第3講 電磁振蕩與電磁波

第3講電磁振蕩與電磁波開始010203課前基礎(chǔ)落實——在情境遷移中理清“物理觀念”課堂提能學(xué)案——在多彩學(xué)法中精準(zhǔn)“扶弱補(bǔ)短”隨堂創(chuàng)新訓(xùn)練——在素養(yǎng)立意中把握“命題導(dǎo)向”第3講電磁振蕩與電磁波一、電磁振蕩1．振蕩電流：大小和方向都做_______迅速變化的電流。2．振蕩電路：產(chǎn)生__________的電路。由電感線圈L和電容C組成最簡單的振蕩電路，稱為____振蕩電路，如圖所示。周期性振蕩電流LC電場磁場磁場電場周期性二、電磁場與電磁波1．麥克斯韋電磁場理論2．電磁波(1)電磁場在空間由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成_______。(2)電磁波的傳播不需要_____，可在真空中傳播，在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相同(都等于______)。(3)不同頻率的電磁波，在同一介質(zhì)中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越____。(4)v＝λf，f是電磁波的頻率。電磁波介質(zhì)光速小3．電磁波的發(fā)射(1)發(fā)射條件：______電路和__________信號，所以要對傳輸信號進(jìn)行調(diào)制(調(diào)幅或調(diào)頻)。(2)調(diào)制方式①調(diào)幅：使高頻電磁波的______隨信號的強(qiáng)弱而改變。②調(diào)頻：使高頻電磁波的______隨信號的強(qiáng)弱而改變。開放高頻振蕩振幅頻率4．無線電波的接收(1)當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到無線電波的頻率_____時，激起的振蕩電流______，這就是電諧振現(xiàn)象。(2)使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作_____，能夠調(diào)諧的接收電路叫作______電路。(3)從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩信號中“檢”出調(diào)制信號的過程，叫作_____。檢波是______的逆過程，也叫作______。相同最強(qiáng)調(diào)諧調(diào)諧檢波調(diào)制解調(diào)5．電磁波譜：按照電磁波的______或_____大小的順序把它們排列成譜叫作電磁波譜。按波長由長到短排列的電磁波譜為：無線電波、紅外線、_______、紫外線、X射線、γ射線。波長頻率可見光情境創(chuàng)設(shè)旅行者1號探測器是目前離地球最遠(yuǎn)的人造天體，它通過電磁波給我們發(fā)回了上萬張神秘宇宙的照片。1990年2月14日，已經(jīng)完成主要任務(wù)的旅行者1號在距離地球60億千米之外接到了來自地球的指示，調(diào)轉(zhuǎn)照相機(jī)，朝著地球的方向拍攝了一組照片。在傳回地球的照片中，我們的地球是一個極小的暗淡藍(lán)點，看不出與其他星球的區(qū)別。時至今日，我們?nèi)匀荒軌蚪邮盏?20億千米之外旅行者1號發(fā)來的信息。微點判斷(1)電磁波在真空中和介質(zhì)中的傳播速度相同。

()(2)只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波。

()(3)變化的磁場產(chǎn)生的電場的電場線是閉合曲線。

()(4)LC振蕩電路中，回路中的電流值最大時回路中的磁場能最大。

()(5)電磁振蕩的固有周期與電流的變化快慢有關(guān)。

()(6)振蕩電路的頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。

()××√√×√(7)要將傳遞的聲音信號向遠(yuǎn)距離發(fā)射，必須以高頻電磁波作為載波。

()(8)制作天線必須用導(dǎo)體。

()(9)只有接收電路發(fā)生電諧振時，接收電路中才有振蕩電流。

()(10)解調(diào)是調(diào)制的逆過程。

()(11)紫外線在真空中的傳播速度大于可見光在真空中的傳播速度。

()(12)可利用紅外線的熒光效應(yīng)辨別人民幣的真?zhèn)巍?/p>

()√×√√××(一)電磁振蕩過程分析(固基點)

[題點全練通]1．[對LC振蕩電路的理解]無線話筒是LC振蕩電路的一個典型應(yīng)用。在LC振蕩電路中，某時刻磁場方向如圖所示，且電容器上極板帶正電，下列說法正確的是(

)A．電容器正在放電 B．振蕩電流正在減小C．電流流向沿a到b D．電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化答案：B

解析：由題圖可知，此時電容器正在充電，電路中電流正在減小，電路中的電流沿順時針方向，磁場能在向電場能轉(zhuǎn)化，故B正確，A、C、D錯誤。2．[周期公式的應(yīng)用]“救命神器”——自動體外除顫儀(AED)，它是一種便攜式的醫(yī)療設(shè)備，可以診斷特定的心律失常，并且給予電擊除顫，是可被非專業(yè)人員使用的用于搶救心搏驟?；颊叩尼t(yī)療設(shè)備。其結(jié)構(gòu)如圖所示，低壓直流經(jīng)高壓直流發(fā)生器后向儲能電容器C充電。除顫治療時，S1、S2開關(guān)撥到2，將脈沖電流作用于心臟，使患者心臟恢復(fù)正常跳動，其他條件不變時，下列說法正確的是(

)A．脈沖電流作用于不同人體時，電流大小相同B．放電過程中，電流大小不變C．電容C越小，電容器的放電時間越長D．自感系數(shù)L越小，放電脈沖電流的放電時間越短答案：D解析：脈沖電流作用于不同人體時，不同人體的導(dǎo)電性能不同，故電流大小不同，A錯誤；電容器放電過程中，隨著帶電量的減小，放電電流不是恒定的，B錯誤；3．[圖像的分析](多選)如圖(a)所示，在LC振蕩電路中，通過P點的電流變化規(guī)律如圖(b)所示，且把通過P點向右的方向規(guī)定為電流i的正方向，則

(

)A．0.5～1s時間內(nèi)，電容器C在放電B．0.5～1s時間內(nèi)，電容器C的上極板帶正電C．1～1.5s時間內(nèi)，Q點的電勢比P點的電勢高D．1～1.5s時間內(nèi)，電場能正在轉(zhuǎn)變成磁場能答案：CD

解析：0.5～1s時間內(nèi)，振蕩電流是充電電流，充電電流是由負(fù)極板流向正極板，上極板帶負(fù)電，故A、B錯誤；1～1.5s時間內(nèi)，振蕩電流是放電電流，放電電流是由正極板流向負(fù)極板，由于電流為負(fù)值，所以由Q流向P，Q點的電勢比P點的電勢高，電場能正在轉(zhuǎn)變成磁場能，故C、D正確。[要點自悟明]1．振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像2．LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法根據(jù)電流流向判斷當(dāng)電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增加，磁場能向電場能轉(zhuǎn)化，處于充電過程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，處于放電過程根據(jù)物理量的變化趨勢判斷當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、場強(qiáng)E)增大或電流i(磁場B)減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程根據(jù)能量變化判斷電場能增加時充電，磁場能增加時放電(二)麥克斯韋電磁場理論的理解與應(yīng)用(固基點)[題點全練通]1．[對麥克斯韋電磁場理論的理解]如圖甲所示，在變化的磁場中放置一個閉合電路，電路里產(chǎn)生了感應(yīng)電流；如圖乙所示，空間存在變化的磁場，其周圍產(chǎn)生感應(yīng)電場，下列說法正確的是

(

)A．甲、乙兩圖一定能持續(xù)產(chǎn)生電磁波B．對甲圖，從上向下看，電子在回路中沿順時針方向運動C．閉合電路只是檢驗變化的磁場產(chǎn)生電場，即使沒有閉合電路空間仍能產(chǎn)生電場D．變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，與閉合電路是否存在有關(guān)答案：C

解析：若甲、乙兩圖的磁場均勻變化，就會產(chǎn)生穩(wěn)定不變的電場，穩(wěn)定不變的電場不會產(chǎn)生磁場，就不會持續(xù)產(chǎn)生電磁波，故A錯誤；對甲圖，從上向下看，感應(yīng)電流沿順時針方向，電子在回路中沿逆時針方向運動，故B錯誤；變化的磁場周圍產(chǎn)生電場是一種普遍存在的現(xiàn)象，與閉合電路是否存在無關(guān)，甲圖的閉合電路只是檢驗變化的磁場產(chǎn)生電場，乙圖即使沒有閉合電路空間仍能產(chǎn)生電場，故C正確；同理，變化的電場周圍產(chǎn)生磁場也是一種普遍存在的現(xiàn)象，與閉合電路是否存在無關(guān)，D錯誤。2．[電磁波的產(chǎn)生]某電路中電場強(qiáng)度隨時間變化的關(guān)系圖像如圖所示，能發(fā)射電磁波的是

(

)答案：D解析：由麥克斯韋電磁場理論知，當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場時(如題圖A)，由于它不激發(fā)磁場，故無電磁波產(chǎn)生；當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場時(如題圖B、C)，會激發(fā)出磁場，但磁場恒定，不會在較遠(yuǎn)處激發(fā)出電場，故也不會產(chǎn)生電磁波；只有周期性變化的電場(如題圖D)，才會激發(fā)出周期性變化的磁場，它又激發(fā)出周期性變化的電場……如此交替的產(chǎn)生磁場和電場，便會形成電磁波，故D正確。3．[麥克斯韋電磁場理論的應(yīng)用]將很多質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q可視為質(zhì)點的絕緣小球，均勻穿在由絕緣材料制成的半徑為r的光滑圓軌道上并處于靜止?fàn)顟B(tài)，軌道平面水平，空間內(nèi)有分布均勻的磁場，磁場方向豎直向上，如圖甲所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示，其中B0是已知量。已知在磁感應(yīng)強(qiáng)度增大或減小的過程中，將產(chǎn)生渦旋電場，其電場線是在水平面內(nèi)一系列沿順時針或逆時針方向的同心圓，同一條電場線上各點的場強(qiáng)大小相等。關(guān)于絕緣小球的運動情況，下列說法正確的是

(

)A．在t＝0到t＝T0時間內(nèi)，絕緣小球均做勻速圓周運動B．在t＝T0到t＝2T0時間內(nèi)，絕緣小球均沿順時針方向做速率均勻增加的圓周運動C．在t＝2T0到t＝3T0時間內(nèi)，絕緣小球均沿順時針方向做加速圓周運動D．在t＝3T0到t＝5T0時間內(nèi)渦旋電場沿順時針方向答案：B

4．[電磁波與機(jī)械波的比較](多選)以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法中，正確的是

(

)A．機(jī)械波與電磁波本質(zhì)上是一致的B．機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速，不僅與介質(zhì)有關(guān)，還與電磁波的頻率有關(guān)C．機(jī)械波可能是縱波，而電磁波必定是橫波D．它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象答案：BCD

解析：機(jī)械波由波源振動產(chǎn)生，電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產(chǎn)生；機(jī)械波傳播需要介質(zhì)，波速由介質(zhì)決定；電磁波的傳播不需要介質(zhì)，波速由介質(zhì)和本身頻率共同決定；機(jī)械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，B、C、D正確。(三)無線電波的發(fā)射和接收(精研點)1．調(diào)幅和調(diào)頻(1)高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而變的調(diào)制方式叫調(diào)幅，一般電臺的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號采用調(diào)幅波。如圖所示是調(diào)幅的作用，其中甲為聲音信號的波形；乙為高頻等幅振蕩電流的波形；丙為經(jīng)過調(diào)幅的高頻振蕩電流的波形。(2)高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而變的調(diào)制方式叫調(diào)頻，電臺的立體聲廣播和電視中的伴音信號，采用調(diào)頻波。如圖所示是調(diào)頻的作用，其中甲為聲音信號的波形；乙為高頻等幅振蕩電流的波形；丙為經(jīng)過調(diào)頻的高頻振蕩電流的波形。2．解調(diào)和調(diào)制聲音、圖像等信號頻率相對較低，不能轉(zhuǎn)化為電信號直接發(fā)射出去，而要將這些低頻信號加載到高頻電磁波信號上去。將聲音、圖像信號加載到高頻電磁波上的過程就是調(diào)制。而將聲音、圖像信號從高頻信號中還原出來的過程就是解調(diào)。[考法全訓(xùn)]1．[無線電波的發(fā)射](多選)下列關(guān)于無線電廣播要對電磁波進(jìn)行調(diào)制的原因的說法中正確的是(

)A．經(jīng)過調(diào)制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領(lǐng)更強(qiáng)B．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播得更快C．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播波長不變D．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播波長改變答案：AD解析：調(diào)制是把要發(fā)射的信號“加”到高頻等幅振蕩電流上去，頻率越高，傳播信息能力越強(qiáng)，A正確；電磁波在空氣中以接近光速傳播，B錯誤；由v＝λf，知波長與波速和頻率有關(guān)，C錯誤，D正確。2．[無線電波的傳播](多選)下列關(guān)于無線電波的敘述中，正確的是

(

)A．無線電波是波長從1毫米到30千米的電磁波B．無線電波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3.0×108m/sC．無線電波不能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D．無線電波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時，波長變短答案：AD

3．[無線電波的接收](多選)關(guān)于無線電波的接收，下列說法中正確的是

(

)A．當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波頻率相同時，該電磁波在接收電路中激起的感應(yīng)電流最大B．使接收電路中產(chǎn)生電諧振的過程叫作調(diào)諧C．收音機(jī)的接收電路是LC振蕩電路D．從接收到的高頻振蕩信號中“檢”出所攜帶的信號，叫作調(diào)諧答案：ABC

解析：接收電路與電磁波發(fā)生電諧振時，即接收電路的固有頻率等于電磁波的頻率時，電路中激起的感應(yīng)電流最大，故A正確；根據(jù)調(diào)諧概念可知，使接收電路中產(chǎn)生電諧振的過程叫作調(diào)諧，故B正確，D錯誤；收音機(jī)的接收電路是LC振蕩電路，故C正確。(四)電磁波譜(精研點)1．電磁波譜分析及應(yīng)用電磁波譜頻率/Hz特性應(yīng)用遞變規(guī)律無線電波＜3×1011波動性強(qiáng)，易發(fā)生衍射無線電技術(shù)隨頻率由低到高，衍射能力減弱，直線傳播能力增強(qiáng)紅外線1011～1015熱效應(yīng)紅外遙感可見光1015引起視覺照明、攝影紫外線1015～1017化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒醫(yī)用消毒、防偽隨頻率由低到高，衍射能力減弱，直線傳播能力增強(qiáng)X射線1016～1019貫穿本領(lǐng)強(qiáng)檢查、醫(yī)用透視γ射線＞1019貫穿本領(lǐng)更強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療續(xù)表2.各種電磁波產(chǎn)生機(jī)理無線電波振蕩電路中電子周期性運動產(chǎn)生紅外線、可見光和紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生X射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生γ射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)生[考法全訓(xùn)]1．[電磁波譜]根據(jù)電磁波譜選出下列各組電磁波，其中頻率互相交錯重疊，且波長順序由短到長排列的是

(

)A．微波、紅外線、紫外線B．γ射線、X射線、紫外線C．紫外線、可見光、紅外線D．紫外線、X射線、γ射線答案：B

解析：紅外線與紫外線在電磁波譜中不相鄰，更不會頻率重疊，A錯誤。紫外線、可見光、紅外線雖相鄰，但它們?nèi)唛g有明確的界線，頻率也不相重疊，C錯誤。在電磁波譜中紫外線、X射線、γ射線有重疊，γ射線波長最短，紫外線波長最長，故B正確，D錯誤。2．[電磁波的特