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单元复习【过知识】 第四章 电磁振荡与电磁波-2022-2023学年高二物理单元复习(人教版2019选修第二册)
展开一、电磁振荡的产生及能量变化1.振荡电流:大小和方向都做 迅速变化的电流.2.振荡电路:能产生 的电路.最简单的振荡电路为LC振荡电路振荡电路电容器的放电、充电过程(1)电容器放电:由于线圈的 作用,放电电流不会立刻达到最大值,而是由零逐渐增大,同时电容器极板上的电荷逐渐 .放电完毕时,极板上没有电荷,放电电流达到 .该过程电容器的电场能全部转化为线圈的磁场能.
(2)电容器充电:电容器放电完毕时,由于线圈的 作用,电流并不会立即减小为零,而要保持原来的方向继续流动,并逐渐减小,电容器开始 ,极板上的电荷逐渐 ,电流减小到零时,充电结束,极板上的电荷最多.该过程中线圈的磁场能又全部转化为电容器的电场能.4.电磁振荡的实质在电磁振荡过程中,电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B,都在 ,电场能和磁场能也随着做周期性的 .
二、电磁振荡的周期和频率1.电磁振荡的周期T:电磁振荡完成一次 需要的时间.2.电磁振荡的频率f:完成周期性变化的次数与所用时间之比,数值等于单位时间内完成的 的次数.如果振荡电路没有能量损耗,也不受其他外界条件影响,这时的周期和频率叫作振荡电路的 周期和 频率.
其中:周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F).
1. (多选)图3是LC振荡电路某时刻的情况,以下说法正确的是( )A.电容器正在充电B.电感线圈中的磁场能正在增加C.电感线圈中的电流正在增大D.此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
解析 由题图中磁感应强度的方向和安培定则可知,此时电流向着电容器带负电的极板流动,也就是电容器处于放电过程中,这时两极板上的电荷量和电压、电场能正在减少,而电流和线圈中的磁场能正在增加,由楞次定律可知,线圈中的自感电动势正在阻碍电流的增大,故选B、C、D.
2.在如图4甲所示的振荡电路中,电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示,规定电路中振荡电流逆时针方向为正方向,则电路中振荡电流随时间变化的图像是
3.(2020·浙江高二期末)如图5甲所示,在LC振荡电路中,其电流变化规律如图乙所示,规定顺时针方向为电流i的正方向,则
A.0至0.5 s时间内,电容器C在放电B.0.5 s至1 s时间内,电场能正在减小C.1 s至1.5 s时间内,磁场能正在减小D.1.5 s至2 s时间内,P点的电势比Q点的电势低
解析 0至0.5 s时间内,电路中电流顺时针变大,则电容器C在放电,选项A正确;0.5 s至1 s时间内,电路中电流顺时针减小,则电容器正在充电,电场能正在增加,选项B错误;
1 s至1.5 s时间内,电路中电流逆时针增加,则磁场能正在增加,选项C错误;1.5 s至2 s时间内,电路中电流逆时针减小,电容器正在充电,此时电容器上极板带正电,即P点的电势比Q点的电势高,选项D错误.
4.要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率,可采用的方法是A.增大电容器两极板的间距B.升高电容器的充电电压C.增加线圈的匝数D.在线圈中插入铁芯
升高电容器的充电电压,电容不变,B错误;增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯,自感系数均增大,故C、D错误.
5.(电磁振荡的过程分析)(2020·四川三台中学实验学校高二月考)如图7甲所示的LC振荡电路中,t=0时的电流方向如图中箭头所示,电容器上的电荷量随时间的变化规律如图乙所示,则A.0至0.5 s时间内,电容器在放电B.0.5 s至1.0 s时间内,电容器的下极板 的正电荷在减少C.1.0 s至1.5 s时间内,Q点比P点电势高D.1.5 s至2.0 s时间内,磁场能正在转变成电场能
解析 0至0.5 s时间内,电容器带电荷量增加,则电容器在充电,下极板带正电,选项A错误;0.5 s至1.0 s时间内,电容器放电,则下极板的正电荷在减少,选项B正确;
1.0 s至1.5 s时间内,电容器反向充电,上极板带正电,电流方向与图示方向相反,则此时Q点比P点电势低,选项C错误;1.5 s至2.0 s时间内,电容器反向放电,则电场能正在转变成磁场能,选项D错误.
6.(电磁振荡的过程分析)(2020·浙江月考)在LC振荡电路中,某时刻电容器C中的电场方向和线圈L中的磁场方向如图8所示,则此时A.电容器正在放电B.电容器两端电压正在增大C.电场能正在转化为磁场能D.回路中的电流正在变大
解析 根据右手螺旋定则可得,电路中的电流方向沿逆时针方向,电容器上板带正电,可知电容器正在充电,两端电压正在增大,磁场能正在转化为电场能,回路中的电流正在减小,故选B.
7.(电磁振荡的周期)(多选)一个LC振荡电路中,线圈的自感系数为L,电容器电容为C,从电容器上电压达到最大值Um开始计时,则有
8.(电磁振荡的周期)如图9所示为振荡电路在某一时刻的电容器带电情况和电感线圈中的磁感线方向情况.由图可知,电感线圈中的电流正在_____(填“增大”“减小”或“不变”).如果电流的振荡周期为T=10-4 s,电容C=250 μF,则线圈的电感L=______ H.
解析 根据磁感线方向,应用安培定则可判断出电流方向,从而可知电容器在充电,电流正在减小.
三、电磁场、电磁波1.变化的磁场产生电场(1)实验基础:如图1所示,在变化的磁场中放一个闭合电路,电路里就会产生 .
(2)麦克斯韦的见解:电路里能产生感应电流,是因为变化的 产生了电场,电场促使导体中的自由电荷做定向运动.(3)实质:变化的 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 .
3.电磁波的产生:变化的电场和磁场交替产生,由近及远地向周围传播,形成 .4.电磁波的特点(1)电磁波在空间传播不需要 .(2)电磁波是横波:电磁波中的电场强度与磁感应强度互相 ,而且二者均与波的传播方向 .(3)电磁波能产生反射、 、干涉、偏振和 等现象.5.电磁波具有能量电磁场的转换就是 能量与 能量的转换,电磁波的发射过程是 能量的过程,传播过程是能量传播的过程.
四、无线电波的发射与接受1.要有效地发射电磁波,振荡电路必须具有的两个特点:(1)要有 的振荡频率,频率越 ,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______电路.2.实际应用中的开放电路,线圈的一端用导线与 相连,这条导线叫作地线;线圈的另一端与高高地架在空中的 相连.3.电磁波的调制:在电磁波发射技术中,使载波随各种 而改变的技术.调制分为调幅和调频.(1)调幅(AM):使高频电磁波的 随信号的强弱而变的调制方法.(2)调频(FM):使高频电磁波的 随信号的强弱而变的调制方法.
4.接收原理:电磁波在传播时如果遇到 ,会使导体中产生感应电流,空中的导体可以用来接收电磁波,这个导体就是接收 .5.电谐振:当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率 时,接收电路中产生的振荡电流最强,这种现象叫作电谐振,相当于机械振动中的 .(1)调谐:使接收电路产生 的过程.(2)解调:把声音或图像信号从 中还原出来的过程.调幅波的解调也叫检波.
五、电视广播的发射和接收1.电视广播信号是一种无线电信号,实际传播中需要通过载波将信号调制成 信号再进行传播.2.高频电视信号的三种传播方式:地面 传输、有线网络传输以及 传输.3.电视信号的接收:电视机接收到的高频电磁波信号经过 将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号.
1.关于麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是A.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生 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.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
解析 根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场.
2.用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场产生的磁场(或磁场产生的电场)随时间t的变化规律,其中错误的是
解析 恒定的电场不产生磁场,选项A正确;均匀变化的电场产生恒定的磁场,选项B正确;周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场,产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比,对于正弦曲线,t=0时,磁场的磁感应强度的变化率最大,故产生的电场的电场强度最大,选项C错误,D正确.
3.(多选)下列关于电磁波的叙述中,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3×108 m/sC.电磁波由真空进入介质传播时,波长变短D.电磁波具有波的一切特征
解析 由电磁波的定义可知A项正确;电磁波只有在真空中传播时,其速度为3×108 m/s,故B项错误;电磁波在传播过程中其频率f不变,由波速公式v=λf知,由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小,所以可得此时波长变短,故C正确;电磁波是一种波,具有波的一切特性,能产生干涉、衍射等现象,故D项正确.
4.(2020·湖北十堰期末)下列关于电磁波的说法正确的是A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场B.电磁波在真空和介质中传播速度相同C.只要有电场和磁场,就能产生电磁波D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
解析 均匀变化的磁场产生恒定的电场,故A正确;电磁波在真空中以光速c传播,而在介质的传播速度小于光速,故B错误;恒定的电场不能产生磁场,恒定的磁场不能产生电场,所以有电场和磁场不一定能产生电磁波,故C错误;电磁波在同一均匀介质中沿直线匀速传播,当介质不均匀时可以发生折射和反射,故传播方向可以改变,故D错误.
5.为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力,对LC振荡电路的结构可采用下列哪些措施A.增大电容器极板的正对面积B.增大电容器极板的间距C.增大自感线圈的匝数D.提高供电电压
解析 要增大无线电波向空间发射电磁波的能力,必须提高其振荡频率,即减小L或减小C.要减小L,可通过减小线圈匝数、向外抽铁芯的方法;要减小C,可采用增大板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法,故B正确.
6.实际发射无线电波的过程如图7甲所示,高频振荡器产生高频等幅振荡如图乙所示,人对着话筒说话时产生低频信号如图丙所示.
则发射出去的电磁波图像应是
解析 使电磁波随各种信号而改变的技术,叫作调制.调制共有两种方式:一种是调幅,即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载;另一种是调频,即通过改变频率来实现信号加载,由各选项的图形可知,该调制波为调幅波,即发射信号的振幅随声音信号振幅的变化而变化.故选B.
7.调节收音机的调谐回路时,可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号,为接收到该电台信号,则应A.加大电源电压B.减小电源电压C.增加谐振线圈的圈数D.减少谐振线圈的圈数
频率f与电源电压无关,选项A、B错误.
8.在如图8所示的电路中,C1=200 pF,L1=40 μH,L2= 160 μH,怎样才能使回路2与回路1发生电谐振?发生电谐振的频率是多少?
答案 改变可变电容器C2的电容,使得C2为50 pF 1.78 MHz
解析 发生电谐振时两电路的固有频率相同.为使回路发生电谐振,可以改变可变电容器C2,使f2=f1,
9.(电磁场)下列说法中正确的是A.任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场,振荡磁场在周围空 间产生同频率的振荡电场B.任何电场都要在周围空间产生磁场,振荡电场在周围空间产生同频率 的振荡磁场C.任何变化的电场都要在周围空间产生磁场,振荡电场在周围空间产生 同频率的振荡磁场D.电场和磁场总是相互联系着,形成一个不可分割的统一体,即电磁场
解析 根据麦克斯韦电磁场理论,如果电场(磁场)的变化是均匀的,产生的磁场(电场)是恒定的;如果电场(磁场)的变化是不均匀的,产生的磁场(电场)是变化的;振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场);周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着,形成一个不可分割的统一体,即电磁场,故选C.
10.(电磁波)(多选)下列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A错误,B、C、D正确.
11.(无线电波的发射)(多选)关于调制的作用,下列说法正确的是A.调制的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波上去B.调幅的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波的振幅上去C.调频的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波的频率上去D.调频的作用是将低频信号变成高频信号,再放大后直接发射出去
13.(无线电波的接收)在如图9所示的LC振荡电路中,已知线圈的电感不变,电容器为可调电容器,开始时电容器的电容为C0,要发生电谐振应使振荡电路的固有频率加倍.则电容器的电容应变为A.4C0 B.2C0
六、电磁波谱1.电磁波谱:按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排列成的谱,叫作电磁波谱.2.按照波长从长到短依次排列为无线电波、 、可见光、 、 、γ射线.不同的电磁波由于具有不同的 ,具有不同的特性.七、电磁波的特性及应用1.无线电波:把波长大于1 mm(频率低于300 GHz)的电磁波称作无线电波,主要用于 、广播及其他信号传输.雷达是利用电磁波遇到障碍物要发生 ,以此来测定物体位置的无线电设备,其利用的是波长 的微波.
2.红外线(1)红外线是一种光波,波长比无线电波 ,比可见光 .(2)所有物体都发射红外线,热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射 .(3)红外线的应用主要有 和红外体温计.3.可见光可见光的波长在400~760 nm之间.4.紫外线(1)波长范围在 之间,不能引起人的视觉.(2)具有 的能量,应用于灭菌消毒,具有较强的 效应,用来激发荧光物质发光.
5.X射线和γ射线(1)X射线波长比紫外线 ,有很强的 本领,用来检查金属构件内部有无裂纹或气孔,医学上用于检查人体的内部器官.(2)γ射线波长比X射线更短,具有 的能量,穿透力更强,医学上用来治疗某些癌症,工业上也可用于探测金属构件内部是否有缺陷.
1.(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是A.波长不同的电磁波在本质上完全相同B.电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象C.电磁波谱的频带很宽D.电磁波的波长很短,所以电磁波的频带很窄
解析 电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的,只是波长或频率不同而已.其中波长最长的波跟波长最短的波之间的频率相差1020倍,因此电磁波谱的频带很宽.
2.各种不同频率范围的电磁波按频率由高到低的排列顺序是A.γ射线、紫外线、可见光、红外线B.γ射线、红外线、紫外线、可见光C.紫外线、可见光、红外线、γ射线D.红外线、可见光、紫外线、γ射线
解析 在电磁波谱中,各电磁波按照频率从低到高的排列顺序是:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,所以选项A正确.
3.雷达向远处发射无线电波,每次发射的时间是1 μs,两次发射的时间间隔为100 μs,在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图2所示,已知图中ab=bc,障碍物与雷达之间的距离是多大?
答案 7.5×103 m
解析 题图中a和c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的,b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的,由ab=bc可知,无线电波由发射到返回所用时间为50 μs.
4.(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内.下列关于雷达和电磁波的说法正确的是A.真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m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
电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的,B错误;由雷达的工作原理可知C正确;波长越短的电磁波,传播的直线性越好,反射性能越强,D正确.
5.下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象,请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上.A.光的全反射B.紫外线具有很强的荧光作用C.紫外线具有杀菌消毒作用D.X射线有很强的贯穿力E.红外线具有显著的热效应F.红外线波长较长,易发生衍射(1)X光机,________.
解析 X光机是用来透视人体内部器官的,因此需要具有较强穿透力的电磁波,但又不能对人体造成太大的伤害,因此采用了X射线,故选择D.
A.光的全反射B.紫外线具有很强的荧光作用C.紫外线具有杀菌消毒作用D.X射线有很强的贯穿力E.红外线具有显著的热效应F.红外线波长较长,易发生衍射(2)紫外线灯,________.
解析 紫外线灯主要是用来杀菌消毒的,因此它应用的是紫外线的杀菌消毒作用而非荧光作用,故选择C.
A.光的全反射B.紫外线具有很强的荧光作用C.紫外线具有杀菌消毒作用D.X射线有很强的贯穿力E.红外线具有显著的热效应F.红外线波长较长,易发生衍射(3)理疗医用“神灯”照射伤口,可使伤口愈合得较好.这里的“神灯”是利用_____.
解析 “神灯”又称红外线灯,主要是用于促进局部血液循环,它利用的是红外线的热效应,使人体局部受热,血液循环加快,故选择E.
6.关于电磁波的特性和应用,下列说法正确的是A.红外线和X射线都有很高的穿透本领,常用于医学上检查人体的内部 器官B.过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康C.电磁波频率最大的是γ射线,最容易用它来观察衍射现象D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光
解析 X射线有很强的穿透本领,常用于医学上检查人体的内部器官,红外线没有,A错误;过强的紫外线照射对人的皮肤有害,B错误;电磁波中频率最大的是γ射线,其波长最短,最不容易发生衍射现象,C错误;紫外线和X射线都具有明显的化学反应,可以使感光底片感光,D正确.
7.(电磁波谱)下列各组电磁波,按衍射能力由强到弱的正确排列是A.γ射线、红外线、紫外线、可见光B.红外线、可见光、紫外线、γ射线C.可见光、红外线、紫外线、γ射线D.紫外线、可见光、红外线、γ射线
8.(电磁波的特性及应用)电磁波在生活中有着广泛的应用.不同波长的电磁波具有不同的特性,因此也有不同的应用.下列器材与其所应用的电磁波对应关系不正确的是A.雷达——无线电波 B.手机——X射线C.紫外消毒柜——紫外线 D.遥控器——红外线
解析 雷达是利用了无线电波中的微波来测定位置的,故A正确;手机采用的是无线电波,X射线对人体有很大的辐射,不能用于通信,故B错误;紫外线具有很强的消毒作用,故C正确;红外线可以用于遥控器,故D正确.
9.(电磁波的特性及应用)(2020·石家庄市高二上期末)“风云”二号卫星发送回地面的红外云图是由卫星上设置的可以接收云层辐射的红外线的感应器完成的,云图上的黑白程度是由辐射红外线的云层的温度高低决定的,这是利用了红外线的A.穿透性 B.热效应C.可见性 D.化学效应
解析 红外线是不可见光,人眼无法觉察到,所以C错误.红外线的波长长,频率低,穿透能力较弱,A错误.红外线的主要作用是热效应,物体温度越高,向外辐射的红外线越强,正是利用这一性质得到红外云图的,故B正确,D错误.
10.(电磁波的特性及应用)(2021·南通中学期末考试)下列说法正确的是A.交警通过发射超声波测量车速可以利用波的多普勒效应B.紫外线的穿透本领较强,医疗方面可以杀菌消毒还可以透视C.医生用超声波检查胆结石,是因为超声波波长较长,遇到结石更容易 发生衍射D.第四代移动通信系统(4G)采用1 880~2 690 MHz间的四个频段,该电 磁波信号的磁感应强度随时间是均匀变化的
解析 交警通过发射超声波测量车速可以利用波的多普勒效应,A正确;紫外线可以杀菌消毒,但不能透视,B错误;医生用超声波检查胆结石,是因为超声波波长较短,遇到结石不容易发生衍射,C错误;第四代移动通信系统(4G)采用1 880~2 690 MHz间的四个频段,该电磁波信号的磁感应强度随时间是周期性变化的,D错误.
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