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第3講　電磁振蕩與電磁波　傳感器
軍隊在行軍打仗時需要用電臺相互聯(lián)絡(luò)。 (1)電磁波是怎么形成的 電場或磁場隨時間變化時一定會產(chǎn)生電磁波嗎 (2)為了增大無線電臺向空間發(fā)射無線電波的能力,對LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)可采用哪些措施 (3)分析一下電磁波譜中頻率和波長的關(guān)系,無線電波在電磁波譜中波長和頻率在什么范圍內(nèi)
[footnoteRef:1] [1:
【答案】 周期性　振蕩電流　LC　充電　電流i　磁感應(yīng)強度B　電場　磁場　電場　周期性　2π　電場　磁場　介質(zhì)　3×108　小　λf　頻率　振幅　調(diào)制　可見光]
1.(2024·浙江嘉興階段練習(xí))關(guān)于γ射線,下列說法正確的是(　　)
[A] γ射線常用于雷達的電磁波定位
[B] γ射線的探傷能力比X射線弱
[C] γ射線的電離能力比α、β射線都強
[D] 原子核發(fā)生衰變時輻射的γ射線強度與壓強無關(guān)
【答案】 D
2.(2024·江西吉安開學(xué)考試)關(guān)于LC電磁振蕩和電磁波,下列說法正確的是(　　)
[A] 如圖所示為LC振蕩電路某時刻的情況,則此時電容器正在充電
[B] 在線圈中插入鐵芯可使振蕩周期變小
[C] LC振蕩電路輻射的電磁波傳播需要介質(zhì)
[D] 電磁波由空氣進入水中時,波長不變
【答案】 A
考點一　電磁振蕩過程分析
1.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像
2.LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法
根據(jù)電流 流向判斷 當電流流向帶正電的極板時,電容器的電荷量增加,磁場能向電場能轉(zhuǎn)化,處于充電過程;反之,當電流流出帶正電的極板時,電荷量減少,電場能向磁場能轉(zhuǎn)化,處于放電過程
根據(jù)物理 量的變化 趨勢判斷 當電容器的帶電荷量q、電壓U、電場強度E增大或電流i、磁感應(yīng)強度B減小時,處于充電過程;反之,處于放電過程
根據(jù)能 量判斷 電場能增加時充電,磁場能增加時放電
[例1]
【對LC振蕩電路的理解】 (2024·浙江溫州三模)為了測量儲罐中不導(dǎo)電液體的高度,將與儲罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容器C置于儲罐中,電容器C可通過開關(guān)S與電感線圈L或電源相連,如圖所示,當開關(guān)撥到a,電容器充電,當開關(guān)從a撥到b,由電感線圈L與電容器C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生振蕩電流,頻率為f0。初始時電容器帶電荷量為零,開關(guān)空置。下列說法正確的是(　　)
[A] 若開關(guān)撥到a,電容器兩端的電壓逐漸減小
[B] 若開關(guān)撥到a,待充電結(jié)束后,降低液體高度,流過電阻的電流方向為g至e
[C] 若充電結(jié)束后,開關(guān)從a撥到b,回路中振蕩電流頻率為f0=2π
[D] 若充電結(jié)束后,開關(guān)從a撥到b,回路中振蕩電流減小時,自感電動勢增大
【答案】 D
【解析】 若開關(guān)撥到a,電容器充電,電容器電壓增大,故A錯誤;若開關(guān)撥到a,待充電結(jié)束后,降低液體高度,電容器間的電介質(zhì)減少,由C=可知C減小,所以電容器要放電,電容器左極板帶正電,所以流過電阻的電流方向為e至g,故B錯誤;若充電結(jié)束后,開關(guān)從a撥到b,回路中振蕩電流周期為T=2π,所以電流頻率為f0==,故C錯誤;若充電結(jié)束后,開關(guān)從a撥到b,回路中振蕩電流減小時,說明電容器正在充電,電容器電壓增大,電感線圈兩端電壓與電容器兩端電壓相等,線圈自感電動勢增大,故D正確。
[例2] 【電磁振蕩的圖像問題】 (2024·浙江金華三模)在圖甲的LC振蕩電路中,開關(guān)先撥到位置“1”,電容器充滿電后,在t=0時刻開關(guān)撥到位置“2”。若電流從傳感器的“+”極流入,電流顯示為正,圖乙為振蕩電流隨時間變化的圖線,則下列有關(guān)說法正確的是(　　)
[A] 在圖乙中A點時刻電容器上極板帶負電
[B] 在圖乙中從t0到A點過程中電容器的電壓先增加后減小
[C] 若電阻R減小,電流變化如圖丙中實線
[D] 若電阻R減小,電流變化如圖丙中虛線
【答案】 A
【解析】 在題圖乙中A點時刻電流為正且正在減小,可知電容器正在充電,此時上極板帶負電,下極板帶正電,選項A正確;在題圖乙中從t0到A點過程中電流先正向增加后正向減小,電容器先放電后充電,即電容器的電壓先減小后增加,選項B錯誤;若電阻R減小,則電容器放電時最大電流變大,但是振蕩周期不變,則題圖丙中實線和虛線描述電流變化都不對,選項C、D錯誤。
考點二　電磁場和電磁波　電磁波譜
1.電磁波與機械波的比較
項目 電磁波 機械波
產(chǎn)生 由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生 由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生
波的 特點 橫波 縱波或橫波
波速 由介質(zhì)和電磁波頻率共同決定,在真空中等于光速c=3.0×108 m/s 由介質(zhì)決定(如聲波波速在空氣中一般為340 m/s)
是否需 要介質(zhì) 不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播) 必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)
能量 傳播 電磁能 機械能
2.電磁波譜
(1)電磁波譜分析及應(yīng)用。
電磁 波譜 頻率/ Hz 真空中 波長/m 特性 應(yīng)用 遞變規(guī)律
無線 電波 <3× 1011 >10-3 波動性 強,易發(fā) 生衍射 無線電 技術(shù) 衍射能力減弱,直線傳播能力增強
紅外 線 1011～ 1014 10-7～ 10-3 熱效應(yīng) 紅外 遙感
可見 光 1014 10-7 引起 視覺 照明、 攝影
紫外 線 1014～ 1016 10-9～ 10-7 化學(xué)效 應(yīng)、熒 光效應(yīng)、 滅菌 消毒 醫(yī)用消 毒、防偽
X 射線 1016～ 1019 10-11～ 10-8 貫穿 本領(lǐng)強 檢查、醫(yī) 用透視
γ 射線 >1019 <10-11 貫穿本 領(lǐng)更強 工業(yè)探 傷、醫(yī) 用治療
(2)各種電磁波產(chǎn)生機理。
無線電波 振蕩電路中電子周期性運動產(chǎn)生
紅外線、可見光 和紫外線 原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生
X射線 原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生
γ射線 原子核受激發(fā)后產(chǎn)生
[例3] 【對麥克斯韋電磁場理論的理解】 (2024·湖北荊州期末)如圖甲所示,塑料制成的光滑細圓環(huán)水平固定放置,環(huán)上套一個帶正電的電荷量為q的小球(視為質(zhì)點)處于靜止狀態(tài),磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場方向豎直向上,環(huán)面的面積為S;英國物理學(xué)家麥克斯韋認為,變化的磁場會在周圍的空間激發(fā)出感生電場,如圖乙所示,空間存在豎直向上均勻增加的勻強磁場,周圍產(chǎn)生的環(huán)形電場線從上向下看沿順時針,同一個圓周上的電場強度大小相等,下列說法正確的是(　　)
[A] 對圖甲,若磁感應(yīng)強度豎直向上均勻增加,則塑料圓環(huán)內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流
[B] 對圖甲,若磁感應(yīng)強度豎直向下均勻增加,從上向下看小球會沿順時針方向轉(zhuǎn)動
[C] 圖乙說明,任何磁場周圍都會產(chǎn)生電場,與閉合電路是否存在無關(guān)
[D] 對圖甲,若磁感應(yīng)強度豎直向上均勻增加的變化率為k,則小球運動一周,靜電力做的功為kSq
【答案】 D
【解析】 對題圖甲,若磁感應(yīng)強度豎直向上均勻增加,則在金屬圓環(huán)上會產(chǎn)生感應(yīng)電流,而塑料圓環(huán)不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,A錯誤;若磁感應(yīng)強度豎直向下均勻增加,對比題圖乙,塑料圓環(huán)上產(chǎn)生的環(huán)形電場線從上向下看沿逆時針,則帶正電的小球受到沿逆時針方向的靜電力,小球會沿逆時針方向轉(zhuǎn)動,B錯誤;題圖乙說明,變化的磁場周圍會產(chǎn)生電場,與閉合電路是否存在無關(guān),若磁場不變化,周圍不會產(chǎn)生電場,C錯誤;由法拉第電磁感應(yīng)定律可得均勻變化的磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E==kS,由靜電力做功的公式W=Uq,可得小球轉(zhuǎn)動一周,靜電力對小球做的功為W=Eq=kSq,D正確。
[例4] 【電磁波譜的分析及應(yīng)用】 (2024·河北保定三模)下列關(guān)于科學(xué)技術(shù)的運用說法正確的是(　　)
[A] 交通警察用監(jiān)視器測量汽車的速度時不能利用多普勒效應(yīng)
[B] 用聲吶探測水中的暗礁、潛艇,利用了波的反射
[C] 醫(yī)生利用B超探測人體內(nèi)臟的位置,發(fā)現(xiàn)可能的病變,其原理是利用了波的衍射
[D] 雷達是利用超聲波來測定物體位置的無線電設(shè)備
【答案】 B
【解析】 交通警察用監(jiān)視器測量汽車的速度時可利用多普勒效應(yīng),A錯誤;用聲吶探測水中的暗礁、潛艇,利用了波的反射,B正確;醫(yī)生利用B超探測人體內(nèi)臟的位置,發(fā)現(xiàn)可能的病變,其原理是利用了波的反射,C錯誤;雷達是利用無線電波來測定物體位置的無線電設(shè)備,D錯誤。
考點三　傳感器
1.傳感器的工作原理
能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制。傳感器應(yīng)用的一般模式如圖所示。
2.傳感器的核心元件
(1)敏感元件:能直接感受或響應(yīng)外界被測非電學(xué)量的部分。
(2)轉(zhuǎn)換元件:能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分。
(3)信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路:能把輸出的微弱的電信號放大的部分。
3.傳感器的分類
項目 工作原理 舉例
物理 傳感器 利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)制作而成 力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等
化學(xué) 傳感器 利用電化學(xué)反應(yīng)原理,把無機或有機化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號 離子傳感器、氣體傳感器等
生物 傳感器 利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識別和測定生物化學(xué)物質(zhì) 酶傳感器、微生物傳感器、細胞傳感器等
[例5] 【傳感器的理解】 (2024·江蘇南通期中)半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器利用了半導(dǎo)體材料的“壓阻效應(yīng)”。如圖是某一壓力傳感器電阻R隨壓力F變化的圖像。下列說法正確的是(　　)
[A] 該傳感器的工作原理是將電學(xué)量轉(zhuǎn)化為力學(xué)量
[B] 隨著壓力的增大,傳感器的電阻不斷增大
[C] 壓力為1 N時曲線的斜率約為29 kΩ/N
[D] 小于1.5 N的區(qū)間內(nèi)傳感器的靈敏度較大
【答案】 D
【解析】 該傳感器的工作原理是將力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量,故A錯誤;根據(jù)題圖可知,隨著壓力的增大,傳感器的電阻不斷減小,故B錯誤;根據(jù)題圖可知,壓力為1 N時曲線的斜率小于 kΩ/N=24 kΩ/N,故C錯誤;根據(jù)題圖可知,壓力F在0～1.5 N區(qū)間內(nèi)變化時,電阻阻值隨壓力大小變化快,可知小于1.5 N的區(qū)間內(nèi)傳感器的靈敏度較大,故D正確。
[例6] 【傳感器的應(yīng)用】 (多選)某力敏電阻的阻值隨著壓力的增大而線性減小。一同學(xué)利用該力敏電阻設(shè)計了判斷小車在水平方向上運動狀態(tài)的裝置,其工作原理如圖甲所示,將力敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上,光滑絕緣重物與擋板之間通過輕彈簧連接,電源內(nèi)阻不計。某次實驗中,電壓表示數(shù)隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,已知0～t1時間內(nèi),小車處于靜止狀態(tài)。則下列說法正確的是(　　)
[A] 0～t1時間內(nèi),彈簧處于壓縮狀態(tài)
[B] t1～t2時間內(nèi),小車的加速度隨時間均勻減小
[C] t2～t3時間內(nèi),小車一定做勻變速直線運動
[D] t2～t3時間內(nèi),小車可能向右做勻加速直線運動
【答案】 AD
【解析】 0～t1時間內(nèi),電壓表示數(shù)最大,力敏電阻兩端電壓最小,力敏電阻的阻值最小,所受壓力最大,彈簧一定處于壓縮狀態(tài),故A正確;t1～t2時間內(nèi),電壓表示數(shù)減小,力敏電阻兩端電壓變大,阻值增大,所受壓力減小,由牛頓第三定律可知,重物所受壓力F減小,0～t1時間內(nèi),重物處于靜止狀態(tài),彈簧處于壓縮狀態(tài),設(shè)壓縮量為x,以重物為研究對象,根據(jù)牛頓第二定律可得a=,t1～t2時間內(nèi),由于F減小,則重物的加速度增大,即小車的加速度增大,故B錯誤;t2～t3時間內(nèi),若重物與力敏電阻未分離,F未減小到零,此時電壓表示數(shù)不變,力敏電阻兩端電壓不變,阻值不變,所受壓力不變,重物所受的合力不變,加速度不變,重物做加速度向右的勻加速直線運動,t2～t3時間內(nèi),若重物與力敏電阻分離了,此時重物可能向右做加速度增大的加速直線運動,故t2～t3時間內(nèi),小車不一定做勻變速直線運動,可能向右做變加速直線運動,故C錯誤,D正確。
(滿分:50分)
對點1.電磁振蕩過程分析
1.(4分)(2024·遼寧丹東模擬)對于LC振蕩電路,從圖甲到圖乙的物理過程,下列說法正確的是(　　)
[A] 電容器正在充電,且充電電流沿順時針方向
[B] 電容器正在放電,且放電電流逐漸增大
[C] 當電容器放電完畢時,回路中無電流
[D] 當電容器放電完畢時,線圈中的磁通量達最小值
【答案】 B
【解析】 從題圖甲到題圖乙,電流方向從正極板流向負極板,可知此時電容器正在放電,電場能減小,磁場能增大,則放電電流沿順時針方向且逐漸增大,故A錯誤,B正確;當電容器放電完畢時,電場能最小,磁場能最大,回路中的電流達到最大值,線圈中的磁感應(yīng)強度達到最大值,磁通量達到最大值,故C、D錯誤。
2.(6分)(2024·浙江溫州期末)(多選)在超聲波懸浮儀中,由LC振蕩電路產(chǎn)生高頻電信號,通過壓電陶瓷轉(zhuǎn)換成同頻率的超聲波,利用超聲波最終實現(xiàn)小水珠的懸浮。若LC振蕩電路某時刻線圈中的磁場及電容器兩極板所帶的電荷情況如圖所示,則下列說法正確的是(　　)
[A] 此時電容器的電壓正在增大
[B] 此時電場能正向磁場能轉(zhuǎn)化
[C] 在線圈中插入鐵芯,LC振蕩電路的頻率減小
[D] 增大平行板電容器極板間的距離,LC振蕩電路的頻率減小
【答案】 BC
【解析】 由題圖可知,此時電流方向由上極板流向下極板,則此時電容器正在放電,電容器的電壓正在減小,電場能正向磁場能轉(zhuǎn)化,故A錯誤,B正確;根據(jù)f=,在線圈中插入鐵芯,則L增大,LC振蕩電路的頻率減小,故C正確;根據(jù)C=,增大平行板電容器極板間的距離,則電容減小,LC振蕩電路的頻率增大,故D錯誤。
3.(4分)(2024·吉林長春模擬)電感為L的線圈與電容為C的電容器組成一個理想的LC振蕩電路,某時刻電路中電流的方向和電容器中電場強度的方向如圖甲所示,電容器a極板所帶的電荷量隨時間變化的圖像如圖乙所示(Q0>0為電容器所帶最大電荷量的絕對值),則下列說法正確的是(　　)
[A] 圖甲所示的時刻可能為圖乙中從0時刻開始的第四個四分之一周期的某個時刻
[B] 圖甲所示的時刻線圈的自感電動勢正在減小
[C] 該振蕩電路從圖乙中0時刻開始的第一個四分之一周期內(nèi)的平均電流為
[D] 該振蕩電路中電容器兩極板間的正弦式交流電壓的有效值為
【答案】 D
【解析】 由題意知,題圖甲所示的時刻可能為題圖乙中從0時刻開始的第三個四分之一周期的某個時刻,上極板帶負電,且正在增加,所以回路內(nèi)的電流方向為逆時針,A錯誤;下極板帶正電荷,且正在增加,電流變小,電流變化率變大,此時自感電動勢增大,B錯誤;平均電流為I=,該振蕩電路從題圖乙中0時刻開始的第一個四分之一周期內(nèi)的平均電流為===,C錯誤;由公式知C=,當Q=Q0時,電容器兩端電壓有最大值Um=,由正弦式交變電流最大值與有效值關(guān)系知U有==,故該振蕩電路中電容器兩極板間的正弦式交流電壓的有效值為,D正確。
對點2.電磁場和電磁波　電磁波譜
4.
(4分)(2024·河北秦皇島模擬)在海洋中是不能應(yīng)用電磁波進行水下通訊的,在大海中航行的潛艇都裝有聲吶,聲吶利用聲波來進行水下通訊,幫助船只導(dǎo)航、測距、定位等,在海洋中不能應(yīng)用電磁波進行水下通訊的主要原因是(　　)
[A] 電磁波不能在海水中傳播
[B] 在海水中電磁波的頻率不穩(wěn)定,會隨海水起伏而變化
[C] 電磁波在海水中傳播速度比在空氣中傳播速度小
[D] 海水是導(dǎo)體,電磁波在海水中的衰減導(dǎo)致傳播距離較短
【答案】 D
【解析】 在海洋中不能應(yīng)用電磁波進行水下通訊的主要原因是:海水是導(dǎo)體,電磁波信號在海水中衰減太快,導(dǎo)致傳播距離較短。
5.
(6分)(2024·遼寧朝陽二模)(多選)如圖所示,銫133原子基態(tài)有兩個超精細能級,國際計量大會將銫133原子態(tài)超精細能級間躍遷對應(yīng)輻射電磁波的9 192 631 770個周期所持續(xù)的時間定為1秒。已知可見光波長范圍為400 nm～700 nm,光速為3×108 m/s,則(　　)
[A] 秒在國際單位制中是基本單位
[B] 該躍遷輻射出的電磁波波長在可見光波長范圍內(nèi)
[C] 該躍遷輻射出的電磁波頻率比可見光的頻率低
[D] 該躍遷輻射出的電磁波在真空中傳播比光速小
【答案】 AC
【解析】 秒在國際單位制中是基本單位,故A正確;銫133原子基態(tài)超精細能級間躍遷對應(yīng)輻射電磁波的頻率約為9.2×109 Hz,根據(jù)λf=c,可得其波長λ≈0.03 m,波長大于可見光波長,頻率低于可見光的頻率,故B錯誤,C正確;電磁波在真空中傳播速度等于光速,故D錯誤。
6.(6分)(2024·浙江溫州模擬)(多選)下列說法正確的是(　　)
[A] 微波爐利用紫外線對食物進行加熱
[B] “彩超”利用多普勒效應(yīng)的原理測定血管中血液的流速
[C] “互感式”鉗式電流表可以測量恒定電流的大小
[D] 醫(yī)院用“CT”檢查身體,利用了X射線穿透本領(lǐng)較強
【答案】 BD
【解析】 微波爐加熱食物是利用微波進行加熱的,不是利用紫外線,故A錯誤;向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波,被血管中的血流反射后又被儀器接收,測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度,這種方法俗稱“彩超”,利用的是多普勒效應(yīng)原理,故B正確;“互感式”鉗式電流表是利用電磁感應(yīng)原理,故不能用來測量恒定電流的大小,故C錯誤;醫(yī)院用“CT”檢查身體,利用了X射線穿透本領(lǐng)較強的特性,故D正確。
對點3.傳感器
7.
(4分)(2024·北京門頭溝一模)如圖是汽車油箱內(nèi)油量不足時觸發(fā)報警的電路,電源兩端電壓保持不變,電阻R1、R2中一個是定值電阻,另一個是壓敏電阻。壓敏電阻裝在油箱內(nèi)底部,其阻值隨油箱中油量的減少而增大,當電壓表示數(shù)大于某一值U時,就會觸發(fā)報警。電壓表示數(shù)為U時,油箱中的油量為警戒油量。下列說法正確的是(　　)
[A] R2為壓敏電阻
[B] 若換用電壓更大的電源,警戒油量將變小
[C] 若換用阻值更大的定值電阻,警戒油量將變小
[D] 隨著油箱的油量減少,通過定值電阻的電流變大
【答案】 C
【解析】 壓敏電阻阻值隨油箱中油量的減少而增大,則電路總電阻增大,電路電流減小,定值電阻兩端電壓減小,壓敏電阻兩端電壓增大,由于當電壓表示數(shù)大于某一值U時就會觸發(fā)報警,則電壓表應(yīng)與壓敏電阻并聯(lián),即R1為壓敏電阻,故A錯誤;若換用電壓更大的電源,觸發(fā)警報時,定值電阻兩端的電壓增大,電路中電流增大,壓敏電阻的阻值減小,警戒油量將變大,故B錯誤;若換用阻值更大的定值電阻,觸發(fā)警報時,電路中電流更小,壓敏電阻的阻值更大,警戒油量將變小,故C正確;隨著油箱的油量減少,電路中的總電阻變大,電路中電流減小,則通過定值電阻的電流變小,故D錯誤。
8.(6分)(2024·寧夏銀川一模)(多選)電容式加速度傳感器是常見的手機感應(yīng)裝置,結(jié)構(gòu)如圖所示。質(zhì)量塊的上端連接輕質(zhì)彈簧,下端連接電介質(zhì),彈簧與電容器固定在外框上,質(zhì)量塊帶動電介質(zhì)移動改變電容,則下列說法正確的是(　　)
[A] 當傳感器處于靜止狀態(tài)時,電容器不帶電
[B] 電介質(zhì)插入極板越深,電容器所帶電荷量越多
[C] 當傳感器由靜止突然向前加速時,會有電流由a流向b
[D] 當傳感器以恒定加速度向前運動,達到穩(wěn)定后電流表指針不偏轉(zhuǎn)
【答案】 BD
【解析】 當傳感器處于靜止狀態(tài)時,左極板帶正電,右極板帶負電,且兩極板之間電勢差U大小恒等于電源電動勢,故A錯誤;根據(jù)電容的決定式C=可知,電介質(zhì)插入極板越深,電容器電容C越大,根據(jù)電容的定義式C=可知,電容器電壓不變,電容越大,則電容器所帶電荷量越多,故B正確;當傳感器由靜止突然向前加速時,彈簧彈力增大,電介質(zhì)插入極板深度增加,由B項分析可知,兩極板帶電荷量增多,會有電流由b流向a,故C錯誤;當傳感器以恒定加速度向前運動,達到穩(wěn)定后彈簧彈力不變,電介質(zhì)插入極板深度不變,則電容器電容不變,極板帶電荷量也不變,故電流表中沒有電流通過,指針不偏轉(zhuǎn),故D正確。
9.(4分)(2024·江西景德鎮(zhèn)一模)如圖甲所示,在LC振蕩電路實驗中,多次改變電容器的電容C并測得相應(yīng)的振蕩電流的周期T,如圖乙所示,以C為橫坐標、T2為縱坐標,將測得的數(shù)據(jù)標示在坐標紙上并用直線擬合數(shù)據(jù),則(　　)
[A] 電路中的磁場能最大時,電容器板間電場能最大
[B] 電容器板間電場強度增大時,電路中電流正在增大
[C] 電容器帶電荷量最大時,電路中電流最大
[D] 可由T2-C圖像計算線圈的自感系數(shù)
【答案】 D
【解析】 電路中的磁場能最大時,電容器板間電場能最小,選項A錯誤;電容器板間電場強度增大時,電容器正在充電,磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,電路中電流正在減小,選項B錯誤;電容器充電結(jié)束時,電容器帶電荷量達到最大,電場能最大,電路中電流為零,選項C錯誤;由T=2π得T2=4π2LC,由T2-C圖像的斜率可以計算得到線圈的自感系數(shù),選項D正確。
10.(6分)(2024·河南濮陽階段練習(xí))(多選)自動體外除顫儀結(jié)構(gòu)如圖所示,低壓直流經(jīng)高壓直流發(fā)生器后向儲能電容器C充電。除顫治療時,開關(guān)均撥到2,將脈沖電流作用于心臟,使患者心臟恢復(fù)正常跳動,其他條件不變時,下列說法正確的是(　　)
[A] 脈沖電流作用于不同人體時,電流大小相同
[B] 放電過程中,電流逐漸變大
[C] 電容C越小,電容器的放電時間越長
[D] 自感系數(shù)L越小,電容器的放電時間越短
【答案】 BD
【解析】 脈沖電流作用于不同人體時,不同人體的電阻不同,故電流大小不同,故A錯誤;電容器放電過程中,開始時電流較小,隨著帶電荷量的減小,放電電流逐漸變大,故B正確;振蕩電路的振蕩周期為T=2π,電容器在時間t0內(nèi)放電至兩極板間的電壓為零,即t0==,則線圈的自感系數(shù)L越小,電容器的放電時間越短,電容器的電容C越大,電容器的放電時間越長,故C錯誤,D正確。
(
第
16
頁
)第3講　電磁振蕩與電磁波　傳感器
軍隊在行軍打仗時需要用電臺相互聯(lián)絡(luò)。 (1)電磁波是怎么形成的 電場或磁場隨時間變化時一定會產(chǎn)生電磁波嗎 (2)為了增大無線電臺向空間發(fā)射無線電波的能力,對LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)可采用哪些措施 (3)分析一下電磁波譜中頻率和波長的關(guān)系,無線電波在電磁波譜中波長和頻率在什么范圍內(nèi)
1.(2024·浙江嘉興階段練習(xí))關(guān)于γ射線,下列說法正確的是(　　)
[A] γ射線常用于雷達的電磁波定位
[B] γ射線的探傷能力比X射線弱
[C] γ射線的電離能力比α、β射線都強
[D] 原子核發(fā)生衰變時輻射的γ射線強度與壓強無關(guān)
2.(2024·江西吉安開學(xué)考試)關(guān)于LC電磁振蕩和電磁波,下列說法正確的是(　　)
[A] 如圖所示為LC振蕩電路某時刻的情況,則此時電容器正在充電
[B] 在線圈中插入鐵芯可使振蕩周期變小
[C] LC振蕩電路輻射的電磁波傳播需要介質(zhì)
[D] 電磁波由空氣進入水中時,波長不變
考點一　電磁振蕩過程分析
1.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像
2.LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法
根據(jù)電流 流向判斷 當電流流向帶正電的極板時,電容器的電荷量增加,磁場能向電場能轉(zhuǎn)化,處于充電過程;反之,當電流流出帶正電的極板時,電荷量減少,電場能向磁場能轉(zhuǎn)化,處于放電過程
根據(jù)物理 量的變化 趨勢判斷 當電容器的帶電荷量q、電壓U、電場強度E增大或電流i、磁感應(yīng)強度B減小時,處于充電過程;反之,處于放電過程
根據(jù)能 量判斷 電場能增加時充電,磁場能增加時放電
[例1]
【對LC振蕩電路的理解】 (2024·浙江溫州三模)為了測量儲罐中不導(dǎo)電液體的高度,將與儲罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容器C置于儲罐中,電容器C可通過開關(guān)S與電感線圈L或電源相連,如圖所示,當開關(guān)撥到a,電容器充電,當開關(guān)從a撥到b,由電感線圈L與電容器C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生振蕩電流,頻率為f0。初始時電容器帶電荷量為零,開關(guān)空置。下列說法正確的是(　　)
[A] 若開關(guān)撥到a,電容器兩端的電壓逐漸減小
[B] 若開關(guān)撥到a,待充電結(jié)束后,降低液體高度,流過電阻的電流方向為g至e
[C] 若充電結(jié)束后,開關(guān)從a撥到b,回路中振蕩電流頻率為f0=2π
[D] 若充電結(jié)束后,開關(guān)從a撥到b,回路中振蕩電流減小時,自感電動勢增大
[例2] 【電磁振蕩的圖像問題】 (2024·浙江金華三模)在圖甲的LC振蕩電路中,開關(guān)先撥到位置“1”,電容器充滿電后,在t=0時刻開關(guān)撥到位置“2”。若電流從傳感器的“+”極流入,電流顯示為正,圖乙為振蕩電流隨時間變化的圖線,則下列有關(guān)說法正確的是(　　)
[A] 在圖乙中A點時刻電容器上極板帶負電
[B] 在圖乙中從t0到A點過程中電容器的電壓先增加后減小
[C] 若電阻R減小,電流變化如圖丙中實線
[D] 若電阻R減小,電流變化如圖丙中虛線
考點二　電磁場和電磁波　電磁波譜
1.電磁波與機械波的比較
項目 電磁波 機械波
產(chǎn)生 由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生 由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生
波的 特點 橫波 縱波或橫波
波速 由介質(zhì)和電磁波頻率共同決定,在真空中等于光速c=3.0×108 m/s 由介質(zhì)決定(如聲波波速在空氣中一般為340 m/s)
是否需 要介質(zhì) 不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播) 必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)
能量 傳播 電磁能 機械能
2.電磁波譜
(1)電磁波譜分析及應(yīng)用。
電磁 波譜 頻率/ Hz 真空中 波長/m 特性 應(yīng)用 遞變規(guī)律
無線 電波 <3× 1011 >10-3 波動性 強,易發(fā) 生衍射 無線電 技術(shù) 衍射能力減弱,直線傳播能力增強
紅外 線 1011～ 1014 10-7～ 10-3 熱效應(yīng) 紅外 遙感
可見 光 1014 10-7 引起 視覺 照明、 攝影
紫外 線 1014～ 1016 10-9～ 10-7 化學(xué)效 應(yīng)、熒 光效應(yīng)、 滅菌 消毒 醫(yī)用消 毒、防偽
X 射線 1016～ 1019 10-11～ 10-8 貫穿 本領(lǐng)強 檢查、醫(yī) 用透視
γ 射線 >1019 <10-11 貫穿本 領(lǐng)更強 工業(yè)探 傷、醫(yī) 用治療
(2)各種電磁波產(chǎn)生機理。
無線電波 振蕩電路中電子周期性運動產(chǎn)生
紅外線、可見光 和紫外線 原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生
X射線 原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生
γ射線 原子核受激發(fā)后產(chǎn)生
[例3] 【對麥克斯韋電磁場理論的理解】 (2024·湖北荊州期末)如圖甲所示,塑料制成的光滑細圓環(huán)水平固定放置,環(huán)上套一個帶正電的電荷量為q的小球(視為質(zhì)點)處于靜止狀態(tài),磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場方向豎直向上,環(huán)面的面積為S;英國物理學(xué)家麥克斯韋認為,變化的磁場會在周圍的空間激發(fā)出感生電場,如圖乙所示,空間存在豎直向上均勻增加的勻強磁場,周圍產(chǎn)生的環(huán)形電場線從上向下看沿順時針,同一個圓周上的電場強度大小相等,下列說法正確的是(　　)
[A] 對圖甲,若磁感應(yīng)強度豎直向上均勻增加,則塑料圓環(huán)內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流
[B] 對圖甲,若磁感應(yīng)強度豎直向下均勻增加,從上向下看小球會沿順時針方向轉(zhuǎn)動
[C] 圖乙說明,任何磁場周圍都會產(chǎn)生電場,與閉合電路是否存在無關(guān)
[D] 對圖甲,若磁感應(yīng)強度豎直向上均勻增加的變化率為k,則小球運動一周,靜電力做的功為kSq
[例4] 【電磁波譜的分析及應(yīng)用】 (2024·河北保定三模)下列關(guān)于科學(xué)技術(shù)的運用說法正確的是(　　)
[A] 交通警察用監(jiān)視器測量汽車的速度時不能利用多普勒效應(yīng)
[B] 用聲吶探測水中的暗礁、潛艇,利用了波的反射
[C] 醫(yī)生利用B超探測人體內(nèi)臟的位置,發(fā)現(xiàn)可能的病變,其原理是利用了波的衍射
[D] 雷達是利用超聲波來測定物體位置的無線電設(shè)備
考點三　傳感器
1.傳感器的工作原理
能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制。傳感器應(yīng)用的一般模式如圖所示。
2.傳感器的核心元件
(1)敏感元件:能直接感受或響應(yīng)外界被測非電學(xué)量的部分。
(2)轉(zhuǎn)換元件:能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分。
(3)信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路:能把輸出的微弱的電信號放大的部分。
3.傳感器的分類
項目 工作原理 舉例
物理 傳感器 利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)制作而成 力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等
化學(xué) 傳感器 利用電化學(xué)反應(yīng)原理,把無機或有機化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號 離子傳感器、氣體傳感器等
生物 傳感器 利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識別和測定生物化學(xué)物質(zhì) 酶傳感器、微生物傳感器、細胞傳感器等
[例5] 【傳感器的理解】 (2024·江蘇南通期中)半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器利用了半導(dǎo)體材料的“壓阻效應(yīng)”。如圖是某一壓力傳感器電阻R隨壓力F變化的圖像。下列說法正確的是(　　)
[A] 該傳感器的工作原理是將電學(xué)量轉(zhuǎn)化為力學(xué)量
[B] 隨著壓力的增大,傳感器的電阻不斷增大
[C] 壓力為1 N時曲線的斜率約為29 kΩ/N
[D] 小于1.5 N的區(qū)間內(nèi)傳感器的靈敏度較大
[例6] 【傳感器的應(yīng)用】 (多選)某力敏電阻的阻值隨著壓力的增大而線性減小。一同學(xué)利用該力敏電阻設(shè)計了判斷小車在水平方向上運動狀態(tài)的裝置,其工作原理如圖甲所示,將力敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上,光滑絕緣重物與擋板之間通過輕彈簧連接,電源內(nèi)阻不計。某次實驗中,電壓表示數(shù)隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,已知0～t1時間內(nèi),小車處于靜止狀態(tài)。則下列說法正確的是(　　)
[A] 0～t1時間內(nèi),彈簧處于壓縮狀態(tài)
[B] t1～t2時間內(nèi),小車的加速度隨時間均勻減小
[C] t2～t3時間內(nèi),小車一定做勻變速直線運動
[D] t2～t3時間內(nèi),小車可能向右做勻加速直線運動
(滿分:50分)
對點1.電磁振蕩過程分析
1.(4分)(2024·遼寧丹東模擬)對于LC振蕩電路,從圖甲到圖乙的物理過程,下列說法正確的是(　　)
[A] 電容器正在充電,且充電電流沿順時針方向
[B] 電容器正在放電,且放電電流逐漸增大
[C] 當電容器放電完畢時,回路中無電流
[D] 當電容器放電完畢時,線圈中的磁通量達最小值
2.(6分)(2024·浙江溫州期末)(多選)在超聲波懸浮儀中,由LC振蕩電路產(chǎn)生高頻電信號,通過壓電陶瓷轉(zhuǎn)換成同頻率的超聲波,利用超聲波最終實現(xiàn)小水珠的懸浮。若LC振蕩電路某時刻線圈中的磁場及電容器兩極板所帶的電荷情況如圖所示,則下列說法正確的是(　　)
[A] 此時電容器的電壓正在增大
[B] 此時電場能正向磁場能轉(zhuǎn)化
[C] 在線圈中插入鐵芯,LC振蕩電路的頻率減小
[D] 增大平行板電容器極板間的距離,LC振蕩電路的頻率減小
3.(4分)(2024·吉林長春模擬)電感為L的線圈與電容為C的電容器組成一個理想的LC振蕩電路,某時刻電路中電流的方向和電容器中電場強度的方向如圖甲所示,電容器a極板所帶的電荷量隨時間變化的圖像如圖乙所示(Q0>0為電容器所帶最大電荷量的絕對值),則下列說法正確的是(　　)
[A] 圖甲所示的時刻可能為圖乙中從0時刻開始的第四個四分之一周期的某個時刻
[B] 圖甲所示的時刻線圈的自感電動勢正在減小
[C] 該振蕩電路從圖乙中0時刻開始的第一個四分之一周期內(nèi)的平均電流為
[D] 該振蕩電路中電容器兩極板間的正弦式交流電壓的有效值為
對點2.電磁場和電磁波　電磁波譜
4.
(4分)(2024·河北秦皇島模擬)在海洋中是不能應(yīng)用電磁波進行水下通訊的,在大海中航行的潛艇都裝有聲吶,聲吶利用聲波來進行水下通訊,幫助船只導(dǎo)航、測距、定位等,在海洋中不能應(yīng)用電磁波進行水下通訊的主要原因是(　　)
[A] 電磁波不能在海水中傳播
[B] 在海水中電磁波的頻率不穩(wěn)定,會隨海水起伏而變化
[C] 電磁波在海水中傳播速度比在空氣中傳播速度小
[D] 海水是導(dǎo)體,電磁波在海水中的衰減導(dǎo)致傳播距離較短
5.
(6分)(2024·遼寧朝陽二模)(多選)如圖所示,銫133原子基態(tài)有兩個超精細能級,國際計量大會將銫133原子態(tài)超精細能級間躍遷對應(yīng)輻射電磁波的9 192 631 770個周期所持續(xù)的時間定為1秒。已知可見光波長范圍為400 nm～700 nm,光速為3×108 m/s,則(　　)
[A] 秒在國際單位制中是基本單位
[B] 該躍遷輻射出的電磁波波長在可見光波長范圍內(nèi)
[C] 該躍遷輻射出的電磁波頻率比可見光的頻率低
[D] 該躍遷輻射出的電磁波在真空中傳播比光速小
6.(6分)(2024·浙江溫州模擬)(多選)下列說法正確的是(　　)
[A] 微波爐利用紫外線對食物進行加熱
[B] “彩超”利用多普勒效應(yīng)的原理測定血管中血液的流速
[C] “互感式”鉗式電流表可以測量恒定電流的大小
[D] 醫(yī)院用“CT”檢查身體,利用了X射線穿透本領(lǐng)較強
對點3.傳感器
7.
(4分)(2024·北京門頭溝一模)如圖是汽車油箱內(nèi)油量不足時觸發(fā)報警的電路,電源兩端電壓保持不變,電阻R1、R2中一個是定值電阻,另一個是壓敏電阻。壓敏電阻裝在油箱內(nèi)底部,其阻值隨油箱中油量的減少而增大,當電壓表示數(shù)大于某一值U時,就會觸發(fā)報警。電壓表示數(shù)為U時,油箱中的油量為警戒油量。下列說法正確的是(　　)
[A] R2為壓敏電阻
[B] 若換用電壓更大的電源,警戒油量將變小
[C] 若換用阻值更大的定值電阻,警戒油量將變小
[D] 隨著油箱的油量減少,通過定值電阻的電流變大
8.(6分)(2024·寧夏銀川一模)(多選)電容式加速度傳感器是常見的手機感應(yīng)裝置,結(jié)構(gòu)如圖所示。質(zhì)量塊的上端連接輕質(zhì)彈簧,下端連接電介質(zhì),彈簧與電容器固定在外框上,質(zhì)量塊帶動電介質(zhì)移動改變電容,則下列說法正確的是(　　)
[A] 當傳感器處于靜止狀態(tài)時,電容器不帶電
[B] 電介質(zhì)插入極板越深,電容器所帶電荷量越多
[C] 當傳感器由靜止突然向前加速時,會有電流由a流向b
[D] 當傳感器以恒定加速度向前運動,達到穩(wěn)定后電流表指針不偏轉(zhuǎn)
9.(4分)(2024·江西景德鎮(zhèn)一模)如圖甲所示,在LC振蕩電路實驗中,多次改變電容器的電容C并測得相應(yīng)的振蕩電流的周期T,如圖乙所示,以C為橫坐標、T2為縱坐標,將測得的數(shù)據(jù)標示在坐標紙上并用直線擬合數(shù)據(jù),則(　　)
[A] 電路中的磁場能最大時,電容器板間電場能最大
[B] 電容器板間電場強度增大時,電路中電流正在增大
[C] 電容器帶電荷量最大時,電路中電流最大
[D] 可由T2-C圖像計算線圈的自感系數(shù)
10.(6分)(2024·河南濮陽階段練習(xí))(多選)自動體外除顫儀結(jié)構(gòu)如圖所示,低壓直流經(jīng)高壓直流發(fā)生器后向儲能電容器C充電。除顫治療時,開關(guān)均撥到2,將脈沖電流作用于心臟,使患者心臟恢復(fù)正常跳動,其他條件不變時,下列說法正確的是(　　)
[A] 脈沖電流作用于不同人體時,電流大小相同
[B] 放電過程中,電流逐漸變大
[C] 電容C越小,電容器的放電時間越長
[D] 自感系數(shù)L越小,電容器的放電時間越短
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)(共46張PPT)
高中總復(fù)習(xí)·物理
第3講　
電磁振蕩與電磁波　傳感器
情境導(dǎo)思
軍隊在行軍打仗時需要用電臺相互聯(lián)絡(luò)。
(1)電磁波是怎么形成的 電場或磁場隨時間變化時一定會產(chǎn)生電磁
波嗎
(2)為了增大無線電臺向空間發(fā)射無線電波的能力,對LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)可采用哪些措施
(3)分析一下電磁波譜中頻率和波長的關(guān)系,無線電波在電磁波譜中波長和頻率在什么范圍內(nèi)
知識構(gòu)建
小題試做
1.(2024·浙江嘉興階段練習(xí))關(guān)于γ射線,下列說法正確的是(　 　)
[A] γ射線常用于雷達的電磁波定位
[B] γ射線的探傷能力比X射線弱
[C] γ射線的電離能力比α、β射線都強
[D] 原子核發(fā)生衰變時輻射的γ射線強度與壓強無關(guān)
D
小題試做
2.(2024·江西吉安開學(xué)考試)關(guān)于LC電磁振蕩和電磁波,下列說法正確的是
(　　)
[A] 如圖所示為LC振蕩電路某時刻的情況,則此時電容器正在充電
[B] 在線圈中插入鐵芯可使振蕩周期變小
[C] LC振蕩電路輻射的電磁波傳播需要介質(zhì)
[D] 電磁波由空氣進入水中時,波長不變
A
1.振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像
2.LC振蕩電路充、放電過程的判斷方法
根據(jù)電流 流向判斷 當電流流向帶正電的極板時,電容器的電荷量增加,磁場能向電場能轉(zhuǎn)化,處于充電過程;反之,當電流流出帶正電的極板時,電荷量減少,電場能向磁場能轉(zhuǎn)化,處于放電過程
根據(jù)物理 量的變化 趨勢判斷 當電容器的帶電荷量q、電壓U、電場強度E增大或電流i、磁感應(yīng)強度B減小時,處于充電過程;反之,處于放電過程
根據(jù)能 量判斷 電場能增加時充電,磁場能增加時放電
[例1] 【對LC振蕩電路的理解】 (2024·浙江溫州三模)為了測量儲罐中不導(dǎo)電液體的高度,將與儲罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容器C置于儲罐中,電容器C可通過開關(guān)S與電感線圈L或電源相連,如圖所示,當開關(guān)撥到a,電容器充電,當開關(guān)從a撥到b,由電感線圈L與電容器C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生振蕩電流,頻率為f0。初始時電容器帶電荷量為零,開關(guān)空置。下列說法正確的是(　　)
D
[例2] 【電磁振蕩的圖像問題】 (2024·浙江金華三模)在圖甲的LC振蕩電路中,開關(guān)先撥到位置“1”,電容器充滿電后,在t=0時刻開關(guān)撥到位置“2”。若電流從傳感器的“+”極流入,電流顯示為正,圖乙為振蕩電流隨時間變化的圖線,則下列有關(guān)說法正確的是(　　)
[A] 在圖乙中A點時刻電容器上極板帶負電
[B] 在圖乙中從t0到A點過程中電容器的電壓
先增加后減小
[C] 若電阻R減小,電流變化如圖丙中實線
[D] 若電阻R減小,電流變化如圖丙中虛線
A
【解析】 在題圖乙中A點時刻電流為正且正在減小,可知電容器正在充電,此時上極板帶負電,下極板帶正電,選項A正確;在題圖乙中從t0到A點過程中電流先正向增加后正向減小,電容器先放電后充電,即電容器的電壓先減小后增加,選項B錯誤;若電阻R減小,則電容器放電時最大電流變大,但是振蕩周期不變,則題圖丙中實線和虛線描述電流變化都不對,選項C、D錯誤。
1.電磁波與機械波的比較
項目 電磁波 機械波
產(chǎn)生 由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生 由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生
波的特點 橫波 縱波或橫波
波速 由介質(zhì)和電磁波頻率共同決定,在真空中等于光速c=3.0×108 m/s 由介質(zhì)決定(如聲波波速在空氣中一般為340 m/s)
是否需 要介質(zhì) 不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播) 必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)
能量傳播 電磁能 機械能
2.電磁波譜
(1)電磁波譜分析及應(yīng)用。
電磁波譜 頻率/Hz 真空中波長/m 特性 應(yīng)用 遞變規(guī)律
無線電波 <3×1011 >10-3 波動性強,易發(fā)生衍射 無線電技術(shù) 衍射能力減弱,直線傳播能力增強
紅外線 1011～1014 10-7～10-3 熱效應(yīng) 紅外遙感
可見光 1014 10-7 引起視覺 照明、攝影
紫外線 1014～1016 10-9～10-7 化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、滅菌消毒 醫(yī)用消毒、防偽
X射線 1016～1019 10-11～10-8 貫穿本領(lǐng)強 檢查、醫(yī)用透視
γ射線 >1019 <10-11 貫穿本 領(lǐng)更強 工業(yè)探傷、醫(yī)用治療
(2)各種電磁波產(chǎn)生機理。
無線電波 振蕩電路中電子周期性運動產(chǎn)生
紅外線、可見光 和紫外線 原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生
X射線 原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生
γ射線 原子核受激發(fā)后產(chǎn)生
[例3] 【對麥克斯韋電磁場理論的理解】 (2024·湖北荊州期末)如圖甲所示,塑料制成的光滑細圓環(huán)水平固定放置,環(huán)上套一個帶正電的電荷量為q的小球(視為質(zhì)點)處于靜止狀態(tài),磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場方向豎直向上,環(huán)面的面積為S;英國物理學(xué)家麥克斯韋認為,變化的磁場會在周圍的空間激發(fā)出感生電場,如圖乙所示,空間存在豎直向上均勻增加的勻強磁場,周圍產(chǎn)生的環(huán)形電場線從上向下看沿順時針,同一個圓周上的電場強度大小相等,下列說法正確的是(　　)
[A] 對圖甲,若磁感應(yīng)強度豎直向上均勻增加,則塑料圓環(huán)內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流
[B] 對圖甲,若磁感應(yīng)強度豎直向下均勻增加,從上向下看小球會沿順時針方向轉(zhuǎn)動
[C] 圖乙說明,任何磁場周圍都會產(chǎn)生電場,與閉合電路是否存在無關(guān)
[D] 對圖甲,若磁感應(yīng)強度豎直向上均勻增加的變化率為k,則小球運動一周,靜電力做的功為kSq
D
[例4] 【電磁波譜的分析及應(yīng)用】 (2024·河北保定三模)下列關(guān)于科學(xué)技術(shù)的運用說法正確的是(　　)
[A] 交通警察用監(jiān)視器測量汽車的速度時不能利用多普勒效應(yīng)
[B] 用聲吶探測水中的暗礁、潛艇,利用了波的反射
[C] 醫(yī)生利用B超探測人體內(nèi)臟的位置,發(fā)現(xiàn)可能的病變,其原理是利用了波的衍射
[D] 雷達是利用超聲波來測定物體位置的無線電設(shè)備
B
【解析】 交通警察用監(jiān)視器測量汽車的速度時可利用多普勒效應(yīng),A錯誤;用聲吶探測水中的暗礁、潛艇,利用了波的反射,B正確;醫(yī)生利用B超探測人體內(nèi)臟的位置,發(fā)現(xiàn)可能的病變,其原理是利用了波的反射,C錯誤;雷達是利用無線電波來測定物體位置的無線電設(shè)備,D錯誤。
1.傳感器的工作原理
能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制。傳感器應(yīng)用的一般模式如圖所示。
2.傳感器的核心元件
(1)敏感元件:能直接感受或響應(yīng)外界被測非電學(xué)量的部分。
(2)轉(zhuǎn)換元件:能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分。
(3)信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路:能把輸出的微弱的電信號放大的部分。
3.傳感器的分類
項目 工作原理 舉例
物理 傳感器 利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)制作而成 力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等
化學(xué) 傳感器 利用電化學(xué)反應(yīng)原理,把無機或有機化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號 離子傳感器、氣體傳感器等
生物 傳感器 利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識別和測定生物化學(xué)物質(zhì) 酶傳感器、微生物傳感器、細胞傳感器等
[例5] 【傳感器的理解】 (2024·江蘇南通期中)半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器利用了半導(dǎo)體材料的“壓阻效應(yīng)”。如圖是某一壓力傳感器電阻R隨壓力F變化的圖像。下列說法正確的是(　　)
[A] 該傳感器的工作原理是將電學(xué)量轉(zhuǎn)化為力學(xué)量
[B] 隨著壓力的增大,傳感器的電阻不斷增大
[C] 壓力為1 N時曲線的斜率約為29 kΩ/N
[D] 小于1.5 N的區(qū)間內(nèi)傳感器的靈敏度較大
D
[例6] 【傳感器的應(yīng)用】 (多選)某力敏電阻的阻值隨著壓力的增大而線性減小。一同學(xué)利用該力敏電阻設(shè)計了判斷小車在水平方向上運動狀態(tài)的裝置,其工作原理如圖甲所示,將力敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上,光滑絕緣重物與擋板之間通過輕彈簧連接,電源內(nèi)阻不計。某次實驗中,電壓表示數(shù)隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,已知0～t1時間內(nèi),小車處于靜止狀態(tài)。則下列說法正確的是(　　 )
[A] 0～t1時間內(nèi),彈簧處于壓縮狀態(tài)
[B] t1～t2時間內(nèi),小車的加速度隨時間均勻減小
[C] t2～t3時間內(nèi),小車一定做勻變速直線運動
[D] t2～t3時間內(nèi),小車可能向右做勻加速直線運動
AD
t2～t3時間內(nèi),若重物與力敏電阻未分離,F未減小到零,此時電壓表示數(shù)不變,力敏電阻兩端電壓不變,阻值不變,所受壓力不變,重物所受的合力不變,加速度不變,重物做加速度向右的勻加速直線運動,t2～t3時間內(nèi),若重物與力敏電阻分離了,此時重物可能向右做加速度增大的加速直線運動,故t2～t3時間內(nèi),小車不一定做勻變速直線運動,可能向右做變加速直線運動,故C錯誤,D正確。
基礎(chǔ)對點練
對點1.電磁振蕩過程分析
1.(4分)(2024·遼寧丹東模擬)對于LC振蕩電路,從圖甲到圖乙的物理過程,下列說法正確的是(　　)
[A] 電容器正在充電,且充電電流沿順時針方向
[B] 電容器正在放電,且放電電流逐漸增大
[C] 當電容器放電完畢時,回路中無電流
[D] 當電容器放電完畢時,線圈中的磁通量達最小值
B
【解析】 從題圖甲到題圖乙,電流方向從正極板流向負極板,可知此時電容器正在放電,電場能減小,磁場能增大,則放電電流沿順時針方向且逐漸增大,故A錯誤,B正確;當電容器放電完畢時,電場能最小,磁場能最大,回路中的電流達到最大值,線圈中的磁感應(yīng)強度達到最大值,磁通量達到最大值,故C、D錯誤。
2.(6分)(2024·浙江溫州期末)(多選)在超聲波懸浮儀中,由LC振蕩電路產(chǎn)生高頻電信號,通過壓電陶瓷轉(zhuǎn)換成同頻率的超聲波,利用超聲波最終實現(xiàn)小水珠的懸浮。若LC振蕩電路某時刻線圈中的磁場及電容器兩極板所帶的電荷情況如圖所示,則下列說法正確的是(　　 )
[A] 此時電容器的電壓正在增大
[B] 此時電場能正向磁場能轉(zhuǎn)化
[C] 在線圈中插入鐵芯,LC振蕩電路的頻率減小
[D] 增大平行板電容器極板間的距離,LC振蕩電路的頻率減小
BC
3.(4分)(2024·吉林長春模擬)電感為L的線圈與電容為C的電容器組成一個理想的LC振蕩電路,某時刻電路中電流的方向和電容器中電場強度的方向如圖甲所示,電容器a極板所帶的電荷量隨時間變化的圖像如圖乙所示(Q0>0為電容器所帶最大電荷量的絕對值),則下列說法正確的是(　　)
D
D
對點2.電磁場和電磁波　電磁波譜
4.(4分)(2024·河北秦皇島模擬)在海洋中是不能應(yīng)用電磁波進行水下通訊
的,在大海中航行的潛艇都裝有聲吶,聲吶利用聲波來進行水下通訊,幫助船只導(dǎo)航、測距、定位等,在海洋中不能應(yīng)用電磁波進行水下通訊的主要原因是(　 　)
[A] 電磁波不能在海水中傳播
[B] 在海水中電磁波的頻率不穩(wěn)定,會隨海水起伏而變化
[C] 電磁波在海水中傳播速度比在空氣中傳播速度小
[D] 海水是導(dǎo)體,電磁波在海水中的衰減導(dǎo)致傳播距離較短
【解析】 在海洋中不能應(yīng)用電磁波進行水下通訊的主要原因是:海水是導(dǎo)
體,電磁波信號在海水中衰減太快,導(dǎo)致傳播距離較短。
5.(6分)(2024·遼寧朝陽二模)(多選)如圖所示,銫133原子基態(tài)有兩個超精細能級,國際計量大會將銫133原子態(tài)超精細能級間躍遷對應(yīng)輻射電磁波的
9 192 631 770個周期所持續(xù)的時間定為1秒。已知可見光波長范圍為
400 nm～700 nm,光速為3×108 m/s,則(　 　)
[A] 秒在國際單位制中是基本單位
[B] 該躍遷輻射出的電磁波波長在可見光波長范圍內(nèi)
[C] 該躍遷輻射出的電磁波頻率比可見光的頻率低
[D] 該躍遷輻射出的電磁波在真空中傳播比光速小
AC
【解析】 秒在國際單位制中是基本單位,故A正確;銫133原子基態(tài)超精細能級間躍遷對應(yīng)輻射電磁波的頻率約為9.2×109 Hz,根據(jù)λf=c,可得其波長λ≈
0.03 m,波長大于可見光波長,頻率低于可見光的頻率,故B錯誤,C正確;電磁波在真空中傳播速度等于光速,故D錯誤。
6.(6分)(2024·浙江溫州模擬)(多選)下列說法正確的是(　 　)
[A] 微波爐利用紫外線對食物進行加熱
[B] “彩超”利用多普勒效應(yīng)的原理測定血管中血液的流速
[C] “互感式”鉗式電流表可以測量恒定電流的大小
[D] 醫(yī)院用“CT”檢查身體,利用了X射線穿透本領(lǐng)較強
BD
【解析】 微波爐加熱食物是利用微波進行加熱的,不是利用紫外線,故A錯誤;向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波,被血管中的血流反射后又被儀器接收,測出反射波的頻率變化就能知道血流的速度,這種方法俗稱“彩超”,利用的是多普勒效應(yīng)原理,故B正確;“互感式”鉗式電流表是利用電磁感應(yīng)原理,故不能用來測量恒定電流的大小,故C錯誤;醫(yī)院用“CT”檢查身體,利用了X射線穿透本領(lǐng)較強的特性,故D正確。
對點3.傳感器
7.(4分)(2024·北京門頭溝一模)如圖是汽車油箱內(nèi)油量不足時觸發(fā)報警的電路,電源兩端電壓保持不變,電阻R1、R2中一個是定值電阻,另一個是壓敏電阻。壓敏電阻裝在油箱內(nèi)底部,其阻值隨油箱中油量的減少而增大,當電壓表示數(shù)大于某一值U時,就會觸發(fā)報警。電壓表示數(shù)為U時,油箱中的油量為警戒油量。下列說法正確的是(　 　)
[A] R2為壓敏電阻
[B] 若換用電壓更大的電源,警戒油量將變小
[C] 若換用阻值更大的定值電阻,警戒油量將變小
[D] 隨著油箱的油量減少,通過定值電阻的電流變大
C
【解析】 壓敏電阻阻值隨油箱中油量的減少而增大,則電路總電阻增大,電路電流減小,定值電阻兩端電壓減小,壓敏電阻兩端電壓增大,由于當電壓表示數(shù)大于某一值U時就會觸發(fā)報警,則電壓表應(yīng)與壓敏電阻并聯(lián),即R1為壓敏電阻,故A錯誤;若換用電壓更大的電源,觸發(fā)警報時,定值電阻兩端的電壓增大,電路中電流增大,壓敏電阻的阻值減小,警戒油量將變大,故B錯誤;若換用阻值更大的定值電阻,觸發(fā)警報時,電路中電流更小,壓敏電阻的阻值更大,警戒油量將變小,故C正確;隨著油箱的油量減少,電路中的總電阻變大,電路中電流減小,則通過定值電阻的電流變小,故D錯誤。
8.(6分)(2024·寧夏銀川一模)(多選)電容式加速度傳感器是常見的手機感應(yīng)裝置,結(jié)構(gòu)如圖所示。質(zhì)量塊的上端連接輕質(zhì)彈簧,下端連接電介質(zhì),彈簧與電容器固定在外框上,質(zhì)量塊帶動電介質(zhì)移動改變電容,則下列說法正確的是(　　 )
[A] 當傳感器處于靜止狀態(tài)時,電容器不帶電
[B] 電介質(zhì)插入極板越深,電容器所帶電荷量越多
[C] 當傳感器由靜止突然向前加速時,會有電流由a流向b
[D] 當傳感器以恒定加速度向前運動,達到穩(wěn)定后電流表指針不偏轉(zhuǎn)
BD
9.(4分)(2024·江西景德鎮(zhèn)一模)如圖甲所示,在LC振蕩電路實驗中,多次改變電容器的電容C并測得相應(yīng)的振蕩電流的周期T,如圖乙所示,以C為橫坐標、T2為縱坐標,將測得的數(shù)據(jù)標示在坐標紙上并用直線擬合數(shù)據(jù),則(　　)
[A] 電路中的磁場能最大時,電容器板間電場能最大
[B] 電容器板間電場強度增大時,電路中電流正在增大
[C] 電容器帶電荷量最大時,電路中電流最大
[D] 可由T2-C圖像計算線圈的自感系數(shù)
綜合提升練
D
10.(6分)(2024·河南濮陽階段練習(xí))(多選)自動體外除顫儀結(jié)構(gòu)如圖所示,低壓直流經(jīng)高壓直流發(fā)生器后向儲能電容器C充電。除顫治療時,開關(guān)均撥到2,將脈沖電流作用于心臟,使患者心臟恢復(fù)正常跳動,其他條件不變時,下列說法正確的是(　　 )
[A] 脈沖電流作用于不同人體時,電流大小相同
[B] 放電過程中,電流逐漸變大
[C] 電容C越小,電容器的放電時間越長
[D] 自感系數(shù)L越小,電容器的放電時間越短
BD

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