第十三章　交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器 第69课时　电磁振荡与电磁波　双基落实课

第69课时电磁振荡与电磁波[双基落实课]无线话筒在人们的日常生活中应用广泛。无线话筒是LC振荡电路在生活中的实际应用。某LC振荡电路某时刻磁场方向如图所示。判断下列说法的正误：（1）若只增加电容器C的带电荷量，振荡电路的周期也会变大。（×）（2）若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电。（×）（3）若电容器正在放电，则电容器上极板带正电。（√）（4）若电容器上极板带负电，则此时电场能正在转化为磁场能。（×）考点一电磁振荡[素养自修类]1.【根据电容器的带电情况分析振荡过程】（2020·浙江1月选考8题）如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t＝0时开关S打到b端，t＝0.02s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则（）A.LC回路的周期为0.02sB.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大C.t＝1.01s时线圈中磁场能最大D.t＝1.01s时回路中电流沿顺时针方向解析：Ct＝0时刻电容器上极板带正电荷且电荷量为最大值，而t＝0.02s时电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值，可知LC回路的周期T＝0.04s，A错误；LC回路中的电流最大时磁场能最大，由能量守恒定律可知，此时电场能最小，B错误；由于周期T＝0.04s，1.01s为2514个周期，则t＝1.01s时电容器放电结束，回路中电场能最小，磁场能最大，电流沿逆时针方向，C正确，D2.【根据电流的特点分析振荡过程】如图所示是由线圈L和电容器C组成的最简单的LC振荡电路。先给电容器充满电。t＝0时如图（a）所示，电容器两板间的电势差最大，电容器开始放电。t＝0.005s时如图（b）所示，LC回路中线圈上的电流第一次达到最大值，则（）A.此LC振荡电路的周期T＝0.01sB.t＝0.025s时，回路电流方向与图（b）中所示电流方向相反C.t＝0.035s时，线圈中的磁场能最大D.t＝0.040s至t＝0.045s时，线圈中的电流逐渐减小解析：C从开始放电到第一次放电完毕需要14T，可知此LC振荡电路的周期为T＝0.02s，选项A错误；因为0.0250.02T＝114T，所以回路电流方向与图（b）中所示电流方向相同，选项B错误；因为0.0350.02T＝134T，此时电容器反向放电完毕，线圈中电流最大，磁场能也最大，选项C正确；t＝0.040s至t＝0.045s时，即3.【根据i-t图像分析振荡过程】如图甲所示为某一LC振荡电路，图乙i-t图像为LC振荡电路的电流随时间变化的关系图像。在t＝0时刻，回路中电容器的M板带正电，下列说法中正确的是（）259A.O～a阶段，电容器正在充电，电场能正在向磁场能转化B.a～b阶段，电容器正在放电，磁场能正在向电场能转化C.b～c阶段，电容器正在放电，回路中电流沿顺时针方向D.c～d阶段，电容器正在充电，回路中电流沿逆时针方向解析：CO～a阶段，电容器正在放电，电流不断增加，电场能正在向磁场能转化，选项A错误；a～b阶段，电容器正在充电，电流逐渐减小，磁场能正在向电场能转化，选项B错误；b～c阶段，电容器正在放电，回路中电流沿顺时针方向，选项C正确；c～d阶段，电容器正在充电，回路中电流沿顺时针方向，选项D错误。LC振荡过程中各物理量变化情况（从开始放电计时）时刻（时间）0→TT4→T2→3T4图像工作过程放电过程充电过程放电过程充电过程qqm→00→qmqm→00→qmuum→00→umum→00→umEEm→00→EmEm→00→Em时刻（时间）0→TT4→T2→3T4图像工作过程放电过程充电过程放电过程充电过程i0→imim→00→imim→0B0→BmBm→00→BmBm→0能量E电→E磁E磁→E电E电→E磁E磁→E电注意：q、u、E随时间的变化步调一致，i、B随时间的变化步调一致，E电、E磁的变化周期为T2考点二电磁波和电磁波谱[素养自修类]1.【电磁场与电磁波】关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（）A.变化的电场一定会产生变化的磁场，同样，变化的磁场一定会产生变化的电场B.光是一种电磁波，在任何介质中光速都为3×108m/sC.赫兹通过实验验证了电磁波的存在D.麦克斯韦观测到了电磁波的反射、折射、干涉和衍射等现象解析：C根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，同样，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场，故A错误；光是一种电磁波，在真空中光速为3×108m/s，在其他介质中的传播速度小于光速，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验验证了电磁波的存在，赫兹观测到了电磁波的反射、折射、干涉和衍射现象，故C正确，D错误。2.【电磁波的发射与接收】（多选）关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是（）A.音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波B.为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭合的C.当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强D.要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程解析：ACD音频电流的频率比较低，需放大后搭载到高频电磁波上，故A正确；为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是开放电路，故B错误；当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强，故C正确；解调就是从调频或调幅的高频信号中把音频、视频等调制信号分离出来的过程，要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程，故D正确。3.【电磁波谱】电磁波谱就是电磁波按波长大小的顺序把它们排列成谱，如图所示，由电磁波谱可知（）A.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射线能在磁场中偏转，穿透力较强，可用来进行人体透视解析：A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射线是电磁波，不带电，在磁场中不偏转，选项D错误。1.麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场2.电磁波的发射示意图（如图所示）3.电磁波接收的方法（1）利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强。（2）利用解调把接收电路中的有用信号分离出来。（3）调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。4.电磁波谱（1）电磁波谱中的各种波的特性及应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波＜3×1011＞10－3波动性强，易发生衍射无线电技术衍射能力减弱，直线传播能力增强红外线1011～101510－7～10－3热效应红外遥感可见光101510－7引起视觉照明、摄影电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律紫外线1015～101610－8～10－7化学效应、荧光效应、灭菌消毒医用消毒、防伪衍射能力减弱，直线传播能力增强X射线1016～101910－11～10－8穿透本领强检查、医用透视γ射线＞1019＜10－11穿透本领更强工业探伤、医用治疗（2）各种电磁波产生机理无线电波振荡电路中电子周期性运动产生红外线、可见光和紫外线原子的外层电子受激发后产生X射线原子的内层电子受激发后产生γ射线原子核受激发后产生（3）对电磁波的两点说明①不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，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。②同频率的电磁波在不同介质中传播速度不同，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。考点一电磁振荡1.麦克斯韦在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例：圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。如图所示，若某时刻连接电容器的导线具有向上的电流，则下列说法中正确的是（）A.电容器正在放电B.两平行板间的电场强度E在增大C.该变化电场产生顺时针方向（俯视）的磁场D.两极板间电场最强时，板间电场产生的磁场达到最大值解析：B电容器内电场方向向上，下极板带正电，根据电流的方向，正电荷正在流向下极板，因此电容器处于充电过程，选项A错误；电容器的带电量越来越多，内部电场强度越来越大，选项B正确；该变化电场产生磁场方向等效成向上的电流产生磁场的方向，根据右手螺旋定则可知，电场产生的磁场沿逆时针方向（俯视），选项C错误；当两极板间电场最强时，电容器充电完毕，回路的电流最小，因此产生的磁场最小，选项D错误。2.金属探测仪（图）内部的线圈与电容器构成LC振荡电路，当探测仪检测到金属物体时，探测仪线圈的自感系数发生变化，从而引起振荡电路中的电流频率发生变化，探测仪检测到这个变化就会驱动蜂鸣器发出声响。已知某时刻线圈中的磁感线如图所示，且电流强度正在增大，下列说法正确的是（）A.该时刻电流由a流向b，且电容器正在充电B.该时刻电容器上极板带正电荷C.该时刻线圈的自感电动势正在变大D.若探测仪靠近金属时，其自感系数增大，则振荡电流的频率升高解析：B该时刻，根据线圈中的磁感线可知电流的方向由b流向a，且电流强度正在增大，电场能减小，电荷量在减少，故电容器正在放电，上极板带正电荷，A错误，B正确；电容器放电，电场能在减小，放电电流的变化变慢，则该时刻线圈的自感电动势正在减小，C错误；探测仪靠近金属时，相当于给线圈增加了铁芯，所以其自感系数L增大，根据公式f＝12πLC可知，振荡电流的频率降低3.如图所示为LC振荡电路某时刻的情况，此时C上极板带正电荷，电流方向如图所示，以下说法正确的是（）A.此时电容器中的电场能正在减小B.电容器正在充电C.电感线圈中的磁场能正在减小D.电感线圈中的电流正在减小解析：A由题意可知上极板带正电，电流沿顺时针方向，可知电容器正在放电，此时电容器中的电场能正在减小，A正确，B错误；电容器正在放电，电感线圈中的电流增大，电感线圈中的磁场能正在增大，C、D错误。考点二电磁波和电磁波谱4.（多选）下列说法正确的是（）A.在均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场，在均匀变化的磁场周围一定产生均匀变化的电场B.电磁场是周期性变化的电场和磁场交替产生而形成的不可分离的统一体C.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线D.机械波和电磁波都可发生反射、折射、干涉和衍射现象解析：BD均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，故A错误；根据麦克斯韦电磁场理论，电磁场是周期性变化的电场和磁场交替产生而形成的不可分离的统一体，故B正确；在电磁波谱中，无线电波的波长最长，最容易发生衍射现象的是无线电波，故C错误；反射、折射、干涉和衍射是波的特性，机械波和电磁波它们都可发生反射、折射、干涉和衍射现象，故D正确。5.红外体温计测量体温的方法如图所示。下列说法正确的是（）A.当体温超过37.3℃时，人体才辐射红外线B.当体温超过周围空气温度时，人体才辐射红外线C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的D.红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的解析：D一切物体都在辐射红外线，温度越高，其辐射红外线的强度越大，A、B、C错误，D正确。6.（多选）电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有（）A.杀菌用的紫外灯B.拍胸片的X光机C.治疗咽喉炎的超声波雾化器D.检查血流情况的“彩超”机解析：AB紫外线和X光从本质上说是电磁波，A、B正确；治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的“彩超”机利用的都是超声波，超声波属于机械波，C、D错误。7.（多选）紫外线杀菌灯是一种用于室内物体表面和空气的杀菌消毒灯，在防控重点场所可使用一种人体感应紫外线杀菌灯。这种灯装有红外线感应开关，人来灯灭，人走灯亮，为人民的健康保驾护航。下列说法正确的是（）A.红外线感应开关通过接收到人体辐射的红外线来控制电路通断B.红外线的衍射能力比紫外线强C.紫外线能消杀病菌是因为紫外线具有较高的能量D.红外线的光子能量比紫外线的大解析：ABC由于人体可以向外辐射红外线，所以红外线感应开关通过接收到人体辐射的红外线来控制电路的通断，选项A正确；由于红外线的波长比紫外线的波长长，所以红外线的衍射能力比紫外线强，选项B正确；紫外线频率高，则根据光子能量公式，可知紫外线具有较高的能量，故可以灭菌消毒，选项C正确；红外线的频率小于紫外线的频率，则红外线的光子能量低于紫外线的光子能量，选项D错误。8.如图所示，将两块平行金属板构成的电容为C的电容器（与储罐外壳绝缘）置于储罐中，然后向储罐中注入不导电液体，电容器可通过开关S与自感系数为L的线圈或电源相连。当开关从a拨到b时开始计时，线圈与电容器构成的回路中产生振荡电流。下列说法正确的是（）A.在储罐中，振荡电路的周期小于2πLCB.当储罐内的液面高度降低时，回路中振荡电路的频率增大C.在第一个四分之一周期内，线圈的磁场能逐渐减小D.在第二个四分之一周期内，电容器极板上的电荷逐渐减小解析：B在储罐中有不导电液体，电容器的电容变大，周期变大，选项A错误；当液面降低时，振荡电路的频率增大，选项B正确；第一个四分之一周期是放电过程，磁场能逐渐增大，选项C错误；第二个四分之一周期是充电过程，电容器极板上的电荷逐渐增加，选项D错误。9.如图是电磁波发射电路中的LC电磁振荡电路，某时刻电路中正形成如图所示方向的电流，此时电容器的上极板带正电，下极板带负电，则以下说法正确的是（）A.线圈中的磁场向上且正在增强B.电容器中的电场向下且正在减弱C.若在线圈中插入铁芯，则发射电磁波的频率变大D.若增大电容器极板间的距离，则发射电磁波的波长变小解析：D根据电流方向，可知电容器充电，充电电流逐渐减小，电容器中的电场向下且正在增强，利用安培定则可判断出线圈中的磁场向上且正在减弱，A、B错误；若在线圈中插入铁芯，线圈的自感系数增大，根据f＝12πLC，可知发射电磁波的频率变小，C错误；若增大电容器极板间的距离，根据平行板电容器电容决定式可知C减小，根据f＝12πLC，10.图甲为车辆智能道闸系统的简化原理图，预埋在地面下的地感线圈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，则下列有关说法正确的是（）A.t1时刻，电容器间的电场强度为最大值B.t1～t2时间内，电容器处于放电过程C.汽车靠近线圈时，振荡电流频率变大D.从图乙波形可判断汽车正远离地感线圈解析：Dt1时刻电流最大，磁场能最大，电容器间的电场强度为最小值，故A错误；t1～t2时间内，电流减小，电容器处于充电过程，故B错误；当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，根据T＝2πLC，周期增大，频率减小，故C错误；从题图乙波形可知频率越来越大，汽车正远离地感线圈，故D正确。11.如图所示