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第四章 電磁振蕩與電磁波 ——高二物理人教版（2019）期末復習知識大盤點
第一部分：單元學習目標整合
本章概述
本章是在機械波、電磁場、電磁感應等知識的基礎上，進一步學習電磁波的形成、傳播和應用。
重點 ①LC振蕩電路各物理量的分析
②電磁波譜
難點 ①麥克斯韋電磁場理論
②LC振蕩電路分析
第二部分：經典例題復盤
例1.LC振蕩電路中，某時刻振蕩電流i的方向如圖中箭頭所示.下列對各回路情況的判斷正確的是( )
A.若電路中電流i正在增大，則該電路中電容器兩端的電壓必定在增大
B.若電路中電流i正在增大，則該電路中電容器的電場方向必定向下
C.若電路中電流i正在減小，則該電路中線圈周圍的磁場必定在增強
D.若電路中電流i正在減小，則該電路中電容器的電場方向必定向上
答案：BD
解析：如果i正在增大，則線圈周圍磁場一定在增強，說明電容器放電，電壓減小，對于題圖，電流從上極板流向下極板，則上極板帶正電，進而可判斷電場方向必向下，故A錯誤，B正確；若i正在減小，則線圈周圍的磁場一定在減弱，則是充電過程，在題圖中，電流從上極板流向下極板，故下極板必帶正電，上極板帶負電，電容器中電場強度方向向上，故C錯誤，D正確.
例2.手機發射和接收的信號屬于電磁波.手機將信號通過天線發送到最近的一個移動基站，基站通過有線連接到機房的交換機，交換機再通過線連接到另一部手機最近的基站，基站將信號發送出去，通過已知信道被另一部手機接收.下列關于電磁波的說法正確的是( )
A.只要有變化的電場和磁場，就能產生電磁波
B.電磁波的傳播必須在介質中才能進行
C.基站停止工作，發射出去的電磁波就停止傳播
D.電磁波的傳播也就是能量的傳播
答案：D
解析：均勻變化的電場和磁場不能產生電磁波，A錯誤；電磁波可以在真空中傳播，B錯誤；基站停止工作，發射出去的電磁波仍能繼續傳播，C錯誤；電磁波具有能量，電磁波傳播的過程，也就是能量傳播的過程，D正確.
例3.在電磁波發射技術中，使載波隨各種信號而改變的技術叫調制，調制分調幅和調頻兩種.如圖甲中所示.在收音機電路中天線接收到的電信號既有高頻成分又有低頻成分，經放大后送到下一級，需要把高頻成分和低頻成分分開，只讓低頻成分輸入下一級，如果采用如圖乙所示的電路，圖中虛線框a和b內只有一個電容器或電感器則( )
A.在電磁波的發射技術中，甲圖中A是調幅波
B.在電磁波的發射技術中，甲圖中B是調幅波
C.乙圖中a是電容器，用來通高頻阻低頻，b是電感器，用來阻高頻通低頻
D.乙圖中a是電感器，用來阻交流通直流，b是電容器，用來阻高頻通低頻
答案：AC
解析：調幅，即通過改變電磁波的振幅來實現信號加載，故題圖甲中A為調幅波，A正確，B錯誤在交流電路中，電容器通高頻阻低頻，電感器通低頻阻高頻，元件a要讓高頻信號通過，阻止低頻信號通過，故元件a是電容器；元件b要讓低頻信號通過，阻止高頻信號通過，故元件b是電感器，故C正確，D錯誤.
例4.非接觸式體溫測量儀是通過人體輻射的紅外線來測量體溫，紫外線燈可以在無人的環境下消殺病毒，為人民健康保駕護航，下列關于紅外線和紫外線的說法正確的是( )
A.紅外線的波長比無線電波長 B.只有熱的物體才能輻射紅外線
C.紫外線的波長比紅外線長 D.紅外線和紫外線都是電磁波
答案：D
解析：根據電磁波譜知，真空中波長由大到小的順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線，A、C錯誤；任何物體都能輻射紅外線，溫度越高，輻射越強，B錯誤；無線電波、紅外線、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波，D正確.
例5.可見光的波長范圍為400~760 nm，電磁波在真空中的傳播速度為，下列說法中不正確的是( )
A.與紅外線相比，波長10 m的電磁波不易發生衍射
B.波長為270 nm的電磁波為紫外線
C.可見光頻率大小的數量級可達到
D.X射線的波長短，可用來進行人體透視
答案：A
解析：波長10 m的電磁波的波長比紅外線長，更容易發生衍射，A錯誤，符合題意；波長為400 nm的可見光為紫光，故波長為270 nm的電磁波為紫外線，B正確，不符合題意；由可知，若可見光的波長為500 nm時，可得其頻率為，故可見光頻率大小的數量級可達到，C正確，不符合題意；X射線的波長較短，頻率較高，穿透能力較強，可用來進行人體透視，D正確，不符合題意.
第三部分：重難知識易混易錯
一、電磁振蕩的變化規律
1.各物理量變化情況一覽表
2.振蕩電路i，極板帶電荷量q、電場能、磁場能隨時間的變化圖像（如圖所示）
二、電磁振蕩與簡諧運動的比較
三、對麥克斯韋電磁場理論的理解
①電磁場的產生
如果在空間某處有周期性變化的電場，那么這個變化的電場就在它周圍空間產生周期性變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空間產生變化的電場——變化的電場和變化的磁場是相互聯系著的，形成不可分割的統一體，這就是電磁場。
②對麥克斯韋電磁場理論的理解
注：①振蕩電場、磁場即周期性變化的電場、磁場。
②變化的磁場產生電場，但不能說變化的磁場產生變化的電場，同理變化的電場產生磁場，但不能說變化的電場產生變化的磁場。
四、電磁波與機械波的比較
①電磁波特點
（1）電磁波的傳播不需要介質，可在真空中傳播。在真空中，不同頻率的電磁波傳播速度是相同的（都等于光速c）。
（2）不同頻率的電磁波，在同種介質中傳播，其速度是不同的，頻率越高，波速越小。
(3)中，f是電磁波的頻率，即為發射電磁波的LC振蕩電路的頻率：，改變L或C即可改變f，從而改變電磁波的波長λ。
五、無線電波的發射
①發射電磁波的振蕩電路的特點
（1）要有足夠高的振蕩頻率，理論研究證明：振蕩電路向外界輻射能量的本領，與振蕩頻率有關。頻率越高，發射電磁波的本領越大。
（2）振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間，這樣才能有效地把能量輻射出去。用開放電路可以把電磁波有效地發射出去。
②無線電波的發射
（1）調制：在無線電應用技術中，首先將聲音、圖像等信息通過聲電轉換、光電轉換等方式轉換為電信號，這種電信號頻率較低，不能用來直接發射電磁波，把要傳遞的低頻電信號“加”到高頻電磁波上，使電磁波隨各種信號而改變叫作調制。
（2）調幅和調頻：使高頻振蕩的振幅隨信號的強弱而改變叫作調幅，使高頻振蕩的頻率隨信號的強弱而改變叫做調頻。
結論：無線電廣播中的低頻信號由于頻率較低，不易直接發射出去，只能加載到頻電磁波上才能發射出去，這一過程就像衛星只能通過運載火箭才能到達預定軌道一樣。
（3）無線電波的發射：由振蕩器（常用LC振蕩電路）產生高頻振蕩電路，用調制器將需要傳送的電信號調制到振蕩電路上，再耦合到一個開放電路中激發出無線電波，向四周發射出去。
六、各個電磁波的共性和特點
1.共性
（1）它們在本質上都是電磁波，遵從相同的波動規律。
（2）都遵守公式v=λf，它們在真空中的傳播速度都是。
（3）它們的傳播都不需要介質。
（4）它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
2.個性
（1）不同電磁波的頻率或波長不同，表現出不同的特性，波長越長越容易產生干涉、衍射現象，波長越短穿透能力越強。
（2）相同頻率的電磁波，在不同介質中速度不同；不同頻率的電磁波在同一種介質中傳播時，頻率越大，速度越小。
（3）產生機理不同
3.特點
易錯題：
一、基本概念、規律理解出錯
1.關于電磁波的應用，下列說法正確的是( )
A.電磁波在真空中的速度為
B.在電磁波譜中，γ射線的頻率比紫外線的頻率大
C.只有高溫的物體才能輻射紅外線
D.衛星通信技術用到的X射線
答案：B
解析：A.電磁波在真空中的速度為
A錯誤；
B.在電磁波譜中，γ射線的頻率比紫外線的頻率大，B正確；
C.一切物體均會向外輻射紅外線，C錯誤；
D.衛星通信技術主要使用的是無線電波，D錯誤。
故選B。
二、LC振蕩電路物理量變化與周期的關系
2.某個智能玩具的聲響開關與LC電路中的電流有關,如圖所示為玩具內的LC振蕩電路部分。已知線圈自感系數,電容器電容,在電容器開始放電時(取),上極板帶正電,下極板帶負電,則( )
A.LC振蕩電路的周期
B.當時,電容器上極板帶正電
C.當時,電路中電流方向為順時針
D.當時,電場能正轉化為磁場能
答案：C
解析：由公式，故A錯誤；當時，電容器反向充滿電，所以電容器上極板帶負電，故B錯誤；當時，是之間，電容器正在放電，所以電流方向為順時針，故C正確；當時，介于之間，電容器正在充電，磁場能轉化為電場能，故D錯誤。
第四部分：核心素養對接高考
①物理觀念：能初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想，了解電磁振蕩、電磁波、電磁波譜的內涵，知道電磁波的產生、傳播和接收，知道場的統一性與多樣性；能解釋生產生活中與電磁波有關的現象，能說明人們對電磁波的應用。具有與電磁波相關的物質觀念、相互作用觀念和能量觀念。
②科學思維：能用電磁振蕩解釋電場能與磁場能的相互轉化；能分析電磁波的產生、傳播和接收等問題；能通過證據說明電場與磁場的相互轉化；能從不同角度綜合思考電與磁的問題。
③科學探究：能根據實驗現象及結果提出問題；能通過實驗收集關于電磁波如何發射與接收的信息；能解釋赫茲實驗及電磁波的發射與接收；有主動與同學交流的積極性。
④科學態度與責任：能體會物理學對統一性的追求，能體會理論預言在科學發展中的作用，以及實驗證據對新理論的支撐作用；能體會麥克斯韋電磁場理論的基本思想，感受麥克斯韋電磁場理論的美妙；能體會電磁波的應用對人類生活和社會發展的影響。
對接高考
1.【2020北京卷】隨著通信技術的更新換代，無線通信使用的電磁波頻率更高，頻率資源更豐富，在相同時間內能夠傳輸的信息量更大。第5代移動通信技術(簡稱5G)意味著更快的網速和更大的網絡容載能力，“4G改變生活，5G改變社會”。與4G相比，5G使用的電磁波( )
A.光子能量更大 B.衍射更明顯 C.傳播速度更大 D.波長更長
2.【2020天津卷】新冠肺炎疫情突發，中華兒女風雨同舟、守望相助，筑起了抗擊疫情的巍峨長城。志愿者用非接觸式體溫測量儀，通過人體輻射的紅外線測量體溫，防控人員用紫外線燈在無人的環境下消殺病毒，為人民健康保駕護航。紅外線和紫外線相比較( )
A.紅外線的光子能量比紫外線的大
B.真空中紅外線的波長比紫外線的長
C.真空中紅外線的傳播速度比紫外線的大
D.紅外線能發生偏振現象，而紫外線不能
答案以及解析
1.答案：A
解析：A項，5G比4G更快，指的是波的頻率更大，則由可知，5G使用的電磁波光子能量更大，故A項正確。
BCD項，5G和4G使用的都是電磁波，傳播速度相同，則根據可知，5G使用的電磁波波長更短，衍射更不明顯，故BCD項錯誤。
綜上所述，本題正確答案為A。
2.答案：B
解析：根據電磁波譜可知，紅外線的頻率小于紫外線的頻率，真空中紅外線的波長大于紫外線的波長，由光子能量公式可知，紅外線光子能量小于紫外線光子能量，選項A錯誤，B正確；真空中任何光的傳播速度都相等，所以真空中紅外線的傳播速度等于紫外線的傳播速度，選項C錯誤；由于光是橫波，都能夠發生偏振現象，所以紅外線和紫外線都能夠發生偏振現象，選項D錯誤。

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