第四章　电磁振荡与电磁波 章末素养提升 学案（学生版+教师版）—2024年春高中物理人教版选择性必修 第二册

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第四章　电磁振荡与电磁波 章末素养提升
物理观念 LC振荡电路 1.电容器的电荷量、电压、电场强度、电场能的变化规律 2.电路中的电流，线圈中的磁感应强度、磁场能的变化规律 3.周期：T＝____________，频率f＝____________
电磁场与电磁波 1.麦克斯韦电磁场理论 2.电磁波的形成：电磁场由近及远地向外传播 3.电磁波的特点
无线电波的 发射和接收 1.发射端 2.接收端
电磁波谱 波长由长到短：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线
科学思维 1.会定性解释振荡电流周期性变化的原因 2.类比机械振动，推理得到振荡电流是一种交变电流
科学探究 能根据实验现象及结果提出问题；能通过实验收集关于电磁波如何发射与接收的信息；能解释赫兹的实验及电磁波的发射与接收；有主动与同学交流的积极性
科学态度 与责任 了解麦克斯韦和赫兹对电磁学发展的贡献，认识电磁理论对现代生活及科技的影响
例1　“小蜜蜂”是老师上课常用的扩音设备，随着无线电技术的应用，很多老师用上了蓝牙“小蜜蜂”(蓝牙属于电磁波)，麦克风与扩音器不用导线连接，老师拿着麦克风在教室中间说话，放在讲台上的扩音器也能工作，下列说法正确的是(　　)
A．“小蜜蜂”只能接收到来自麦克风的信号
B．麦克风只要有变化的电场，就一定能发出蓝牙信号
C．“小蜜蜂”接收电磁波时，通过调谐使接收电路中出现电谐振现象
D．麦克风回路可通过增大发射电磁波的波长来提高LC振荡电路发射电磁波的本领
例2　红外测温枪与传统的热传导测温仪器相比，具有响应时间短、测温效率高、操作方便防交叉感染(不用接触被测物体)的特点。下列关于红外测温枪的说法中正确的是(　　)
A．红外测温枪工作原理和水银体温计测量原理一样都是利用热胀冷缩原理
B．红外测温枪能接收到的是身体的热量，通过热传导到达红外测温枪进而显示出体温
C．红外测温枪利用一切物体都在不停地发射红外线，而且发射红外线强度与温度有关，温度越高发射红外线强度就越大
D．红外线也属于电磁波，其波长小于紫外线的波长
例3　中国6G技术专利数量全球遥遥领先。6G通信采用比5G频段(109 Hz)高出很多的太赫兹频段(1011～1013 Hz)电磁波传播数据，传输能力比5G提升100倍。与5G频段电磁波相比，6G频段电磁波(　　)
A．传播时的波长长
B．真空中传播的速度大
C．容易绕过高楼等障碍物
D．光子的能量大
例4　(2022·江苏省天一中学期末)下列说法中正确的是(　　)
A．只有物体温度较高时，才能向外辐射红外线
B．紫外线杀菌能力较强
C．可见光比红外线容易发生衍射现象
D．X射线可以在磁场中偏转
例5　(2022·南京外国语学校期末)如图甲所示，LC电路中，电容C为0.4 μF，电感L为1 mH。已充电的平行板电容器两极板水平放置。开关S断开时，极板间有一带正电灰尘恰好处于静止状态。当开关S闭合时，回路中的振荡电流i－t图像如图乙所示，不计电路产生的内能及电磁辐射，g取10 m/s2。
(1)LC电路振荡电流的周期T＝________ s；
(2)经2π×10－5 s时，电容器内灰尘的加速度大小为________ m/s2；
(3)线圈中电流最大时，灰尘的加速度大小为________ m/s2；
(4)回路的磁场能在减小，且电容器上极板带负电，则回路应在________时间段(选填“Oa”“ab”“bc”或“cd”)；
(5)灰尘在碰到极板之前，它的速度________________(选填“不断增大”“不断减小”“周期性增大”或“周期性减小”)，加速度最大的时刻可能为______________。
章末素养提升
物理观念 LC振荡电路 1.电容器的电荷量、电压、电场强度、电场能的变化规律 2.电路中的电流，线圈中的磁感应强度、磁场能的变化规律 3.周期：T＝2π，频率f＝
电磁场与电磁波 1.麦克斯韦电磁场理论 2.电磁波的形成：电磁场由近及远地向外传播 3.电磁波的特点
无线电波的 发射和接收 1.发射端 2.接收端
电磁波谱 波长由长到短：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线
科学思维 1.会定性解释振荡电流周期性变化的原因 2.类比机械振动，推理得到振荡电流是一种交变电流
科学探究 能根据实验现象及结果提出问题；能通过实验收集关于电磁波如何发射与接收的信息；能解释赫兹的实验及电磁波的发射与接收；有主动与同学交流的积极性
科学态度 与责任 了解麦克斯韦和赫兹对电磁学发展的贡献，认识电磁理论对现代生活及科技的影响
例1　“小蜜蜂”是老师上课常用的扩音设备，随着无线电技术的应用，很多老师用上了蓝牙“小蜜蜂”(蓝牙属于电磁波)，麦克风与扩音器不用导线连接，老师拿着麦克风在教室中间说话，放在讲台上的扩音器也能工作，下列说法正确的是(　　)
A．“小蜜蜂”只能接收到来自麦克风的信号
B．麦克风只要有变化的电场，就一定能发出蓝牙信号
C．“小蜜蜂”接收电磁波时，通过调谐使接收电路中出现电谐振现象
D．麦克风回路可通过增大发射电磁波的波长来提高LC振荡电路发射电磁波的本领
答案　C
解析　因为蓝牙属于电磁波，周围空间存在其他电磁波信号，所以“小蜜蜂”不只接收到了来自麦克风的信号，A错误；均匀变化的电场产生恒定的磁场，不能产生电磁波信号，B错误；“小蜜蜂”接收电磁波时，需要接收电磁波的LC振荡电路的固有频率与电磁波的频率相同，从而发生电谐振，C正确；减小发射电磁波的波长，则会提高频率，可以提高LC振荡电路发射电磁波的本领，D错误。
例2　红外测温枪与传统的热传导测温仪器相比，具有响应时间短、测温效率高、操作方便防交叉感染(不用接触被测物体)的特点。下列关于红外测温枪的说法中正确的是(　　)
A．红外测温枪工作原理和水银体温计测量原理一样都是利用热胀冷缩原理
B．红外测温枪能接收到的是身体的热量，通过热传导到达红外测温枪进而显示出体温
C．红外测温枪利用一切物体都在不停地发射红外线，而且发射红外线强度与温度有关，温度越高发射红外线强度就越大
D．红外线也属于电磁波，其波长小于紫外线的波长
答案　C
解析　自然界所有的物体，无时无刻不在向外辐射红外线，温度越高，红外线强度越大，红外线属于电磁波。红外测温枪接收到人体辐射出的红外线，通过波长、强度与温度的关系，就可以得到人体的温度，而水银体温计是利用热胀冷缩的原理工作的，A、B错误，C正确；红外线波长大于紫外线波长，D错误。
例3　中国6G技术专利数量全球遥遥领先。6G通信采用比5G频段(109 Hz)高出很多的太赫兹频段(1011～1013 Hz)电磁波传播数据，传输能力比5G提升100倍。与5G频段电磁波相比，6G频段电磁波(　　)
A．传播时的波长长
B．真空中传播的速度大
C．容易绕过高楼等障碍物
D．光子的能量大
答案　D
解析　6G信号的频率大于5G信号的频率，根据c＝λf可知，6G信号的波长比5G信号的波长短，A错误；6G信号和5G信号在真空中传播的速度相同，B错误；6G信号比5G信号波长短，6G信号比5G信号更不容易绕过障碍物，C错误；电磁波频率越高，其光子的能量越大，D正确。
例4　(2022·江苏省天一中学期末)下列说法中正确的是(　　)
A．只有物体温度较高时，才能向外辐射红外线
B．紫外线杀菌能力较强
C．可见光比红外线容易发生衍射现象
D．X射线可以在磁场中偏转
答案　B
解析　任何物体在任何温度下均会向外辐射红外线，故A错误；紫外线的主要作用是化学作用和荧光作用，其中化学作用主要用于杀菌消毒，故B正确；可见光的波长小于红外线的波长，故可见光相对红外线不容易发生衍射现象，故C错误；X射线是电磁波，不带电，不能在磁场中偏转，故D错误。
例5　(2022·南京外国语学校期末)如图甲所示，LC电路中，电容C为0.4 μF，电感L为1 mH。已充电的平行板电容器两极板水平放置。开关S断开时，极板间有一带正电灰尘恰好处于静止状态。当开关S闭合时，回路中的振荡电流i－t图像如图乙所示，不计电路产生的内能及电磁辐射，g取10 m/s2。
(1)LC电路振荡电流的周期T＝________ s；
(2)经2π×10－5 s时，电容器内灰尘的加速度大小为________ m/s2；
(3)线圈中电流最大时，灰尘的加速度大小为________ m/s2；
(4)回路的磁场能在减小，且电容器上极板带负电，则回路应在________时间段(选填“Oa”“ab”“bc”或“cd”)；
(5)灰尘在碰到极板之前，它的速度________________(选填“不断增大”“不断减小”“周期性增大”或“周期性减小”)，加速度最大的时刻可能为______________。
答案　(1)4π×10－5　(2)20　(3)10　(4)cd　(5)不断增大　(4n＋2)π×10－5 s(n＝0,1,2,3…)
解析　(1)根据题意，由公式T＝2π可得，LC电路振荡电流的周期为T＝4π×10－5 s。
(2)开关断开时，灰尘恰好静止，则有mg＝qE
当t＝2π×10－5 s＝时，电流i＝0，电容器极板的带电荷量最大，则有qE＋mg＝ma
解得a＝2g＝20 m/s2。
(3)电流最大时，电荷量为0，灰尘只受重力作用，则有
a＝g＝10 m/s2。
(4)根据题意可知，回路的磁场能在减小，且电容器上极板带负电，则回路应在cd时间段。
(5)根据题意可知，t＝0时，灰尘受到的静电力向上，且有Eq＝mg
0～内，电容器放电，电场强度E减小，则灰尘开始向下加速，～内，电容器反向充电，电场反向，则灰尘受到静电力向下，灰尘继续向下加速，～T内，电容器反向放电，灰尘受到静电力仍然向下，灰尘继续向下加速，T～T内，电容器正向充电，灰尘受到向上的静电力，但静电力小于灰尘的重力，则灰尘继续向下加速，综上所述，灰尘在碰到极板之前，它的速度不断增大。
根据题意可知，当灰尘受到向下的静电力最大时，电容器内灰尘的加速度最大，由题图可知，当电容器反向充电结束时，即t＝T＋nT(n＝0,1,2,3…)
加速度最大，则加速度最大的时刻可能为
t＝(4n＋2)π×10－5 s(n＝0,1,2,3…)。

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