2025年物理新高考备考2025年（版）物理《三维设计》一轮总复习（提升版）第3讲　电磁振荡与电磁波

第3讲电磁振荡与电磁波考点一电磁振荡1.振荡电路：产生大小和方向都做周期性迅速变化的电流（即振荡电流）的电路。由电感线圈L和电容C组成最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。2.电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器不断地充电和放电，就会使电容器极板上的电荷量q、电路中的电流i、电容器内的电场强度E、线圈内的磁感应强度B发生周期性的变化，这种现象就是电磁振荡。3.电磁振荡中的能量变化（1）放电过程中电容器储存的电场能逐渐转化为线圈的磁场能。（2）充电过程中线圈中的磁场能逐渐转化为电容器的电场能。（3）在电磁振荡过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。4.电磁振荡的周期和频率（1）周期T＝2πLC。（2）频率f＝12▢判断小题1.LC振荡电路中，电容器放电完毕时，回路中电流最小。 （×）2.LC振荡电路中，回路中的电流最大时回路中的磁场能最大。 （√）3.电磁振荡的固有周期与电流的变化快慢有关。 （×）1.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像2.LC振荡电路中电容器充、放电过程的判断方法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，处于放电过程根据物理量的变化趋势判断当电容器的带电荷量q（电压U、电场强度E）增大或电流i（磁感应强度B）减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程根据能量判断电场能增加时充电，磁场能增加时放电1.【LC振荡电路的图像】如图所示，L为一电阻可忽略的线圈，R为一电阻，C为电容器，开关S处于闭合状态，现突然断开S，并开始计时，能正确反映LC回路中电流i（规定顺时针方向为正）及电容器中电场强度E的变化（由a板指向b板为电场强度的正方向）随时间变化的图像是 （）解析：C因为L为一电阻可忽略的线圈，可知当开关闭合时，电容器带电荷量为零，通过线圈L的电流向下；断开开关S后，电流在LC电路中开始振荡，电容器开始充电，电流方向逆时针方向（负方向）且电流大小逐渐减小，b板带正电荷且逐渐增加，即负方向的电场强度逐渐增加，则选项A、B、D错误，C正确。2.【振荡电路的分析】图甲为某一款金属探测仪，探测仪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。在LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图乙所示，且电容器上极板带正电，下列说法正确的是 （）A.此时电容器中的电场能正在减小B.此时线圈中的自感电动势正在减小C.此时电路中电流沿顺时针方向且LC振荡电路中电流减小D.若LC振荡电路中的电感L变小，其振荡频率也变小解析：C如题图所示时刻，电容器正在充电，电荷量在增大，电流减小，根据E＝LΔIΔt结合振荡电流随时间的变化图像，可知线圈中的自感电动势正在增大，电场能正在增大，故A、B错误，C正确；L减小，根据T＝2πLC，T减小，f增大，3.【振荡电路的应用】为了测量储液罐中液体的液面高度，有人设计了如图所示装置。当开关从a拨到b时，由电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流而向外辐射电磁波，再使用调谐电路来接收甲振荡电路中的电磁波，这样就可通过测量乙中接收频率而获知甲中的发射频率，进而再获知电容C的值（L值已知），从而测量储液罐内的液面高度。下列分析判断正确的是 （）A.该装置适用于测量任意种类液体的液面高度B.该装置测得的振荡频率与所用电源的电动势大小无关C.当装置使用过久，电源电动势减小时，测量的液面高度比真实值偏小D.当储液罐内的液面高度降低时，所测到的LC回路中电流的振荡频率变小解析：B该装置适用于测量不导电液体的液面高度，A错误；该装置测得的振荡频率与所用电源的电动势大小无关，则当装置使用过久，电源电动势减小时，振荡电路的周期和频率不变，则测量的液面高度和真实值相比不变，B正确，C错误；当储液罐内的液面高度降低时，根据C＝εrS4πkd，εr减小，则C减小，根据f＝12π考点二电磁波的特点及应用1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。2.电磁波及其传播（1）电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波。电磁波是横波。（2）电磁波的传播不需要介质，在真空中不同频率的电磁波的传播速度都等于光速。但在同一介质中，不同频率的电磁波的传播速度是不同的，频率越高，波速越小。（3）波速公式：v＝λf，f是电磁波的频率。3.电磁波的发射与接收（1）发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行调制（两种方式：调幅、调频）。（2）接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来。调幅波的解调也叫检波。4.电磁波谱（1）按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成的谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。（2）电磁波谱分析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▢判断小题1.振荡电路的频率越高，发射电磁波的本领越大。 （√）2.要将传递的声音信号向远距离发射，必须以高频电磁波作为载波。（√）3.只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。 （×）4.解调是调制的逆过程。 （√）1.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2.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。1.【麦克斯韦电磁场理论】某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示，能产生电磁波的是 （）解析：D由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定的电场时，由于它不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场时，会激发出磁场，但磁场恒定，不会在较远处激发出电场，故也不会产生电磁波；周期性变化的电场，会激发出周期性变化的磁场，它又激发出周期性变化的电场……如此交替的产生磁场和电场，便会形成电磁波，故D正确。2.【电磁场和电磁波】以下关于电磁场和电磁波的说法中正确的是（）A.电场和磁场总是同时存在的，统称为电磁场B.电磁波是机械波，传播需要介质C.电磁波的传播速度是3×108m/sD.电磁波是一种物质，可在真空中传播解析：D变化的电场与变化的磁场相互联系，它们统称为电磁场，选项A错误；电磁波不是机械波，传播不需要介质，选项B错误；电磁波在真空中的传播速度是3×108m/s，选项C错误；电磁波是一种物质，可在真空中传播，选项D正确。3.【电磁波的特性和应用】（多选）有关电磁波的特性和应用，下列说法正确的是 （）A.适量的紫外线照射有利于人体健康B.红外线和X射线都有很强的穿透本领，常用于医学上透视人体C.电磁波是横波，且可以在真空中传播D.电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失解析：AC适量的紫外线照射，会促进人体对钙的吸收，有利于人体健康，故A正确；X射线有很强的穿透本领，常用于医学上透视人体，红外线的穿透能力较弱，不能用于透视人体，故B错误；电磁波是横波，且可以在真空中传播，故C正确；电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波还会继续传播，故D错误。跟踪训练·巩固提升1.（多选）（2024·福建宁德模拟）以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是 （）A.机械波与电磁波本质上是一致的B.机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波C.只有机械波中的声波才会发生多普勒效应D.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，还与电磁波的频率有关解析：BD机械波是机械振动在介质中传播，电磁波是变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，电场和磁场交替产生电磁波，故A错误；机械波可能是纵波，也可能是横波，而电磁波只能是横波，故B正确；多普勒效应是波特有的现象，故C错误；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，还与电磁波的频率有关，故D正确。2.（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，产生电谐振，所以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.（多选）（2024·福建宁德模拟）许多光学现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，正确的是 （）A.紫外验钞机利用的是紫外线的化学作用B.X光透视利用的是光的穿透作用C.工业上的金属探伤利用的是γ射线具有极强的穿透能力D.红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点解析：BCD紫外验钞机是利用紫外线照射印刷在钞票上的荧光文字，发出可见光，使这些文字能被肉眼看到，利用了紫外线的荧光效应，故A错误；X射线具有较强的穿透能力，在医学上用它来透视人体，检查病变和骨折情况，故B正确；γ射线具有极强的穿透能力，工业上的金属探伤就是利用这个原理，故C正确；一切物体都在不停地辐射红外线，红外遥感技术就是利用这个原理，故D正确。4.（多选）关于电磁波谱，下列说法正确的是 （）A.在真空中各种电磁波的传播速度都相同B.γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射D.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线解析：AB电磁波在真空中的传播速度都为3.0×108m/s，故A正确；γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐变短，频率逐渐升高，而波长越长，波动性越强，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，电磁波谱中无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。5.（多选）（2024·天津市模拟）下列说法正确的是 （）A.LC电路产生电磁振荡的过程中，回路电流值最小时刻，磁场能最小B.变化的电场一定产生变化的磁场C.无线电波发射接收过程中，使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐D.空调遥控器是利用发射紫外线来控制空调的解析：ACLC电路产生电磁振荡的过程中，回路电流值最小时刻，磁场能最小，而电容器所带电荷量最大，故A正确；均匀变化的电场产生的是稳定的磁场，故B错误；无线电波发射接收过程中，使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，故C正确；空调遥控器是利用发射红外线来控制空调的，故D错误。6.（多选）下列关于无线电波的叙述中，正确的是（）A.无线电波是波长从几十千米到一毫米的电磁波B.无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0×108m/sC.无线电波不能产生干涉和衍射现象D.无线电波由真空进入介质传播时，波长变短解析：AD无线电波中长波波长有几十千米，微波中的毫米波只有几毫米，A正确；无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度3.0×108m/s，B错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C错误；无线电波由真空进入介质传播时，传播速度减小，由λ＝vf可知波长变短，D7.（2024·浙江温州模拟）无线话筒就是LC振荡电路在实际中应用的典型实例，某LC振荡电路某时刻磁场方向如图所示，则（）A.取出线圈中的铁芯，振荡电路的频率将变小B.若磁场正在增强，根据楞次定律，回路中电流方向为逆时针C.若刚放电时电容器所带电荷量越多，则一个周期内平均电流越大D.电流减小时，电容器储存的电场能一定增大解析：D根据f＝12πLC可知取出线圈中的铁芯，振荡电路的频率将变大，故A错误；若磁场正在增强，说明电容器在放电，根据安培定则，回路中电流方向为顺时针，故B错误；一个周期内LC振荡电路平均电流为零，与刚放电时电容器所带电荷量无关，故C错误；电流减小时，线圈磁场能减弱，根据能量守恒定律可知电容器储存的电场能一定增大，8.（2024·河北张家口模拟）如图所示为某时刻LC振荡电路所处的状态，则该时刻 （）A.振荡电流i在增大B.电容器上的电荷量增多C.磁场能正在向电场能转化D.电流的变化率