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第四章 电磁振荡与电磁波 ——高二物理人教版（2019）期末复习知识大盘点
第一部分：单元学习目标整合
本章概述
本章是在机械波、电磁场、电磁感应等知识的基础上，进一步学习电磁波的形成、传播和应用。
重点 ①LC振荡电路各物理量的分析
②电磁波谱
难点 ①麦克斯韦电磁场理论
②LC振荡电路分析
第二部分：经典例题复盘
例1.LC振荡电路中，某时刻振荡电流i的方向如图中箭头所示.下列对各回路情况的判断正确的是( )
A.若电路中电流i正在增大，则该电路中电容器两端的电压必定在增大
B.若电路中电流i正在增大，则该电路中电容器的电场方向必定向下
C.若电路中电流i正在减小，则该电路中线圈周围的磁场必定在增强
D.若电路中电流i正在减小，则该电路中电容器的电场方向必定向上
答案：BD
解析：如果i正在增大，则线圈周围磁场一定在增强，说明电容器放电，电压减小，对于题图，电流从上极板流向下极板，则上极板带正电，进而可判断电场方向必向下，故A错误，B正确；若i正在减小，则线圈周围的磁场一定在减弱，则是充电过程，在题图中，电流从上极板流向下极板，故下极板必带正电，上极板带负电，电容器中电场强度方向向上，故C错误，D正确.
例2.手机发射和接收的信号属于电磁波.手机将信号通过天线发送到最近的一个移动基站，基站通过有线连接到机房的交换机，交换机再通过线连接到另一部手机最近的基站，基站将信号发送出去，通过已知信道被另一部手机接收.下列关于电磁波的说法正确的是( )
A.只要有变化的电场和磁场，就能产生电磁波
B.电磁波的传播必须在介质中才能进行
C.基站停止工作，发射出去的电磁波就停止传播
D.电磁波的传播也就是能量的传播
答案：D
解析：均匀变化的电场和磁场不能产生电磁波，A错误；电磁波可以在真空中传播，B错误；基站停止工作，发射出去的电磁波仍能继续传播，C错误；电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量传播的过程，D正确.
例3.在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制，调制分调幅和调频两种.如图甲中所示.在收音机电路中天线接收到的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送到下一级，需要把高频成分和低频成分分开，只让低频成分输入下一级，如果采用如图乙所示的电路，图中虚线框a和b内只有一个电容器或电感器则( )
A.在电磁波的发射技术中，甲图中A是调幅波
B.在电磁波的发射技术中，甲图中B是调幅波
C.乙图中a是电容器，用来通高频阻低频，b是电感器，用来阻高频通低频
D.乙图中a是电感器，用来阻交流通直流，b是电容器，用来阻高频通低频
答案：AC
解析：调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载，故题图甲中A为调幅波，A正确，B错误在交流电路中，电容器通高频阻低频，电感器通低频阻高频，元件a要让高频信号通过，阻止低频信号通过，故元件a是电容器；元件b要让低频信号通过，阻止高频信号通过，故元件b是电感器，故C正确，D错误.
例4.非接触式体温测量仪是通过人体辐射的红外线来测量体温，紫外线灯可以在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航，下列关于红外线和紫外线的说法正确的是( )
A.红外线的波长比无线电波长 B.只有热的物体才能辐射红外线
C.紫外线的波长比红外线长 D.红外线和紫外线都是电磁波
答案：D
解析：根据电磁波谱知，真空中波长由大到小的顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，A、C错误；任何物体都能辐射红外线，温度越高，辐射越强，B错误；无线电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波，D正确.
例5.可见光的波长范围为400~760 nm，电磁波在真空中的传播速度为，下列说法中不正确的是( )
A.与红外线相比，波长10 m的电磁波不易发生衍射
B.波长为270 nm的电磁波为紫外线
C.可见光频率大小的数量级可达到
D.X射线的波长短，可用来进行人体透视
答案：A
解析：波长10 m的电磁波的波长比红外线长，更容易发生衍射，A错误，符合题意；波长为400 nm的可见光为紫光，故波长为270 nm的电磁波为紫外线，B正确，不符合题意；由可知，若可见光的波长为500 nm时，可得其频率为，故可见光频率大小的数量级可达到，C正确，不符合题意；X射线的波长较短，频率较高，穿透能力较强，可用来进行人体透视，D正确，不符合题意.
第三部分：重难知识易混易错
一、电磁振荡的变化规律
1.各物理量变化情况一览表
2.振荡电路i，极板带电荷量q、电场能、磁场能随时间的变化图像（如图所示）
二、电磁振荡与简谐运动的比较
三、对麦克斯韦电磁场理论的理解
①电磁场的产生
如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。
②对麦克斯韦电磁场理论的理解
注：①振荡电场、磁场即周期性变化的电场、磁场。
②变化的磁场产生电场，但不能说变化的磁场产生变化的电场，同理变化的电场产生磁场，但不能说变化的电场产生变化的磁场。
四、电磁波与机械波的比较
①电磁波特点
（1）电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播。在真空中，不同频率的电磁波传播速度是相同的（都等于光速c）。
（2）不同频率的电磁波，在同种介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。
(3)中，f是电磁波的频率，即为发射电磁波的LC振荡电路的频率：，改变L或C即可改变f，从而改变电磁波的波长λ。
五、无线电波的发射
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，理论研究证明：振荡电路向外界辐射能量的本领，与振荡频率有关。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，这样才能有效地把能量辐射出去。用开放电路可以把电磁波有效地发射出去。
②无线电波的发射
（1）调制：在无线电应用技术中，首先将声音、图像等信息通过声电转换、光电转换等方式转换为电信号，这种电信号频率较低，不能用来直接发射电磁波，把要传递的低频电信号“加”到高频电磁波上，使电磁波随各种信号而改变叫作调制。
（2）调幅和调频：使高频振荡的振幅随信号的强弱而改变叫作调幅，使高频振荡的频率随信号的强弱而改变叫做调频。
结论：无线电广播中的低频信号由于频率较低，不易直接发射出去，只能加载到频电磁波上才能发射出去，这一过程就像卫星只能通过运载火箭才能到达预定轨道一样。
（3）无线电波的发射：由振荡器（常用LC振荡电路）产生高频振荡电路，用调制器将需要传送的电信号调制到振荡电路上，再耦合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去。
六、各个电磁波的共性和特点
1.共性
（1）它们在本质上都是电磁波，遵从相同的波动规律。
（2）都遵守公式v=λf，它们在真空中的传播速度都是。
（3）它们的传播都不需要介质。
（4）它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
2.个性
（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）相同频率的电磁波，在不同介质中速度不同；不同频率的电磁波在同一种介质中传播时，频率越大，速度越小。
（3）产生机理不同
3.特点
易错题：
一、基本概念、规律理解出错
1.关于电磁波的应用，下列说法正确的是( )
A.电磁波在真空中的速度为
B.在电磁波谱中，γ射线的频率比紫外线的频率大
C.只有高温的物体才能辐射红外线
D.卫星通信技术用到的X射线
答案：B
解析：A.电磁波在真空中的速度为
A错误；
B.在电磁波谱中，γ射线的频率比紫外线的频率大，B正确；
C.一切物体均会向外辐射红外线，C错误；
D.卫星通信技术主要使用的是无线电波，D错误。
故选B。
二、LC振荡电路物理量变化与周期的关系
2.某个智能玩具的声响开关与LC电路中的电流有关,如图所示为玩具内的LC振荡电路部分。已知线圈自感系数,电容器电容,在电容器开始放电时(取),上极板带正电,下极板带负电,则( )
A.LC振荡电路的周期
B.当时,电容器上极板带正电
C.当时,电路中电流方向为顺时针
D.当时,电场能正转化为磁场能
答案：C
解析：由公式，故A错误；当时，电容器反向充满电，所以电容器上极板带负电，故B错误；当时，是之间，电容器正在放电，所以电流方向为顺时针，故C正确；当时，介于之间，电容器正在充电，磁场能转化为电场能，故D错误。
第四部分：核心素养对接高考
①物理观念：能初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，了解电磁振荡、电磁波、电磁波谱的内涵，知道电磁波的产生、传播和接收，知道场的统一性与多样性；能解释生产生活中与电磁波有关的现象，能说明人们对电磁波的应用。具有与电磁波相关的物质观念、相互作用观念和能量观念。
②科学思维：能用电磁振荡解释电场能与磁场能的相互转化；能分析电磁波的产生、传播和接收等问题；能通过证据说明电场与磁场的相互转化；能从不同角度综合思考电与磁的问题。
③科学探究：能根据实验现象及结果提出问题；能通过实验收集关于电磁波如何发射与接收的信息；能解释赫兹实验及电磁波的发射与接收；有主动与同学交流的积极性。
④科学态度与责任：能体会物理学对统一性的追求，能体会理论预言在科学发展中的作用，以及实验证据对新理论的支撑作用；能体会麦克斯韦电磁场理论的基本思想，感受麦克斯韦电磁场理论的美妙；能体会电磁波的应用对人类生活和社会发展的影响。
对接高考
1.【2020北京卷】随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相比，5G使用的电磁波( )
A.光子能量更大 B.衍射更明显 C.传播速度更大 D.波长更长
2.【2020天津卷】新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较( )
A.红外线的光子能量比紫外线的大
B.真空中红外线的波长比紫外线的长
C.真空中红外线的传播速度比紫外线的大
D.红外线能发生偏振现象，而紫外线不能
答案以及解析
1.答案：A
解析：A项，5G比4G更快，指的是波的频率更大，则由可知，5G使用的电磁波光子能量更大，故A项正确。
BCD项，5G和4G使用的都是电磁波，传播速度相同，则根据可知，5G使用的电磁波波长更短，衍射更不明显，故BCD项错误。
综上所述，本题正确答案为A。
2.答案：B
解析：根据电磁波谱可知，红外线的频率小于紫外线的频率，真空中红外线的波长大于紫外线的波长，由光子能量公式可知，红外线光子能量小于紫外线光子能量，选项A错误，B正确；真空中任何光的传播速度都相等，所以真空中红外线的传播速度等于紫外线的传播速度，选项C错误；由于光是横波，都能够发生偏振现象，所以红外线和紫外线都能够发生偏振现象，选项D错误。

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