高考物理一轮复习学案[学]

高考物理一轮复习学案：电磁场和电磁波
知识网络：
一、电磁振荡
1．振荡电路：大小和方向都随时间做周期性变儿的电流叫做振荡电流，能够产生振荡电流的电路叫
振荡电路，LC 回路是一种简单的振荡电路。

2．LC 回路的电磁振荡过程：可以用图象来形象分析电容器充、放电过程中各物理量的变化规律，如
图所示
3．LC 回路的振荡周期和频率LC T π2=LC
f π21
=注意：（1）LC 回路的T 、f 只与电路本身性质L 、C 有关
（2）电磁振荡的周期很小，频率很高，这是振荡电流与普通交变
电流的区别。

分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突出能量守恒的观点）：
⑴理想的LC 回路中电场能E 电和磁场能E 磁在转化过程中的总和不变。

⑵回路中电流越大时，L 中的磁场能越大（磁通量越大）。

i q t t
o o 放电充电放电充
⑶极板上电荷量越大时，C 中电场能越大（板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大）。

LC 回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数（见右图）。

【例1】某时刻LC 回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如
右图所示。

则这时电容器正在_____（充电还是放电），电流大小正在______
（增大还是减小）。

【例2】右边两图中电容器的电容都是C =4×10-6F ，电
感都是L =9×10－4H ，左图中电键K 先接a ，充电结束后将K 扳到b ；右图中电键K 先闭合，稳定后断开。

两图中LC 回
路开始电磁振荡t =3.14×10－4s 时刻，C 1的上极板正在____电（充电还是放电）,带_____电（正电还是负电）；L 2中的
电流方向向____(左还是右)，磁场能正在_____（增大还是减小）。

二、电磁场
1．麦克斯韦的电磁场理论。

要深刻理解和应用麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电
场，变化的电场产生磁场。

（1）变化的磁场（电场）能够在周围空间产生电场（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（电场）能够在周围空间产生同频率的振荡电场（磁场）；
可以证明：振荡电场产生同频率的振荡磁场；振荡磁场产生同频率的振荡电场。

点评：变化的磁场在周围空间激发的电场为涡旋电场，涡旋电场与静电场一样，对电荷有力的作用，
但涡旋电场又于静电场不同，它不是静电荷产生的，它的电场线是闭合的，在涡旋电场中移动电荷时，电
场力做的功与路径有关，因此不能引用“电势”、“电势能”等概念。

另外要用联系的观点认识规律，变
化的磁场产生电场是电磁感应现象的本质。

【例3】右图中，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
速率v 0沿逆时针方向匀速转动。

若在此空间突然加上竖直向上、磁感应强度B 随时间
成正比例增加的变化磁场，设小球运动过程中的电量不变，那么（）
A.小球对玻璃环的压力不断增大
B.小球受到的磁场力不断增大
C.小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动
D.磁场力一直对小球不做功
2．电磁场：按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的
统一场，称为电磁场。

电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。

理解电磁场是统一的整体：根据麦克斯韦电磁场理论的两个要点：在变化的磁场的周围空间将产生涡漩电场，在变化的电场的周
C L a
K b C 1L 1L 2C 2K v 0
围空间将产生涡漩磁场．当变化的电场增强时，磁感线沿某一方向旋转，则在磁场减弱时，磁感线将沿相反方向旋转，如果电场不改变是静止的，则就不产生磁场．同理，减弱或增强的电场周围也将产生不同旋转方向的磁场．因此，变化的电场在其周围产生磁场，变化的磁场在其周围产生电场，一种场的突然减弱，导致另一种场的产生．这样，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场链一环套一环，如下图所示．需要注意的是，这里的电场和磁场必须是变化的，形成的电磁场链环不可能是静止的，这种电磁场是无源场（即：不是由电荷激发的电场，也不是由运动电荷-电流激发的磁场．），并非简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可分割的统一整体．在电磁场示意图中，电场E矢量和磁场B矢量，在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播．
3．电磁波
变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。

（1）有效地发射电磁波的条件是：①频率足够高（单位时间内辐射出的能量P∝f4）；②形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去）。

（2）电磁波的特点：
①电磁波是横波。

在电磁波传播方向上的任一点，场强E和磁感应强度B均与传播方向垂直且随时间变化，因此电磁波是横波。

②电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播。

在真空中的波速为c=3.0×108m/s。

③波速和波长、频率的关系：c＝λf
注意：麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速c，后由赫兹用实验证实了电磁波的存在
（3）电磁波和机械波有本质的不同
4．无线电波的发射和接收
（1）无线电波：无线电技术中使用的电磁波
（2）无线电波的发射：如图所示。

①调制：使电磁波随各种信号而改变
②调幅和调频
（3）无线电波的接收
①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。

②调谐：使接收电路产生电谐振的过程。

调谐电路如图所示。

通过改变电容器电容来改变调谐电路的
频率。

③检波：从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号。

4.电磁波的应用
广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用。

雷达：无线电定位的仪器，波位越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能强，多数的雷达工作于
微波波段。

缺点，沿地面传播探测距离短。

中、长波雷达沿地面的探测距离较远，但发射设备复杂。

【例4】一台收音机，把它的调谐电路中的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出，仍然收不到某
一较高频率的电台信号。

要想收到该电台信号，应该______（增大还是减小）电感线圈的匝数。

【例5】某防空雷达发射的电磁波频率为f =3×103MH Z ，屏幕上尖形波显示，从发射到接受经历时间
Δt=0.4ms ，那么被监视的目标到雷达的距离为______km 。

该雷达发出的电磁波的波长为______m 。

【例6】电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场来加速电子的。

如图所示，在圆形磁铁的两极之
间有一环形真空室，用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场，从而在环形室内产生很强的电场，
使电子加速．被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动。

设法把高能电子引入靶室，就能进
一步进行实验工作。

已知在一个轨道半径为r =0.84m 的电子感应加速器中，电子在被加速的4.2ms 内获得
的能量为120MeV ．设在这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的，磁通量的最小值为零，最大值
为1.8Wb ，试求电子在加速器中共绕行了多少周？
【例7】如图所示，半径为r 且水平放置的光滑绝缘的环形管道内，有一个
电荷量为e ，质量为m 的电子。

此装置放在匀强磁场中，其磁感应强度随时间变
化的关系式为B =B 0+kt （k >0）。

根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场将产生稳定的电场，该感应电
场对电子将有沿圆环切线方向的作用力，使其得到加速。

设t =0时刻电子的初速度大小为v 0，方向顺时针，
从此开始后运动一周后的磁感应强度为B 1，则此时电子的速度大小为A.m re B 1 B.m ke r v 2202π+ C.m re
B 0 D.m ke r v 220
2π-【例8】如图所示，平行板电容器和电池组相连。

用绝缘工具将电容器两板间的距
离逐渐增大的过程中，关于电容器两极板间的电场和磁场，下列说法中正确的是
A.两极板间的电压和场强都将逐渐减小
B.两极板间的电压不变，场强逐渐减小
C.两极板间将产生顺时针方向的磁场
D.两极板间将产生逆时针方向的磁场
【例9
】如图所示，氢原子中的电子绕核逆时什快速旋转，匀
强磁场垂直于轨道平面向外，电子的运动轨道半径r 不变，若使磁场均匀增加，则电子的动能（）
A ．不变
B ．增大
C ．减小
D ．无法判断三、针对性练习：
1．对处于图所示时刻的LC 振荡电路，下列说法正确的是（
）A 、电容器正在放电，电场能正转变成磁场能；
B 、电容器正在充电，电场能正转变成磁场能；
C 、电容器正在放电，磁场能正转变成电场能；
D 、电容器正在充电，磁场能正转变成电场能．
2.下列关于电磁波的叙述中，正确的是
A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变长
C.电磁波不能产生干涉、衍射现象
D.雷达是利用自身发射的电磁波来对目标进行定位的
3．在我们的周围空间存在着各种不同频率的电磁波，它的存在为人类的信息交流带来了极大的方便：
（1）是谁首先预言了电磁波的存在？答：
．（2）是谁用实验的方法证实了电磁波的存在？答：．（3）无线电波按波长从大到小可分为长波、中波、中短波、短波等，按传播方式可分为天波传播、
地波传播和直线传播，其中地波是依靠波的衍射作用沿地球表面传播的，那么上面提到的四种无线电波中哪种最适宜地波传播．答：．
4．在听收音机时，常常要从一个电台调到另一个电台，去收听自己喜欢的节目；如果你正在收听中
央人民广播电台频率为1035KHz 的节目。

现在你想改听北京人民广播电台频率为828KHz 的节目，那么：
（1）在对收音机进行调谐时，你应把调谐电路中的可变电容器的动片旋进一些，还是旋出一些？为
什么？（提示：旋进时电容器两极板的正对面积增大，当收音机的调谐电路的频率与电台发射频率相同时，就能清楚地收到该电台的节目）．答：．
（2）若北京人民广播电台正在实况广播一场音乐会，试问离舞台30米远的现场观众甲和远在现场
3000公里外的听众乙比较，谁先听到歌手的声音？答：．
5．电磁波遇到某些障碍物会发生反射，雷达就是根据这一原理制成的，某雷达站正在观察一飞机飞
行，若飞机正向雷达站飞来，某一时刻雷达第一次发出电磁波到接收到反射波历时200微秒，第二次发出
电磁波到接收到反射波历时186微秒，第一次发射到第二次发射的时间差为4秒钟，则刻飞机的飞行速度L C
－＋i
为m/s．
6．麦克斯韦的电磁场理论有两个要点：
（1）；（2）．
7．电磁场：．
电磁波：．
8．电磁波在真空中的波速是m/s．电磁波的波速、波长、周期、频率的关系用公式表示是v＝=．传播过程中电磁波的不变．
9．某收音机可变电容器的电容量为C1时能收到无线电波的彼长是λ1，当电容量为C2时，能收到的无线电波的波长是λ2，若把电容量调为C1＋C2，则能收到的电磁波的波长是．
10．2008年奥运会将在中国北京进行，为了实现全球的电视转播，我国政府将进行设计多种方案，下面正确的一种是（）
A.只需运用一颗同步卫星，在赤道平面上空运行
B.至少需运用三颗同步卫星，在赤道平面上空运行
C.只需运用一颗同步卫星，绕着通过南北极的上空运行
D.至少需运用三颗同步卫星，绕着通过南北极的上空运行
11．2003年10月16日我国成功发射了“神州五号”载人飞船，这标志着我国的航天航空事业居于世界前列。

（1）如图是A“神州五号”的火箭发射场，B为山区，C为
城市，发射场正在进行发射，若该火箭起飞时质量为2.02×105kg，
起飞推力2.75×106N，火箭发射塔高100m，则该火箭起飞的加速度
大小为，在火箭推力不变的情况下，若不考虑空气阻力和火箭
质量的变化，火箭起飞后经s飞离发射塔。

（2）为了转播发射实况，我国科技工作者在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号。

已知传输无线电广播所用的电磁波波长为550m，而传输电视信号所用的电磁波波长为0.556m，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能听到和收看实况，必须通过在山顶的转发站来转发（填无线电广播信号或电视信号），这是因为。

12．按有关规定，工作场所所受的电磁波辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁波能量）不得超过0.50W/m2。

若某小型无线通信装置的辐射功率为1W，那么在距离该通信装置m以外是符合规定的安全区域。

13．“神州五号”载人飞船成功发射，如果你想通过同步卫星转发的无线电话与杨利伟通话，则在你讲完话后，至少要等多长时间才能听到对方的回话？（已知地球的质量为M=6.0×1024kg，地球半径为R=6.4×106m，万有引力恒量G=6.67×10－11Nm2/kg2）
参考答案：
1．D
2.AD 3～8（略）9．112LC c
πλ=222LC c πλ=)(2213C C L c +=πλ解得22213λλλ+=
10．B 同步卫星只能在赤道平面上空，通过南北极的卫星不可能是同步卫星。

由于电信号属于微波
段，只能直线传播，为覆盖全球，至少需发射三颗同步卫星，使它们位于三角形的顶点，地球平面内切于
这个正三角形，所以B 正确。

11．（1）利用F -mg=ma ，得a =3.81m/s 2，再有s=at 2/2，得t =7.25s 。

（2）电视信号
电视信号波长短，沿直线传播，受山区阻挡，不易发生衍射。

12．0.40
13．解：同步卫星是相对于地面静止的，它的运动周期T =3600×24s ，设卫星离地面距离为h ，它绕地球转动的向心力是它对地球的万有引力，即222)(()
(T h R m h R mM G π+=+，代入，h =3.59×107m 。

最短通信距离是发话人和听话人均在同步卫星的正下方，这时电磁波传播的最短距离为s =2h ，所以最短时间为
t =2×2h /c =0.48s 。

教学后记
高考要求不高，内容也简单，属于记忆性内容，通过复习学生把忘记的知道能重新理解记忆，达到了
复习效果。