来的 4 倍B.调节可变电容，使电容减小为原来的14C.调节电感线圈，使线圈匝数增加到原来的 4 倍D.调节电感线圈，使线圈电感变为原来的12答案 B解析 由振荡频率公式 f＝ 可知，要使频率提高到原来的 2 倍，则可以减小电容使12π LC之变为原来的 ，或减小电感使之变为原来的 ，故 B 正确，A、C、D 错误.14 145.(多选)电子钟是利用 LC 振荡电路来工作计时的，现发现电子钟每天要慢 30s，造成这一现象的原因可能是( )A.电池用久了B.振荡电路中电容器的电容大了C.振荡电路中线圈的电感大了D.振荡电路中电容器的电容小了答案 BC解析 电子钟变慢，说明 LC 回路的振荡周期变大，根据公式 T＝2π 可知，振荡电路中LC电容器的电容变大或线圈的电感变大都会导致振荡电路的振荡周期变大.故选 B、C.6.(多选)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 C 置于储罐中，电容器可通过开关 S 与线圈 L 或电源相连，如图 3 所示.当开关从 a拨到 b 时，由 L 与 C 构成的电路中产生周期 T＝2π 的振荡电流.当罐中的液面上升时( )LC图 3A.电容器的电容减小B.电容器的电容增大C.LC 电路的振荡频率减小12D.LC 电路的振荡频率增大答案 BC解析 当罐中液面上升时，电容器两极板间的介电常数变大，则电容器的电容 C 增大，根据 T＝2π ，可知 LC 电路的振荡周期 T 增大，又 f＝ ，所以振荡频率减小，故选项LC1TB、C 正确，A、D 错误.考点三 麦克斯韦电磁场理论7.(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，以下叙述中正确的是( )A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场B.打点计时器工作时周围必有磁场和电场C.恒定的电场产生恒定的磁场，恒定的磁场激发恒定的电场D.电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者互相垂直答案 ABD8.在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感应电场的是( )答案 C解析 A 中磁场不变，则不会产生电场，故 A 错误；B 中磁场方向变化，但大小不变，不会产生恒定的电场，故 B 错误；C 中磁场随时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故 C 正确；D 中磁场随时间做非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故 D 错误.9.(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场可以产生电场.当产生的电场的电场线如图4 所示时，可能是( )图 4A.向上方向的磁场在增强B.向上方向的磁场在减弱C.向上方向的磁场先增强，然后反向减弱D.向上方向的磁场先减弱，然后反向增强答案 BD13解析 在电磁感应现象的规律中，当一个闭合电路中通过它的磁通量发生变化时，电路中就有感应电流产生，电路中并没有电源，电流的产生是由于磁场的变化造成的.麦克斯韦把以上的观点推广到不存在闭合电路的情况，即变化的磁场产生电场.判断电场与磁场变化的关系仍可利用楞次定律，只不过是用电场线方向代替了电流方向.向上方向的磁场减弱时，感应电流的磁场阻碍原磁场的减弱而方向向上，根据安培定则知感应电流方向如题图中 E的方向所示，选项 A 错误，B 正确.同理，当磁场反向即向下的磁场增强时，也会得到如题图中 E 的方向，选项 C 错误，D 正确.考点四 电磁波10.(多选)以下关于电磁波的说法中正确的是( )A.只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波B.电磁波传播需要介质C.赫兹用实验证实了电磁波的存在D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随有能量向外传递的答案 CD解析 如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，就不能再产生新的电场(或磁场)，也就不能产生电磁波；电磁波不同于机械波，它的传播不需要介质；赫兹用实验证实了电磁波的存在；电磁波具有能量，它的传播是伴随有能量传递的.故选C、D.11.关于电磁波，下列叙述中正确的是( )A.电磁波在真空中的传播速度远小于真空中的光速B.电磁波可以发生衍射现象C.电磁波和机械波一样依赖于介质传播D.随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息答案 B解析 电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光速，故 A 错误；电磁波属于波的一种，能够发生衍射现象等波特有的现象，故 B 正确；电磁波能在真空中传播，而机械波依赖于介质传播，不能在真空中传播，故 C、D 错误.12.声呐(水声测位仪)向水中发出的超声波遇到障碍物(如鱼群、潜水艇、礁石等)后被反射，测出从发出超声波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位；雷达则向空中发射电磁波，遇到障碍物后被反射，同样根据发射电磁波到接收到反射波的时间及方向，即可测算出障碍物的方位.超声波与电磁波相比较，下列说法正确的有( )A.超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量B.这两种波都既可以在介质中传播，也可以在真空中传播C.在空气中传播的速度与在其他介质中传播的速度相比较，这两种波在空气中传播时均具14有较大的传播速度D.这两种波传播时，在一个周期内均向前传播了两个波长答案 A二、非选择题13.(电磁振荡的周期和频率)如图 5 所示， LC 振荡电路中振荡电流的周期为 2×10－2 s，自振荡电流沿逆时针方向达到最大值时开始计时，当 t＝3.4×10 －2 s 时，电容器正处于(填“充电” “放电” “充电完毕”或“放电完毕”)状态.这时电容器的上极板(填“带正电”“带负电”或“不带电”).图 5答案 充电 带正电解析 根据题意画出此 LC 电路的振荡电流随时间的变化图像如图所示.结合图像， t＝3.4×10 －2 s 时刻设为图像中的 P 点，则该时刻正处于反向电流减小的过程，所以电容器正处于反向充电状态，上极板带正电.14.(电磁振荡的周期和频率) LC 振荡电路的电容 C＝556pF，电感 L＝1mH，若能向外发射电磁波，则其周期是多少？电容器极板所带电荷量从最大变为零，经过的最短时间是多少？答案 4.68×10 －6 s 1.17×10 －6 s解析 T＝2π LC＝2×3.14× s≈4.68×10 －6 s1×10－ 3×556×10－ 12LC 振荡电路周期即其发射的电磁波周期，电容器极板上所带电荷量由最大变为零，经过的最短时间为 ，T4则 t＝ ＝1.17×10 －6 s.T413 电磁波谱 电磁波的应用4 无线电波的发射、传播和接收[学习目标] 1.了解电磁波各波段的特性和主要作用.2.了解电磁波的应用和在科技、经济、社会发展中的作用.3.了解有效地发射电磁波的两个条件.4.了解调制、调幅、调谐、电谐振在电磁波发射、接收过程中的作用.一、电磁波谱 电磁波的应用1.电磁波谱：按电磁波的波长(或频率)大小的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱.2.电磁波谱按频率由小到大的顺序排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ 射线.3.不同电磁波的特点及应用(1)无线电波：波长从几毫米到几十千米的电磁波，主要用于通信、广播及其他信号传播.(2)红外线①波长位于微波和可见光之间的电磁波.波长范围在 760～10 6nm.②应用：遥控、加热、红外线遥感.(3)紫外线①波长范围为 60～400nm，不能直接引起视觉.②应用：灭菌消毒、防伪、有助于人体合成维生素 D.(4)X 射线①波长比紫外线还短的电磁波.②特点：穿透能力很强.③应用：可用于检查工件内部、透视人体.(5)γ 射线①比 X 射线波长更短的电磁波，波长范围为 10－7 ～10 －2 nm.②特点：穿透能力比 X 射线更强.③应用：工业上进行探伤；医学上用来治疗某些疾病.二、无线电波的发射、传播和接收1.无线电波的发射(1)要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有如下特点：2第一，振荡电路产生的电场和磁场必须分布到广大的开放空间中，才能有效地把电磁场的能量传播出去.第二，要有足够高的振荡频率.(2)载波：用来“运载”信号的高频等幅波.(3)调制：把传递的信号“加”到载波上的过程.分类Error!2.无线电波的传播(1)地波：沿地球表面空间传播的无线电波.适用于能够绕过地面障碍物的长波、中波和中短波.短波和微波不宜用地波传播.(2)天波：依靠电离层的反射来传播的无线电波.适用于不易吸收和穿过电离层而易被电离层反射的短波.实验证明：微波易穿过电离层进入太空，长波易被电离层吸收.(3)直线传播：沿直线传播的电磁波，叫做空间波或视波.适用于微波.3.无线电波的接收(1)接收原理电磁波在传播过程中如果遇到导体，会在导体中产生感应电流.因此空中的导体可以用来接收电磁波.(2)电磁谐振(电谐振)当振荡电路的固有频率跟传播来的电磁波的频率相等时，电路中激起的感应电流最强.(3)调谐使接收电路产生电谐振的过程.调谐电路：能够调谐的接收电路.[即学即用] 判断下列说法的正误.(1)各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是 γ 射线.( × )(2)X 射线的穿透本领比 γ 射线更强.( × )(3)低温物体不能辐射红外线.( × )(4)调制就是将低频信号变成高频信号，再放大后直接发射出去.( × )(5)当处于电谐振时，只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流.( × )3一、电磁波谱及电磁波的应用[导学探究] 电磁波在我们日常生活中应用相当广泛，请你列举出下列电磁波的应用实例：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和 γ 射线.答案 无线电波：收音机；微波：电视机；红外线：电烤箱；可见光：人可看到的五彩缤纷的世界；紫外线：紫外线消毒灯；X 射线：X 光透视机；γ 射线：γ 射线探伤.[知识深化] 不同电磁波的特性及应用电磁波谱无线电波 红外线 可见光 紫外线 X 射线 γ 射线频率 由左向右，频率变化为由小到大真空中的波长由左向右，波长变化为由长到短特性 波动性强 热效应强感光性强化学作用、荧光效应强穿透力强穿透力最强用途通信、广播、天体物理研究遥控、遥测、加热、红外摄像、红外制导照明、照相等日光灯、杀菌、防伪、治疗皮肤病等检查、探测、透视、治疗探测、治疗例 1 (多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是( )A.波长不同的电磁波在本质上完全相同B.电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象C.电磁波谱的频带很宽D.电磁波的波长很短，所以电磁波的频带很窄答案 AC解析 电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的，只是波长或频率不同而已.其中最长波长是最短波长的 1021倍以上.例 2 下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上.(1)X 光机，.(2)紫外线灯，.(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好.这里的“神灯”是利用.A.光的全反射B.紫外线具有很强的荧光作用C.紫外线具有杀菌消毒作用4D.X 射线有很强的贯穿力E.红外线具有显著的热效应F.红外线波长较长，易发生衍射答案 (1)D (2)C (3)E解析 (1)X 光机是用来透视人体内部器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的 X射线，故选择 D.(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，故选择C.(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，故选择 E.二、无线电波的发射、传播和接收[导学探究]1.将两根铝管固定在感应圈的两极上，另两根铝管接微安表头并固定在绝缘手柄上，如图1 所示.图 1(1)接通感应圈电源，把手柄上两铝管平行靠近感应圈上的两铝管，你看到了什么现象？为什么？(2)当把感应圈两极上的铝管拆掉后，把手柄靠近感应圈有什么现象？为什么？答案 (1)微安表头指针偏转，这说明绝缘手柄上的铝管接收到了电磁波.(2)没有装铝管时，微安表头指针不偏转，说明绝缘手柄上的铝管没有接收到电磁波.因为发射电磁波要有天线.2.按图 2 甲，用两个莱顿瓶(附矩形发射框和带氖泡的矩形接收框)、感应圈和直流电源连成电路.如图乙所示，发射框上的铜球与莱顿瓶上的铜球相距约 1～2cm，氖泡两端分别接莱顿瓶的内壁和外壁金属箔.感应圈高压加在铜球和莱顿瓶上，使铜球间发生火花放电.调节接收框上的可移动的竖直金属滑动杆，使它从最右端慢慢向左移动，观察接收框上的氖泡发光有什么变化？并说明产生这种变化的原因.5图 2答案 在 滑 动 杆 向 左 滑 动 的 过 程 中 ， 氖 泡 先 变 亮 后 变 暗 ， 当 矩 形 接 收 框 与 发 射 框 的 大 小 差不 多 时 氖 泡 最 亮 .当 两 框 大 小 相 等 时 ， 两 框 的 电 感 接 近 相 等 ， 与 莱 顿 瓶 组 成 的 LC 振 荡 电 路 的固 有 频 率 接 近 相 同 ， 发 射 电 路 与 接 收 电 路 发 生 电 谐 振 ， 接 收 框 接 收 到 的 信 号 最 强 ， 所 以 氖泡 最 亮 .[知识深化]1.无线电波的发射、传播和接收过程2.对概念的理解(1)“调幅”和“调频”都是调制过程，解调是调制的逆过程.(2)电谐振就是电磁振荡中的“共振”.(3)调谐与电谐振不同，电谐振是一个物理现象，而调谐则是一个操作过程.例 3 为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力，对 LC 振荡电路的结构可采用下列哪些措施( )A.增大电容器极板的正对面积B.增大电容器极板的间距C.增大电感线圈的匝数D.提高供电电压答案 B解析 要增大无线电波向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，即减小 L 或减小C，要减小 L，可通过减小线圈匝数、向外抽铁芯的方法；要减小 C，可采用增大板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法.故 B 正确.例 4 在如图 3 所示的电路中， C1＝200pF， L1＝40μH， L2＝160μH，怎样才能使回路 2与回路 1 发生电谐振？发生电谐振的频率是多少？6图 3答案 改变可变电容器 C2的电容，使得 C2为 50pF 1.78MHz解析 发生电谐振时两电路的固有频率相同.为使回路发生电谐振，可以改变可变电容器C2的电容，使 f2＝ f1，即 ＝12π L2C2 12π L1C1C2＝ ＝ pF＝50 pF.L1C1L2 40×200160发生电谐振时的频率f1＝ ≈1.78×10 6 Hz＝1.78 MHz.12π L1C11.(电磁波谱)(多选)在电磁波中，波长按从长到短排列的是( )A.无线电波、可见光、红外线B.无线电波、可见光、γ 射线C.红光、黄光、绿光D.紫外线、X 射线、γ 射线答案 BCD解析 电磁波谱按波长从长到短的排列顺序依次是无线电波→红外线→可见光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)→紫外线→X 射线→γ 射线，由此可知 B、C、D 选项正确.2.(电磁波的特性及应用)电磁波在生活中有着广泛的应用.不同波长的电磁波具有不同的特性，因此也有不同的应用.下列器材与其所应用的电磁波对应关系不正确的是( )A.雷达——无线电波B.手机——X 射线C.紫外消毒柜——紫外线D.遥控器——红外线答案 B解析 雷达是利用了无线电波中的微波来测距的，故 A 正确；手机采用的是无线电波，X射线对人体有很大的辐射，不能用于通信，故 B 错误；紫外线具有很强的消毒作用，故 C正确；红外线可以用于遥控器，故 D 正确.3.(电磁波的发射)(多选)关于电磁波的发射过程，下列说法正确的是( )A.必须对信号进行调制B.必须使信号产生电谐振7C.必须把传输信号加到高频电流上D.必须使用开放回路答案 ACD解析 在电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，把传输信号加到高频电流上.为了有效地向外发射电磁波，必须使用开放电路，A、C、D 正确.而产生电谐振是在接收过程中，B 错误.4.(电磁波的接收)一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波，打开收音机后盖，在磁棒上能看到两组线圈，其中一组是用细线密绕匝数多的线圈，另一组是用粗线疏绕匝数少的线圈，由此可以判断( )A.匝数多的电感大，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波B.匝数多的电感小，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波C.匝数少的电感小，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波D.匝数少的电感大，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波答案 A解析 根据匝数多密绕的线圈电感大、匝数少疏绕的线圈电感小，可排除 B、D 选项；根据T＝2π ，电感越大，回路固有频率越小，可排除 C 选项；根据 c＝ fλ ，频率越小，波LC长越长，故用细线密绕匝数多的线圈可用于接收中波，可知 A 选项是正确的.一、选择题考点一 电磁波谱1.一种电磁波入射到半径为 1m 的孔上，可发生明显的衍射现象，这种波属于电磁波谱中的( )A.可见光 B.γ 射线 C.无线电波 D.紫外线答案 C2.在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线(X 射线)三个波段的频率大小关系是( )A.红外线的频率最大，可见光的频率最小B.伦琴射线的频率最大，红外线的频率最小C.可见光的频率最大，红外线的频率最小D.伦琴射线的频率最大，可见光的频率最小答案 B解析 在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线(X 射线)按照频率从大到小的排列顺序是：伦琴射线(X 射线)、可见光、红外线.8考点二 电磁波的特性及应用3.(多选)电磁波按波长大小的顺序把它们排列成谱，如图 1 所示，由电磁波谱可知( )图 1A.微波是不可见光B.红外线可以灭菌消毒C.紫外线的波长比红外线长D.X 射线能穿透物质，可以用来检查生物骨骼结构答案 AD解析 微波是不可见光，选项 A 正确；红外线有热效应，紫外线可以灭菌消毒，选项 B 错误；紫外线的波长比红外线短，选项 C 错误；X 射线穿透性强，可以用来检查生物骨骼结构，选项 D 正确.4.关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( )A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.太阳光中的可见光和医院“B 超”中的超声波传播速度相同D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的 X 射线波长相同答案 B解析 声波、电磁波都能传递能量和信息，A 项错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波又涉及声波，B 项正确；可见光属于电磁波，B 超中的超声波是声波，波速不同，C 项错误；红外线波长较 X 射线波长长，故 D 项错误.5.在烤箱中能看见一种淡红色的光，下列关于这种光的说法中正确的是( )A.是电热丝发出的红外线B.是电热丝发出的红光C.主要是利用这种光为食物加热D.给食物加热是利用比这种光波长更短的电磁波答案 B解析 烤箱中看到的淡红色的光是可见的红光，起加热作用的主要是波长较长的红外线，而不是红光，故正确选项为 B.6.“红外夜视仪”在夜间也能看清黑暗中的物体，主要是因为( )9A.“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体B.一切物体均在不停地辐射红外线C.一切高温物体均在不停地辐射红外线D.“红外夜视仪”发射出 γ 射线，被视物体受到激发而放出红外线答案 B解析 所有物体都发射红外线，因而“红外夜视仪”可以看清黑暗中的物体.7.如图 2 所示的容器中盛有含碘的二硫化碳溶液，在太阳光的照射下，地面呈现的是圆形黑影，在黑影中放一支温度计，可发现温度计显示的温度明显上升，则由此可判定( )图 2A.含碘的二硫化碳溶液对于可见光是透明的B.含碘的二硫化碳溶液对于紫外线是不透明的C.含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的D.含碘的二硫化碳溶液对于红外线是不透明的答案 C解析 紫外线具有荧光效应，红外线热效应明显，可见光有视觉感应，地面呈现的是圆形黑影，说明含碘的二硫化碳溶液对于可见光是不透明的；温度计显示的温度明显上升，红外线热效应明显，故说明含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的.故选 C.考点三 无线电波的发射、传播和接收8.(多选)关于无线电广播过程，下列说法正确的是( )A.话筒将声音信号转变成音频信号B.每个电台都能使用任意频率发射电磁波信号C.接收机上的天线，直接接收来自广播台的声音信号D.收音机上的“调谐”旋钮起到选台的作用答案 AD解析 话筒是声传感器，将声音信号转变成音频信号(低频电信号)，故 A 正确；每个电台发射的电磁波的频率都是特定的，故 B 错误；接收机上的天线，通过电谐振原理将所需信号从众多的电磁波信号中选出来，故 C 错误；收音机上的“调谐”旋钮通过改变自身频率，利用电谐振原理将所需信号从众多的电磁波信号中选出来，起到选台的作用，故 D 正确.9.世界各地有许多无线电台同时广播，用收音机一次只能收听到某一电台的播音，而不是10同时收听到许多电台的播音，其原因是( )A.收听到的电台离收音机最近B.收听到的电台频率最高C.接收到的电台电磁波能量最强D.接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的频率相同，产生了电谐振答案 D解析 选台就是调谐过程，使 f 固 ＝ f 电磁波 ，在接收电路中产生电谐振激起的感应电流最强，故选 D.10.(多选)如图 3 所示，调谐电路可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到较高频率电台发出的电信号，要收到电信号，可采用以下哪种措施( )图 3A.增大调谐电路中线圈的匝数B.加大电源电压C.减少调谐电路中线圈的匝数D.将线圈中的铁芯取走答案 CD解析 当调谐电路的固有频率等于接收电磁波的频率时，发生电谐振才能较好地收到电台信号.题图调谐电路收不到信号的原因是调谐电路的固有频率低，由 f＝ 知，在 C 无12π LC法再调节的情况下，可减小 L 以提高 f，故选项 C、D 正确.11.收音机中的调谐电路线圈的电感为 L，要想接收波长为 λ 的电台信号，应把调谐电路中电容器的电容调至( c 为光速)( )A. B.λ2π Lc 12π LcλC. D.λ 22π Lc2 λ 24π 2Lc2答案 D解析 由 T＝2π ，在真空中 c＝ 得， C＝ ，故选 D.LCλ T λ 24π 2Lc21112.(多选)图 4 甲为一个调谐接收电路，图乙、丙、丁为电路中的电流随时间变化的图像，则( )图 4A.i1是 L1中的电流图像 B.i1是 L2中的电流图像C.i2是 L2中的电流图像 D.i3是流过耳机的电流图像答案 ACD解析 L1中由于电磁感应，产生的感应电流的图像同题图乙相似，但是由于 L2和 D 串联，所以当 L2的电压与 D 反向时，电路不通，因此这时 L2中没有电流，所以 L2中的电流图像应是题图丙.高频部分通过 C2，通过耳机的电流如同题图丁中的 i3，只有低频的音频电流，故选项 A、C、D 正确.二、非选择题13.(电磁波的接收)收音机调谐回路中可变电容器旋到电容为 100pF 时能收到波长为 300m的电磁波，如果要收到波长为 240m 的电磁波，可变电容器的电容要调为多少？这个回路的电感为多少？答案 64pF 2.5×10 －4 H解析 根据 v＝ λf 和 f＝ ，有 λ ＝ v·2π ，12π LC LC其中 v＝3×10 8m/s，则 300＝3×10 8×2π L×100×10－ 12240＝3×10 8×2π LC′解得： L≈2.5×10 －4 H， C′＝64pF.