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章末总结
专题一　对电磁振荡三个“两”的理解
[例1] 如图所示,图甲是LC振荡电路中电流随时间的变化关系,若以图乙回路中顺时针方向的电流为正,(a)(b)(c)(d)均为电场能或磁场能最大的时刻,下列说法正确的是(　　)
[A] 图乙中的(a)是电场能最大的时刻,对应图甲中的时刻
[B] 图乙中的(b)是电场能最大的时刻,此后的内电流方向为正
[C] 图乙中的(c)是磁场能最大的时刻,对应图甲中的时刻
[D] 图乙中的(d)是磁场能最大的时刻,此后电容器C的下极板将充上正电荷
【答案】 B
【解析】 题图乙中的(a)是电场能最大的时刻,由上极板带正电,即充电时电流沿顺时针方向,对应题图甲中的T时刻,A错误;题图乙中的(b)是电场能最大的时刻,由下极板带正电,此后的内放电,电流沿顺时针方向,B正确;题图乙中的(c)是磁场能最大的时刻,此后磁场能转化为电场能,由安培定则判断,电流方向为逆时针方向,对应题图甲中的时刻,C错误;题图乙中的(d)是磁场能最大的时刻,此后磁场能转化为电场能,由安培定则判断,电流方向为顺时针方向,此后电容器C的下极板将充上负电荷,D错误。
(1)分析两类物理量:电荷量Q决定了电场能的大小,电容器极板间电压U、电场强度E、电场能EE的变化规律与Q的变化规律相同;振荡电流i决定了磁场能的大小,线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ、磁场能EB的变化规律与i的变化规律相同。
(2)两个过程:放电过程,电荷量Q减小,振荡电流i增大;充电过程,电荷量Q增大,振荡电流i减小。
(3)两个瞬间:放电完毕瞬间,Q=0,i最大;充电完毕瞬间,i=0,Q最大。
[跟踪训练1] (多选)如图所示为某LC振荡电路,当单刀双掷开关S由A端拨到B端时开始计时。下列四个图像能正确反映电容器的电荷量q和电感L中电流i(以顺时针方向为正方向)随时间t变化的图像是(　　)
　　　
[A] [B]
　　　
[C] [D]
【答案】 AD
【解析】 当单刀双掷开关S由A端拨到B端时开始计时,电容器开始放电,电容器电荷量减小,且减小得越来越快,减小到零后,电容器反向充电,电荷量增大,且增大得越来越慢,故A正确,B错误;电容器放电时,电流逐渐增大,但增大得越来越慢,之后反向充电时,电流逐渐减小,但减小得越来越快,故C错误,D正确。
专题二　机械波与电磁波的比较
[例2] (多选)电磁波与声波比较,下列说法正确的是(　　)
[A] 电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质
[B] 由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大
[C] 由空气进入水中时,电磁波波长变短,声波波长变长
[D] 电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的,与频率无关
【答案】 ABC
【解析】 电磁波的传播不需要介质,而声波属于机械波,声波传播离不开介质,A正确;电磁波在空气中的速度接近光在真空中的速度,进入水中速度变小,而声波进入水中速度反而比空气中大,B正确;由v=λf,电磁波或声波由一种介质进入另一种介质时,频率不变,可见,波速v与波长λ成正比,C正确;电磁波的速度不仅与介质有关,还与频率有关,这点与声波不相同,D错误。
电磁波与机械波的四点区别
(1)电磁波是电磁场的传播,机械波是质点机械振动的传播。
(2)电磁波的传播机理是电磁场交替感应,机械波的传播机理是质点间的机械作用。
(3)电磁波传播不需要介质,而机械波传播需要介质。
(4)电磁波是横波。机械波既有横波又有纵波,有的机械波甚至同时有横波和纵波,例如地震波。
[跟踪训练2] (多选)以下关于机械波与电磁波的说法正确的是(　　)
[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
[思路点拨] 电磁波与机械波相比较,二者有什么共性 又有哪些区别呢
【答案】 BCD
【解析】 机械波是机械振动在介质中的传播,所以机械波的传播离不开介质,且其波速只与介质的性质有关,而与机械波的频率无关,机械波既有横波又有纵波;电磁波是电磁场范围的不断扩大,电场和磁场都可以在真空中存在,因而电磁波可以在真空中传播,由光的色散现象知,电磁波的波速由介质和波的频率共同决定,电磁波只能是横波;任何波都能产生反射、折射、干涉和衍射现象。可见,A错误,B、C、D正确。
1.关于LC振荡电路中的振荡电流,下列说法正确的是(　　)
[A] 振荡电流最大时,电容器两极板间的电场强度最大
[B] 振荡电流为零时,线圈中自感电动势为零
[C] 振荡电流增大的过程中,线圈中的磁场能转化成电容器中的电场能
[D] 振荡电流减小的过程中,线圈中的磁场能转化为电容器中的电场能
【答案】 D
【解析】 振荡电流最大时,处于电容器放电结束瞬间,电场强度为零,A项错误;振荡电流为零时,LC振荡电路电流改变方向,这时的电流变化最快,电流变化率最大,线圈中自感电动势最大,B项错误;振荡电流增大时,电容器中电场能转化为线圈中的磁场能,C项错误;振荡电流减小时,线圈中磁场能转化为电容器中的电场能,D项正确。
2.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】 当电容C充满电后,电容器上极板带正电,电容器中电场能最大,开关S扳到b端后,电容器开始放电,当电荷释放完瞬间,LC回路电流最大,电场能转化为磁场能;接着自感线圈对电容器充电,回路中电流逐渐减弱,磁场能转化为电场能,此时电容器下极板带正电;随后电容器开始放电,然后自感线圈再对电容器充电,最后电容器上极板带正电,一个完整的振荡周期结束。根据以上分析T=0.04 s,选项A错误;电流最大时磁场能最大,电场能最小,选项B错误;t=1.01 s,即相当于25.25T,即从题目初始状态开始,经过0.25T,电荷释放完,回路中电流最大,自感线圈中磁场能最大,选项C正确;根据以上分析,在0.25T时,线路中的电流是逆时针方向,选项D错误。
3.光刻机是制造芯片的核心装备,利用光源发出的紫外线,将精细图投影在硅片上,再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力,在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比(　　)
[A] 波长变短 [B] 光子能量增加
[C] 频率降低 [D] 传播速度增大
【答案】 A
【解析】 紫外线进入液体后与真空相比,频率不变,传播速度减小,根据λ=可知波长变短;根据ε=hν可知,光子能量不变。故选A。
4.声呐向水中发射的超声波遇到障碍物后被反射,测出从发出超声波到接收到反射波的时间及方向,即可测算出障碍物的方位;雷达则向空中发射电磁波,遇到障碍物后被反射,同样根据从发射电磁波到接收到反射波的时间及方向,即可测算出障碍物的方位。超声波和电磁波相比较,下列说法正确的是(　　)
[A] 超声波与电磁波传播时,都向外传递了能量
[B] 超声波与电磁波都既可以在真空中传播,又可以在介质中传播
[C] 在空气中传播的速度与在其他介质中传播的速度相比,两种波均在空气中传播时具有较大的传播速度
[D] 超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉
【答案】 A
【解析】 超声波与电磁波传播时,都向外传递了能量、信息,故选项A正确;声呐发出的超声波是机械波,需要传播介质,不可以在真空中传播,故选项B错误;机械波在空气中传播时速度较小,在其他介质中传播时速度大,而电磁波恰好相反,故选项C错误;超声波和电磁波不是同一类波,不可能发生干涉,故选项D错误。
5.声波、光和无线电波具有一些相同的特性,下列说法错误的是(　　)
[A] 三者都能够传递能量
[B] 三者都可以在真空中传播,且光的速度最大
[C] 三者都能够发生反射、干涉及衍射等相关现象
[D] 三者的波长λ、波速v、频率f之间都满足公式λf=v
【答案】 B
【解析】 声波、光和无线电波都能够传递能量,A说法正确;光和无线电波可以在真空中传播,声波不能在真空中传播,光和无线电波均以光速传播,B说法错误;反射、干涉、衍射是波特有的现象,三者都能够发生反射、干涉及衍射等相关现象,C说法正确;三者的波长λ、波速v、频率f之间都满足公式λf=v,D说法正确。
电磁振荡与电磁波　检测试题
(分值:100分)
一、单项选择题:本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1.物理学史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程,关于电磁波的发现及应用,下列说法正确的是(　　)
[A] 赫兹预言了电磁波的存在,麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在
[B] 电视机遥控器用紫外线遥控,无线电波频率比体检胸透用的电磁波频率高
[C] 红外线的热效应可以用来杀菌消毒,利用X射线可以进行通信、广播
[D] 微波炉的工作原理是微波能使食物中的水分子热运动加剧从而加热食物
【答案】 D
【解析】 麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹证实了电磁波的存在,选项A错误;电视机遥控器用的是红外线遥控,体检胸透用的电磁波是X射线,X射线的频率比无线电波高,选项B错误;紫外线具有杀菌消毒的功能,红外线不具有该功能,X射线具有辐射性,不能用来通信和广播,选项C错误;微波炉的工作应用了微波,微波能使食物中的水分子热运动加剧从而加热食物,这就是微波炉的工作原理,选项D正确。
2.如图,验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光,电视机、空调的遥控器发出的光能控制电视机、空调的工作状态。对于它们发出的光,以下判断正确的是(　　)
[A] 它们发出的都是红外线
[B] 它们发出的都是紫外线
[C] 验钞机发出的是红外线,遥控器发出的是紫外线
[D] 验钞机发出的是紫外线,遥控器发出的是红外线
【答案】 D
【解析】 紫外线有较强的荧光作用,能使荧光物质发出荧光,故验钞机发出的是紫外线;红外线波长较长,容易发生衍射,故能很方便地遥控家用电器。故D正确。
3.移动电话是现代人们最常用的通信工具之一,移动电话与其他用户通话时要靠基站来转接,城市中高大建筑物上常常可以看到移动通信的基站。下列关于移动电话的说法正确的是(　　)
[A] 当两部移动电话相距较近时可不通过基站转接而直接通话
[B] 移动电话是利用无线电波进行通信的
[C] 移动电话利用光纤传送信号
[D] 移动电话内部有信号的调谐和解调电路过程,但是不需要用高频振荡电流进行调制
【答案】 B
【解析】 移动电话是利用微波来传递信息的,而且必须通过基站来转接,选项A、C错误,B正确;移动电话既要拨打电话又要接通电话,相当于一台电磁波发射机和一台电磁波接收机,把电磁波发射出去时需要对信号进行调制,作为接收端时需要对接收的信号进行调谐和解调,选项D错误。
4.关于机械波和电磁波,下列说法错误的是(　　)
[A] 机械波和电磁波都能发生衍射和干涉现象
[B] 机械波和电磁波都可以传递能量
[C] 机械波和电磁波都能在真空中传播
[D] 波长、频率和波速间的关系,即v=λf,对机械波和电磁波都适用
【答案】 C
【解析】 衍射和干涉是波特有的现象,不论是机械波还是电磁波都能发生衍射和干涉现象,故A正确;电磁波和机械波的传播过程中都传递了能量,故B正确;电磁波的传播不需要介质,机械波的传播需要介质,故C错误;波长、频率和波速间的关系式v=λf 适用于一切波,故D正确。
5.业余无线电爱好者在进行收发设备的设计与测试中,常需运用到相关的物理知识。下列说法错误的是(　　)
[A] 发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC振荡电路,无线电波与光波均属于电磁波
[B] 如图甲,利用霍尔元件获取磁感应强度的数据,M为半导体薄片,载流子为自由电子,B为与薄片垂直的外加磁场,若从左侧面向右侧面通以恒定电流I,稳定后,上侧面的电势高于下侧面的电势
[C] 图乙是接收电磁波的调谐电路,利用电谐振的原理接收特定频率的电磁波
[D] 设备测试完毕后,发射的电磁波可以在真空中进行传播
【答案】 B
【解析】 发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC振荡电路,无线电波与光波均属于电磁波,A正确,不符合题意;由左手定则可知,电子集中于上侧面,所以上侧面的电势低于下侧面的电势,B错误,符合题意;题图乙是接收电磁波的调谐电路,利用电谐振的原理接收特定频率的电磁波,C正确,不符合题意;电磁波可以在真空中进行传播,D正确,不符合题意。
6.2023年12月,世界5G大会在河南郑州开幕,主题为“5G变革共绘未来”。产生5G信号电波的LC振荡电路某时刻的工作状态如图所示,则该时刻(　　)
[A] 电流在增大,磁场能在增大
[B] 电流在增大,磁场能在减小
[C] 电流在减小,磁场能在增大
[D] 电流在减小,磁场能在减小
【答案】 A
【解析】 题图中电流沿顺时针方向,且上极板带正电,可知此时电容器正在放电,电场能正在减小,则磁场能正在增大,电流正在增大。故选A。
7.已知图甲所示LC振荡电路中电容器极板1上的电荷量随时间变化的曲线如图乙所示,则(　　)
[A] a、c两时刻电路中电流最大,方向相同
[B] a、c两时刻电容器里的电场能最小
[C] b、d两时刻电路中电流最大,方向相同
[D] b、d两时刻磁场能最大
【答案】 D
【解析】 a、c两时刻电容器极板上的电荷量最大,电场能最大,所以电路中电流最小;b、d两时刻电容器极板上的电荷量最小,电路中电流最大,磁场能最大,b、d两点时间间隔为半个周期,故电流方向相反。故D正确。
8.如图所示的LC电路中,电容C为0.8 μF,电感L为2 mH。已充电的平行板电容器两极板水平放置。开关S断开时,极板间有一带电灰尘恰好静止,已知重力加速度为g。闭合开关S,灰尘在电容器内运动,从线圈中电流第一次达到最大时开始计时,经6π×10-5 s时,电容器内灰尘的加速度大小为(　　)
[A] 0 [B] g [C] g [D] 2g
【答案】 A
【解析】 当开关断开时,极板间有一带电灰尘恰好静止,此时电容器电荷量最大,对带电灰尘有qE=mg,振荡电路的周期为T=2π=8π×10-5 s,闭合开关,经过T线圈中电流第一次达到最大;从线圈中电流第一次达到最大时开始计时,此时电容器所带电荷量为0,经6π×10-5 s时,由于Δt=6π×10-5 s=T,可知此时电容器所带电荷量与刚闭合开关时完全一样,则带电灰尘受力刚好平衡,灰尘的加速度大小为0。
二、多项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分。
9.无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线按波长的长短顺序排列起来,形成了范围非常广阔的电磁波谱,不同的电磁波表现出的特性不同,因而其用途也不同。下列说法正确的是(　　)
[A] 红外线、紫外线、X射线和γ射线在真空中传播的速度均为3×108 m/s
[B] 红外线应用在遥感技术中,是利用它穿透本领强的特性
[C] 紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度
[D] 日光灯是紫外线的荧光效应的应用
【答案】 ACD
【解析】 各种频率的电磁波在真空中具有相同的速度,为3×108 m/s,A项正确;红外线应用在遥感技术中是利用了它的衍射能力较强的特性,它的穿透本领较弱,B项错误;紫外线的频率高于红外线的频率,水对紫外线的折射率较大,由v=可知,C项正确;日光灯是利用了紫外线激发荧光的作用,D项正确。
10.广播电台的天线可以看成是开放电路,如图所示是无线电波发射的示意图,下列说法正确的是(　　)
[A] 开关闭合瞬间,电路中的电流最大
[B] 无线电波是一种电磁波,可以在真空中传播
[C] 当线圈L中电流变为零时,磁场能开始转化为电场能
[D] 由于线圈L和L′互感作用,线圈L′上产生感应电动势
【答案】 BD
【解析】 开关闭合瞬间,电容器开始放电,则电路中的电流最小,故A错误;无线电波是一种电磁波,可以在真空中传播,故B正确;当线圈L中电流变为零时,此时磁场能为0,电场能开始转化为磁场能,故C错误;由于线圈L和L′互感作用,线圈L′上产生感应电动势,故D
正确。
11.在电磁波发射技术中,使电磁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。如图甲所示有(1)(2)两幅图,在收音机电路中天线接收下来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内分别只用一个电容器或电感器。以下关于电磁波的发射和接收的说法正确的是(　　)
[A] 在电磁波的发射技术中,图甲中(1)是调幅波
[B] 在电磁波的发射技术中,图甲中(2)是调幅波
[C] 图乙中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] 图乙中a是电感器,用来阻交流、通直流,b是电容器,用来通高频、阻低频
【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(1)为调幅波,(2)为调频波,故A正确,B错误;根据交流电路中电容器的通高频、阻低频和电感线圈的通低频、阻高频作用可知,元件a要让高频信号通过,阻止低频信号通过,故元件a是电容较小的电容器,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。
12.如图所示,电池的电动势为E,内阻为r,电容器的电容为C,绕在铁芯上的理想线圈电感为L,其直流电阻为零。开始时电路中开关S1断开,S2闭合。在t=t1时刻,断开S2,闭合S1,此后回路中出现了振荡电流。若不计电磁波的辐射能量,电路中电阻的存在不会影响振荡电路的振荡频率。下列说法正确的是(　　)
[A] 闭合S1的瞬间,线圈中产生的感应电动势为E
[B] t1+π 时刻,电容器带电荷量为零
[C] t1+π 时刻,电感线圈中产生的自感电动势为零
[D] 电路最后达到的状态是R两端的电势差恒为零
【答案】 AD
【解析】 闭合S1的瞬间,电容器开始放电,此时放电电流为零,线圈中产生的感应电动势为E,故A正确;t1+π时刻,即经历,电容器刚好反向充电结束,电容器带电荷量不为零,此时充电电流为零,线圈中产生的感应电动势为E,故B、C错误;振荡电路中电阻R产生焦耳热,能量逐渐减少,直至不再振荡,电路最后达到的状态是R两端的电势差恒为零,故D
正确。
三、非选择题:本题共6小题,共60分。
13.(6分)电磁波谱的排列顺序是无线电波、　　　　　　、可见光、紫外线、X射线、γ射线。可用来灭菌消毒的电磁波是　　 　　;在我国的“探月工程”中,从地球向“玉兔号”月球车发送指令,电磁波信号经过约　　　 　　s到达月球车。(已知地球和月球表面距离约为3.84×108 m。结果保留3位有效数字)
【答案】 红外线　紫外线　1.28
【解析】 电磁波谱根据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、γ射线。紫外线具有灭菌消毒的作用。电磁波在真空中传播速度为光速c=3×
108 m/s,所以t== s≈1.28 s。
14.(6分)在LC振荡电路中,如已知电容C,并测得电路的固有振荡周期为T,即可求得电感L。为了提高测量精度,需多次改变C值并测得相应的T值,现将测得的六组数据标示在以C为横坐标、T2为纵坐标的坐标纸上,即图中用“×”表示的点。(结果保留2位有效数字)
(1)T2、L、C的关系为　　　　　　　。
(2)根据图中给出的数据点作出T2与C的关系图线。
(3)求得的L值是　　　　H。
【答案】 (1)T2=4π2LC　(2)图见解析 (3)0.028
【解析】 (1)根据T=2π 得T2=4π2LC。
(2)如图所示。
(3)图线斜率为4π2L= H,解得L≈0.028 H。
15.(10分) 某居住地A位于某山脉的一侧,山脉的另一侧P处建有一无线电波发射站,如图所示,该发射站可发送频率为400 kHz 的中波和频率为400 MHz的微波,已知无线电波在空气中的传播速度都为c=3×108 m/s。
(1)求该中波和微波的波长。
(2)发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地A处的 请说明理由。
(3)若两种波的接收效果不同,请说明哪一种波的接收效果更好,为什么
【答案】 (1)7.5×102 m　0.75 m　(2)(3)见解析
【解析】 (1)由λ=,得中波的波长为λ1= m=7.5×102 m,
微波的波长λ2= m=0.75 m。
(2)发射站发出的电磁波是经过衍射后到达居住地A处的,若是干涉则必须频率相同,明显不可能是干涉现象,所以电磁波是经过波的衍射后绕过高山,到达居住地A处。
(3)波要发生明显的衍射现象,波长必须与障碍物尺寸差不多或比障碍物尺寸大,所以两种波的接收效果明显不同,波长长的波接收效果更好,因此中波接收效果更好。
16.(12分)如图所示的电路中,电感的自感系数为L= mH,电容器的电容可调节,电源的电动势为E=5 V,内阻为r=1 Ω,定值电阻的阻值为R=4 Ω,忽略电感线圈的直流电阻,闭合开关S,经过一段时间电路达到稳定状态,t=0时刻将开关S断开。LC振荡电路的频率为f=×105 Hz。求:
(1)电容器的电容;
(2)断开开关S后,电流表的示数;
(3)电容器的上极板开始带正电的时刻。
【答案】 (1)×10-6 F　(2)1 A
(3)t=(2n+1)π×10-5 s(n=0,1,2,3,…)
【解析】 (1)根据f=,解得C=×10-6 F。
(2)断开开关S前,由闭合电路欧姆定律可得I=,断开开关S后,
电流表的示数I有效=,联立解得I有效=1 A。
(3)LC振荡电路的周期为T==2π×10-5s,t=0时刻开始,LC振荡电路开始工作,在一个振荡周期内,0~电容器充电,下极板带正电,~电容器充电,上极板开始带正电。由此可知电容器的上极板开始带正电的时刻为t=+nT=T=(2n+1)π×10-5 s(n=0,1,2,3,…)。
17.(12分)某收音机接收电磁波的波长范围在182~577 m,该收音机LC振荡电路的可变电容的动片全部旋出时,电路总电容为39 pF,试分析:
(1)动片全部旋出时,对应收音机接收电磁波的波长为多少 此LC振荡电路的线圈的自感系数为多少
(2)该收音机LC振荡电路的可变电容器的动片完全旋入时,电容器的电容为多大 (结果保留整数)
【答案】 (1)182 m　0.24 mH　(2)392 pF
【解析】 (1)由λ=c·T,T=2π可得λ=2πc,
动片全部旋出时,电容器正对面积最小,对应电容器的电容最小。因此,对应接收电磁波的波长最小,为182 m。此时电容器的电容为C=39 pF。由上面关系式可导出L=,
代入数据可求出L=0.24 mH。
(2)由λ=2πc可得=,所以Cmax=Cmin=×39 pF≈392 pF。
18.(14分)雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。试回答下列问题:
(1)雷达是如何接收电磁波的
(2)利用雷达可以测出飞机的运动方向和速度。某固定雷达正在跟踪一架匀速飞行的飞机,其每隔固定时间T0发射一短脉冲的电磁波(如图中振幅大的波形),收到的由飞机反射回的电磁波经雷达处理后显示如图中振幅较小的波形,反射滞后的时间已在图中标出。其中T0、T和ΔT为已知量,光在真空中的传播速度为c。则飞机的运动方向如何 飞机的速度大小为多少
【答案】 (1)见解析
(2)远离雷达方向　
【解析】 (1)电磁波在传播时遇到导体会使导体中产生感应电流,所以导体可用来接收电磁波,这就是雷达接收电磁波的原理。
(2)由题图中显示的波形可以看出,反射波滞后于发射波的时间越来越长,说明飞机离信号源的距离越来越远,飞机向远离雷达方向运动。
从雷达发出第一个电磁波起开始计时,经被飞机接收,故飞机第一次接收电磁波时与雷达距离x1=c;
第二个电磁波从发出至返回,经T+ΔT时间,
飞机第二次接收电磁波时与雷达距离x2=c。
飞机从接收第一个电磁波到接收第二个电磁波时间内前进了x2-x1,接收第一个电磁波时刻为t1=,
接收第二个电磁波时刻为t2=T0+,
所以接收第一个和第二个电磁波的时间间隔为Δt=t2-t1=T0+,
故飞机速度为v=,
解得v=。(共26张PPT)
章末总结
知识整合·构建网络
专题研析·拓展提升
专题一　对电磁振荡三个“两”的理解
[例1] 如图所示,图甲是LC振荡电路中电流随时间的变化关系,若以图乙回路中顺时针方向的电流为正,(a)(b)(c)(d)均为电场能或磁场能
最大的时刻,下列说法正确的是(　 　)
B
(1)分析两类物理量:电荷量Q决定了电场能的大小,电容器极板间电压U、电场强度E、电场能EE的变化规律与Q的变化规律相同;振荡电流i决定了磁场能的大小,线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ、磁场能EB的变化规律与i的变化规律相同。
(2)两个过程:放电过程,电荷量Q减小,振荡电流i增大;充电过程,电荷量Q增
大,振荡电流i减小。
(3)两个瞬间:放电完毕瞬间,Q=0,i最大;充电完毕瞬间,i=0,Q最大。
·规律方法·
[跟踪训练1] (多选)如图所示为某LC振荡电路,当单刀双掷开关S由A端拨到B端时开始计时。下列四个图像能正确反映电容器的电荷量q和电感L中电流i(以顺时针方向为正方向)随时间t变化的图像是(　 　)
[A] [B] [C] [D]
AD
【解析】 当单刀双掷开关S由A端拨到B端时开始计时,电容器开始放电,电容器电荷量减小,且减小得越来越快,减小到零后,电容器反向充电,电荷量增大,且增大得越来越慢,故A正确,B错误;电容器放电时,电流逐渐增大,但增大得越来越慢,之后反向充电时,电流逐渐减小,但减小得越来越快,故C错误,D正确。
专题二　机械波与电磁波的比较
[例2] (多选)电磁波与声波比较,下列说法正确的是(　 　)
[A] 电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质
[B] 由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大
[C] 由空气进入水中时,电磁波波长变短,声波波长变长
[D] 电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的,与频率无关
ABC
【解析】 电磁波的传播不需要介质,而声波属于机械波,声波传播离不开介质,A正确;电磁波在空气中的速度接近光在真空中的速度,进入水中速度变小,而声波进入水中速度反而比空气中大,B正确;由v=λf,电磁波或声波由一种介质进入另一种介质时,频率不变,可见,波速v与波长λ成正比,C正确;电磁波的速度不仅与介质有关,还与频率有关,这点与声波不相同,D错误。
电磁波与机械波的四点区别
(1)电磁波是电磁场的传播,机械波是质点机械振动的传播。
(2)电磁波的传播机理是电磁场交替感应,机械波的传播机理是质点间的机械作用。
(3)电磁波传播不需要介质,而机械波传播需要介质。
(4)电磁波是横波。机械波既有横波又有纵波,有的机械波甚至同时有横波和纵波,例如地震波。
·规律方法·
[跟踪训练2] (多选)以下关于机械波与电磁波的说法正确的是(　 　)
[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
BCD
【解析】 机械波是机械振动在介质中的传播,所以机械波的传播离不开介质,且其波速只与介质的性质有关,而与机械波的频率无关,机械波既有横波又有纵波;电磁波是电磁场范围的不断扩大,电场和磁场都可以在真空中存在,因而电磁波可以在真空中传播,由光的色散现象知,电磁波的波速由介质和波的频率共同决定,电磁波只能是横波;任何波都能产生反射、折射、干涉和衍射现象。可见,A错误,B、C、D正确。
[思路点拨] 电磁波与机械波相比较,二者有什么共性 又有哪些区别呢
达标训练·检测效果
1.关于LC振荡电路中的振荡电流,下列说法正确的是(　　)
[A] 振荡电流最大时,电容器两极板间的电场强度最大
[B] 振荡电流为零时,线圈中自感电动势为零
[C] 振荡电流增大的过程中,线圈中的磁场能转化成电容器中的电场能
[D] 振荡电流减小的过程中,线圈中的磁场能转化为电容器中的电场能
D
【解析】 振荡电流最大时,处于电容器放电结束瞬间,电场强度为零,A项错误;振荡电流为零时,LC振荡电路电流改变方向,这时的电流变化最快,电流变化率最大,线圈中自感电动势最大,B项错误;振荡电流增大时,电容器中电场能转化为线圈中的磁场能,C项错误;振荡电流减小时,线圈中磁场能转化为电容器中的电场能,D项正确。
2.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
C
【解析】 当电容C充满电后,电容器上极板带正电,电容器中电场能最大,开关S扳到b端后,电容器开始放电,当电荷释放完瞬间,LC回路电流最大,电场能转化为磁场能;接着自感线圈对电容器充电,回路中电流逐渐减弱,磁场能转化为电场能,此时电容器下极板带正电;随后电容器开始放电,然后自感线圈再对电容器充电,最后电容器上极板带正电,一个完整的振荡周期结束。根据以上分析T=0.04 s,选项A错误;电流最大时磁场能最大,电场能最小,选项B错误;
t=1.01 s,即相当于25.25T,即从题目初始状态开始,经过0.25T,电荷释放完,回路中电流最大,自感线圈中磁场能最大,选项C正确;根据以上分析,在0.25T时,线路中的电流是逆时针方向,选项D错误。
3.光刻机是制造芯片的核心装备,利用光源发出的紫外线,将精细图投影在硅片上,再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力,在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比(　　)
[A] 波长变短
[B] 光子能量增加
[C] 频率降低
[D] 传播速度增大
A
4.声呐向水中发射的超声波遇到障碍物后被反射,测出从发出超声波到接收到反射波的时间及方向,即可测算出障碍物的方位;雷达则向空中发射电磁波,遇到障碍物后被反射,同样根据从发射电磁波到接收到反射波的时间及方向,即可测算出障碍物的方位。超声波和电磁波相比较,下列说法正确的是(　　)
[A] 超声波与电磁波传播时,都向外传递了能量
[B] 超声波与电磁波都既可以在真空中传播,又可以在介质中传播
[C] 在空气中传播的速度与在其他介质中传播的速度相比,两种波均在空气中传播时具有较大的传播速度
[D] 超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉
A
【解析】 超声波与电磁波传播时,都向外传递了能量、信息,故选项A正确;声呐发出的超声波是机械波,需要传播介质,不可以在真空中传播,故选项B错误;机械波在空气中传播时速度较小,在其他介质中传播时速度大,而电磁波恰好相反,故选项C错误;超声波和电磁波不是同一类波,不可能发生干涉,故选项D错误。
5.声波、光和无线电波具有一些相同的特性,下列说法错误的是(　　)
[A] 三者都能够传递能量
[B] 三者都可以在真空中传播,且光的速度最大
[C] 三者都能够发生反射、干涉及衍射等相关现象
[D] 三者的波长λ、波速v、频率f之间都满足公式λf=v
B
【解析】 声波、光和无线电波都能够传递能量,A说法正确;光和无线电波可以在真空中传播,声波不能在真空中传播,光和无线电波均以光速传播,B说法错误;反射、干涉、衍射是波特有的现象,三者都能够发生反射、干涉及衍射等相关现象,C说法正确;三者的波长λ、波速v、频率f之间都满足公式λf=v,D说法正确。
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