1、第三章第三章 電磁波電磁波 相對論相對論 第一單元 電磁波http:/ （2）電磁振蕩的產生及其周期和頻率 LC回路中的振蕩電流是由于電容器通過自感線圈（自感線圈要產生自感電動勢，阻礙線圈中電流的變化）不斷充電、放電，從而使電路中出現了大小、方向隨時間按正弦規律變化的振蕩電流. LC回路產生振蕩電流的過程中，線圈周圍的磁場能和電容器里的電場能不斷地互相轉化著. 電容器放電階段，電路中電流不斷增大，這時線圈中出現的自感電動勢阻礙電流增大，電場能不斷向磁場能轉化.當放電完畢時，電場能為零，電路中電流及磁場能達最大值；電容器放電結束時，由于線圈的自感作用，電路的電流不立即減小到零，而保持原方向流動，

2、給電容器反向充電，在此過程中，電流不斷減小，磁場能逐漸轉化為電場能，直到電容器反向充電完畢時，電流減小到零.磁場能為零，電容器極板上電荷量及電場能最大.在電流周期性變化的同時，電場能和磁場能也周期性地轉化.圖312表示振蕩過程中電路中的電流和極板上的電荷量的周期性變化（未畫磁感線）. 周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所用的時間叫做電磁振蕩的周期.1 s內完成周期性變化的次數叫做電磁振蕩的頻率.對LC電路產生的電磁振蕩，其周期和頻率由電路本身性質決定： 2.電磁場和電磁波（1）電磁場麥克斯韋電磁場理論:變化的電場在周圍空間產生磁場，變化的磁場在周圍空間產生電場；均勻變化的電場（磁場）在周圍

3、空間產生恒定的磁場（電場），非均勻變化的電場（磁場）在周圍空間產生變化的磁場（電場）.振蕩的電場（磁場）在周圍空間產生同頻率的振蕩磁場（電場）.電磁場：變化的電場在周圍空間產生磁場，變化的磁場在周圍空間產生電場，變化的電場和磁場總是相互聯系，形成一個不可分離的統一場，這就是電磁場.（2）電磁波電磁場由近及遠的向周圍空間傳播形成電磁波.電磁波在空間傳播不需要介質；電磁波是橫波，交替出現的電場方向、磁場方向及電磁波的傳播方向三者都互相 垂直；電磁波的傳播過程也是傳遞電磁場的能量的過程.電磁波的傳播速度v等于波長和頻率f的乘積，即v=f.任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都等于真空中光速c=3.00

4、108 m/s.3.無線電波的發射和接收（1）有效發射電磁波的條件：足夠高的振蕩頻率； 開放電路.（2）調制：調制的兩種方式：調幅和調頻.使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而改變叫做調幅；使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而改變叫做調頻.（3）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，接收電路中產生的振蕩電流最強，這種現象叫做電諧振.（4）調諧：調諧電路的固有頻率可以在一定范圍內連續改變，將調諧電路的頻率調節到與需要接收的某個電磁波的頻率相同，使接收電路中產生電諧振，這一過程叫做調諧.（5）檢波：從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶信號的過程叫做檢波.檢波是調制的逆過程，也叫解調.（

5、6）無線電波接收的全過程：天線接收到所有的電磁波，經調諧選擇出所需要的電磁波，再經檢波取出攜帶的信號，信號經放大后再還原成聲音或圖像.4.電視與雷達（1）電視 在電視發射端，攝取景物并將景物反射的光轉換為電信號的過程叫做攝像，這個過程是由攝像管來完成的. 在電視接收端，將電信號還原成像的過程，由電視接收機的顯像管來完成.伴音信號經檢波電路取出后，送到揚聲器，揚聲器便伴隨電視屏幕上的景象發出聲音來.（2）雷達 雷達是利用電磁波的反射來測定物體位置的無線電設備.當雷達向目標發射無線電波時，在指示器的熒光屏上呈現出一個尖形波；在收到反射回來的無線電波時，在熒光屏上呈現出兩個尖形波.根據兩個波的距離，

6、可直接從熒光屏上的刻度讀出障礙物的距離，再根據發射無線電波的方向和仰角，便可確定障礙物的位置.5.電磁波譜（1）光的電磁說：麥克斯韋根據電磁波和光的傳播速度一樣，都是3108 m/s，并且都能夠發生反射、干涉、 衍射，即兩者的傳播規律完全一致，認為光是一種電磁波.（2）電磁波譜 按照電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列成譜叫做電磁波譜. 按波長由長到短排列的電磁波譜為無線電波、紅外線、 可見光、紫外線、X射線、射線.類型一：與電磁振蕩有關的基本問題【例1】 如圖313所示的LC振蕩電路中，某時刻線圈中磁場方向向上，且電路的電流正在增強，則此時（ ） A.a點電勢比b點高 B.電容器兩極板間場

7、強正在減小 C.電路中電場能正在增大 D.線圈中感應電動勢正在減小 解析： 根據安培定則，線圈中的電流從b到a，此時電流正在增強，表明電容器正在放電，所以下板帶正電，上板帶負電.a點電勢比b點低，電容器兩極板間場強正在減小，電場能在減小，電流放電變慢，線圈中感應電動勢變小. 答案：BD. 方法技巧：本題中判斷感應電動勢的大小變化有兩種方法：一種是根據感應電動勢的大小等于電容器兩極板間的電壓來判斷，另一種方法就是根據電流的變化快慢來判斷.針對訓練11：根據麥克斯韋的電磁場理論，下列說法中正確的是（ ）A.在電場周圍一定產生磁場，磁場周圍一定產生電場B.在變化的電場周圍一定產生變化的磁場，在變化的

8、磁場周圍一定產生變化的電場C.均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場D.振蕩的電場在周圍空間一定產生同頻率振蕩的磁場解析：（1）變化的磁場能夠在周圍空間產生電場；變化的電場能夠在周圍空間產生磁場.（2）均勻變化的磁場（電場）能夠在周圍空間產生穩定的電場（磁場）.（3）振蕩的磁場能夠在周圍空間產生同頻率的振蕩電場；振蕩的電場能夠在周圍空間產生同頻率的振蕩磁場.由上述規律可知D選項正確.答案：D.類型二：電磁波譜的應用【例2】 家用微波爐是一種利用微波的電磁能加熱食物的新型灶具，主要由磁控管、波導管、微波加熱器、爐門、直流電源、冷卻系統、控制系統、外殼等組成.接通電源后，220 V交流電經變壓器

9、，一方面在次級產生3.4 V交流電對磁控管加熱，同時在次級產生2 000 V高壓電經整流加到磁控管的陰、陽兩極之間，使磁控管產生頻率為2 450 MHz的微波.微波輸送至金屬制成的加熱器（爐腔），被來回反射，微波的電磁作用使食物內分子高頻地運動而使食物加快受熱，并能最大限度地保存食物中的維生素.有下述說法，其中正確的是（ ）微波是振蕩電路中自由電子運動而產生的 微波是原子外層電子受到激發而產生的 微波爐變壓器的電壓變化比為 利用微波加熱食物是因為微波比紅外線有更強的熱作用 微波輸出功率為700 W的磁控管每秒內產生的光子數為2.31015個. A.和 B.和 C.和 D.和 思路點撥：微波是波

10、長最短的無線電波，而無線電波是由自由電子振蕩產生的，紅外線、可見光和紫外線是由原子外層電子受激發產生的，X射線是原子的內層電子受激發產生的.而射線是原子核受激發產生的. 解析：微波屬于無線電波，是振蕩電路中自由電子的運動產生的，故對錯；由變壓器原理知變壓比為，故對；在各種電磁波中，具有顯著熱作用的是紅外線，而微波加熱食物的原理是微波的頻率更接近食物分子的固有頻率，使食物分子產生共振，故錯.每秒內產生的光子數為N=4.31026個，故錯.應選B. 答案：B. 方法技巧：電磁波的產生按波長由長到短排序，對應原子結構的自外而內：自由電子外層電子內層電子原子核.易于記憶.針對訓練21：關于紅外線的以下

11、說法正確的是（ ）A.不同的物體輻射紅外線的波長和強度不同，可以在較冷的背景上探測出較熱物體的紅外輻射B.利用紅外線的熱效應對物體進行烘干C.利用紅外線波長較長，容易發生衍射的特點進行遠距離和高空攝影D.利用不同物體輻射紅外線的波長和強度的不同可以對物體進行遠距離探測 解析：由于紅外線是一種光波，一切物體都在不停地輻射紅外線，熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強一些.由于紅外線的熱效應，可用來烘干，又由于不同的物體所輻射的紅外線的波長和強度不同，故在夜間或濃霧天氣可通過紅外線探測器來接收信號，并用電子儀器對接收到的信號進行處理，或用對紅外線敏感的照相底片進行遠距離攝影和高空攝影，就可得知物體的

12、形狀和特征.所以選項ABCD均正確. 答案：ABCD 類型三：與雷達有關的問題 【例3】 雷達是利用電磁波來測定物體的位置和速度的設備，它可以向一定方向發射不連續的電磁波，當遇到障礙物時要發生反射.雷達在發射和接收電磁波時，在熒光屏上分別呈現出一個尖形波.某型號防空雷達發射相鄰兩次電磁波之間的時間間隔為510-4 s.現在雷達正在跟蹤一個勻速移動的目標，某時刻在雷達監視屏上顯示的雷達波形如圖314（甲）所示，30 s后在同一方向上監視屏顯示的雷達波形如圖314（乙）所示.已知雷達監視屏上相鄰刻線間表示的時間間隔為10-4 s，電磁波在空氣中的傳播速度為3108 m/s，則被監視目標的移動速度最

13、接近（ ） A.1 200 m/s B.900 m/s C.500 m/s D.300 m/s 圖314 思路點撥：某時刻物體距雷達的路程等于電磁波脈沖由發射到反射接收過程中傳播路程的一半，兩個不同時刻的距離差就是這段時間內物體的位移，進而根據公式求出速度. 解析：根據圖（甲）所示，可知某時刻飛行目標跟雷達距離為x1=（3108410-4）/2 m=0.6105 m，同理根據圖（乙）所示算得30 s后飛行目標跟雷達距離x2=0.45105 m，則被監視目標的移動速度v=（x1x2）/t=500 m/s. 答案：C. 方法技巧：題目中物體的位移實為兩個反射時刻內對應的位移，由于時間t=30 sT

14、=510-4 s，故可認為物體運動時間為30 s.針對訓練31：某雷達站工作時，發射電磁波的波長為 =20 cm，每秒脈沖數n=5 000，每個脈沖持續時間t=0.02 s.問電磁波的頻率為多少？最大偵察距離是多少？ 解析：電磁波的波長、波速和頻率關系為v=f，電磁波在真空中的傳播速度為光速，在空氣中的速度近似認為等于3108 m/s，所以電磁波的頻率f=1.5109 Hz. 雷達工作時發射電磁脈沖，每一個脈沖的持續時間t=0.02 s，在兩個脈沖時間間隔內，雷達必須接收到反射回來的電磁波，否則會與后面的電磁脈沖重疊而影響測量. 設最大偵察距離為x，則2x=vt 而t=1/5 000 s=20

15、0 s0.02 s（脈沖持續時間可以忽略不計），所以x=ct/2=3104 m. 答案：1.5109 Hz 3104 m 備選例題備選例題 【例題】 （2009年成都一模）如圖所示，原線圈接頻率為f的交流電源，將電感為L的副線圈接一個適當的電容器成為LC振蕩電路，這種振蕩和機械振動中的_振動相類似，其振蕩周期等于_.改變電容器的電容量，當電容等于_時，振蕩電流的幅值可達最大值. 解析：變壓器的副線圈中感應電流的頻率與原線圈中的電流頻率相同，類似于機械振動中的受迫振動，其振蕩周期為1/f，改變電容器的電容量，可以改變LC振蕩回路的固有頻率，當固有頻率與接收信號的頻率相等時，發生電諧振.考點演練考

16、點演練（對應學生用書第296297頁） 達標提升 1.如圖315所示，在內壁光滑，水平放置的玻璃圓環內，有一直徑略小于環口徑的帶正電的小球，正以速度v沿逆時針方向勻速轉動（從上往下看）.若在此空間突然加上方向豎直向上，磁感應強度B隨時間成正比例增加的磁場，設運動過程中小球的帶電荷量不變，則有（ CD ） A.小球對玻璃環的壓力不斷增大 B.小球受到的磁場力不斷增大 C.小球先沿逆時針方向做減速運動，過一段時間后，沿順時針方向做加速運動 D.磁場力對小球一直不做功 解析：因為玻璃環所在處有均勻變化的磁場，在周圍產生穩定的電場，對帶正電的小球做功.由楞次定律判斷電場方向為順時針方向（從上向下看）.

17、在電場力作用下，小球先沿逆時針方向做減速運動，后沿順時針方向做加速運動.小球在水平面內沿軌跡半徑方向受兩個力作用：環的彈力FN和磁場的洛倫茲力F洛=Bqv，而且這兩個力的矢量和等于小球做圓周運動的向心力.考慮到小球速度大小的變化和方向的變化以及磁場強弱的變化，彈力和洛倫茲力F洛不一定始終在增大.但磁場力始終與圓周運動的線速度方向垂直，所以磁場力對小球不做功.故選CD項.2.如圖316所示為調幅振蕩電流圖象，此電流存在于電磁波發射和接收中的哪些階段（ AB ） A.經調制后B.經調諧后 C.經檢波后D.耳機中 解析：為了把信號傳遞出去，需要將信號“加”到高頻振蕩電流上，這就是調制.在接收電路中，

18、經過調諧，使回路與所需接收的電磁波產生電諧振，回路中將會出現調幅振蕩電流.經檢波后，調幅振蕩電流將被“切”去一半，得到單向脈動電流，而在耳機中只有隨信號而變化的音頻電流. 3.某電路中電場隨時間變化的圖象有如圖317所示幾種情況，能發射電磁波的電場是（ D ）解析：變化的電場可產生磁場，產生的磁場的性質是由電場的變化情況決定的.均勻變化的電場產生穩定的磁場，非均勻變化的電場產生變化的磁場，振蕩的電場產生同頻率振蕩的磁場.圖A中電場不隨時間變化，不會產生磁場.圖B和圖C中電場都隨時間做均勻的變化，在周圍空間產生穩定的磁場，這個磁場不能再激發電場，所以不能發射電磁波.圖D中電場隨時間做不均勻的變化

19、，能在周圍空間產生變化的磁場，而這磁場的變化也是不均勻的，又能產生變化的電場，從而交織成一個不可分割的統一體，即形成電磁場，才能發射電磁波.故選D項. 4.（2009年廣東廣州模擬）一個LC振蕩電路中，線圈的自感系數為L，電容器電容為C，從電容器上電壓達到最大值Um開始計時，則有（ BCD ） 解析：LC振蕩電路周期 T=2 ，電容器電壓最大時，開始放電，經 時間，放電結 束，此時電容器電荷量為零，電路中電流最大，磁場最強，磁場能最大，因為Q=CU，所以電容 器放電量Q=CUm，由I= ，所以I= 得I= .LCLC21tQLCCU21mLCU2m解析：電視發射端，攝像管攝取景物并將景物反射的

20、光轉換為電信號，A對；電視接收端，電視機的顯像管把電信號還原成景物的像，B對；攝像機1 s內送出25張畫面，電視接收機也以相同的速率在熒光屏上顯現這些不連續畫面，C、D錯.5.下列說法正確的是（ AB ）A.攝像機實際上是一種將光信號轉變為電信號的裝置B.電視機實際上是一種將電信號轉變為光信號的裝置C.攝像機在1 s內要送出24張畫面D.電視機接收的畫面是連續的解析：電視信號由于人走過發生變化是由于人對信號的干擾；白熾燈變暗，日光燈不易啟動是由于電壓在輸電線上損失過多；日光燈在工作時，其振流器會發出微弱的電磁波；小靈通通訊效果不好是由于信號的原因. 6.（2009年江蘇六校聯考）下列哪種現象是

21、由于所產生的電磁波所引起的（ C ） A.用室內天線接收微弱信號時，人走過時電視畫面會發生變化 B.在夜晚用電高峰時，有部分地區白熾燈變暗發紅，日光燈不容易啟動 C.把半導體收音機放在開著的日光燈附近會聽到噪聲 D.在邊遠地區用手機或小靈通通話時，會發生信號中斷的情況7.2006年度諾貝爾物理學獎授予了兩名美國科學家，以表彰他們發現了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化.他們的出色工作被譽為是宇宙學研究進入精密科學時代的起點.下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關的說法中正確的是（ ACD ）A.微波是指波長在10-3 m到10 m之間的電磁波B.微波和聲波一樣都只能在介質中傳

22、播C.黑體的熱輻射實際上是電磁輻射D.普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說 解析：由電磁波譜的劃分可知，A對.微波的本質是電磁波，可以在真空中傳播，無需介質.聲波的本質是機械波，只能在介質中傳播，B錯.黑體輻射可以輻射各種波長的電磁波，本質上是電磁輻射，C對.根據普朗克的能量子假說推算出的黑體輻射規律和觀測到的事實符合得相當好，D對. 8.20世紀80年代初，科學家發明了硅太陽能電池.如果在太空設立太陽能衛星電站，可24小時發電，且不受晝夜氣溫的影響，利用微波電能轉換裝置，將電能轉換成微波向地面發送.飛機通過微波區不會發生意外，但微波對飛鳥是致命的，可在地面站附近裝上保護網或驅逐音響

23、，不讓飛鳥通過.預計在21世紀初地球上空將升起衛星電站.（1）太陽能電池能夠實現哪種轉換（ ） A.光能微波B.光能內能 C.光能電能D.電能微波（2）微波是指（ ） A.超聲波B.次聲波 C.電磁波D.機械波（3）飛機外殼對微波的什么作用使飛機安然無恙（ ） A.反射B.吸收 C.干涉 D.衍射 解析：（1）硅光電池，顧名思義就是把光能轉化為電能的裝置，在航天及生產生活中應用廣泛，所以C項正確.（2）微波屬于電磁波，可以在真空中傳播，而超聲波、次聲波都屬于機械波，傳播必須依靠介質，所以答案選C（3）微波的波長短，不易形成干涉及發生明顯的衍射，反射特別顯著，與可見光類似，也稱為直線波，故答案選

24、A. 答案：（1）C （2）C （3）A9.聲吶（水聲測位儀）向水中發出的超聲波，遇到障礙物（如魚群、潛艇、礁石等）后被反射，測出從發出超聲波到接收到發射波的時間及方向，即可測算出障礙物的方位；雷達則向空中發射電磁波，遇到障礙物后被反射，同樣也根據發射電磁波到接收到發射波的時間及方向，即可測算出障礙物的方位.（1）超聲波與電磁波相比較，下面說法中正確的是（ ） A.超聲波與電磁波傳播時，都向外傳遞了能量 B.這兩種波都既可以在介質中傳播，也可以在真空中傳播 C.在空氣中傳播的速度與在其他介質中傳播的速度相比較，這兩種波在空氣中傳播時均具有較大的傳播速度 D.這兩種波傳播時，在一個周期內均向前傳

25、播了一個波長（2）一次某雷達站正在觀察一架飛機的飛行，若飛機正向雷達站飛來，從某時刻雷達站發出電磁波到接收到反射回來的電磁波，歷時200 s，隔4 s后再觀察，從發出電磁波到接收到反射回來的電磁波歷時186 s，求飛機飛行速度的大小.解析：（1）超聲波與電磁波分別屬于機械波和電磁波，它們都是傳播的信息和能量，具有波的共同特性，如能夠發生干涉、衍射等.機械波的傳播必須在介質中，在空氣中的速度約為340 m/s，而電磁波可以在真空中傳播，在空氣中的速度約等于 .根據波速公式可知在一個周期內均向前傳播一個波長，AD正確.（2）第一次發射電磁波時飛機離雷達站距離為 ， 第二次發射電磁波時飛機離雷達站距離為 ， 故飛機的飛行速度為答案：（1