资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
高中物理选择性必修二素养提升学案
第四章 电磁振荡与电磁波
综合提升
【答案】①磁场
②电场
③赫兹
④横
⑤λf
⑥调谐
⑦传感器
⑧记录
专题1 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：能够产生振荡电流的电路。
3．LC振荡电路：由电感线圈L和电容器C组成的电路，是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。如图所示。
4．电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量q，电路中的电流i，电容器里面的电场强度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。
5．电磁振荡中的能量变化
(1)能量转化：电容器放电过程中，电场能向磁场能转化。电容器充电过程中，磁场能向电场能转化。
(2)无能量损失时，振荡电路做等幅振荡。
(3)实际振荡电路中有能量损失，通过适时补充能量给振荡电路，可使振荡电路做等幅振荡。
6.描述电磁振荡的物理量．
（1）周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
（2）频率：周期的倒数，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。
如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率。
LC电路的周期和频率公式：T＝2π，f＝。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)。
实际电路中的晶体振荡器：其工作原理与LC振荡电路的原理基本相同。
7．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像
8．LC电路振荡过程中各物理量的对应关系
带电荷量q 电场强度E 电压u 电场能E电 电流i 磁感应强度B 磁场能E磁
0→电容器放电 减小 减小 减小 减小 增大 增大 增大
t＝时刻 0 0 0 0 最大 最大 最大
→反向充电 增大 增大 增大 增大 减小 减小 减小
t＝时刻 最大 最大 最大 最大 0 0 0
→反向放电 减小 减小 减小 减小 增大 增大 增大
t＝时刻 0 0 0 0 最大 最大 最大
→T电容器充电 增大 增大 增大 增大 减小 减小 减小
9. 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(磁感应强度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。　　　　
10. 对“LC振荡电路”固有周期和固有频率的理解
(1)LC振荡电路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定，与电容器极板上电荷量的多少、极板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关，所以称为LC振荡电路的固有周期和固有频率。
(2)使用周期公式时，一定要注意单位，T、L、C、f的单位分别是秒(s)、亨利(H)、法拉(F)、赫兹(Hz)。
(3)电感L和电容C在LC振荡电路中既是能量的转换器，又决定着这种转换的快慢，L或C越大，能量转换时间也越长，故固有周期也越长。
(4)电路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期等于LC电路的振荡周期，即T＝2π，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也等于振荡周期，即T＝2π，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们的变化周期是振荡周期的一半，即T′＝＝π。
【典例】.（2020年1月浙江选考）如图所示，单刀双掷开关 S 先打到 a 端电容器充满电。 t 0 时开关 S 打到 b 端，t 0.02s 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 回路中的周期为0.02s
B． LC 回路中电流最大时电容器中电场能最大
C． t 1.01s 时线圈中磁场能最大
D．t 1.01s 时回路中的电流沿顺时针方向
【答案】C
【解析】 LC 振荡电路工作过程：电容器充满电，将开关拨向线圈，电容器放电，由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大，直到放电完毕，电流达到最大值，电场能转化为磁场能； 由于线圈的自感作用，电流保持原来的方向继续流动，并逐渐减小．电容器反方向充电，到反方向充电完毕，电流减小为零，电容器极板上的电荷量达到最大值，磁场能又全部转化为电场能；此后电容器再放电、再充电。电流－时间图像、电容器带电量－时间图像：所以周期为T 0.04s ，故选 C。
【针对训练】
（2020年4月浙江稽阳联考）如图所示是由线圈L和电容器C组成的最简单的LC振荡电路。先把电容器充满电。t=0时如图(a)所示，电容器中的电场强度最大，电容器开始放电。t=0.02s时如图(b)所示，LC回路中线圈上的电流第一次达到最大值，则
A．此LC振荡电路的周期T=0.04s
B．t=0.05s时，回路电流方向与图(b)中所示电流方向相同
C．t=0.06s时，线圈中的磁场能最大
D．t=0.10s时，线圈中的电场能最大
【答案】C。
【命题意图】本题考查对LC振荡电路振荡过程的理解及其相关知识点。
【解题思路】：根据题述，t=0时电容器充满电，开始放电，t=0.02s时LC回路中线圈上电流第一次达到最大值，可知电磁振荡的周期为T=4×0.02s=0.08s，A错误；根据LC电路振荡规律，0.04s时电流再次为零，后电容器反向放电，即t=0.05s时回路电流方向与图（b）中电流方向相反，选项B错误；线圈中电流最大时磁场能最大，即T/4=0.02s时、3T/4=0.06s、5T/4=0.10s···时磁场能最大，电场能最小，选项C正确D错误。
【方法归纳】可将LC振荡电路振荡过程与单摆的简谐运动类比分析，重力势能对应电场能，动能对应磁场能。
专题2 麦克斯韦的电磁场理论和电磁波
1．麦克斯韦总结了人们对电磁规律的研究成果，大胆预言了电磁场的存在，完整建立了电磁场理论．其理论的根本：变化的磁场(电场)产生电场(磁场)；均匀变化的磁场(电场)产生稳定的电场(磁场)；周期性变化的磁场(电场)产生周期性变化的电场(磁场)．赫兹的实验验证了麦克斯韦的电磁理论.
2．周期性变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波．
3．电磁波及其传播
(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波。电磁波是波。
(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中不同频率的电磁波传播速度都等于光速。但在同一介质中，不同频率的电磁波传播速度是不同的，频率越高，波速越小(可联系v＝理解记忆)。
(3)波速公式：v＝λf，f是电磁波的频率。
3．电磁波的发射与接收
(1)发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行调制(两种方式：调幅、调频)。
(2)接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来。调幅波的解调也叫检波。
【典例】　(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是(　　)
【答案】BCD　
【解析】A图中的上图磁场是恒定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A是错误的；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图中的磁场是稳定的，所以B正确；C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，C图是正确的；D图中的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，故D正确．
[一语通关]　
(1)变化的磁场在周围空间产生电场，变化的电场在周围空间产生磁场．
(2)周期性变化的磁场在周围空间产生同频率变化的电场，周期性变化的电场在周围空间产生同频率变化的磁场．
【针对训练】
1．下列有关电磁场理论的说法中正确的是(　　)
A．任何磁场都能在空间产生电场
B．变化的磁场一定能产生变化的电场
C．非均匀变化的电场能产生变化的磁场
D．在电磁场中，变化的电场和变化的磁场是分立的
【答案】C　
【解析】根据麦克斯韦电磁场理论，稳定的磁场不产生电场，变化的磁场产生电场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场，周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，反之也对，所以选项A、B错，选项C对；而电磁场的电场和磁场是不可分割的整体，选项D错．
2.（2020高考江苏物理）国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队.“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一.在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为.已知电磁波在月壤层中传播的波长为，求该月壤层的厚度d.
【答案】
【解析】（3）电磁波的传播速度，根据题意，解得
3.（2022南京金陵中学4月模拟）麦克斯在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设:变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例:圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。如图所示，若某时刻连接电容器的导线具有向上的电流，则下列说法中正确的是（　　）
A. 电容器正在放电
B. 两平行板间的电场强度E在增大
C. 该变化电场产生顺时针方向（俯视）的磁场
D. 两极板间电场最强时，板间电场产生的磁场达到最大值
【参考答案】B
【名师解析】
电容器内电场方向向上，下极板带正电，根据电流的方向，正电荷正在流向下极板，因此电容器处于充电过程，选项A错误；电容器的带电量越来越多，内部电场强度越来越大，选项B正确；该变化电场产生磁场方向等效成向上的电流产生磁场的方向，根据右手螺旋定则可知，电场产生的磁场逆时针方向（俯视），选项C错误；．当两极板间电场最强时，电容器充电完毕，回路的电流最小，因此产生的磁场最小，选项D错误。
专题3 电磁波谱
在空间传播着的交变电磁场，即电磁波．它在真空中的传播速度为每秒30万千米．电磁波包括的范围很广．实验证明，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波，它们的区别仅在于频率或波长有很大差别．光波的频率比无线电波的频率要高很多，光波的波长比无线电波的波长短很多；而X射线和γ射线的频率则更高，波长则更短．为了对各种电磁波有个全面的了解，人们按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，这就是电磁波谱．随着科学技术的发展，各波段都已冲破界限与其他相邻波段重叠起来．目前在电磁波谱中除了波长极短的一端外，不再留有任何未知的空白了．在电磁波谱中各种电磁波由于频率或波长不同而表现出不同的特性．要求要了解它们的特点和应用．同时要明确电磁波是一种物质，它是客观存在的真实物质，是物质存在的另一种形式．电磁波具有能量，是以电磁场的形式存在的能量，也就是说电磁场的能量通过电磁波来传播．
【典例】　(多选)在下列说法中符合实际的是(　　)
A．医院里常用X射线对病房和手术室消毒
B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒
C．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力
D．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
【答案】BD
【解析】紫外线具有杀菌、消毒的作用，X射线穿透能力较强，因此医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，用X射线透视人体；在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用射线的衍射能力较强，容易透过云雾烟尘，因而用波长较长的红外线，所以答案为B、D.
［跟进训练］
2．(多选)不同频率的电磁波组成了连续的电磁波谱，下列说法正确的是(　　)
A．可见光是电磁波
B．可见光不是电磁波
C．红外线、紫外线都是电磁波
D．红外线、紫外线都不是电磁波
【答案】AC　
【解析】根据电磁波的组成可知，无线电波，红外线，可见光，紫外线，X射线，γ射线都是电磁波，故A、C正确，B、D错误．
7．（2020高考江苏物理）电磁波广泛应用在现代医疗中.下列属于电磁波应用的医用器械有_______.
A.杀菌用的紫外灯 B.拍胸片的X光机
C.治疗咽喉炎的超声波雾化器 D.检查血流情况的“彩超”机
【参考答案】
【名师解析】杀菌用的紫外灯和拍胸片的X光机都属于电磁波应用的医用器械，选项AB正确；而治疗咽喉炎的超声波雾化器和.检查血流情况的“彩超”机，采用的是超声波，属于超声波应用的医用器械，选项CD错误。
II
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
高中物理选择性必修二素养提升学案
第四章 电磁振荡与电磁波
综合提升
专题1 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：能够产生振荡电流的电路。
3．LC振荡电路：由电感线圈L和电容器C组成的电路，是最简单的振荡电路，称为LC振荡电路。如图所示。
4．电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量q，电路中的电流i，电容器里面的电场强度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。
5．电磁振荡中的能量变化
(1)能量转化：电容器放电过程中，电场能向磁场能转化。电容器充电过程中，磁场能向电场能转化。
(2)无能量损失时，振荡电路做等幅振荡。
(3)实际振荡电路中有能量损失，通过适时补充能量给振荡电路，可使振荡电路做等幅振荡。
6.描述电磁振荡的物理量．
（1）周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。
（2）频率：周期的倒数，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。
如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率叫作振荡电路的固有周期和固有频率。
LC电路的周期和频率公式：T＝2π，f＝。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)。
实际电路中的晶体振荡器：其工作原理与LC振荡电路的原理基本相同。
7．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像
8．LC电路振荡过程中各物理量的对应关系
带电荷量q 电场强度E 电压u 电场能E电 电流i 磁感应强度B 磁场能E磁
0→电容器放电 减小 减小 减小 减小 增大 增大 增大
t＝时刻 0 0 0 0 最大 最大 最大
→反向充电 增大 增大 增大 增大 减小 减小 减小
t＝时刻 最大 最大 最大 最大 0 0 0
→反向放电 减小 减小 减小 减小 增大 增大 增大
t＝时刻 0 0 0 0 最大 最大 最大
→T电容器充电 增大 增大 增大 增大 减小 减小 减小
9. 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(磁感应强度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。　　　　
10. 对“LC振荡电路”固有周期和固有频率的理解
(1)LC振荡电路的周期、频率都由电路本身的特性(L和C的值)决定，与电容器极板上电荷量的多少、极板间电压的高低、是否接入电路中等因素无关，所以称为LC振荡电路的固有周期和固有频率。
(2)使用周期公式时，一定要注意单位，T、L、C、f的单位分别是秒(s)、亨利(H)、法拉(F)、赫兹(Hz)。
(3)电感L和电容C在LC振荡电路中既是能量的转换器，又决定着这种转换的快慢，L或C越大，能量转换时间也越长，故固有周期也越长。
(4)电路中的电流i、线圈中的磁感应强度B、电容器极板间的电场强度E的变化周期等于LC电路的振荡周期，即T＝2π，在一个周期内上述各量方向改变两次；电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也等于振荡周期，即T＝2π，极板上电荷的电性在一个周期内改变两次；电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们的变化周期是振荡周期的一半，即T′＝＝π。
【典例】.（2020年1月浙江选考）如图所示，单刀双掷开关 S 先打到 a 端电容器充满电。 t 0 时开关 S 打到 b 端，t 0.02s 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 回路中的周期为0.02s
B． LC 回路中电流最大时电容器中电场能最大
C． t 1.01s 时线圈中磁场能最大
D．t 1.01s 时回路中的电流沿顺时针方向
【针对训练】
（2020年4月浙江稽阳联考）如图所示是由线圈L和电容器C组成的最简单的LC振荡电路。先把电容器充满电。t=0时如图(a)所示，电容器中的电场强度最大，电容器开始放电。t=0.02s时如图(b)所示，LC回路中线圈上的电流第一次达到最大值，则
A．此LC振荡电路的周期T=0.04s
B．t=0.05s时，回路电流方向与图(b)中所示电流方向相同
C．t=0.06s时，线圈中的磁场能最大
D．t=0.10s时，线圈中的电场能最大
专题2 麦克斯韦的电磁场理论和电磁波
1．麦克斯韦总结了人们对电磁规律的研究成果，大胆预言了电磁场的存在，完整建立了电磁场理论．其理论的根本：变化的磁场(电场)产生电场(磁场)；均匀变化的磁场(电场)产生稳定的电场(磁场)；周期性变化的磁场(电场)产生周期性变化的电场(磁场)．赫兹的实验验证了麦克斯韦的电磁理论.
2．周期性变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波．
3．电磁波及其传播
(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波。电磁波是波。
(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中不同频率的电磁波传播速度都等于光速。但在同一介质中，不同频率的电磁波传播速度是不同的，频率越高，波速越小(可联系v＝理解记忆)。
(3)波速公式：v＝λf，f是电磁波的频率。
3．电磁波的发射与接收
(1)发射电磁波需要开放的高频振荡电路，并对电磁波根据信号的强弱进行调制(两种方式：调幅、调频)。
(2)接收电磁波需要能够产生电谐振的调谐电路，再把信号从高频电流中解调出来。调幅波的解调也叫检波。
【典例】　(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图象中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是(　　)
　
[一语通关]　
(1)变化的磁场在周围空间产生电场，变化的电场在周围空间产生磁场．
(2)周期性变化的磁场在周围空间产生同频率变化的电场，周期性变化的电场在周围空间产生同频率变化的磁场．
【针对训练】
1．下列有关电磁场理论的说法中正确的是(　　)
A．任何磁场都能在空间产生电场
B．变化的磁场一定能产生变化的电场
C．非均匀变化的电场能产生变化的磁场
D．在电磁场中，变化的电场和变化的磁场是分立的
　
2.（2020高考江苏物理）国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队.“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一.在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为.已知电磁波在月壤层中传播的波长为，求该月壤层的厚度d.
3.（2022南京金陵中学4月模拟）麦克斯在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设:变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例:圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。如图所示，若某时刻连接电容器的导线具有向上的电流，则下列说法中正确的是（　　）
A. 电容器正在放电
B. 两平行板间的电场强度E在增大
C. 该变化电场产生顺时针方向（俯视）的磁场
D. 两极板间电场最强时，板间电场产生的磁场达到最大值
专题3 电磁波谱
在空间传播着的交变电磁场，即电磁波．它在真空中的传播速度为每秒30万千米．电磁波包括的范围很广．实验证明，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波，它们的区别仅在于频率或波长有很大差别．光波的频率比无线电波的频率要高很多，光波的波长比无线电波的波长短很多；而X射线和γ射线的频率则更高，波长则更短．为了对各种电磁波有个全面的了解，人们按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，这就是电磁波谱．随着科学技术的发展，各波段都已冲破界限与其他相邻波段重叠起来．目前在电磁波谱中除了波长极短的一端外，不再留有任何未知的空白了．在电磁波谱中各种电磁波由于频率或波长不同而表现出不同的特性．要求要了解它们的特点和应用．同时要明确电磁波是一种物质，它是客观存在的真实物质，是物质存在的另一种形式．电磁波具有能量，是以电磁场的形式存在的能量，也就是说电磁场的能量通过电磁波来传播．
【典例】　(多选)在下列说法中符合实际的是(　　)
A．医院里常用X射线对病房和手术室消毒
B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒
C．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力
D．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
［跟进训练］
2．(多选)不同频率的电磁波组成了连续的电磁波谱，下列说法正确的是(　　)
A．可见光是电磁波
B．可见光不是电磁波
C．红外线、紫外线都是电磁波
D．红外线、紫外线都不是电磁波
　
7．（2020高考江苏物理）电磁波广泛应用在现代医疗中.下列属于电磁波应用的医用器械有_______.
A.杀菌用的紫外灯 B.拍胸片的X光机
C.治疗咽喉炎的超声波雾化器 D.检查血流情况的“彩超”机
II
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑