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物理
第讲　电磁振荡与电磁波　传感器
(对应人教版必修第三册、选择性必修第二册相关内容及问题)
　选择性必修第二册第四章第1节[练习与应用]T1；T2。
提示：
T1：
T2：～和～T电场能在增大，电场能最大时电流为零，电压最大；0～和～磁场能在增大，磁场能最大时电流最大，电压为零。
　选择性必修第二册第四章第1节[练习与应用]T3。
提示：由f＝解得C＝，所以＝＝＝。
　选择性必修第二册第四章，阅读“2　电磁场与电磁波”这一节内容，理解麦克斯韦电磁场、电磁波理论，以及电磁波的性质。
　选择性必修第二册第四章第3节，阅读“无线电波的发射”“无线电波的接收”这两部分内容，理解调制、调幅、调频、调谐、解调的含义及其在无线电波的发射和接收过程中的顺序。
　必修第三册第十三章第4节，阅读图13．4 4，熟悉电磁波谱及其应用。
　选择性必修第二册第四章，阅读“4　电磁波谱”这一节内容，熟悉各种电磁波及其应用。
　选择性必修第二册第五章阅读“1　认识传感器”这一节内容。
　选择性必修第二册第五章第2节，阅读“金属热电阻和热敏电阻”这一部分内容，说一说金属热电阻阻值随温度变化的特点与热敏电阻的不同。
提示：与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。
　选择性必修第二册第五章第2节阅读[拓展学习]“霍尔元件”这一部分内容。
　选择性必修第二册第五章阅读“3　利用传感器制作简单的自动控制装置”这一节内容。
　选择性必修第二册第五章第3节[练习与应用]T1。
提示：P端电势低于Q端，指针向零点左侧偏转。
　选择性必修第二册第五章[复习与提高]A组T3。
提示：电路原理图如图所示：
　选择性必修第二册第五章[复习与提高]B组T4；T5。
提示：T4：U＝。
T5：(1)用左手定则分析电子所受洛伦兹力时，注意电子带负电，运动方向与电流方向相反，下侧面A′电势高。
(2)由·e＝Bev，
I＝nevhd
联立可得：UH＝。
(3)有影响，应使磁感线平行A、A′面，且与电流I的方向垂直；
设k为放大显示的倍数，由U＝kUH，UH＝，得U＝，则k、I、n、e、d一定时，U与B成正比，即磁传感器的示数与被测磁感应强度有线性关系。
考点一　电磁振荡
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：产生振荡电流的电路。由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。
3．电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器不断地充电和放电，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，都在周期性地变化着。这种现象就是电磁振荡。
4．电磁振荡中的能量变化：电容器放电过程，电场能逐渐转化为磁场能；电容器充
电过程，磁场能逐渐转化为电场能。在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化。
5．电磁振荡的周期和频率
周期：T＝2π；
频率：f＝。
(其中L指线圈的自感系数即电感，C指电容器的电容)
1．在LC振荡电路中，电容器放电完毕的时刻，回路中磁场能最小。(　　) 2．同时改变电容器的电容和线圈的电感，振荡电路的周期一定会改变。(　　)
1．振荡电流、极板所带电荷量随时间的变化图像
电磁振荡中各物理量的变化
过程 电荷量 电场强度 电场能 电流 磁感应强度 磁场能
放电过程 变小 变小 变小 变大 变大 变大
放电完毕 0 0 0 最大 最大 最大
充电过程 变大 变大 变大 变小 变小 变小
充电完毕 最大 最大 最大 0 0 0
从上表可总结出如下两类关系：
(1)同步同变关系
在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器相关的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即：
q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。
线圈相关的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即：
i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。
(2)同步异变关系
在LC振荡过程中，电容器相关的三个物理量q、E、EE与线圈相关的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的。
2．LC振荡电路充、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，电容器的电荷量减少，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
根据能量判断 电场能增加时充电，磁场能增加时放电
例1　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大
例2　在如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流i随时间t变化的图线如图乙所示，规定通过P点的电流方向向右为正方向。下列说法正确的是(　　)
A．0至0．5 ms内，电容器C正在充电
B．0．5 ms至1 ms内，电容器上极板带正电
C．1 ms至1．5 ms内，Q点的电势比P点的电势高
D．若电容器的电容C加倍，则电流的周期将变为4 ms
考点二　电磁波的产生、传播及电磁波谱
1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。
2．电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。
3．电磁波
(1)产生：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。
(2)电磁波是横波，在空间传播不需要介质。
(3)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3．0×108 m/s。
(4)v＝λf对电磁波同样适用。
(5)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。
(6)赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论。
4．无线电波的发射
(1)发射电磁波的条件
①要有足够高的振荡频率；
②必须是开放电路，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。
(2)信号的调制：为了利用电磁波传递信号，就要对电磁波调制。有调幅和调频两种调制方法。
①调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。
②调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。
5．无线电波的接收
(1)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，这种现象叫作电谐振。
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。
(3)从经过调制的高频振荡电流中还原出原来的信号的过程叫作解调，它是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。
6．电磁波谱的定义
按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。
将电磁波按波长从长到短排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
7．电磁波谱的特性、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 3×1011～1015 10－7～10－3 温度越高，红外辐射越强 红外线遥感
可见光 1015 10－7 引起视觉 照明、摄影
紫外线 1015～1017 10－9～10－7 化学效应、荧光效应、能杀菌 医用消毒、防伪
X射线 1016～1020 10－12～10－8 穿透能力强 检查、医用透视
γ射线 >1019 <10－11 穿透能力更强 工业探伤、医用治疗
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．电磁波的传播需要介质。(　　) 4．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。(　　) 5．无线电波不能发生干涉和衍射现象。(　　) 6．波长不同的电磁波在本质上完全相同。(　　) 7．可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。(　　)
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．对电磁波的理解
(1)电磁波是横波，电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直，如图所示。
(2)根据电磁场理论，电磁场的转换就是电场能量和磁场能量的转换，因而电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程。
能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一。
由此，人们认识到物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。
3．对电磁波发射、接收过程的理解
(1)区分调制和解调
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，将这些低频信号加载到高频电磁波信号上，就能有效发射。在电磁波发射技术中，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。
(2)区分调谐和解调
调谐就是使接收电路产生电谐振的过程，即选择携带有用信号的高频振荡电流，使其在接收电路中产生的感应电流最强的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。
例3　关于电磁波，下列说法正确的是(　　)
A．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
B．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
C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
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
例4　电磁波在生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(　　)
A．雷达是利用无线电波中的长波来测定物体位置的
B．太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，人眼对黄绿光最敏感
C．在电磁波的发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调谐
D．紫外线的波长比可见光的波长更长，具有较高的能量，可以用来灭菌消毒
对电磁波谱的几点说明 (1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性。其中波长较长的无线电波和红外线，易发生干涉、衍射现象；波长较短的X射线、γ射线，穿透能力较强。 (2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠。 (3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。
考点三　传感器
一、传感器及其工作原理
1．传感器的工作原理：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
传感器应用的一般模式如图所示：
2．传感器的核心元件
(1)敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。
(2)转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。
(3)信号调整与转换电路：能把输出的微弱的电信号放大的部分。
3．传感器的分类
工作原理 举例
物理传感器 利用物质的物理特性或物理效应制成 力传感器、磁传感器、声传感器等
化学传感器 利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度转换为电信号 离子传感器、气体传感器等
生物传感器 利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质 酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等
二、常见敏感元件
1．光敏电阻
(1)特点：光照越强，电阻越小。
(2)原理：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。
(3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
2．热敏电阻和金属热电阻
(1)热敏电阻：热敏电阻一般由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显。如图甲所示为一种热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线，温度升高时，其电阻减小。
(2)金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
(3)作用：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。
3．电阻应变片
(1)电阻应变片的作用：电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
(2)应变式电子秤的组成及敏感元件：由金属梁和电阻应变片组成，敏感元件是应变片。
(3)应变式电子秤的工作原理
4．霍尔元件
霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的一种磁敏元件。一般用于电机中测定转子的转速，如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等。
(1)霍尔元件的工作原理：如图所示，E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压。
(2)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受静电力和洛伦兹力二力平衡。
(3)霍尔电压：UH＝k(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)。其中UH与B成正比，所以霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
1．传感器是把非电学量转换为电学量的元件。(　　) 2．传感器只能感受温度和光两个物理量。(　　) 3．随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大。(　　) 4．应变式电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转换为电阻信号。(　　)
例5　(2025·辽宁省大连市高三上月考)(多选)根据光敏电阻特性设计的自动计数器的电路图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，电源电动势和内阻恒定，信号处理系统会实时监测R2两端的电压，每获得一次低电压就记数一次。下列说法正确的是(　　)
A．有光照射时R1的阻值比无光照射时的小
B．有光照射时R1两端的电压比无光照射时的大
C．有光照射时电源两端的电压比无光照射时的小
D．有光照射时R2消耗的电功率比无光照射时的小
例6　(2023·浙江1月选考)某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示，通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B＝k1I，通有待测电流I′的直导线ab垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁场B′＝k2I′。调节电阻R，当电流表示数为I0时，元件输出霍尔电压UH为零，则待测电流I′的方向和大小分别为(　　)
A．a→b，I0 B．a→b，I0
C．b→a，I0 D．b→a，I0
例7　如图所示为电容式位移传感器的示意图，物体沿左右方向运动时，电容将发生变化。如果实验测量出电容器的电容变大，那么被测物体向________运动(选填“左”或“右”)；如果把图中的电介质板换成相对介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，传感器的灵敏度________(选填“变大”“不变”或“变小”，灵敏度定义为电容器电容变化量的大小与物体位置坐标变化量大小之比)。
课时作业
[A组　基础巩固练]
1．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是(　　)
A．变化的电场一定产生变化的磁场
B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场
C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场
D．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．(粤教版选择性必修第二册·第四章第四节图4 4 1改编)电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，电磁波谱如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．只有高温物体才辐射红外线
B．过量的紫外线会对人体皮肤造成伤害
C．无线电波的频率比γ射线的频率大
D．红光的波长比X射线小
3．(2025·河南省新乡市高三月考)某LC电路的振荡频率为520 kHz，为能提高到1040 kHz，以下说法正确的是(　　)
A．调节可变电容，使电容增大为原来的4倍
B．调节可变电容，使电容减小为原来的
C．调节电感线圈，使线圈电感增大为原来的4倍
D．调节电感线圈，使线圈电感减小为原来的
4．如图所示，q t图像表示LC振荡电路中电容器下极板电荷量随时间变化的图像，下列说法正确的是(　　)
A．Oa时间段，线圈中磁场能在减小
B．b、d两时刻电路中电流最大
C．b、d两时刻电容器中电场能最大
D．该电路可以有效地把电磁波发射出去
5．雪深雷达是2020珠峰高程测量主力设备之一，该系统主要利用天线发射和接收高频电磁波来探测珠峰峰顶冰雪层厚度，如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．雷达利用电磁波的干涉特性工作
B．电磁波发射时需要进行调谐和解调
C．电磁波从空气进入雪地，频率减小，波长增大
D．在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化
6．图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙)，用这段金属丝做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是(　　)
A．tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
B．tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
C．tB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
D．tB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
7．(鲁科版选择性必修第二册·第5章第3节图5 18改编)一种指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。如图所示，该传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，传感器给所有电容器充电后使所有电容器达到某一特定的电压值，由于指纹的凸起和凹下处与小极板的距离不同，识别器中不同位置的电容器的电容值也不相同，根据电容器放电快慢的不同，就可以探测指纹信息，从而形成指纹图像数据。下列说法正确的是(　　)
A．用指纹的照片蒙在该传感器上，也可以实现手机解锁功能
B．指纹凹下处电容器的电容较大
C．充电后指纹凸起处电容器所带电荷量较大
D．潮湿的手指对指纹识别没有影响
[B组　综合提升练]
8．(2024·天津市东丽区高三上开学测试)2019年被称为5G元年，这一年全球很多国家开通了5G网络。5G网络使用的无线电波通信频率是在3．0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G通信频率在0．3 GHz～3．0 GHz间的特高频段网络拥有更大的带宽和更快的传输速率。下列说法正确的是(　　)
A．4G信号是横波，5G信号是纵波
B．4G信号和5G信号相遇能产生干涉现象
C．5G信号比4G信号波长更长，相同时间传递的信息量更大
D．5G信号比4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站
9．如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t＝0时开关S打到b端，t＝0．02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则(　　)
A．LC回路的周期为0．02 s
B．LC回路的电流最大时电容器中电场能最大
C．t＝1．01 s时线圈中磁场能最大
D．t＝1．01 s时回路中电流沿顺时针方向
10．电熨斗在达到设定温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它与设定温度差不多，在熨烫不同织物时，通过如图所示双金属片温度传感器控制电路的通断，从而自动调节温度，双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属。下列说法正确的是(　　)
A．温度升高时，双金属片会向上弯曲
B．调节“调温旋钮”，使螺丝微微上升，可以使设定温度降低
C．调节“调温旋钮”，使螺丝微微上升，可以使设定温度升高
D．适当增加输入电压，可以使设定温度升高
11．(粤教版选择性必修第二册·第五章第二节图5 2 1改编)如图所示为一种呼气酒精测试仪的原理图，其中酒精气体传感器的电阻值R′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，R、R0、r、E值恒定，电压表为理想电表。电压表示数为U，则下列说法正确的是(　　)
A．c与U成反比
B．U越大，表示酒精浓度c越小
C．酒精气体传感器把电信息转化成非电信息
D．当醉酒人员对传感器呼气时，U变大
12．(多选)图甲为某种车辆智能道闸系统的简化原理图：预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路，当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，使得振荡电流频率发生变化，检测器将该信号发送至车牌识别器，从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图乙，则下列有关说法正确的是(　　)
A．t1时刻电容器间的电场强度为最小值
B．t1～t2时间内，电容器处于充电过程
C．汽车靠近线圈时，振荡电流频率变小
D．从图乙波形可判断汽车正靠近地感线圈
13．(人教版选择性必修第二册·课题研究图研 4改编)(多选)用如图所示的装置自动分拣同一品种的苹果，该装置把大小不同的苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。R1为压力传感器，R2为可调电阻，R2两端电压越大，电磁铁对分拣开关的衔铁吸引力越强，假设同品种苹果的密度相同，下列说法正确的是(　　)
A．压力越大R1越大
B．压力越大R1越小
C．调节R2的大小不能改变苹果筛选的标准
D．调节R2的大小可以改变苹果筛选的标准
[C组　拔尖培优练]
14．(2021·浙江6月选考)大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接收的微波功率达到250 W/m2时会引起神经混乱，达到1000 W/m2时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器，其发射功率P＝3×107 W。若发射的微波可视为球面波，则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离约为(　　)
A．100 m　25 m B．100 m　50 m
C．200 m　100 m D．200 m　50 m
(答案及解析)
1．在LC振荡电路中，电容器放电完毕的时刻，回路中磁场能最小。(　　) 2．同时改变电容器的电容和线圈的电感，振荡电路的周期一定会改变。(　　) 答案：1．×　2．×
例1　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大
[答案]　D
[解析]　根据磁感线的方向，由右手螺旋定则可以判断，电路中电流方向是逆时针，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，所以电流在增大，磁场能在增大，自感电动势正在阻碍电流的增大，B、C错误，D正确。
例2　在如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流i随时间t变化的图线如图乙所示，规定通过P点的电流方向向右为正方向。下列说法正确的是(　　)
A．0至0．5 ms内，电容器C正在充电
B．0．5 ms至1 ms内，电容器上极板带正电
C．1 ms至1．5 ms内，Q点的电势比P点的电势高
D．若电容器的电容C加倍，则电流的周期将变为4 ms
[答案]　C
[解析]　由题图乙可知，0至0．5 ms内，通过P点的电流向右且逐渐增大，则电容器正在放电，故A错误；0．5 ms至1 ms内，通过P点的电流向右且逐渐减小，则电容器正在反向充电，电容器下极板带正电，故B错误；1 ms至1．5 ms内，通过P点的电流向左且逐渐增大，则电容器正在反向放电，电容器下极板带正电，上极板带负电，可知Q点的电势比P点的电势高，故C正确；由题图乙可知，电流的周期T＝2 ms，若电容器的电容C加倍，根据T＝2π，则电流的周期将变为T′＝T＝2 ms，故D错误。
考点二　电磁波的产生、传播及电磁波谱
1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。
2．电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。
3．电磁波
(1)产生：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。
(2)电磁波是横波，在空间传播不需要介质。
(3)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3．0×108 m/s。
(4)v＝λf对电磁波同样适用。
(5)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。
(6)赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论。
4．无线电波的发射
(1)发射电磁波的条件
①要有足够高的振荡频率；
②必须是开放电路，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。
(2)信号的调制：为了利用电磁波传递信号，就要对电磁波调制。有调幅和调频两种调制方法。
①调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。
②调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。
5．无线电波的接收
(1)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，这种现象叫作电谐振。
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。
(3)从经过调制的高频振荡电流中还原出原来的信号的过程叫作解调，它是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。
6．电磁波谱的定义
按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。
将电磁波按波长从长到短排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
7．电磁波谱的特性、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 3×1011～1015 10－7～10－3 温度越高，红外辐射越强 红外线遥感
可见光 1015 10－7 引起视觉 照明、摄影
紫外线 1015～1017 10－9～10－7 化学效应、荧光效应、能杀菌 医用消毒、防伪
X射线 1016～1020 10－12～10－8 穿透能力强 检查、医用透视
γ射线 >1019 <10－11 穿透能力更强 工业探伤、医用治疗
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．电磁波的传播需要介质。(　　) 4．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。(　　) 5．无线电波不能发生干涉和衍射现象。(　　) 6．波长不同的电磁波在本质上完全相同。(　　) 7．可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。(　　) 答案：1．√　2．√　3．×　4．×　5．×　6．√　7．×
例3　关于电磁波，下列说法正确的是(　　)
A．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
B．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
C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
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
[答案]　B
[解析]　均匀变化的电(磁)场产生恒定的磁(电)场，恒定的磁(电)场不会产生电(磁)场，也就不会产生电磁波，A错误；变化的电场和磁场相互激发，且相互垂直，形成的电磁波的传播方向与电场和磁场均垂直，B正确；电磁波可以通过电缆、光缆传播，C错误；电磁振荡停止后，电磁波可以在空间继续传播，直到能量消耗完为止，D错误。
例4　电磁波在生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(　　)
A．雷达是利用无线电波中的长波来测定物体位置的
B．太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，人眼对黄绿光最敏感
C．在电磁波的发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调谐
D．紫外线的波长比可见光的波长更长，具有较高的能量，可以用来灭菌消毒
[答案]　B
[解析]　微波波长较短，直线传播性能好，雷达
是利用微波来测定物体位置的，故A错误；太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，而人眼也对黄绿光最敏感，故B正确；在电磁波的发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制，故C错误；紫外线的波长比可见光的波长更短，频率更高，具有较高的能量，可以用来灭菌消毒，故D错误。
1．传感器是把非电学量转换为电学量的元件。(　　) 2．传感器只能感受温度和光两个物理量。(　　) 3．随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大。(　　) 4．应变式电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转换为电阻信号。(　　) 答案：1．√　2．×　3．×　4．√
例5　(2025·辽宁省大连市高三上月考)(多选)根据光敏电阻特性设计的自动计数器的电路图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，电源电动势和内阻恒定，信号处理系统会实时监测R2两端的电压，每获得一次低电压就记数一次。下列说法正确的是(　　)
A．有光照射时R1的阻值比无光照射时的小
B．有光照射时R1两端的电压比无光照射时的大
C．有光照射时电源两端的电压比无光照射时的小
D．有光照射时R2消耗的电功率比无光照射时的小
[答案]　AC
[解析]　由图可知，每当光照被挡住时，信号处理系统就获得一次低电压并记数一次，说明有光照射时定值电阻R2两端的电压比无光照射时的高，由P＝可知有光照射时R2消耗的电功率比无光照射时的大，D错误；由欧姆定律可知有光照射时回路中的电流I更大，设电源的电动势为E，内阻为r，由闭合电路欧姆定律有E＝I(R1＋R2＋r)，则R1＝－R2－r，可知有光照射时R1的阻值比无光照射时的小，A正确；R1两端的电压U1＝E－I(R2＋r)，电源两端的电压U＝E－Ir，可知有光照射时R1两端的电压和电源两端的电压均比无光照射时的小，B错误，C正确。
例6　(2023·浙江1月选考)某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示，通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B＝k1I，通有待测电流I′的直导线ab垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁场B′＝k2I′。调节电阻R，当电流表示数为I0时，元件输出霍尔电压UH为零，则待测电流I′的方向和大小分别为(　　)
A．a→b，I0 B．a→b，I0
C．b→a，I0 D．b→a，I0
[答案]　D
[解析]　要使元件输出霍尔电压UH为零，即霍尔元件中的载流子不受前后表面间的电场力作用，也就不受前后表面间的磁场力作用，则霍尔元件处合磁感应强度为0。根据安培定则可知，螺绕环在霍尔元件处产生的磁场方向向下，根据磁场的叠加原理可知，直导线ab在霍尔元件处产生的磁场方向应向上，根据安培定则可知，待测电流I′的方向应该是b→a。磁场B和B′的合磁感应强度为0，则应有k1I0＝k2I′，解得I′＝I0。故选D。
例7　如图所示为电容式位移传感器的示意图，物体沿左右方向运动时，电容将发生变化。如果实验测量出电容器的电容变大，那么被测物体向________运动(选填“左”或“右”)；如果把图中的电介质板换成相对介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，传感器的灵敏度________(选填“变大”“不变”或“变小”，灵敏度定义为电容器电容变化量的大小与物体位置坐标变化量大小之比)。
[答案]　左　变大
[解析]　根据平行板电容器电容的决定式C＝，若电容器的电容变大，一定是插入的电介质板的长度变长，所以被测物体向左移动。如果把图中的电介质板换成相对介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动相同距离时，电容器电容的变化量变大，即传感器的灵敏度变大。
课时作业
[A组　基础巩固练]
1．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是(　　)
A．变化的电场一定产生变化的磁场
B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场
C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场
D．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
答案：CD
解析：均匀变化的电场产生恒定的磁场，A、B错误；由麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场，C正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，D正确。
2．(粤教版选择性必修第二册·第四章第四节图4 4 1改编)电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，电磁波谱如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．只有高温物体才辐射红外线
B．过量的紫外线会对人体皮肤造成伤害
C．无线电波的频率比γ射线的频率大
D．红光的波长比X射线小
答案：B
解析：所有的物体都在向外辐射红外线，故A错误；紫外线具有较高的能量，过量的紫外线会伤害人的眼睛和皮肤，故B正确；无线电波的波长比γ射线的波长大，由c＝λf可知无线电波的频率比γ射线的频率小，故C错误；红光是可见光，波长比X射线大，故D错误。
3．(2025·河南省新乡市高三月考)某LC电路的振荡频率为520 kHz，为能提高到1040 kHz，以下说法正确的是(　　)
A．调节可变电容，使电容增大为原来的4倍
B．调节可变电容，使电容减小为原来的
C．调节电感线圈，使线圈电感增大为原来的4倍
D．调节电感线圈，使线圈电感减小为原来的
答案：B
解析：由LC振荡电路的频率公式f＝可知，要使频率提高到原来的2倍，可以使电容减小为原来的，或使电感减小为原来的，故B正确，A、C、D错误。
4．如图所示，q t图像表示LC振荡电路中电容器下极板电荷量随时间变化的图像，下列说法正确的是(　　)
A．Oa时间段，线圈中磁场能在减小
B．b、d两时刻电路中电流最大
C．b、d两时刻电容器中电场能最大
D．该电路可以有效地把电磁波发射出去
答案：C
解析：由q t图像可知，Oa时间段，电容器的电荷量在减小，故电容器的电场能在减小，线圈中的磁场能在增大，A错误；从q t图像可知，b、d两时刻电容器的电荷量最大，故电容器中电场能最大，电路中电流为0，B错误，C正确；有效地发射电磁波，需要有足够高的振荡频率和开放电路，此电路不是开放电路，不能有效地发射电磁波，D错误。
5．雪深雷达是2020珠峰高程测量主力设备之一，该系统主要利用天线发射和接收高频电磁波来探测珠峰峰顶冰雪层厚度，如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．雷达利用电磁波的干涉特性工作
B．电磁波发射时需要进行调谐和解调
C．电磁波从空气进入雪地，频率减小，波长增大
D．在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化
答案：D
解析：电磁波同声波一样，遇到障碍物会发生反射，雷达利用电磁波的反射特性工作，故A错误；电磁波发射时需要调制，接收时需要调谐和解调，故B错误；电磁波的频率由波源决定，故频率不变，由v＝λf知，波长减小，故C错误；在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化，故D正确。
6．图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙)，用这段金属丝做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是(　　)
A．tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
B．tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
C．tB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
D．tB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
答案：B
解析：由图甲可知，tA对应的电阻阻值较小，由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较大，故tA应标在电流较大的刻度上，而tB应标在电流较小的刻度上；由图甲得R＝R0＋kt，其中R0为图线的纵截距，由闭合电路欧姆定律得I＝，联立解得I＝，可知温度t与电流I是非线性关系。故B正确，A、C、D错误。
7．(鲁科版选择性必修第二册·第5章第3节图5 18改编)一种指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。如图所示，该传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，传感器给所有电容器充电后使所有电容器达到某一特定的电压值，由于指纹的凸起和凹下处与小极板的距离不同，识别器中不同位置的电容器的电容值也不相同，根据电容器放电快慢的不同，就可以探测指纹信息，从而形成指纹图像数据。下列说法正确的是(　　)
A．用指纹的照片蒙在该传感器上，也可以实现手机解锁功能
B．指纹凹下处电容器的电容较大
C．充电后指纹凸起处电容器所带电荷量较大
D．潮湿的手指对指纹识别没有影响
答案：C
解析：用指纹的照片蒙在该传感器上，由于没有指纹的凸起和凹下皮肤与小极板形成小电容器，因此不能实现手机解锁功能，A错误；指纹凹下处电容器两极板间距离较大，由C＝可知，该处电容器的电容较小，同理，指纹凸起处的电容器电容较大，由题意知充电完毕时所有小电容器两极板间电压相等，再结合Q＝CU可知，充电后指纹凸起处电容器所带电荷量较大，B错误，C正确；潮湿的手指指纹之间可能被水填充，被水填充部分的电容会发生变化，所以可能会对指纹识别有影响，D错误。
[B组　综合提升练]
8．(2024·天津市东丽区高三上开学测试)2019年被称为5G元年，这一年全球很多国家开通了5G网络。5G网络使用的无线电波通信频率是在3．0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G通信频率在0．3 GHz～3．0 GHz间的特高频段网络拥有更大的带宽和更快的传输速率。下列说法正确的是(　　)
A．4G信号是横波，5G信号是纵波
B．4G信号和5G信号相遇能产生干涉现象
C．5G信号比4G信号波长更长，相同时间传递的信息量更大
D．5G信号比4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站
答案：D
解析：4G信号和5G信号均为电磁波，均是横波，A错误；4G信号和5G信号的频率不同，相遇时不能发生干涉现象，B错误；5G信号比4G信号频率高、波长小，5G信号拥有更大的带宽和更快的传输速率，可知相同时间传递的信息量更大，C错误；因5G信号的波长比4G信号的波长小，则5G信号比4G信号更不容易发生衍射，即更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，D正确。
9．如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t＝0时开关S打到b端，t＝0．02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则(　　)
A．LC回路的周期为0．02 s
B．LC回路的电流最大时电容器中电场能最大
C．t＝1．01 s时线圈中磁场能最大
D．t＝1．01 s时回路中电流沿顺时针方向
答案：C
解析：由题图可知，t＝0时电容器上极板带正电荷且电荷量最大，开始放电，而t＝0．02 s时电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值，即第一次反向充电完毕，可知LC回路的周期T＝2×0．02 s＝0．04 s，A错误；LC回路的电流最大时，电容器放电完毕，电容器中电场能最小，B错误；t＝1．01 s时，经过·T＝25T，此时电容器放电完毕，回路中电流沿逆时针方向，线圈中磁场能最大，C正确，D错误。
10．电熨斗在达到设定温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它与设定温度差不多，在熨烫不同织物时，通过如图所示双金属片温度传感器控制电路的通断，从而自动调节温度，双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属。下列说法正确的是(　　)
A．温度升高时，双金属片会向上弯曲
B．调节“调温旋钮”，使螺丝微微上升，可以使设定温度降低
C．调节“调温旋钮”，使螺丝微微上升，可以使设定温度升高
D．适当增加输入电压，可以使设定温度升高
答案：B
解析：当温度升高时，金属片向膨胀系数小的下层金属片一侧发生弯曲，故A错误；调节“调温旋钮”，使螺丝上升并拉动弹性铜片上移，就能使触点断开时双金属片向下弯曲的程度更小一些，使断开时的温度即设定温度更低一些，故B正确，C错误；电压不影响设定温度，故D错误。
11．(粤教版选择性必修第二册·第五章第二节图5 2 1改编)如图所示为一种呼气酒精测试仪的原理图，其中酒精气体传感器的电阻值R′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，R、R0、r、E值恒定，电压表为理想电表。电压表示数为U，则下列说法正确的是(　　)
A．c与U成反比
B．U越大，表示酒精浓度c越小
C．酒精气体传感器把电信息转化成非电信息
D．当醉酒人员对传感器呼气时，U变大
答案：D
解析：由题意可知，酒精气体传感器的电阻R′与酒精气体的浓度c之间的关系为R′＝，其中k为常量，由闭合电路的欧姆定律得，电路中的电流I＝，又U＝IR0，联立得U＝，则c与U不成反比，A错误；由U的表达式知，酒精浓度c越大，U越大，B错误，D正确；酒精气体传感器把非电信息(酒精气体浓度)转化成电信息(电阻)，C错误。
12．(多选)图甲为某种车辆智能道闸系统的简化原理图：预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路，当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，使得振荡电流频率发生变化，检测器将该信号发送至车牌识别器，从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图乙，则下列有关说法正确的是(　　)
A．t1时刻电容器间的电场强度为最小值
B．t1～t2时间内，电容器处于充电过程
C．汽车靠近线圈时，振荡电流频率变小
D．从图乙波形可判断汽车正靠近地感线圈
答案：ABC
解析：由题图乙可知，t1时刻电流最大，则电容器所带电荷量为0，电容器间的电场强度为最小值，故A正确；t1～t2时间内，电流逐渐减小，则电容器处于充电过程，故B正确；当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，根据T＝2π可知，振荡电流周期变大，频率变小，故C正确；从图乙波形可知，振荡电流周期越来越小，根据T＝2π可知，线圈自感系数越来越小，可判断汽车正远离地感线圈，故D错误。
13．(人教版选择性必修第二册·课题研究图研 4改编)(多选)用如图所示的装置自动分拣同一品种的苹果，该装置把大小不同的苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。R1为压力传感器，R2为可调电阻，R2两端电压越大，电磁铁对分拣开关的衔铁吸引力越强，假设同品种苹果的密度相同，下列说法正确的是(　　)
A．压力越大R1越大
B．压力越大R1越小
C．调节R2的大小不能改变苹果筛选的标准
D．调节R2的大小可以改变苹果筛选的标准
答案：BD
解析：大苹果对托盘秤的压力较大，由题图可知，大苹果通过托盘秤时，电磁铁对分拣开关衔铁吸引力较强，则R2两端电压较大，R1较小，所以压力越大，R1越小，故A错误，B正确；由题意可知，只有R2两端电压达到或超过某一数值U0时，下面的通道才会打开，通过调节R2的大小，可以改变R2的两端电压为U0时，R1所对应的阻值，即可改变打开下面通道的苹果的最小质量，从而改变苹果筛选的标准，故C错误，D正确。
[C组　拔尖培优练]
14．(2021·浙江6月选考)大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接收的微波功率达到250 W/m2时会引起神经混乱，达到1000 W/m2时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器，其发射功率P＝3×107 W。若发射的微波可视为球面波，则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离约为(　　)
A．100 m　25 m B．100 m　50 m
C．200 m　100 m D．200 m　50 m
答案：B
解析：设有效攻击的最远距离为r，人体单位面积接收的微波功率的临界值为P′，则P′＝＝，解得r＝。则引起神经混乱的有效攻击的最远距离为r1＝＝ m≈100 m，引起心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离为r2＝＝ m≈50 m。故B正确。
20(共85张PPT)
第十二章　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　
传感器
目录
1
2
3
教材阅读指导
考点一　电磁振荡
考点二　电磁波的产生、传播及电磁波谱
考点三 传感器
课时作业
4
5
教材阅读指导
(对应人教版必修第三册、选择性必修第二册相关内容及问题)
选择性必修第二册第四章第1节[练习与应用]T1；T2。
选择性必修第二册第四章第1节[练习与应用]T3。
选择性必修第二册第四章，阅读“2　电磁场与电磁波”这一节内容，理解麦克斯韦电磁场、电磁波理论，以及电磁波的性质。
选择性必修第二册第四章第3节，阅读“无线电波的发射”“无线电波的接收”这两部分内容，理解调制、调幅、调频、调谐、解调的含义及其在无线电波的发射和接收过程中的顺序。
必修第三册第十三章第4节，阅读图13．4 4，熟悉电磁波谱及其应用。
选择性必修第二册第四章，阅读“4　电磁波谱”这一节内容，熟悉各种电磁波及其应用。
选择性必修第二册第五章阅读“1　认识传感器”这一节内容。
　 选择性必修第二册第五章第2节，阅读“金属热电阻和热敏电阻”这一部分内容，说一说金属热电阻阻值随温度变化的特点与热敏电阻的不同。
提示：与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。
选择性必修第二册第五章第2节阅读[拓展学习]“霍尔元件”这一部分内容。
选择性必修第二册第五章阅读“3　利用传感器制作简单的自动控制装置”这一节内容。
选择性必修第二册第五章第3节[练习与应用]T1。
提示：P端电势低于Q端，指针向零点左侧偏转。
选择性必修第二册第五章[复习与提高]A组T3。
提示：电路原理图如图所示：
选择性必修第二册第五章[复习与提高]B组T4；T5。
考点一　电磁振荡
1．振荡电流：______和______都做周期性迅速变化的电流。
2．振荡电路：产生__________的电路。由电感线圈L和电容C组成的电路，就是最简单的振荡电路，称为________电路。
3．电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器不断地充电和放电，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_______地变化着。这种现象就是电磁振荡。
大小
方向
振荡电流
LC振荡
周期性
4．电磁振荡中的能量变化：电容器放电过程，_______能逐渐转化为_______能；电容器充电过程，_______能逐渐转化为_______能。在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能会发生_________的转化。
电场
磁场
磁场
电场
周期性
1．在LC振荡电路中，电容器放电完毕的时刻，回路中磁场能最小。(　　)
2．同时改变电容器的电容和线圈的电感，振荡电路的周期一定会改变。(　　)
×
×
1．振荡电流、极板所带电荷量随时间的变化图像
电磁振荡中各物理量的变化
过程 电荷量 电场强度 电场能 电流 磁感应强度 磁场能
放电过程 变小 变小 变小 变大 变大 变大
放电完毕 0 0 0 最大 最大 最大
充电过程 变大 变大 变大 变小 变小 变小
充电完毕 最大 最大 最大 0 0 0
从上表可总结出如下两类关系：
(1)同步同变关系
在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器相关的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即：
q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。
线圈相关的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即：
i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。
(2)同步异变关系
在LC振荡过程中，电容器相关的三个物理量q、E、EE与线圈相关的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的。
2．LC振荡电路充、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，电容器的电荷量减少，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
根据能量判断 电场能增加时充电，磁场能增加时放电
例1　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大
解析　根据磁感线的方向，由右手螺旋定则可以判断，电路中电流方向是逆时针，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，所以电流在增大，磁场能在增大，自感电动势正在阻碍电流的增大，B、C错误，D正确。
例2　在如图甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流i随时间t变化的图线如图乙所示，规定通过P点的电流方向向右为正方向。下列说法正确的是(　　)
A．0至0．5 ms内，电容器C正在充电
B．0．5 ms至1 ms内，电容器上极板带正电
C．1 ms至1．5 ms内，Q点的电势比P点的电势高
D．若电容器的电容C加倍，则电流的周期将变为4 ms
考点二　电磁波的产生、传播及电磁波谱
1．麦克斯韦电磁场理论：________的磁场产生电场，________的电场产生磁场。
2．电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个_______________ _________电磁场。
变化
不可分割的
统一的
变化
3．电磁波
(1)产生：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。
(2)电磁波是横波，在空间传播_________介质。
(3)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝___________ m/s。
(4)v＝λf对电磁波_________。
(5)电磁波能产生反射、折射、______、偏振和衍射等现象。
(6)_______在人类历史上首先捕捉到了电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论。
不需要
3．0×108
同样适用
干涉
赫兹
4．无线电波的发射
(1)发射电磁波的条件
①要有足够高的__________；
②必须是______电路，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。
(2)信号的调制：为了利用电磁波传递信号，就要对电磁波调制。有______和_______两种调制方法。
①______(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。
②______(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。
振荡频率
开放
调幅
调频
调幅
调频
5．无线电波的接收
(1)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_______，这种现象叫作电谐振。
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作______。
(3)从经过调制的高频振荡电流中还原出原来的信号的过程叫作______，它是______的逆过程。调幅波的解调也叫_______。
相同
最强
调谐
解调
调制
检波
6．电磁波谱的定义
按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。
将电磁波按波长从长到短排列顺序是__________、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
无线电波
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 3×1011～1015 10－7～10－3 温度______，红外辐射越强 红外线遥感
可见光 1015 10－7 引起视觉 照明、摄影
紫外线 1015～1017 10－9～10－7 化学效应、______、能杀菌 医用消毒、防伪
X射线 1016～1020 10－12～10－8 穿透能力强 检查、医用透视
γ射线 >1019 <10－11 穿透能力更强 工业探伤、医用治疗
7．电磁波谱的特性、应用
越高
荧光效应
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．电磁波的传播需要介质。(　　)
4．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。(　　)
5．无线电波不能发生干涉和衍射现象。(　　)
6．波长不同的电磁波在本质上完全相同。(　　)
7．可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。(　　)
×
×
√
√
×
√
×
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
2．对电磁波的理解
(1)电磁波是横波，电磁波的电场、磁场、传播方向
三者两两垂直，如图所示。
(2)根据电磁场理论，电磁场的转换就是电场能量和
磁场能量的转换，因而电磁波的发射过程就是辐射能量
的过程，传播过程就是能量传播的过程。
能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一。
由此，人们认识到物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。
3．对电磁波发射、接收过程的理解
(1)区分调制和解调
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，将这些低频信号加载到高频电磁波信号上，就能有效发射。在电磁波发射技术中，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。
(2)区分调谐和解调
调谐就是使接收电路产生电谐振的过程，即选择携带有用信号的高频振荡电流，使其在接收电路中产生的感应电流最强的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。
例3　关于电磁波，下列说法正确的是(　　)
A．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
B．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
C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
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　均匀变化的电(磁)场产生恒定的磁(电)场，恒定的磁(电)场不会产生电(磁)场，也就不会产生电磁波，A错误；变化的电场和磁场相互激发，且相互垂直，形成的电磁波的传播方向与电场和磁场均垂直，B正确；电磁波可以通过电缆、光缆传播，C错误；电磁振荡停止后，电磁波可以在空间继续传播，直到能量消耗完为止，D错误。
例4　电磁波在生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(　　)
A．雷达是利用无线电波中的长波来测定物体位置的
B．太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，人眼对黄绿光最敏感
C．在电磁波的发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调谐
D．紫外线的波长比可见光的波长更长，具有较高的能量，可以用来灭菌消毒
解析　微波波长较短，直线传播性能好，雷达是利用微波来测定物体位置的，故A错误；太阳辐射在黄绿光附近辐射最强，而人眼也对黄绿光最敏感，故B正确；在电磁波的发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制，故C错误；紫外线的波长比可见光的波长更短，频率更高，具有较高的能量，可以用来灭菌消毒，故D错误。
对电磁波谱的几点说明
(1)波长不同的电磁波，表现出不同的特性。其中波长较长的无线电波和红外线，易发生干涉、衍射现象；波长较短的X射线、γ射线，穿透能力较强。
(2)电磁波谱中，相邻两波段的电磁波的波长并没有很明显的界线，如紫外线和X射线、X射线和γ射线都有重叠。
(3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。
考点三　传感器
一、传感器及其工作原理
1．传感器的工作原理：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等______量，或转换为电路的______。把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、______、处理和______。
传感器应用的一般模式如图所示：
电学
通断
传输
控制
2．传感器的核心元件
(1)敏感元件：能直接感受或响应外界被测____________的部分。
(2)转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成________的部分。
(3)信号调整与转换电路：能把输出的微弱的电信号放大的部分。
非电学量
电信号
3．传感器的分类
工作原理 举例
物理传感器 利用物质的物理特性或物理效应制成 力传感器、磁传感器、声传感器等
化学传感器 利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度转换为电信号 离子传感器、气体传感器等
生物传感器 利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质 酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等
二、常见敏感元件
1．光敏电阻
(1)特点：光照越强，电阻_____。
(2)原理：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能_____；随着光照的_____，载流子增多，导电性变好。
(3)作用：把__________这个光学量转换为______这个电学量。
越小
差
增强
光照强弱
电阻
2．热敏电阻和金属热电阻
(1)热敏电阻：热敏电阻一般由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显。如图甲所示为一种热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线，温度升高时，其电阻_______。
减小
(2)金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而_____，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
(3)作用：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。
增大
3．电阻应变片
(1)电阻应变片的作用：电阻应变片能够把物体______这个力学量转换为______这个电学量。
(2)应变式电子秤的组成及敏感元件：由金属梁和电阻_______组成，敏感元件是________。
(3)应变式电子秤的工作原理
形变
电阻
应变片
应变片
4．霍尔元件
霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的一种磁敏元件。一般用于电机中测定转子的转速，如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等。
(1)霍尔元件的工作原理：如图所示，E、F间通入恒定的
电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场时，薄片
中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的
方向漂移，使M、N间出现电压。
1．传感器是把非电学量转换为电学量的元件。(　　)
2．传感器只能感受温度和光两个物理量。(　　)
3．随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大。(　　)
4．应变式电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转换为电阻信号。(　　)
×
×
√
√
例5　(2025·辽宁省大连市高三上月考)(多选)根据光敏电阻特性设计的自动计数器的电路图如图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，电源电动势和内阻恒定，信号处理系统会实时监测R2两端的电压，每获得一次低电压就记数一次。下列说法正确的是(　　)
A．有光照射时R1的阻值比无光照射时的小
B．有光照射时R1两端的电压比无光照射时的大
C．有光照射时电源两端的电压比无光照射时的小
D．有光照射时R2消耗的电功率比无光照射时的小
例7　如图所示为电容式位移传感器的示意图，物体沿左右方向运动时，电容将发生变化。如果实验测量出电容器的电容变大，那么被测物体向_____运动(选填“左”或“右”)；如果把图中的电介质板换成相对介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，传感器的灵敏度_______(选填“变大”“不变”或“变小”，灵敏度定义为电容器电容变化量的大小与物体位置坐标变化量大小之比)。
左
变大
课时作业
1．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是(　　)
A．变化的电场一定产生变化的磁场
B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场
C．周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场
D．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
解析：均匀变化的电场产生恒定的磁场，A、B错误；由麦克斯韦电磁场理论可知，周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场，C正确；由麦克斯韦电磁场理论可知，D正确。
［A组　基础巩固练］
2．(粤教版选择性必修第二册·第四章第四节图4 4 1改编)电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，电磁波谱如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．只有高温物体才辐射红外线
B．过量的紫外线会对人体皮肤造成伤害
C．无线电波的频率比γ射线的频率大
D．红光的波长比X射线小
解析：所有的物体都在向外辐射红外线，故A错误；紫外线具有较高的能量，过量的紫外线会伤害人的眼睛和皮肤，故B正确；无线电波的波长比γ射线的波长大，由c＝λf可知无线电波的频率比γ射线的频率小，故C错误；红光是可见光，波长比X射线大，故D错误。
4．如图所示，q t图像表示LC振荡电路中电容器下极板电荷量随时间变化的图像，下列说法正确的是(　　)
A．Oa时间段，线圈中磁场能在减小
B．b、d两时刻电路中电流最大
C．b、d两时刻电容器中电场能最大
D．该电路可以有效地把电磁波发射出去
解析：由q t图像可知，Oa时间段，电容器的电荷量在减小，故电容器的电场能在减小，线圈中的磁场能在增大，A错误；从q t图像可知，b、d两时刻电容器的电荷量最大，故电容器中电场能最大，电路中电流为0，B错误，C正确；有效地发射电磁波，需要有足够高的振荡频率和开放电路，此电路不是开放电路，不能有效地发射电磁波，D错误。
5．雪深雷达是2020珠峰高程测量主力设备之一，该系统主要利用天线发射和接收高频电磁波来探测珠峰峰顶冰雪层厚度，如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．雷达利用电磁波的干涉特性工作
B．电磁波发射时需要进行调谐和解调
C．电磁波从空气进入雪地，频率减小，波长增大
D．在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化
解析：电磁波同声波一样，遇到障碍物会发生反射，
雷达利用电磁波的反射特性工作，故A错误；电磁波发射
时需要调制，接收时需要调谐和解调，故B错误；电磁波
的频率由波源决定，故频率不变，由v＝λf知，波长减小，
故C错误；在电磁波中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化，故D正确。
6．图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t
变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联
起来(图乙)，用这段金属丝做测温探头，把电流
表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个
简易温度计。下列说法正确的是(　　)
A．tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
B．tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
C．tB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系
D．tB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
7．(鲁科版选择性必修第二册·第5章第3节图5 18改编)一种
指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。如图所示，该传感器
上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板
和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，传感器给所有电容器
充电后使所有电容器达到某一特定的电压值，由于指纹的凸起和凹
下处与小极板的距离不同，识别器中不同位置的电容器的电容值也
不相同，根据电容器放电快慢的不同，就可以探测指纹信息，从而形成指纹图像数据。下列说法正确的是(　　)
A．用指纹的照片蒙在该传感器上，也可以实现手机解锁功能
B．指纹凹下处电容器的电容较大
C．充电后指纹凸起处电容器所带电荷量较大
D．潮湿的手指对指纹识别没有影响
8．(2024·天津市东丽区高三上开学测试)2019年被称为5G元年，这一年全球很多国家开通了5G网络。5G网络使用的无线电波通信频率是在3．0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G通信频率在0．3 GHz～3．0 GHz间的特高频段网络拥有更大的带宽和更快的传输速率。下列说法正确的是(　　)
A．4G信号是横波，5G信号是纵波
B．4G信号和5G信号相遇能产生干涉现象
C．5G信号比4G信号波长更长，相同时间传递的信息量更大
D．5G信号比4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站
［B组　综合提升练］
解析：4G信号和5G信号均为电磁波，均是横波，A错误；4G信号和5G信号的频率不同，相遇时不能发生干涉现象，B错误；5G信号比4G信号频率高、波长小，5G信号拥有更大的带宽和更快的传输速率，可知相同时间传递的信息量更大，C错误；因5G信号的波长比4G信号的波长小，则5G信号比4G信号更不容易发生衍射，即更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站，D正确。
9．如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t＝0时开关S打到b端，t＝0．02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则(　　)
A．LC回路的周期为0．02 s
B．LC回路的电流最大时电容器中电场能最大
C．t＝1．01 s时线圈中磁场能最大
D．t＝1．01 s时回路中电流沿顺时针方向
10．电熨斗在达到设定温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它与设定温度差不多，在熨烫不同织物时，通过如图所示双金属片温度传感器控制电路的通断，从而自动调节温度，双金属片上层
金属的热膨胀系数大于下层金属。下列说法正确的
是(　　)
A．温度升高时，双金属片会向上弯曲
B．调节“调温旋钮”，使螺丝微微上升，可以使设定温度降低
C．调节“调温旋钮”，使螺丝微微上升，可以使设定温度升高
D．适当增加输入电压，可以使设定温度升高
解析：当温度升高时，金属片向膨胀系数小的下层金属片一侧发生弯曲，故A错误；调节“调温旋钮”，使螺丝上升并拉动弹性铜片上移，就能使触点断开时双金属片向下弯曲的程度更小一些，使断开时的温度即设定温度更低一些，故B正确，C错误；电压不影响设定温度，故D错误。
11．(粤教版选择性必修第二册·第五章第二节图5 2 1改编)如图所示为一种呼气酒精测试仪的原理图，其中酒精气体传感器的电阻值R′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，R、R0、r、E值恒定，电压表为理想电表。电压表示数为U，则下列说法正确的是(　　)
A．c与U成反比
B．U越大，表示酒精浓度c越小
C．酒精气体传感器把电信息转化成非电信息
D．当醉酒人员对传感器呼气时，U变大
12．(多选)图甲为某种车辆智能道闸系统的简化原理图：预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC振荡电路，当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，使得振荡电流频率发生变化，检测器将该信号发送至车牌识别器，从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流如图乙，则下列有关说法正确的是(　　)
A．t1时刻电容器间的电场强度为最小值
B．t1～t2时间内，电容器处于充电过程
C．汽车靠近线圈时，振荡电流频率变小
D．从图乙波形可判断汽车正靠近地感线圈
13．(人教版选择性必修第二册·课题研究图研 4改编)(多选)用如图所示的装置自动分拣同一品种的苹果，该装置把大小不同的苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。R1为压力传感器，R2为可调电阻，R2两端电压越大，电磁铁对分拣开关的衔铁吸引力越强，假设同品种苹果的密度相同，下列说法正确的是(　　)
A．压力越大R1越大
B．压力越大R1越小
C．调节R2的大小不能改变苹果筛选的标准
D．调节R2的大小可以改变苹果筛选的标准
解析：大苹果对托盘秤的压力较大，由题图可知，大苹果通过托盘秤时，电磁铁对分拣开关衔铁吸引力较强，则R2两端电压较大，R1较小，所以压力越大，R1越小，故A错误，B正确；由题意可知，只有R2两端电压达到或超过某一数值U0时，下面的通道才会打开，通过调节R2的大小，可以改变R2的两端电压为U0时，R1所对应的阻值，即可改变打开下面通道的苹果的最小质量，从而改变苹果筛选的标准，故C错误，D正确。
14．(2021·浙江6月选考)大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接收的微波功率达到250 W/m2时会引起神经混乱，达到1000 W/m2时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器，其发射功率P＝3×107 W。若发射的微波可视为球面波，则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离约为(　　)
A．100 m　25 m B．100 m　50 m
C．200 m　100 m D．200 m　50 m
［C组　拔尖培优练］

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