高考物理大一轮复习第十一章机械振动机械波光电磁波时电磁波学案.docx

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高考物理大一轮复习第十一章机械振动机械波光电磁波时电磁波学案

第4课时　电磁波

1.电磁波的发现

（1）麦克斯韦电磁场理论

变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。

（2）电磁场

变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场。

（3）电磁波

电磁场（电磁能量）由近及远地向周围传播形成电磁波。

①电磁波是横波，在空间传播不需要介质。

②真空中电磁波的速度为3.0×108m/s。

③赫兹用实验证实了电磁波的存在。

④电磁波的波速、频率和波长之间的关系为v＝λf。

2.电磁振荡过程

如图所示，将开关S掷向1，先给电容器充电，再将开关掷向2，从此时起，电容器通过线圈放电。

（1）电磁振荡的放电过程：

由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减小，在这个过程中电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能，振荡电流逐渐增大，放电完毕，电流达到最大，电场能全部转化为磁场能。

（2）电磁振荡的充电过程：

电容器放电完毕后，由于线圈的自感作用，电流保持原来的方向逐渐减小，电容器将进行反向充电，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，振荡电流逐渐减小，充电完毕，电流减小为零，磁场能全部转化为电场能。

3.电磁振荡的实质

在电磁振荡过程中，电容器极板上的电荷量，电路中的电流，与振荡电流相联系的电场和磁场都在周期性的变化，电场能和磁场能周期性的转化。

4.LC电路的周期、频率公式：

T＝2π

，f＝

，其中，周期T、频率f、自感系数L、电容C的单位分别是秒（s）、赫兹（Hz）、亨利（H）、法拉（F）。

5.电磁波的发射

（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（包括调幅和调频）。

（2）调制方式

①调幅：

使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。

调幅广播（AM）一般使用中波和短波波段。

②调频：

使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。

调频广播（FM）和电视广播都采用调频的方法调制。

6.无线电波的接收

（1）电谐振：

当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。

（2）调谐：

使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐。

能够调谐的接收电路叫做调谐电路。

（3）解调：

从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫做检波。

检波是调制的逆过程，也叫做解调。

7.雷达

（1）雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备。

（2）原理：

电磁波遇到障碍物要发生反射，雷达是利用电磁波的这个特性工作的。

8.电磁波谱

（1）定义：

按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱。

如图所示。

（2）用途：

有的电磁波的波长很长，例如无线电波；有的电磁波的波长很短，例如γ射线。

【思考判断】

1.麦克斯韦预言了电磁波的存在（√）

2.赫兹用实验证实了电磁波的存在（√）

3.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场（×）

4无线电波不能发生干涉和衍射现象（×）

5.波长不同的电磁波在本质上完全不同（×）

6.与红外线相比紫外线更容易发生衍射现象（×）

考点一　电磁波的发现、电磁波谱（－/a）　电磁波的发射和接收（－/b）

[要点突破]

1.电磁波的传播及波长、频率、波速

（1）电磁波本身是一种物质，电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度是相同的（都等于光速）。

（2）不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。

（3）三者关系v＝λf，f是电磁波的频率。

即为发射电磁波的LC振荡电路的频率f＝

，改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长λ。

2.电磁波和机械波的区别

（1）二者本质不同：

电磁波是电磁场的传播，机械波是质点机械振动的传播。

（2）传播机理不同：

电磁波的传播机理是电磁场交替感应，机械波的传播机理是质点间的机械作用。

（3）电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质。

（4）电磁波是横波，机械波既有横波又有纵波，甚至有的机械波同时有横波和纵波，例如地震波。

（5）机械波波速由介质决定；电磁波还与频率有关，在同一介质中，频率越大，其传播速度越小。

3.电磁波的发射和接收

电磁波的发射和接收过程

4.电磁波谱

（1）波长不同的电磁波，表现出不同的特性。

其中波长较长的无线电波和红外线等，易发生干涉、衍射现象；波长较短的紫外线、X射线、γ射线等，穿透能力较强。

（2）电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠。

（3）不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。

（4）电磁波的能量随频率的增大而增大。

[典例剖析]

【例1】（多选）下列说法正确的是（　　）

A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关

B.恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场

C.稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场

D.均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场

解析　变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流。

若无闭合回路电场仍然存在，A正确；电场按其是否随时间变化分为稳定电场（静电场）和变化电场（如运动电荷形成的电场），稳定电场不产生磁场，只有变化的电场周围空间才存在对应磁场，故C错误，D正确；恒定电流周围存在稳定磁场，B正确。

答案　ABD

【例2】（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

解析　电磁波谱按波长从长到短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。

答案　BCD

[针对训练]

1.（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

解析　机械波由振动产生；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。

答案　BCD

2.（多选）下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法中正确的是（　　）

A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强

B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快

C.经过调制后的电磁波在空间传播波长不变

D.经过调制后的电磁波在空间传播波长改变

解析　调制是把要发射的信号“加”到高频等幅振荡上去，频率越高，传播信息能力越强，A正确；电磁波在空气中以接近光速传播，B错误；由v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错误，D正确。

答案　AD

3.关于生活中遇到的各种波，下列说法中正确的是（　　）

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

解析　电磁波可以传递信息，如电视信号；声波也可以传递信息，如人说话，故A选项错误；手机用电磁波传递信息，人说话用声波，故B选项正确；太阳光中的可见光是电磁波，真空中速度为3×108m/s；“B超”中的超声波是声波，常温下，空气中大约为340m/s，故C选项错误；遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线频率不同，波速相同，根据c＝λf，波长不同，故D选项错误。

答案　B

考点二　电磁振荡（－/c）

[要点突破]

1.振荡电场产生同频率的振荡磁场。

2.振荡磁场产生同频率的振荡电场。

3.LC振荡电路产生的振荡电场和振荡磁场都能产生电磁波。

4.电磁振荡中各物理量的变化情况如图所示

[典例剖析]

【例1】（多选）LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A.此时电路中电流的方向为顺时针

B.若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电

C.若电容器正在放电，则电容器上极板带正电

D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大

解析　由安培定则知此时电路中电流的方向为顺时针，A正确；若磁场正在减弱，根据楞次定律可得，线圈上端为正极，故电容器上极板带正电，B正确；若电容器正在放电，根据安培定则可得电容器上极带负电，自感电动势正在阻碍电流增大，故C错误，D正确。

答案　ABD

【例2】目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz到1000MHz的范围内。

下列关于雷达和电磁波的说法不正确的是（　　）

A.真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3m到1.5m之间

B.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的

C.测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离

D.波长越短的电磁波，反射性能越强

解析　电磁波是由变化的电磁场在空中传播而形成的，B错误。

答案　B

[针对训练]

1.如图所示的LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，且正在增大，则此时（　　）

A.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

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，电场能减少，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。

答案　D

2.（多选）雷达采用微波的原因是（　　）

A.微波具有很高的频率

B.微波具有直线传播的特性

C.微波的反射性强

D.微波比其他无线电波（长波、中波、短波等）传播的距离更远

解析　雷达采用微波，是利用微波的频率高，不容易发生衍射，具有很好的直线传播的特性和反射性强的特点，所以A、B、C均正确；因微波不易发生衍射，传播的距离不一定比无线电波的长波、中波、短波段远，因此D错误。

答案　ABC

3.关于电磁波和现代通信，下列叙述不正确的是（　　）

A.卫星通信利用人造地球卫星作为中继站进行通信

B.光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能力强及光能损耗小等优点

C.电磁波可以在真空中传播

D.电磁波的频率越高，在真空中传播的速度越大

解析　信号从地球表面发生经卫星中转然后再传送到接收者，所以A正确；光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能力强及光能损耗小等优点，B正确；电磁波的传播可以在真空中进行，C正确；无论电磁波的频率多高，在真空中的传播速度都为光速大小，D错误。

答案　D

1.（多选）（2017·绍兴模拟）关于电磁波及其应用，下列说法正确的是（　　）

A.麦克斯韦首先通过实验证实了电磁波的存在

B.电磁波是横波且能够发生干涉和衍射现象

C.电磁波的接收要经过调谐和调制两个过程

D.微波能使食物中的水分子热运动加剧从而实现加热的目的

解析　麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，A错误；电磁波是横波，能够发生干涉和衍射现象，B正确；电磁波的接收要经过调谐和解调两个过程，C错误；微波的频率与水分子的固有频率接近，使水分子发生共振，通过加剧水分子的热运动而实现加热目的，D正确。

答案　BD

2.（多选）下列说法中正确的是（　　）

A.红外线、紫外线、X射线和γ射线在真空中传播的速度均为3×108m/s

B.红外线应用在遥感技术中，是利用它穿透本领强的特性

C.紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度

D.日光灯是紫外线的荧光效应的应用

解析　不同波长的电磁波在真空中的传播速度均为3×108m/s；红外线在遥感技术中用到了它的衍射现象；紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度；利用紫外线的荧光效应可以制成日光灯。

由此可知A、C、D正确。

答案　ACD

3.（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，如图所示。

当开关从a拨到b时，由L与C构成的回路中产生周期T＝2π

的振荡电流。

当罐中的液面上升时（　　）

A.电容器的电容减小

B.电容器的电容增大

C.LC回路的振荡频率减小

D.LC回路的振荡频率增大

解析　由C＝

可知，当液面上升时，εr增大，C增大，A错误，B正确；由T＝2π

可知，T增大，频率减小，C正确，D错误。

答案　BC

4.利用所学物理知识，可以初步了解常用的公交一卡通（IC卡）的工作原理及相关问题。

IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路，公交车上的读卡机（刷卡时“嘀”的响一声的机器）向外发射某一特定频率的电磁波。

刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。

下列说法中，正确的是（　　）

A.IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池

B.仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时，IC卡才能有效工作

C.若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L中不会产生感应电流

D.IC卡只能接收读卡机发射的电磁波，而不能向读卡机传输自身的数据信息

解析　IC卡工作所需要的能量是线圈L中产生的感应电流，A选项错误；要使电容C达到一定的电压，则读卡机应该发射特定频率的电磁波，IC卡才能有效工作，B选项正确；若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，线圈L中会产生感应电流，但电容C不能达到一定的电压，IC卡不能有效工作，C选项错误；IC卡既能接收读卡机发射的电磁波，也有向读卡机传输自身的数据信息，D选项错误。

答案　B

5.（多选）下列关于光和电磁波的说法中正确的是（　　）

A.雷达所用的微波波长比广播电台发射的长波波长短

B.红光由空气进入水中，波长变长，颜色不变

C.观察者迎着频率一定的声源运动时，接收到声波的频率一定发生变化

D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度

解析　雷达所用的微波波长比广播电台发射的长波波长短，A正确；红光由空气进入水中，波长变短，频率不变，颜色不变，B错误；观察者迎着频率一定的声源运动时，接收到声波的频率变大，C正确；拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加装一个偏振片是为了滤掉玻璃反射的光，D错误。

答案　AC

[基础过关]

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（　　）

A.法拉第B.奥斯特

C.赫兹D.麦克斯韦

解析　麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，选项D正确。

答案　D

2.（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.电磁振荡一旦停止，电磁波仍能独立存在

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

解析　如果电场（或磁场）是均匀变化的，产生的磁场（或电场）是稳定的，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；电磁振荡停止后，电磁波仍独立存在；电磁波具有能量，它的传播是伴随有能量传递的。

故选C、D。

答案　CD

3.所有电磁波在真空中传播时，具有的相同物理量是（　　）

A.频率B.波长

C.能量D.波速

解析　不同电磁波在真空中传播时，只有速度相同，即为光速。

答案　D

4.（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/s

C.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短

D.电磁波不能产生干涉、衍射现象

解析　电磁波在真空中的传播速度为光速c＝3.0×108m/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。

电磁波仍具有波的特征，电磁波只有在真空中的速度才为3.0×108m/s，在其他介质中的传播速度小于3.0×108m/s。

答案　AC

5.（多选）为了有效地把磁场的能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了用开放的电路，还有行之有效的办法是（　　）

A.增大电容器极板间的距离

B.减小电容器极板的面积

C.减小线圈的匝数

D.采用低频振荡电流

解析　实行开放电路和提高辐射频率是发射电磁波的两种有效方法。

由f＝

、C＝

可知，A、B、C选项正确。

答案　ABC

6.把经过调制的高频电流变为图象信号电流的过程叫做（　　）

A.调幅B.调频

C.调谐D.解调

解析　解调是调制的逆过程，该过程把所载的声音信号或图象信号从高频电流中还原出来。

答案　D

7.用一台简易收音机收听某一电台的广播，必须经过的两个过程是（　　）

A.调制和解调B.调谐和检波

C.检波和解调D.高频和调幅

解析　首先必须接收到电磁波，叫调谐或选台，收到后将高频电磁波与低频音频信号分开，叫解调或检波。

答案　B

8.（多选）关于红外线的作用与来源，下列说法正确的是（　　）

A.一切物体都在不停地辐射红外线

B.红外线具有很强的热作用和荧光作用

C.红外线的显著作用是化学作用

D.红外线容易穿透云雾

解析　荧光作用和化学作用都是紫外线的重要用途，红外线波长比可见光长，绕过障碍物能力强，易穿透云雾。

答案　AD

9.（多选）关于电磁波谱的下列说法中正确的是（　　）

A.电磁波中最容易表现干涉、衍射现象的是无线电波

B.红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的

C.伦琴射线和γ射线是原子的内层电子受激发后产生的

D.红外线最显著的作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线

解析　波长越长的无线电波的波动性越显著，干涉、衍射现象越容易发生。

从电磁波产生的机理可知γ射线是原子核受到激发后产生的。

不论物体温度高低如何，都能辐射红外线，物体的温度越高，它辐射的红外线越强。

由此可知答案为A、B。

答案　AB

10.电视机的室外天线能把电信号接收下来，是因为（　　）

A.天线处于变化的电磁场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送到LC电路

B.天线只处于变化的电场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送到LC电路

C.天线只是有选择地接收某台电信号，而其他电视台信号则不接收

D.天线将电磁波传输到电视机内

解析　处于变化的电磁场中的导体，都会产生感应电动势。

答案　A

11.（多选）关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　）

A.医院里常用X射线对病房和手术进行消毒

B.工业上利用γ射线检查金属部件内有无砂眼或裂缝

C.刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高

D.卫星用红外遥感技术拍摄云图照片，因为红外线衍射能力较强

解析　医院里用紫外线杀菌消毒，A错误，B、C、D均正确。

答案　BCD

[能力提升]

12.某电路中电场随时间变化的图象如下列各图所示，能发射电磁波的电场是（　　）

解析　图A中电场不随时间变化，不会产生磁场；图B和C中电场都随时间做均匀变化，只能在周围产生稳定的磁场，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，能发射电磁波。

答案　D

13.（多选）关于LC振荡电路中电容器两极板上的电荷量，下列说法正确的是（　　）

A.电荷量最大时，线圈中振荡电流也最大

B.电荷量为零时，线圈中振荡电流最大

C.电荷量增大的过程中，电路中的磁场能转化为电场能

D.电荷量减少的过程中，电路中的磁场能转化为电场能

解析　电容器电荷量最大时，振荡电流为零，A错误；电荷量为零时，放电结束，振荡电流最大，B正确；电荷量增大时，磁场能转化为电场能，C正确；同理可判断D错误。

答案　BC

14.现代生活中，人们已更多地与电磁波联系在一起，并且越来越依赖于电磁波，关于电磁场和电磁波，以下说法正确的是（　　）

A.把带电体和永磁体放在一起，即可以在其周围空间中产生电磁波

B.手机、电视、光纤通信都是通过电磁波来传递信息的

C.医院中用于检查病情的“B超”是利用了电磁波的反射原理

D.车站、机场安全检查时“透视”行李箱的安检装置是利用红外线实现成像的

解析　要产生电磁波，必须要有变化的磁场与变化的电场，即电磁场，电磁场在介质中传播产生电磁波，A错误；通过电磁波可以实现各种通信，B正确；“B超”是利用了超声波的反射原理，C错误；车站、机场安全检查时“透视”行李箱的安检装置是利用X射线实现成像的，D错误。

答案　B

15.（多选）某时刻LC振荡电路的状态如图所示，则此时刻（　　）

A.振荡电流i在减小

B.振荡电流i在增大

C.电场能正在向磁场能转化

D.磁场能正在向电场能转化

解析　图中电容器上极板带正电荷，图中给出的振荡电流方向，说明负电荷向下极板聚集，所以电容器正在充电，电容器充电的过程中，电流减小，磁场能向电场能转化，所以A、D选项正确。

答案　AD