第四章电磁震荡与电磁波复习——高二物理期末复习章节知识点精讲精练（人教版2019选择性必修第二册）

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      内容1：电磁振荡一、电磁振荡产生和能量变化1．振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。2．振荡电路：能产生振荡电流的电路。3．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S掷向2，从此时起，电容器要对线圈放电。（1）放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少。放电完毕时，极板上的电荷为零，放电电流达到最大。该过程电容器储存的电场能转化为线圈的磁场能。（2）充电过程：电容器放电完毕，由于线圈的自感作用，电流并不会立刻消失，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始充电，极板上的电荷逐渐增加，当电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷量达到最大。该过程线圈中的磁场能又转化为电容器的电场能。此后电容器再放电、再充电，周而复始，于是电路中就有了周期性变化的振荡电流。（3）实际的LC振荡是阻尼振荡：电路中有电阻，振荡电流通过时会有热量产生，另外还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去。如果要实现等幅振荡，必须有能量补充到电路中。二、电磁振荡的周期与频率（1）周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。（2）频率：电磁振荡完成周期性变化的次数与所用时间之比。振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率分别叫作固有周期、固有频率。（3）周期和频率公式：T＝2π，f＝。  1．有一LC振荡电路，能产生一定波长的电磁波，若要产生波长比原来短一些的电磁波，可用的措施为(　　)A．增加线圈匝数                    B．在线圈中插入铁芯C．减小电容器极板正对面积          D．减小电容器极板间距离【解析】C　由于电磁波传播过程中波速v＝λf恒定，因此欲使波长λ变短，必须使频率f升高，由于频率f＝，增加线圈匝数和在线圈中插入铁芯，将使线圈自感系数L增大而降低频率f；减小电容器极板间距将使电容C增大而降低频率f；减小电容器极板正对面积将由于电容C减小而升高频率f。可见，选项C正确。2．如图所示，某瞬间回路中电流方向如箭头所示，且此时电容器的极板A带正电荷，则该瞬间(　　)A．电流i正在增大，线圈L中的磁场能也正在增大B．电容器两极板间的电压正在增大C．电容器带电荷量正在减小D．线圈中电流产生的磁感应强度正在增强【解析】B　根据电流方向可知电容器正处于充电状态，电容器充电过程中，回路中电流减小，磁场能减小，电场能增大，电容器带电荷量正在增大，电压正在增大，线圈中电流产生的磁场的磁感应强度正在减弱，故只有B正确。3．(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．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大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】BCD　由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板带电情况，可分两种情况讨论：①若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电状态，电流正在增大，则C正确，A错误；②若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流正在减小，则B正确；由楞次定律可判定D正确。4．(多选)如图所示为LC振荡电路中电容器两极板上的电荷量q随时间t变化的图线，由图可知(　　)A．在t1时刻，电路中的磁场能最小B．t1到t2电路中的电流值不断变小C．从t2到t3电容器不断充电D．在t4时刻，电容器的电场能最小【解析】ACD　作出i­t图线(图中虚线)，注意到i­t图线按余弦规律变化，电流大，磁场能大；电容器C上带电荷量大，电场能大，不难判断出A、C、D正确。5．如图所示，电源电动势为E，电容器的电容为C，线圈的电感为L。将开关S从a拨向b，经过一段时间后电容器放电完毕。求电容器的放电时间和放电电流的平均值是多少？【解析】电容器放电时间为T，与电源电动势无关，即t＝×2π＝π。在T内电流平均值为＝＝＝。内容2：电磁场与电磁波一、电磁场1．变化的磁场产生电场（1）实验现象：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。（2）麦克斯韦的观点：电路里有感应电流产生，一定是变化的磁场 产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。（3）结论：变化的 磁场 产生了电场。2．变化的电场产生磁场麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场。二、电磁波1．电磁波的产生变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。2．电磁波是横波根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。3．电磁波的速度麦克斯韦得到电磁波的速度等于 光速。他指出了光的 电磁本质。4．麦克斯韦电磁场理论的意义不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁场理论。5．赫兹的电火花（1）赫兹的实验装置（2）实验现象当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花。（3）现象分析当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生火花时，空间出现了迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以 电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出 感应电动势 ，使得导线环的空隙中也产生了火花。（4）实验结论：证实了电磁波的存在。  1．根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　)A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周期一定产生变化的电场C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场【解析】D　根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，只有选项D正确。2．(多选)关于电磁波，下列说法正确的是(　　)A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直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】ABC　电磁波在真空中的传播速度均相同，与电磁波的频率无关，故A正确；变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，相互激发，形成电磁波，故B正确；电磁波是横波，每一处的电场强度和磁场强度总是相互垂直的，且与波的传播方向垂直，故C正确；当发射电路的电磁振荡停止了，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，还要继续传播一段时间，故D错误。3．(多选)关于电磁波和机械波，下列说法正确的是(　　)A．电磁波和机械波的传播都需要借助于介质B．电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切相关C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场【解析】CD　机械波的传播需要借助于介质，但电磁波的传播不需要借助介质，选项A错误；电磁波和机械波的传播速度都与介质有关；选项B错误；电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象；选项C正确；根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场；选项D正确。4．(多选)下列关于电磁场的说法中正确的是(　　)A．只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波B．任何变化的电场周围一定有磁场C．周期变化电场和周期变化磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场D．电磁波的理论在先，实践证明在后【解析】BCD　均匀变化的电场或磁场，不会在其周围产生电磁场，也不会有电磁波存在，故A错误；任何变化的电场周围一定有磁场，故B正确；周期变化电场和周期变化磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场，故C正确；麦克斯韦建立电磁波的理论在先，赫兹用实践证明在后，故D正确。内容3：无线电波的发射和接收一、电磁波的发射1．发射电磁波的振荡电路的特点（1）要有足够高的振荡频率：频率越高，发射电磁波的本领越大。（2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，因此采用开放电路。2．电磁波的调制调制在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术分类调幅(AM)使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制技术调频(FM)使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制技术二、电磁波的接收1．原理电磁波在传播过程中如果遇到导体，会使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．电谐振与调谐（1）电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强的现象。（2）调谐：使接收电路产生电谐振的过程。三、电视广播的发射和接收过程摄像管：摄取景物的图像并将其转换为电信号→→→  1．简单的、比较有效的电磁波的发射装置，至少应具备以下电路中的(　　)①调谐电路；②调制电路；③高频振荡电路；④开放振荡电路A．①②③　　　　　　　 B．②③④C．①④   D．①②④【解析】B　比较有效的发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路。调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上才能发射出去，高频振荡电路能产生高频电磁波，开放振荡电路能把电磁波发送的更远。而调谐电路是在接收端需要的电路。2．如图所示为电视接收过程示意图，其工作过程顺序正确的是(　　)A．解调——放大——调谐——显示B．调谐——放大——解调——显示C．调谐——解调——放大——显示D．放大——调谐——解调——显示【解析】C　电磁波的接收过程是调谐——解调——放大——显示，故C正确。3．关于电磁波的发射与接收，下列说法中正确的是(　　)A．调频与调幅都是用高频载波发送信号，原理相同，无本质区别B．解调是将低频信号加载到高频电磁波上进行发射传送的过程C．手持移动电话与其他用户通话时，要靠较大的固定的无线电台转送D．调谐就是将接收电路的振幅调至与电磁载波的振幅相同【解析】C　调频与调幅都是用高频载波发送信号，但是原理不同，故A错误；解调是接收电磁波过程中的步骤，是将低频信号从高频载波信号中分离出来的过程，故B错误；手持移动电话与其他用户通话时，要靠较大的固定的无线电台转送，故C正确；调谐是将接收电路的频率调至与电磁波的频率相同，故D错误。4．手机A的号码为13811111111，手机B的号码为13022222222。当手机A拨打手机B时，能听见B发出响声并且看见B上来电显示A的号码为13811111111。若将手机A置于透明真空罩中，再用手机B拨打手机A，则(　　)A．能听见A发出响声，但看不到A上显示B的号码B．能听见A发出响声，也能看到A上显示B的号码13022222222C．既不能听见A发出响声，也看不到A上显示B的号码D．不能听见A发出响声，但能看到A上显示B的号码13022222222【解析】D　声音不能在真空中传播，拨打真空罩中手机不能听到手机铃声；手机接收的是电磁波信号，电磁波能在真空中传播，真空罩中的手机能接收到呼叫信号。故能看到A上显示的B的号码，故D正确，A、B、C错误。故选D。5．(多选)下列对无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是(　　)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才能不变D．经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号有效地传递出去【解析】AD　调制是把低频信号加到高频电磁波上增强发射能力，频率变大；即辐射本领变强，符合题意；电磁波的波速接近光速，传播速度不变，不符合题意；根据v＝λ·f可知，速度不变的情况下，频率改变，则波长必然改变，不符合题意；要把电磁波有效发射出去，必须有足够高的频率，经过调制之后的波具有较高频率，从而把我们要告知对方的信息有效传递出去，符合题意。内容4：电磁波谱1．电磁波谱概念按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱。2．电磁波谱的排列按波长由长到短依次为：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 特点用途无线电波波动性强通讯、广播、导航红外线热作用强加热、遥测、遥感、红外线制导可见光感光性强照明、照相等紫外线化学作用、荧光效应杀菌消毒、治疗皮肤病等X射线穿透力强检查、探测、透视、治疗γ射线穿透力最强探测、治疗4.电磁波的能量各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波，说明电磁波具有能量，电磁波是一种物质。5．太阳辐射的特点太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域，在眼睛最敏感的黄绿光附近，辐射的能量最强。  1．下列关于紫外线的说法正确的是 (　　)A．照射紫外线可增进人体对钙的吸收，因此人们应尽可能多地接受紫外线的照射B．一切高温物体发出的光都含有紫外线C．紫外线有很强的荧光效应，常被用来防伪D．紫外线有杀菌消毒的作用，是因为其有热效应【解析】C　紫外线有显著的生理作用，杀菌能力较强，在医疗上有其应用，但是过多地接受紫外线的照射，对人体来说也是有害的，A、D错误；并不是所有的高温物体发出的光都含有紫外线，B错误；紫外线有很强的荧光效应，可用来防伪，C正确。2．(多选)对红外线的作用及来源的叙述中正确的有(　　)A．一切物体都在不停地辐射红外线B．红外线有很强的荧光效应C．红外线最显著的作用是热效应D．红外线容易穿过云雾、烟尘【解析】ACD　任何物体在不停地辐射红外线，且热物体比冷物体的红外辐射本领大，选项A正确；荧光效应是紫外线的特性，红外线没有，红外线的显著作用是热效应，选项B错误，选项C正确；红外线波长较长，衍射能力比较强，选项D正确。3．(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　)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　电磁波在真空中的速度都为3.0×108 m/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，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越大，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，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。4．下列说法正确的是(　　)A．只有物体温度较高时才能向外辐射红外线B．紫外线的主要作用是热作用C．可见光比红外线容易发生衍射现象D．X射线穿透力强，可用来进行人体透视【解析】D　任何物体在任何温度下均会向外辐射红外线，A错误；紫外线的主要作用是化学作用和荧光作用，B错误；可见光的波长小于红外线的波长，故可见光相对红外线不容易发生衍射现象，C错误；X射线穿透力强，医学上常用于透视人体，D正确。5．间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，即使车辆离开，也瞒不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于(　　)A．可见光波段　　 B．红外波段C．紫外波段   D．X射线波段【解析】B　任何物体都能发出红外线，热的物体的红外线辐射比冷的物体的强，间谍卫星上装的遥感照相机，实际上是红外线探测器，它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外线辐射，这是红外线摄影的基础。再者，红外线波长比其他波(如可见光、紫外线、X射线)的波长长，有较好地穿透云雾的能力，故B正确。而其他选项的光不具备以上特点，故A、C、D错误。 专题1：电磁振荡过程分析1.分析两类物理量：电荷量q决定了电场能的大小，电容器极板间电压U、电场强度E、电场能EE的变化规律与q的变化规律相同；振荡电流i决定了磁场能的大小，线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ、磁场能EB的变化规律与i的变化规律相同。2．两个过程：放电过程电荷量q减小，振荡电流i增加；充电过程电荷量q增加，振荡电流i减小。3．两个瞬间：放电完毕瞬间q＝0，i最大；充电完毕瞬间i＝0，q最大。【例1】　如图所示，i­t图像表示LC振荡电流随时间变化的图像，在t＝0时刻，电路中电容器的M板带正电，在某段时间里，电路的磁场能在减少，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中        段。【解析】　由电流图像可得，在t＝0时刻是电容器开始放电，电路中电容器的M板带正电，故电流方向逆时针为正方向；某段时间里，电路的磁场能在减少，说明电路中的电流在减小，是电容器的充电过程，此时M板带正电，说明此时电流方向顺时针方向为负，符合电流减小且为负值的只有cd段。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：当电容器的带电荷量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场B)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。1．已知LC振荡电路中电容器极板1上的电荷量随时间变化的曲线如图所示．则(　　)A．a、c两时刻电路中电流最大，方向相同B．a、c两时刻电容器里的电场能最大C．b、d两时刻电路中电流最大，方向相同D．b、d两时刻电路中电流最大，方向相反E．b、d两时刻磁场能最大【解析】BDE　a、c两时刻电容器极板上电荷量最大，电场能最大，所以电路中电流最小；b、d两时刻电容器极板上电荷量最小，电路中电流最大，磁场能量最大，b、d两点时间间隔为半个周期，故电流方向相反。 专题2：电磁波的特点和应用1.按波长由长到短(频率由低到高)的顺序无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线(伦琴射线)、γ射线等合起来，构成了范围非常广阔的电磁波谱。2．各种不同的电磁波既有共性，又有不同（1）共性：它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，都遵守公式v＝fλ，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s，它们的传播都不需要介质，各波段之间并没有绝对的区别。（2）不同：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，波长越短观察干涉、衍射现象越困难。正是这些不同的特性决定了它们不同的用途。3．电磁波和机械波在波动性上有相同点，都遵守v＝fλ，但本质不同，机械波不能在真空中传播，而电磁波的传播不需要介质。【例2】　(多选)声呐能发射超声波，雷达能发射电磁波，超声波和电磁波相比较，下列说法正确的是(　　)A．超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量B．电磁波既可以在真空中传播，又可以在介质中传播，超声波只能在介质中传播C．在空气中传播的速度与在其他介质中传播速度相比，均是在空气中传播时具有较大的传播速度D．超声波是纵波，电磁波是横波E．超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉【解析】ABD　超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量、信息，A正确；声呐发出的超声波是机械波，不可以在真空中传播，B对；机械波在空气中传播时速度较小，在其他介质中传播时速度大，而电磁波恰好相反，C错；声波是纵波，电磁波是横波，D正确；超声波和电磁波不是同一类波，不可能发生干涉，E错。