高中物理-电磁波

考点演练
（对应学生用书第296~297页） 达标提升
1.如图3－1－5所示，在内壁光滑，水平放置的玻璃圆环内， 有一直径略小于环口径的带正电的小球，正以速度v沿逆时 针方向匀速转动（从上往下看）.若在此空间突然加上方向 竖直向上，磁感应强度B随时间成正比例增加的磁场，设运 动过程中小球的带电荷量不变，则有（ CD ）
答案：B.
方法技巧：电磁波的产生按波长由长到短排序，对应原子 结构的自外而内：自由电子→外层电子→内层电子→原子 核.易于记忆.
针对训练2－1：关于红外线的以下说法正确的是（ ） A.不同的物体辐射红外线的波长和强度不同，可以在较冷的
背景上探测出较热物体的红外辐射 B.利用红外线的热效应对物体进行烘干 C.利用红外线波长较长，容易发生衍射的特点进行远距离和
可见光、紫外线、X射线、γ射线.
类型一：与电磁振荡有关的基本问题 【例1】 如图3－1－3所示的LC振荡电路中，某时刻线圈中
磁场方向向上，且电路的电流正在增强，则此时（ ） A.a点电势比b点高 B.电容器两极板间场强正在减小 C.电路中电场能正在增大 D.线圈中感应电动势正在减小
图 3－1－3
解析：
根据安培定则，线圈中的电流从b到a，此时电流正在增强， 表明电容器正在放电，所以下板带正电，上板带负电.a点 电势比b点低，电容器两极板间场强正在减小，电场能在 减小，电流放电变慢，线圈中感应电动势变小.
源自文库答案：BD.
方法技巧：本题中判断感应电动势的大小变化有两种方法： 一种是根据感应电动势的大小等于电容器两极板间的电压 来判断，另一种方法就是根据电流的变化快慢来判断.
A.1 200 m/s C.500 m/s
B.900 m/s D.300 m/s
图3－1－4
思路点拨：某时刻物体距雷达的路程等于电磁波脉冲由发射 到反射接收过程中传播路程的一半，两个不同时刻的距离 差就是这段时间内物体的位移，进而根据公式求出速度.
解析：根据图（甲）所示，可知某时刻飞行目标跟雷达距 离为x1=（3×108×4×10-4）/2 m=0.6×105 m，同理根 据图（乙）所示算得30 s后飞行目标跟雷达距离 x2=0.45×105 m，则被监视目标的移动速度v=（x1－x2）
解析：电磁波的波长、波速和频率关系为v=λf，电磁波在 真空中的传播速度为光速，在空气中的速度近似认为等于 3×108 m/s，所以电磁波的频率f==1.5×109 Hz. 雷达工作时发射电磁脉冲，每一个脉冲的持续时间t=0.02 μs，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收到反射回来的 电磁波，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量. 设最大侦察距离为x，则2x=v·Δt 而Δt=1/5 000 s=200 μs0.02 μs（脉冲持续时间可以忽略 不计），所以x=c·Δt/2=3×104 m. 答案：1.5×109 Hz 3×104 m
（2）电磁波
①电磁场由近及远的向周围空间传播形成电磁波.
②电磁波在空间传播不需要介质；电磁波是横波，交替出现 的电场方向、磁场方向及电磁波的传播方向三者都互相
垂直；电磁波的传播过程也是传递电磁场的能量的过程.
③电磁波的传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v=λf.任何 频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中光速 c=3.00×108 m/s.
解析：微波属于无线电波，是振荡电路中自由电子的运动 产生的，故①对②错；由变压器原理知变压比为，故③对； 在各种电磁波中，具有显著热作用的是红外线，而微波加 热食物的原理是微波的频率更接近食物分子的固有频率， 使食物分子产生共振，故④错.每秒内产生的光子数为 N=≈4.3×1026个，故⑤错.应选B.
3.无线电波的发射和接收 （1）有效发射电磁波的条件：①足够高的振荡频率；
②开放电路. （2）调制：调制的两种方式：调幅和调频.使高频电磁波的
振幅随信号的强弱而改变叫做调幅；使高频电磁波的频率 随信号的强弱而改变叫做调频. （3）电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的 频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象 叫做电谐振. （4）调谐：调谐电路的固有频率可以在一定范围内连续改 变，将调谐电路的频率调节到与需要接收的某个电磁波的 频率相同，使接收电路中产生电谐振，这一过程叫做调谐. （5）检波：从接收到的高频振荡电流中“检”出所携带信 号的过程叫做检波.检波是调制的逆过程，也叫解调. （6）无线电波接收的全过程：天线接收到所有的电磁波， 经调谐选择出所需要的电磁波，再经检波取出携带的信号， 信号经放大后再还原成声音或图像.
高空摄影 D.利用不同物体辐射红外线的波长和强度的不同可以对物体
进行远距离探测
解析：由于红外线是一种光波，一切物体都在不停地辐射 红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强一些.由 于红外线的热效应，可用来烘干，又由于不同的物体所辐 射的红外线的波长和强度不同，故在夜间或浓雾天气可通 过红外线探测器来接收信号，并用电子仪器对接收到的信 号进行处理，或用对红外线敏感的照相底片进行远距离摄 影和高空摄影，就可得知物体的形状和特征.所以选项 ABCD均正确. 答案：ABCD
4.电视与雷达 （1）电视
在电视发射端，摄取景物并将景物反射的光转换为电信号 的过程叫做摄像，这个过程是由摄像管来完成的. 在电视接收端，将电信号还原成像的过程，由电视接收机 的显像管来完成.伴音信号经检波电路取出后，送到扬声 器，扬声器便伴随电视屏幕上的景象发出声音来. （2）雷达 雷达是利用电磁波的反射来测定物体位置的无线电设备.当 雷达向目标发射无线电波时，在指示器的荧光屏上呈现出 一个尖形波；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上 呈现出两个尖形波.根据两个波的距离，可直接从荧光屏 上的刻度读出障碍物的距离，再根据发射无线电波的方向 和仰角，便可确定障碍物的位置.
（2）电磁振荡的产生及其周期和频率 ①LC回路中的振荡电流是由于电容器通过自感线圈（自感 线圈要产生自感电动势，阻碍线圈中电流的变化）不断充 电、放电，从而使电路中出现了大小、方向随时间按正弦 规律变化的振荡电流. LC回路产生振荡电流的过程中，线圈周围的磁场能和电 容器里的电场能不断地互相转化着. 电容器放电阶段，电路中电流不断增大，这时线圈中出 现的自感电动势阻碍电流增大，电场能不断向磁场能转化. 当放电完毕时，电场能为零，电路中电流及磁场能达最大 值；电容器放电结束时，由于线圈的自感作用，电路的电 流不立即减小到零，而保持原方向流动，给电容器反向充 电，在此过程中，电流不断减小，磁场能逐渐转化为电场 能，直到电容器反向充电完毕时，电流减小到零.磁场能 为零，电容器极板上电荷量及电场能最大.在电流周期性 变化的同时，电场能和磁场能也周期性地转化.
针对训练1－1：根据麦克斯韦的电磁场理论，下列说法中 正确的是（ ） A.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场 周围一定产生变化的电场 C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D.振荡的电场在周围空间一定产生同频率振荡的磁场
解析： （1）变化的磁场能够在周围空间产生电场；变化的电场能够 在周围空间产生磁场. （2）均匀变化的磁场（电场）能够在周围空间产生稳定的电 场（磁场）. （3）振荡的磁场能够在周围空间产生同频率的振荡电场；振 荡的电场能够在周围空间产生同频率的振荡磁场.由上述规律 可知D选项正确. 答案：D.
解析：变压器的副线圈中感应电流的频率与原线圈中的电
流频率相同，类似于机械振动中的受迫振动，其振荡周期 为1/f，改变电容器的电容量，可以改变LC振荡回路的固有 频率，当固有频率与接收信号的频率相等时，发生电谐振.
1
1
即 f=
2π
LC ，求得 C= 4 π2 f 2 L .
1 答案：受迫 1/f 4 π2 f 2 L
图3－1－2表示振荡过程中电路中的电流和极板上的电荷量 的周期性变化（未画磁感线）.
②周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所 用的时间叫做电磁振荡的周期.1 s内完成周期 性变化的次数叫做电磁振荡的频率.对LC电路 产生的电磁振荡，其周期和频率由电路本身性 质决定：
T= 2 π LC ，f= 1 . 2 π LC
类型二：电磁波谱的应用
【例2】 家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新 型灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直 流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成.接通电源后， 220 V交流电经变压器，一方面在次级产生3.4 V交流电对 磁控管加热，同时在次级产生2 000 V高压电经整流加到磁 控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2 450 MHz 的微波.微波输送至金属制成的加热器（炉腔），被来回反 射，微波的电磁作用使食物内分子高频地运动而使食物加 快受热，并能最大限度地保存食物中的维生素.有下述说法， 其中正确的是（ ）
第三章 电磁波 相对论
第一单元 电磁波
基础整合
1.电磁振荡 （1）振荡电流和振荡电路 大小和方向都做周期性迅速变化的电流叫做振荡电流. 振荡电流属于交变电流.只是在无线电技术中需要的振荡电流
的频率要比常用照明用的交流电的频率高得多，这种振荡 电流通常用振荡电路产生，最简单的振荡电路由电感线圈 （L）和电容器（C）组成，如图3－1－1所示，这种电路 简称为LC回路.
5.电磁波谱 （1）光的电磁说：麦克斯韦根据电磁波和光的传播速度一
样，都是3×108 m/s，并且都能够发生反射、干涉、 衍射，即两者的传播规律完全一致，认为光是一种电磁波. （2）电磁波谱 按照电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱叫做 电磁波谱. 按波长由长到短排列的电磁波谱为无线电波、红外线、
/t=500 m/s.
答案：C.
方法技巧：题目中物体的位移实为两个反射时刻内对应的位 移，由于时间t=30 sT=5×10-4 s，故可认为物体运动时间 为30 s.
针对训练3－1：某雷达站工作时，发射电磁波的波长为 λ=20 cm，每秒脉 冲数n=5 000，每个脉冲持续时间t=0.02 μs.问电磁波的频率为多少？最大侦 察距离是多少？
①微波是振荡电路中自由电子运动而产生的 ②微波是原子外
层电子受到激发而产生的 ③微波炉变压器的电压变化比为
④利用微波加热食物是因为微波比红外线有更强的热作用
⑤微波输出功率为700 W的磁控管每秒内产生的光子数为
2.3×1015个.
A.②和③④
B.①和③
C.③和④⑤
D.①和④
思路点拨：微波是波长最短的无线电波，而无线电波是由 自由电子振荡产生的，红外线、可见光和紫外线是由原子 外层电子受激发产生的，X射线是原子的内层电子受激发 产生的.而γ射线是原子核受激发产生的.
备选例题
【例题】 （成都一模）如图所示，原线圈接频率为f的交流 电源，将电感为L的副线圈接一个适当的电容器成为LC振 荡电路，这种振荡和机械振动中的_____________振动相 类似，其振荡周期等于_____________.改变电容器的电容 量，当电容等于_____________时，振荡电流的幅值可达 最大值.
类型三：与雷达有关的问题
【例3】 雷达是利用电磁波来测定物体的位置和速度的设备， 它可以向一定方向发射不连续的电磁波，当遇到障碍物时 要发生反射.雷达在发射和接收电磁波时，在荧光屏上分别 呈现出一个尖形波.某型号防空雷达发射相邻两次电磁波之 间的时间间隔为5×10-4 s.现在雷达正在跟踪一个匀速移 动的目标，某时刻在雷达监视屏上显示的雷达波形如图3 －1－4（甲）所示，30 s后在同一方向上监视屏显示的雷 达波形如图3－1－4（乙）所示.已知雷达监视屏上相邻刻 线间表示的时间间隔为10-4 s，电磁波在空气中的传播速 度为3×108 m/s，则被监视目标的移动速度最接近（ ）
2.电磁场和电磁波
（1）电磁场
①麦克斯韦电磁场理论:变化的电场在周围空间产生磁场， 变化的磁场在周围空间产生电场；均匀变化的电场（磁场） 在周围空间产生恒定的磁场（电场），非均匀变化的电场 （磁场）在周围空间产生变化的磁场（电场）.
②振荡的电场（磁场）在周围空间产生同频率的振荡磁场 （电场）.
③电磁场：变化的电场在周围空间产生磁场，变化的磁场在 周围空间产生电场，变化的电场和磁场总是相互联系，形 成一个不可分离的统一场，这就是电磁场.