2024届高考物理一轮复习第十一章交变电流电磁振荡与电磁波传感器第3讲电磁振荡与电磁波课件
展开2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播,形成________。(2)电磁波的传播不需要______,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度______ (都等于光速)。(3)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___。(4)v=λf,f是电磁波的频率。3.电磁波的发射(1)发射条件:_____电路和________信号,所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。(2)调制方式①调幅:使高频电磁波的_____随信号的强弱而改变。②调频:使高频电磁波的______随信号的强弱而改变。
4.无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率_____时,激起的振荡电流_____,这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作_____,能够调谐的接收电路叫作_____电路。(3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程,叫作______。检波是______的逆过程,也叫作______。5.电磁波谱(1)按照电磁波的______或______大小的顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱。(2)按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、_______、紫外线、X射线、γ射线。
情境创设 “旅行者1号”探测器是目前离地球最远的人造天体,它通过电磁波给我们发回了上万张神秘宇宙的照片。1990年2月14日,已经完成主要任务的“旅行者1号”在距离地球60亿千米之外接到了来自地球的指示,调转照相机,朝着地球的方向拍摄了一组照片。在传回地球的照片中,我们的地球是一个极小的暗淡蓝点,看不出与其他星球的区别。截至2023年1月,我们仍然能够接收到237亿千米之外“旅行者1号”发来的信息。
微点判断 (1)电磁波在真空中和介质中的传播速度相同。( )(2)只要有电场和磁场,就能产生电磁波。( )(3)变化的磁场产生的电场的电场线是闭合曲线。( )(4)LC振荡电路中,回路中的电流值最大时回路中的磁场能最大。( )(5)电磁振荡的固有周期与电流的变化快慢有关。( )(6)振荡电路的频率越高,发射电磁波的本领越大。( )(7)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。( )
(8)制作天线必须用导体。( )(9)只有接收电路发生电谐振时,接收电路中才有振荡电流。( )(10)解调是调制的逆过程。( )(11)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度。( )(12)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。 ( )
(一) 电磁振荡过程分析(固基点) [题点全练通]1.[LC振荡电路的理解] 如图所示,表示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减小C.电感线圈中的电流正在减小D.此时自感电动势正在阻碍电流的增加
解析:根据磁感线的方向可以判断电流方向是逆时针,再根据电容器极板上带电的性质可以判断电容器在放电,A错误;电容器在放电,所以电流在增加,磁场能在增加,自感电动势正在阻碍电流的增加,B、C错误,D正确。答案:D
3.[图像的分析](多选)如图(a)所示,在LC振荡电路中,通过P点的电流变化规律如图(b)所示,且把通过P点向右的方向规定为电流i的正方向,则 ( )A.0.5~1 s时间内,电容器C在放电B.0.5~1 s时间内,电容器C的上极板带正电C.1~1.5 s时间内,Q点的电势比P点的电势高D.1~1.5 s时间内,电场能正在转变成磁场能
解析:0.5~1 s时间内,振荡电流是充电电流,充电电流是由负极板流向正极板,故A、B错误;1~1.5 s时间内,振荡电流是放电电流,放电电流是由正极板流向负极板,由于电流为负值,所以由Q流向P,Q点的电势比P点的电势高,电场能正在转变成磁场能,故C、D正确。答案:CD
[要点自悟明]1.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像
2.LC振荡电路充、放电过程的判断方法
(二) 麦克斯韦电磁场理论的理解与应用(固基点) [题点全练通]1.[麦克斯韦电磁场理论的理解]关于电磁场理论,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稳定的磁场,非均匀变化的电场才能产生变化的磁场,周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场,故D正确。答案:D
2.[电磁波的产生] 某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示,能发射电磁波的是 ( )解析:由麦克斯韦电磁场理论知,当空间出现恒定的电场时(如题图A),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(如题图B、C),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;只有周期性变化的电场(如题图D),才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。答案:D
3.[麦克斯韦电磁场理论的应用]将很多质量为m、带电荷量为+q可视为质点的绝缘小球,均匀穿在由绝缘材料制成的半径为r的光滑圆轨道上并处于静止状态,轨道平面水平,空间内有分布均匀的磁场,磁场方向竖直向上,如图甲所示。磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,其中B0是已知量。已知在磁感应强度增大或减小的过程中,将产生涡旋电场,其电场线是在水平面内一系列沿顺时针或逆时针方向的同心圆,同一条电场线上各点的场强大小相等。关于绝缘小球的运动情况,下列说法正确的是 ( )
A.在t=0到t=T0时间内,绝缘小球均做匀速圆周运动B.在t=T0到t=2T0时间内,绝缘小球均沿顺时针方向做速率均匀增加的圆周运动C.在t=2T0到t=3T0时间内,绝缘小球均沿顺时针方向做加速圆周运动D.在t=3T0到t=5T0时间内涡旋电场沿顺时针方向
所以绝缘小球均沿顺时针方向做速率均匀增加的圆周运动,故B正确;在t=2T0到t=3T0时间内,磁感应强度不变,没有涡旋电场产生,绝缘小球均沿顺时针方向做匀速圆周运动,故C错误;根据法拉第电磁感应定律可知在t=3T0到t=5T0时间内涡旋电场沿逆时针方向,故D错误。答案:B
4.[电磁波与机械波的比较](多选)以下关于机械波与电磁波的说法中,正确的是( )A.机械波与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,还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:机械波由波源振动产生,电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生;机械波传播需要介质,波速由介质决定;电磁波的传播不需要介质,波速由介质和本身频率共同决定;机械波有横波,也有纵波,而电磁波一定是横波,B、C、D正确。答案:BCD
[要点自悟明]1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
(三) 无线电波的发射和接收(释疑点)1.调幅和调频(1)高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅,一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。如图所示是调幅的作用,其中甲为声音信号的波形;乙为高频等幅振荡电流的波形;丙为经过调幅的高频振荡电流的波形。(2) 高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方式叫调频,电台的立体声广播和电视中的伴音信号,采用调频波。如图所示调频的作用,其中甲为声音信号的波形;乙为高频等幅振荡电流的波形;丙为经过调频的高频振荡电流的波形。
2.解调和调制声音、图像等信号频率相对较低,不能转化为电信号直接发射出去,而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去。将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制。而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。3.无线电波的分类及应用无线电波按波长的长短不同可分为长波、中波、短波、微波等波段。(1)长波:波长范围为30 000~3 000 m,频率范围为0.01~0.1 MHz,主要用于调幅广播及航海导航。
(2)中波:波长范围为3 000~50 m,频率范围为0.1~6 MHz,主要用于调幅广播及通信。(3)短波:波长范围为50~10 m,频率范围为6~30 MHz,主要用于远距离短波通信及调幅广播。(4)微波:波长范围为10~0.001 m,频率范围为30 MHz~300 GHz,主要用于调频广播、电视、卫星导航和雷达,也可用于微波炉加热食物。
[多维训练]1.[无线电波的发射](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”到高频等幅振荡电流上去,频率越高,传播信息能力越强,A对;电磁波在空气中以接近光速传播,B错;由v=λf,知波长与波速和传播频率有关,C错,D对。答案:AD
2.[无线电波的传播](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几毫米的电磁波B.无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/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
3.[无线电波的接收] 某同学自己绕制天线线圈,制作一个简单的收音机,用来收听中波无线电广播,初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到,但可以接收其他中波电台,适当调整后,去户外使用,假设空间中存在波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波,下列说法正确的是 ( )A.为了能收到频率最高的中波电台,应增加线圈的匝数B.为更好接收290 m的无线电波,应把收音机的调谐频率调到756 kHzC.使接收电路产生电谐振的过程叫解调D.为了能接收到长波,应把电路中电容器的电容调大一点
(四) 电磁波谱(释疑点)1.电磁波谱分析及应用
2.各种电磁波产生机理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,频率越大,折射率越大,速度越小。
[多维训练]1.[电磁波谱](2022·青岛模拟)根据电磁波谱选出下列各组电磁波,其中频率互相交错重叠,且波长顺序由短到长排列的是 ( )A.微波、红外线、紫外线B.γ射线、X射线、紫外线C.紫外线、可见光、红外线D.紫外线、X射线、γ射线解析:红外线与紫外线在电磁波谱中不相邻,更不会频率重叠,A错误。紫外线、可见光、红外线虽相邻,但它们三者间有明确的界线,频率也不相重叠,C错误。在电磁波谱中紫外线、X射线、γ射线有重叠,γ射线波长最短,紫外线波长最长,故B正确,D错误。答案:B
2.[电磁波的特性]关于各种电磁波的性质比较,下列说法中正确的有 ( )A.由于红外线的波长比可见光长,所以比可见光更难发生干涉、衍射B.由于γ射线的波长太短了,所以根本无法发生干涉、衍射C.无论哪一种电磁波,在真空中的传播速度都相同D.γ射线的穿透能力最强,所以最适于用来透视人体,检查骨骼和其他病变情况解析:波长越长,越容易发生干涉、衍射,A错误;干涉、衍射是波特有的现象,B错误;电磁波在真空中的传播速度等于光速,C正确;X射线用来透视人体,检查骨骼等,D错误。答案:C
3.[电磁波的应用](1)(多选)下列说法中正确的是( )A.北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的B.微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应C.常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机D.遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征
解析:北斗导航系统是利用电磁波工作的,A正确;食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧,温度升高,内能增加,B错误;常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机,C错误;遥感技术中利用红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征,D正确。答案: AD
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