2018學年高中物理 第5章 光的波動性 電磁波學案 教科版選修3-4

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1、 電磁波 【學習目標】 1．知道麥克斯韋電磁場理論的兩個基本觀點：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場． 2．知道電磁場在空間傳播形成電磁波以及電磁波的基本特點． 3．知道赫茲實驗以及它的重大意義． 4．知道什么是LC振蕩電路和振蕩電流． 5．知道LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生過程． 6．知道產(chǎn)生電磁振蕩過程中，LC回路中能量轉(zhuǎn)換情況，知道阻尼振蕩和無阻尼振蕩． 7．知道什么是電磁振蕩的周期和頻率，知道己c回路的周期和頻率公式，并能進行簡單的計算． 8．知道什么樣的電磁振蕩電路有利于向外發(fā)射電磁波． 9．了解無線電波的發(fā)射過程和

2、調(diào)制的簡單概念，了解調(diào)諧、檢波及無線電波接收的基本原理． 10．了解無線電波的波長范圍． 11．了解電視、雷達和移動電話的基本原理以及因特網(wǎng)． 12．知道電磁波譜以及各組成部分． 13．知道無線電波、紅外線、紫外線、可見光、X射線、射線的主要作用． 14．知道電磁波具有能量，是一種物質(zhì)． 【要點梳理】 要點一、電磁波的發(fā)現(xiàn) 1．麥克斯韋電磁場理論 在19世紀60年代，英國物理學家麥克斯韋在總結(jié)前人研究電磁現(xiàn)象成果的基礎(chǔ)上，建立了完整的電磁場理論，預(yù)言電磁波的存在。 （1）變化的磁場產(chǎn)生電場．

3、 如圖所示，麥克斯韋認為在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路（導體環(huán)）是否存在無關(guān)．導體環(huán)的作用只是用來顯示電場的存在． 要點詮釋：在變化的磁場中所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的． （2）變化的電場產(chǎn)生磁場． 根據(jù)麥克斯韋理論，在電容器充放電的時候，不僅導體中的電流要產(chǎn)生磁場，而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場．（如圖所示） 2．麥克斯韋電磁場理論的理解 （1）恒定的電場不產(chǎn)生磁場． （2）恒定的磁場不產(chǎn)生電場． （3）均勻變化

4、的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場． （4）均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場． （5）振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場． （6）振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場． 3．電磁場 如果在空間某區(qū)域中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(chǎn)生周期性變化的磁場；這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場…… 變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場． 要點詮釋：上述分析可看出，有單獨存在的靜電場，也有單獨存在的靜磁場，但沒有靜止的電磁場． 4．電磁波 電磁場由近向遠傳播，形成電磁波．

5、電磁波具有以下特點： （1）電磁波中的電場和磁場相互垂直，電磁波在與兩者均垂直的方向傳播．電磁波是橫波． （2）相鄰兩個波峰（或波谷）之間的距離等于電磁波的波長，一個周期的時間，電磁波傳播一個波長的距離． （3）電磁波的頻率為電磁振蕩的頻率，由波源決定，與介質(zhì)無關(guān)．在真空中的速度為． （4）電磁波與機械波一樣，也能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象，也是傳播能量的一種形式． （5）電磁波傳播不需要借助介質(zhì)、在真空中也能傳播． 5．麥克斯韋的重大貢獻 麥克斯韋集電磁學研究成果之大成，不僅預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)

6、一性，建立了完整的電磁理論．麥克斯韋電磁理論足以跟牛頓力學體系相媲美，它是物理學發(fā)展中一個劃時代的里程碑． 6．赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波 （1）赫茲實驗裝置． （2）赫茲觀察到：當感應(yīng)圈兩個金屬球間有火花跳過時，導線環(huán)兩個小球間也跳過火花．據(jù)此實驗，赫茲在人類歷史上首先捕捉到了電磁波． （3）在以后的實驗中，赫茲觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射，并通過測量證明電磁波在真空中速度為．這樣赫茲證實了麥克斯韋的電磁理論． 要點二、電磁振蕩 1．電磁振蕩 （1）振蕩電流和振蕩電路： ①振蕩電流

7、：大小和方向都作周期性變化的電流叫振蕩電流． ②振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路，叫振蕩電路．最簡單的振蕩電路為LC回路． （2）電磁振蕩：在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電壓，電路中的電流，以及跟電荷相聯(lián)系的電場，跟電流相聯(lián)系的磁場都在發(fā)生周期性的變化，這種現(xiàn)象叫電磁振蕩． （3）阻尼振蕩和無阻尼振蕩： ①阻尼振蕩：在電磁振蕩中，如果能量逐漸損耗，振蕩電流的振幅會逐漸減小，直至停止振蕩． ②無阻尼振蕩：在電磁振蕩中，如果無能量損失，振蕩永遠持續(xù)下去，這種振蕩叫無阻尼振蕩． 2．電磁振蕩過程分析 振蕩電流圖像 電路狀態(tài)

8、 時刻 電量 最多 最多 最多 電場能 最大 最大 最大 電流 正向最大 反向最大 磁場能 最大 最大 回路中產(chǎn)生電磁振蕩的過程：已充電的電容器剛要放電的瞬間，電路里沒有電流，電容器兩極板上的電荷最多．此時電場能最強，磁場能最弱． 電容器開始放電后，由于線圈的自感作用，放電電流不能立即達到最大值，而是由零逐漸增大，同時電容器極板上的電壓逐漸減少，到放電完畢的瞬間，電容器極板上沒有電荷，放電電流達到最大值．在這個過程中，電容器里的電場能逐漸減弱，磁場能逐漸增強，到放電完畢的瞬間

9、，電場能全部轉(zhuǎn)化為磁場能． 電容器放電完畢的瞬間，電流要保持原方向繼續(xù)流動并減小，電容器反方向繼續(xù)充電，極板上的電荷逐漸增多，電場能逐漸增強，磁場能逐漸減弱，到充電完畢，電場能最強，磁場能最弱． 此后，這樣充電和放電的過程反復進行下去． 3．回路的周期和頻率 （1）影響因素：實驗表明：電容或電感增加時，周期變長，頻率變低；電容或電感增加時，周期變長，頻率變低；電容或電感減小時，周期變短，頻率變高． （2）公式：，． 其中：周期、頻率、自感系數(shù)、電容的單位分別是秒、赫茲、亨利、法拉，符號分別是． （3）應(yīng)用說明： 適當?shù)剡x擇電容器和

10、線圈，就可以使振蕩電路的周期和頻率符合需要．在需要改變振蕩電路的周期和頻率時，可以用可變電容器和線圈組成電路，改變電容器的電容，振蕩電路的周期和頻率就隨之改變． 要點三、電磁波的發(fā)射和接收 1．若要有效向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有的特點 （1）要有足夠高的頻率：發(fā)射電磁波的功率與振蕩頻率的四次方成正比．如果是低頻信號，要用高頻信號運載才能更有效地發(fā)射出去． （2）采用開放電路，使振蕩電路的電磁場必須盡可能地分散到大的空間．天線和地線也可組成開放電路． 在電磁波發(fā)射技術(shù)中，使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫做調(diào)制．調(diào)制的

11、裝置如圖所示． 2．電磁波的發(fā)射與調(diào)制 （1）調(diào)幅：使高頻振蕩的振幅隨信號而改變叫調(diào)幅． 調(diào)幅作用如圖所示． 甲：聲音信號的波形． 乙：高頻等幅振蕩電流的波形． 丙：經(jīng)過調(diào)幅的高頻振蕩電流的波形． （2）調(diào)頻：使高頻振蕩的頻率隨信號而改變叫調(diào)頻． 調(diào)頻的作用如圖所示． 甲：聲音信號的波形． 乙：高頻等幅振蕩信號的波形． 丙：經(jīng)過調(diào)頻的高頻振蕩電流的波形． （3）電磁波的發(fā)射方框圖．

12、 3．無線電波的接收 （1）電諧振：當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強，這種現(xiàn)象叫電諧振． （2）調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫調(diào)諧．能夠調(diào)諧的接收電路叫調(diào)諧電路．調(diào)諧的方法一般是改變電路的或． （3）檢波：從接收到高頻振蕩中“檢”出所攜帶的波，叫檢波．檢波是調(diào)諧的逆過程，也叫解調(diào)．檢波電路如圖． 檢波作用，如圖． 甲：檢波前的高頻調(diào)幅電流，乙：檢波后的單向脈動電流，丙：流過耳機的音頻電流． 4．無線電波的分類 毫米的電磁波叫無線電波．無線電波可以

13、分成若干波段． 波段 波長 頻率 傳播方式 主要用途 長波 米 千赫 地波 超遠程無線電通訊和導航 中波 米 千赫 地波和天波 無線電廣播和電報通訊 中短波 米 千赫 短波 米 兆赫 天波 微 波 米波 米 兆赫 近似直線傳播 無線電廣播、電視、導航 分米波 分米 兆赫 直線傳播 電視、雷達、導航 厘米波 厘米 兆赫 毫米波 毫米 兆赫 5．電磁波的傳播特性 無線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無線電波，它們的波長在幾毫米到幾十千米之間．無線電波在沿地球表面、大氣層中傳播時，由于不同波長的電磁波衍射和波被吸收的

14、情況各不相同，不同波長的電磁波在傳播方式上也各不相同．無線電波主要的傳播方式有：地波傳播、天波傳播和直線傳播三種． （1）地波傳播：沿地球表面空間傳播的無線電波． 如圖所示，由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障礙物，只有能繞過這些障礙物的無線電波，才能被各處的接收機所接收到，根據(jù)波的衍射特性，當波長大于或相當于障礙物的尺寸時，就可以繞到障礙物的后面．地面上的障礙物一般都不是很大，長波能很好地繞過它們，中波和中短波也能較好地繞過．短波和微波由于波長短，繞過障礙物體的本領(lǐng)很差． 這種傳播方式對長波、中波和中短波比較適宜，

15、對短波和微波而言，被吸收損耗的能量較多，并且它們的衍射本領(lǐng)較差，故不適宜． （2）天波傳播：依靠大氣層中的電離層的反射來傳播的無線電波叫做天波． 我們知道，地球被厚厚的大氣包圍著．地表千米到幾百千米內(nèi)的大氣，由于太陽光的照射使大氣中的一部分氣體分子發(fā)生電離，這層大氣就叫做電離層． 電離層對于不同波長的電磁波表示出不同的特性：對于波長短于的微波，電離層能讓它穿過，飛向宇宙；對于長波，電離層基本把它吸收；對于中波、中短波、短波，波長越短，電離層對它吸收得越少而反射得越多，因此短波最適宜以天波的形式傳播． （3）直線傳播：微波又叫超短波，它既不能以地波的形

16、式傳播（易被吸收），又不能依靠電離層的反射以天波的形式傳播（能穿透），微波只能像光那樣，沿直線傳播．這種沿直線傳播的電磁波叫空間波或視波． 要點四、電磁波與信息化社會 1．光纜傳輸 電磁波可以通過無線傳輸，也可以通過有線傳輸．電磁波的頻率越高，相同時間傳遞的信息量越大，而光的頻率比無線電波的頻率高得多．因此光纜可以傳遞大量信息． 2．電視 （1）電視信號的采集． 攝像機采集圖像信號，在內(nèi)要傳遞幀畫面，電視接收機也以相同的速度在熒光屏上顯現(xiàn)這些畫面，由于畫面更換迅速和視覺暫留效應(yīng)，我們感覺到的便是活動的圖像． 聲音信號由話筒采集．

17、 （2）電視信號的發(fā)射． （3）電視信號的接收． 3．雷達 （1）雷達是利用無線電波來測定物體位置的無線電設(shè)備． （2）雷達用的是通過轉(zhuǎn)動的天線發(fā)射微波信號，這種信號傳播的直線特性好．遇到障礙物要發(fā)生反射，反射信號又被雷達天線接收，測出從發(fā)射信號到接收目標反射信號的時間，就可以知道目標到雷達的距離，并可確定目標的方向． （3）除軍事用途外，雷達可以為飛機、船只導航，可以用于研究天體的運動． 4．移動電話 移動通信是指通信雙方中至少有一方可以自由移動進行信息交換的通信方式．

18、 移動通信的工作模式如圖所示． 5．因特網(wǎng) 因特網(wǎng)是世界上最大的計算機互聯(lián)網(wǎng)． 人們可以通過互聯(lián)網(wǎng)玩游戲、聽音樂、看電影、看電視、聊天、經(jīng)商、購物、從事金融活動，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)查閱各種資料，進行遠程教學、遠程醫(yī)療，甚至可以為身處世界各地的人召開電視會議；通過互聯(lián)網(wǎng)可以進行網(wǎng)上辦公、網(wǎng)上上班、網(wǎng)上信息發(fā)布等．高中生學習任務(wù)重，不能因上網(wǎng)而影響正常的學習、生活． 要點五、電磁波譜 1．電磁波譜 無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、射線合起來，構(gòu)成了范圍非常廣闊的電磁波譜．可見光只是其中很窄的一個

19、波段．由于它們都是本質(zhì)上相同的電磁波，所以它們的行為都服從共同的規(guī)律，但另一方面，由于它們的頻率不同而又表現(xiàn)出不同的特性．例如，波長較長的無線電波，很容易表現(xiàn)出干涉、衍射現(xiàn)象，但對波長越來越短的可見光、紫外線、倫琴射線、射線，要觀察到它們的干涉、衍射現(xiàn)象就越來越困難了． 如圖所示是按波長由大到小（頻率由小到大）順序排列的． 從無線電波到射線都是本質(zhì)相同的電磁波，其行為服從共同的規(guī)律，但因波長（或頻率）不同又表現(xiàn)出不同的特點． 2．無線電波 （1）波長大于、頻率小于的電磁波是無線電波． （2）無線電波用于通信和廣播． 許多自然過程也

20、輻射無線電波．天文學家用射電望遠鏡接收天體輻射的無線電波，進行天體物理研究。 3．紅外線 可見光譜的紅光外側(cè)是紅外線，紅外線的波長比紅光的波長還長，不是可見光，不能引起人們的視覺．對紅外線強調(diào)以下幾點： （1）紅外線的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家赫謝爾于1800年首先發(fā)現(xiàn)了紅外線． （2）紅外線的產(chǎn)生：一切物體（不管大小、也無論是否有生命），凡是由分子、原子等微粒構(gòu)成的物體都在不停地輻射紅外線．物體溫度越高，輻射紅外線的本領(lǐng)越強．紅外輻射是熱傳遞的方式之一． （3）紅外線的作用． 要點詮釋：①紅外線遙感：勘測地熱、尋找水源、人體檢查等． ②紅

21、外線遙控：家用電器配套的遙控器發(fā)出紅外線脈沖信號，受控機器就會按指令改變工作狀態(tài)． ③加熱物體：紅外線很容易使物體的溫度升高，如市場上的“遠紅外烤箱”．這是因為：紅外線的顯著作用就是熱作用，其原因是紅外線的頻率比可見光更接近固體物質(zhì)分子的固有頻率，因此更容易引起分子的共振，所以紅外線的電磁場的能量更容易轉(zhuǎn)變?yōu)槲矬w的內(nèi)能． 4．可見光 （1）波長為到之間，進入人眼能引起視覺的電磁波叫可見光． （2）不同顏色的可見光波長見下表． 紅 橙 黃 綠 藍靛 紫 真空中的波長（） （3）波長較短的光比波長較長的光更容易被散射，因此

22、天空看起來是藍色的，大氣對波長較短的光吸收也比較強，所以傍晚的陽光比較紅． （4）可見光由原子或分子內(nèi)電子的躍遷產(chǎn)生的． 5．紫外線 可見光光譜中的紫光外側(cè)是紫外線．紫外線也是不可見光，其波長比紫光還短，波長范圍為． 要點詮釋：（1）紫外線的發(fā)現(xiàn)：德國物理學家里特于1801年首先發(fā)現(xiàn)了紫外線． （2）紫外線的產(chǎn)生：一切高溫物體發(fā)出的光中都含有紫外線．有的儀器是專門發(fā)射紫外線的，可以進行防偽檢測． （3）紫外線的作用． ①促使人體合成維生素，但不能過多照射．②能殺死多種細菌，具有消毒功能．③紫外線的顯著特征是化學作用．④使熒光粉發(fā)光．

23、即熒光效應(yīng)． 6．射線 （1）發(fā)現(xiàn)：1895年德國物理學家倫琴在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)的．其波長比紫外線還短． （2）產(chǎn)生：高速的電子流射到任何固體上都能產(chǎn)生這種射線．人們從這種射線的衍射現(xiàn)象得知它是一種波長很短的電磁波． （3）顯著作用：有較強的穿透能力，但射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)跟被穿透的物質(zhì)的密度有關(guān)． （4）應(yīng)用：用于透視人體、檢查金屬部件的質(zhì)量等． （5）倫琴射線管如圖所示． 7．射線 （1）射線的產(chǎn)生：是從放射性元素的原子核中放射出來． （2）特點：射線是波長最短的電磁輻射，具有很高的能量． （3）

24、應(yīng)用：①射線能破壞生命物質(zhì)，可應(yīng)用于醫(yī)學上；②射線的穿透能力很強，能穿過幾厘米厚的鉛板，可用于探測金屬部件內(nèi)的缺陷． 8．電磁波的能量 電磁波可以發(fā)射出來，也可以被接收，電磁波是一種物質(zhì)，電磁波具有能量． 9．太陽輻射 陽光中含有可見光，還有無線電波、紅外線，也有紫外線、射線、射線．太陽輻射的能量集中在可見光、紅外線、紫外線三個區(qū)域．波長在的黃綠光附近，輻射的能量最強，如圖所示，我們的眼睛正好對這個區(qū)域的電磁輻射最敏感． 要點六、電磁波知識結(jié)構(gòu) 知識結(jié)構(gòu)： 【典型例題】 類型一、電磁波的發(fā)現(xiàn)

25、 例1．關(guān)于電磁場理論，下列說法中正確的是（ ）． A．在電場的周圍空間一定產(chǎn)生磁場 B．任何變化的電場周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場 C．均勻變化的電場周圍空間產(chǎn)生變化的磁場 D．振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場 【思路點撥】由麥克斯韋電磁場基本理論入手。 【答案】D 【解析】由麥克斯韋電磁場基本理論知：不變化的電場周圍不產(chǎn)生磁場，變化的電場周圍一定產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的磁場性質(zhì)是由電場的變化情況決定的，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，不均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，振蕩的電場產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場，反之亦然．故D項正確． 【總結(jié)

26、升華】麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場；變化的電場產(chǎn)生磁場．具體對麥克斯韋電磁場理論的理解：穩(wěn)定的磁場周圍不產(chǎn)生電場；穩(wěn)定的電場周圍也不產(chǎn)生磁場；均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場；均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場：不均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場；振蕩的（即周期性變化）磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場；振蕩的電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場． 【變式】下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是（ ）． A．電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播 B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為 C．電磁波由真空進入介質(zhì)傳播時，波長將變短 D．電磁波不能產(chǎn)生干涉

27、、衍射現(xiàn)象 【答案】A、C 【解析】該題考查電磁波的產(chǎn)生及特點．電磁波在真空中傳播速度為光速，且，從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，頻率不發(fā)生變化，波長、波速變化．另外電磁波仍具有波的特征． 電磁波只有在真空中的傳播速度才為，在其它介質(zhì)中傳播速度均小于．電磁波與其它波一樣具有干涉、衍射等波的特性．當電磁波由真空進入介質(zhì)傳播時，頻率不變，因為，所以，波長變短，波速變小，故選A、C兩項． 【總結(jié)升華】電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，其中為該介質(zhì)對電磁波的折射率，其規(guī)律與光相同． 例2．電磁波與聲波比較，下列說法正確的是（ ）． A．電磁波的傳播不

28、需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì) B．由空氣進入水中時，電磁波速度變小，聲波速度變大 C．由空氣進入水中時，電磁波波長變小，聲波波長變大 D．電磁波和聲波在介質(zhì)中的傳播速度，都是由介質(zhì)決定，與頻率無關(guān) 【思路點撥】電磁波是電磁現(xiàn)象，聲波是機械波，是力學現(xiàn)象。 【答案】A、B、C 【解析】本題可以根據(jù)電磁波的特點和聲波的特點進行分析．選項A、B均與事實相符，所以A、B正確．根據(jù)，電磁波波速變小，頻率不變，波長變?。宦暡ㄋ俣茸兇?，頻率不變，波長變大，所以選項C正確．電磁波在介質(zhì)中的速度，與介質(zhì)有關(guān)，也與頻率有關(guān)，在同一種介質(zhì)中，頻率越大，波速越小．所以選

29、項D錯誤． 【總結(jié)升華】電磁波是電磁現(xiàn)象，聲波是機械波，是力學現(xiàn)象，兩者都具有波的特性：干涉、衍射等，但它們具有本質(zhì)的不同，如聲波的傳播依賴于介質(zhì)的存在，但電磁波的傳播則不需要介質(zhì)． 類型二、電磁振蕩 例3．關(guān)于振蕩電路中的振蕩電流，下列說法中正確的是（ ）． A．振蕩電流最大時，電容器兩極板間的電場強度最大 B．振蕩電流為零時，線圈中自感電動勢為零 C．振蕩電流增大的過程中，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化成電場能 D．振蕩電流減小的過程中，線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能 【思路點撥】提示：磁場能與電流對應(yīng)，電場能與電荷量對應(yīng)，

30、在等幅振蕩中，磁場能與電場能的總量保持不變． 【答案】D 【解析】本題考查振蕩電流和其他各物理量變化的關(guān)系． 振蕩電流最大時，處于電容器放電結(jié)束瞬間，場強為零，A項錯誤；振蕩電流為零時，回路振蕩電流改變方向，這時的電流變化最快，電流強度變化率最大，線圈中自感電動勢最大，B項錯誤；振蕩電流增大時，線圈中電場能轉(zhuǎn)化為磁場能，C項錯誤；振蕩電流減小時，線圈中磁場能轉(zhuǎn)化為電場能，D項正確． 【總結(jié)升華】磁場能與電流對應(yīng)，電場能與電荷量對應(yīng)，在等幅振蕩中，磁場能與電場能的總量保持不變． 【變式】圖中畫出一個振蕩電路中的電流變化圖線，根據(jù)圖線可判斷（ ）．

31、 A．時刻電感線圈兩端電壓最大 B．時刻電容器兩極間電壓為零 C．時刻電路中只有電場能 D．時刻電容器帶電荷量為零 【答案】D 【解析】本題考查認識圖像和利用圖線分析問題的能力． 由圖像知，計時開始時，電容器兩極板帶電荷量最大，電流為零，電容器放電開始，根據(jù)電流隨時間的變化規(guī)律，可以畫出圖像（在圖中用虛線表示）． 由圖像分析可知：時刻，電容器上電荷量為零，電勢差為零，電場能為零，故D項正確，A、C兩項錯誤；時刻電容器電荷量最大，兩板間電勢差最大，B項錯誤． 【總結(jié)升華】分析圖像時，畫出對

32、應(yīng)的圖像，并注意到與變化規(guī)律一致，與變化規(guī)律一致，可起到事半功倍的效果． 例4．在如圖甲所示電路中，是電阻不計的線圈，為電容器，為電阻，開關(guān)先是閉合的，現(xiàn)將開關(guān)斷開，并從這一時刻開始計時，設(shè)電容器極板帶正電時電荷量為正，則電容器極板上的電荷量隨時間變化的圖像是圖中的（ ）． 【答案】B 【解析】開關(guān)閉合時，由于線圈電阻為零，線圈中有自左向右的電流通過，但線圈兩端電壓為零，與線圈并聯(lián)的電容器極板上不帶電，本題回路的初始條件是線圈中電流最大，磁場能最大．電場能為零． 斷開開關(guān)時，線圈中產(chǎn)生與電流方向相同的自感電動

33、勢，阻礙線圈中電流的減小，使線圈中電流繼續(xù)自左向右流動，從而給電容器充電，板帶正電，板帶負電，電荷量逐漸增加，經(jīng)電荷量達最大，這時回路中電流為零； 時間內(nèi)，電容器放電，板上負電荷逐漸減少到零．此后在線圈中自感電動勢的作用下，電容器被反向充電，板帶正電，板帶負電，并逐漸增多，增至最多后，又再次放電，所以極板上電荷量隨時間變化的情況如圖B所示． 【總結(jié)升華】清楚電流與磁場對應(yīng)，電荷量與電場對應(yīng)，而電壓跟電荷量變化趨向一致．因此可先根據(jù)所給條件或所給圖像畫出所求量的圖像，并要準確理解各物理量的對應(yīng)關(guān)系，再依據(jù)題目具體問題，具體分析． 【變式】在振蕩電路中，線圈的自感系數(shù)，電容

34、． （1）該回路的周期多大？ （2）設(shè)時，電容器上電壓最大，在時，通過線圈的電流是增大還是減小，這時電容器是處在充電過程還是放電過程？ 【答案】見解析 【解析】（1）． （2）因為相當于個周期，故，所以當時，回路中的電磁振蕩正處在第二個的變化過程中． 時，電容器上電壓最大，極板上電荷量最多，電路中電流值為零，回路中電流隨時間的變化規(guī)律如圖14-2-7所示：第一個內(nèi)，電容器放電，電流由零增至最大；第二個內(nèi)，電容器被反向充電，電流由最大減小到零． 顯然，在時，即在第二個內(nèi)，線圈中的電流在減小，電容器正處在反向

35、充電過程中． 【總結(jié)升華】分析具體過程時，可以把整個振蕩周期分成四個，分別研究每一個內(nèi)各量的變化情況，牢記電容器充、放電過程中各物理量的變化情況是解決此類問題的關(guān)鍵． 類型三、電磁波的發(fā)射和接收 例5．如圖所示為某人收音機的接收電路，其電感為，為了接收波長為的電磁波，其電容器應(yīng)調(diào)到________． 【思路點撥】當接收電路中的振蕩電路的固有頻率與波長為的電磁波的頻率相同時，即達到電諧振。 【答案】 【解析】該電磁波的頻率為． 那么該電路的固有頻率也應(yīng)調(diào)到，由電磁振蕩的頻率公式得：，代入數(shù)據(jù)得：． 【總結(jié)升華】要

36、接收到波長為的電磁波，就應(yīng)使接收電路產(chǎn)生電諧振，即通過調(diào)諧電路，調(diào)節(jié)電容器的電容，當接收電路中的振蕩電路的固有頻率與波長為的電磁波的頻率相同時，即達到電諧振，就選定了所要選的電臺． 【變式】有波長分別為的無線電波同時傳向收音機的接收天線，當把收音機的調(diào)諧電路的頻率調(diào)到時． （1）哪種波長的無線電波在收音機中產(chǎn)生的振蕩電流最強？ （2）如果想接收到波長為的無線電波，應(yīng)該把調(diào)諧電路中可變電容器的動片旋進一些還是旋出一些？ 【答案】見解析 【解析】（1）根據(jù)公式，得 ． ． ． 所以波長為的無線

37、電波在收音機中產(chǎn)生的振蕩電流最強． （2）要接收波長為的無線電波，應(yīng)增大調(diào)諧電路的固有頻率，因此，應(yīng)把調(diào)諧電路中可變電容器的動片旋出一些． 【總結(jié)升華】收音機的調(diào)諧電路，通過改變可變電容器的電容來改變調(diào)諧電路的頻率，使它跟我們要接收的電磁波的頻率相同。由于電諧振現(xiàn)象，只有這個頻率的電磁波才在調(diào)諧電路中激起較強的感應(yīng)電流，而其他頻率的電磁波激起的感應(yīng)電流都非常弱． 例6．圖中為某火箭發(fā)射場，為山區(qū)，為城市．發(fā)射場正在進行某型號火箭的發(fā)射試驗．為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射的實況，在發(fā)射場建立了發(fā)射臺用于發(fā)射廣播與電視信號．已知傳輸無線電廣播所用的電磁波波長為，而傳輸電視信號所

38、用的電磁波波長為，為了不讓山區(qū)擋住信號的傳播，使城市居民能收聽和收看火箭發(fā)射的實況，必須通過建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)________（填“無線電廣播信號”或“電視信號”）．這是因為________． 【答案】電視信號 電視信號波長短，沿直線傳播，受山坡阻擋，不易衍射 【解析】從題中知，傳輸無線電廣播所用電磁波波長為，根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，已知該電磁波很容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，繞過山坡而傳播到城市所在的區(qū)，因而不需要轉(zhuǎn)發(fā)裝置．電視信號所用的電磁波波長為，其波長很短，衍射現(xiàn)象很不明顯，幾乎沿直線傳播，能傳播到山頂卻不能傳播到城市所在的區(qū)，要想使信號傳到

39、區(qū)，必須通過建在山頂?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)． 【總結(jié)升華】有的同學認為，我國的火箭發(fā)射基地多在西部山區(qū)，其海拔在幾千米以上，比要大得多，衍射現(xiàn)象也應(yīng)很難發(fā)生．但這種認識是錯誤的．在題中，山的高度不是海拔高度，而是山頂離火箭發(fā)射場的高度，其值一般也只在幾十米與幾百米之間． 類型四、電磁波與信息化社會 例7．傳真機原理分析：報紙上印的許多照片都是傳真照片，傳真是利用無線電波傳送圖表、書信、照片的一種方法．無線電傳真的示意圖如圖所示． 簡要說明無線電傳真的過程、器件及其作用． 【答案】見解析 【解析】發(fā)射機上裝有的光電管，將文字、

40、圖表轉(zhuǎn)化為電信號，將其附加在高頻無線電波上發(fā)射出去，接收機利用電諧振原理將其接收，通過輝光管轉(zhuǎn)化為原來的文字、圖表在復印紙張上復印出來． 無線電波和電磁振蕩密切聯(lián)系，不論發(fā)射和接收都和振蕩電路相聯(lián)系．，經(jīng)常使用． 【變式】一個雷達向遠處發(fā)射無線電波，每次發(fā)射的時間為，兩次發(fā)射的時間間隔為，在指示器的熒光屏上呈現(xiàn)出的尖形波如圖所示，已知圖中刻度，則障礙物與雷達之間的距離是多大？ 【答案】見解析 【解析】圖中和處的尖形波是雷達向目標發(fā)射無線電波時出現(xiàn)的，處的尖形波是雷達收到障礙物反射回來的無線電波時出現(xiàn)的，由，可知無線電波發(fā)射到返回所用時

41、間為． 設(shè)雷達離障礙物的距離為，無線電波來回時間為，波速為c，由，得 ． 【總結(jié)升華】在熒光屏上根據(jù)波幅很容易區(qū)分發(fā)射波和反射波．根據(jù)兩個定形波距離，可直接從熒光屏上的刻度讀出障礙物的距離． 例8通過同步衛(wèi)星通話時，對方總是停一小段時間才回話，問說話后至少經(jīng)過多長時間才能聽到對方回話？（設(shè)對方聽到說話后立即回話，已知，） 【思路點撥】很好地分析題意，運用萬有引力定律和衛(wèi)星的圓周運動規(guī)律來求解． 【答案】見解析 【解析】要求出說話后聽到對方講話經(jīng)歷的時間，需要知道同步衛(wèi)星分別和兩人之間的距離，當兩人都站在同步衛(wèi)星的正下方時，電磁波經(jīng)同步衛(wèi)星傳播的距離最短，需

42、時最少． 設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為，距地高度為，同步衛(wèi)星的角速度和地球自轉(zhuǎn)的角速度相同． 由牛頓第二定律得： ， ． 無線電傳播的最短距離為 ． 傳播的最短時間為 ． 【總結(jié)升華】這是一個典型的綜合題，它涉及了電磁學、力學中的相關(guān)知識．在解答此題時要很好地分析題意，運用萬有引力定律和衛(wèi)星的圓周運動規(guī)律來求解． 類型五、電磁波譜 例9．根據(jù)電磁波譜選出下列各組電磁波，其中頻率互相交錯重疊，且波長順序由短到長的排列是（ ）． A．微波、紅外線、紫外線 B．射線、射線、紫外線 C．紫外線、紅外線、無線電波

43、D．紫外線、射線、射線 【答案】B 【解析】題目給出了兩個要求，一是頻率相互交錯，需要各電磁波是相鄰的，二是波長由短到長，故B項正確． 【總結(jié)升華】熟記電磁波譜的順序是解題的關(guān)鍵，另外還要注意題目的要求． 【變式】間諜衛(wèi)星上裝有某種遙感照相機，可用來探測軍用和民用目標．這種照相機能拍到晚上關(guān)燈行駛的汽車，即使車隊離開，也瞞不過它．這種遙感照相機敏感的電磁波屬于（ ）． A．可見光波段 B．紅外波段 C．紫外波段 D．射線波段 【答案】B 【解析】所有的物體都能發(fā)出紅外線，熱的物體的紅外線輻射比冷的物體的強，間

44、諜衛(wèi)星上裝的遙感照相機，實際上是紅外線探測器，它能在較冷的背景上探測出較熱物體的紅外線輻射，這是紅外線攝影的基礎(chǔ)．再者，紅外線波長比其他波（如可見光、紫外線、射線）的長，有較好地穿透云霧的能力，故選B．而其他選項的光不具備以上特點，故A、C、D三項錯誤． 【總結(jié)升華】對與實際結(jié)合的物理問題，要從中挖掘?qū)嶋H與物理的結(jié)合點，準確把握物理知識的本身含義和它 們的一些特性與作用． 例10．如圖所示為倫琴射線管示意圖，為陰極鎢絲，發(fā)射的電子初速度為零，為對陰極（陽極），當之間加直流電壓時。電子被加速打在對陰極上，使之發(fā)出射線，設(shè)電子的動能全部轉(zhuǎn)化為倫琴射線（射線）的能量．求：

45、 （1）電子到達對陰極的速度多大？ （2）如果對陰極每吸收一個電子放出一個X射線光子，則當之間的電流為時，每秒鐘從對陰極最多輻射出多少個射線光子？（電子質(zhì)量，電荷量） 【思路點撥】一個電子對應(yīng)一個倫琴射線光子. 【答案】見解析 【解析】（1）由動能定理，得： ， 則 。 【總結(jié)升華】題目中說明電子的動能全部轉(zhuǎn)化為倫琴射線的能量，從而告訴我們一個電子對應(yīng)一個倫琴射線光子．從題設(shè)條件中獲取信息是解題的關(guān)鍵． 【變式】下列能說明電磁波具有能量的依據(jù)是（ ）． A．可見光射人人的眼睛，人看到物體 B．放在紅外線區(qū)域的溫度計升溫很快 C．收音機調(diào)到某個臺時，調(diào)諧電路發(fā)生電諧振 D．射線具有很強的貫穿能力 【答案】A、B、C、D 【解析】A項，人眼看到物體，說明人眼感受到了可見光的能量；B項，紅外線具有熱作用，說明紅外線具有能量：C項。電諧振在調(diào)諧電路中的感應(yīng)電流的能量來源于空中的無線電波；D項，射線的貫穿能力說明射線具有很高的能量． 【總結(jié)升華】所謂貫穿能力指的是穿透能力，不是衍射能力． 21