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14 交变电流
[-考点-06-] 电磁振荡与电磁波
一、电磁振荡
1．振荡电路：产生大小和方向都做周期性迅速变化的电流(即振荡电流)的电路．由电感线
圈L 和电容C 组成最简单的振荡电路，称为LC 振荡电路．
2．电磁振荡：在LC 振荡电路中，电容器不断地充电和放电，就会使电容器极板上的电荷
量q、电路中的电流i、电容器内的电场强度E、线圈内的磁感应强度B 发生周期性的变化，
这种现象就是电磁振荡．
3．电磁振荡中的能量变化
(1)放电过程中电容器储存的电场能逐渐转化为线圈的磁场能．
(2)充电过程中线圈中的磁场能逐渐转化为电容器的电场能．
(3)在电磁振荡过程中，电场能和磁场能会发生周期性的转化．
4．电磁振荡的周期和频率
(1)周期T＝2π.
(2)频率f＝.
二、电磁波的特点及应用
1．麦克斯韦电磁场理论
2．电磁波
(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播，形成电磁波．
(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同
(都等于光速)．
(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小．
(4)v＝λf，f 是电磁波的频率．
3．电磁波的发射
1
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(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制．
(2)调制方式
①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变．
②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变．
4．无线电波的接收
(1)当接收电路的固有频率跟收到的无线电波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最
强，这就是电谐振现象．
(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路．
(3)从经过调制的高频振荡信号中“检”出调制信号的过程，叫作检波．检波是调制的逆过
程，也叫作解调．
5．电磁波谱：按照电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱．
按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ 射
线．
1．振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像
2．LC 振荡电路充、放电过程的判断方法
根据电流流向判断
当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能
向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的
极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程
根据物理量的变化
趋势判断
当电容器的带电荷量q(电压U、电场强度E)增大或电流i(磁
感应强度B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程
根据能量判断
电场能增加时充电，磁场能增加时放电
3．电磁波谱分析及应用
电磁波谱
频率/ Hz
真空中波
长/m
特性
应用
递变规律
无线电波
＜3×1011
＞10－3
波动性强，易
无线电技术
衍射能力
2
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发生衍射
减弱，直
线传播能
力增强
红外线
1011～1015
10－7～10－3
热效应
红外遥感
可见光
1015
10－7
引起视觉
照明、摄影
紫外线
1015～1016
10－8～10－7
化学效应、荧
光效应、灭菌
消毒
医用消毒、防
伪
X 射线
1016～1019
10－11～10－8
穿透本领强
检查、医用透
视
γ 射线
＞1019
＜10－11
穿透本领更强
工业探伤、医
用治疗
4.各种电磁波产生机理
无线电波
振荡电路中电子周期性运动产生
红外线、可见光和紫外线
原子的外层电子受激发后产生
X 射线
原子的内层电子受激发后产生
γ 射线
原子核受激发后产生
5.对电磁波的两点说明
(1)不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长，越容易产生干涉、衍射
现象，波长越短，穿透能力越强．
(2)同频率的电磁波在不同介质中传播速度不同，不同频率的电磁波在同一种介质中传播时，
频率越高，折射率越大，速度越小．
典例1 (电磁振荡)如图甲所示，“救命神器”——自动体外除颤仪(AED)现在已经走入了每
个校园，它是一种便携式的医疗设备，可以诊断特定的心律失常，并且给予电击除颤，是
可被非专业人员使用的用于抢救心脏骤停患者的医疗设备．其结构如图乙所示，低压直流
经高压直流发生器后向储能电容器C 充电．除颤治疗时，开关拨到2，将脉冲电流作用于
心脏，使患者心脏恢复正常跳动，其他条件不变时，下列说法正确的是( )
A．脉冲电流作用于不同人体时，电流大小相同
B．放电过程中，电流大小不变
C．电容C 越小，电容器的放电时间越长
D．自感系数L 越小，电容器的放电时间越短
答案 D
3
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解析 脉冲电流作用于不同人体时，不同人体的导电性能不同，故电流大小不同，A 错误；
电容器放电过程中，开始时电流较小，随着带电荷量的减小，放电电流逐渐变大，不是恒
定的，B 错误；振荡电路的振荡周期为T＝2π，电容器在时间t0内放电至两极板间的电压为
0，即t0＝＝，则线圈的自感系数L 越小，电容器的放电时间越短；电容器的电容C 越大，
电容器的放电时间越长，C 错误，D 正确．
典例2 (电磁波的特点及应用)(2023·辽宁锦州市模拟)5G 是“第五代移动通信技术”的简称，
其最显著的特点之一为具有超高速的数据传播速率，5G 信号一般采用3.3×109～6×109
Hz 频段的无线电波，而第四代移动通信技术4G 采用的是1.88×109～2.64×109 Hz 频段的
无线电波，则下列说法正确的是( )
A．空间中的5G 信号和4G 信号相遇会产生干涉现象
B．5G 信号比4G 信号所用的无线电波在真空中传播得更快
C．5G 信号相比于4G 信号更不容易绕过障碍物，所以5G 通信需要搭建更密集的基站
D．5G 信号比4G 信号波长长
答案 C
解析 空间中的5G 信号和4G 信号的频率不同，不会产生干涉现象，故A 错误；5G 信号
与4G 信号所用的无线电波在真空中传播速度一样，均等于光速，故B 错误；根据c＝λv 可
知5G 信号相比于4G 信号的波长短，更不容易发生衍射，所以5G 信号相比于4G 信号更不
容易绕过障碍物，所以5G 通信需要搭建更密集的基站，故C 正确，D 错误．
1.各种不同频率范围的电磁波按频率由高到低的排列顺序是( )
A．γ 射线、紫外线、可见光、红外线
B．γ 射线、红外线、紫外线、可见光
C．紫外线、可见光、红外线、γ 射线
D．红外线、可见光、紫外线、γ 射线
答案 A
解析 在电磁波谱中，各电磁波按照频率从低到高的排列顺序是：无线电波、红外线、可
见光、紫外线、X 射线、γ 射线，所以选项A 正确．
2.(多选)如图是LC 振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是( )
A．电容器正在充电
B．电感线圈中的磁场能正在增加
C．电感线圈中的电流正在增大
4
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D．此时刻自感电动势正在阻碍电流增大
答案 BCD
解析 由题图中磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流向着电容器带负电的极板流
动，也就是电容器处于放电过程中，这时两极板上的电荷量和电压、电场能正在减少，而
电流和线圈中的磁场能正在增加，由楞次定律可知，线圈中的自感电动势正在阻碍电流的
增大，故选B、C、D.
3.在如图甲所示的振荡电路中，电容器极板间电压随时间变化的规律如图乙所示，规定电
路中振荡电流沿逆时针方向为正方向，则电路中振荡电流随时间变化的图像是( )
答案 D
解析 电容器极板间电压U＝，随电容器极板上电荷量的增大而增大，随电荷量的减小而
减小．从题图乙可以看出，在0～这段时间内是充电过程，且UAB＞0，即φA＞φB，A 板应
带正电，只有顺时针方向的电流才能使A 板被充电后带正电，同时考虑到t＝0 时刻电压为
零，电容器极板上的电荷量为零，电流最大，即t＝0 时刻，电流为负向最大，D 正确．
4.要想增大LC 振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是( )
A．增大电容器两极板的间距
B．升高电容器的充电电压
C．增加线圈的匝数
D．在线圈中插入铁芯
答案 A
解析 LC 振荡电路中产生的振荡电流的频率f＝，要想增大频率，应该减小电容C 或减小
线圈的自感系数L，再根据C＝，增大电容器两极板的间距，电容减小，所以A 正确；升
高电容器的充电电压，电容不变，B 错误；增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，自感系
数均增大，故C、D 错误．
5.某个智能玩具的声响开关与LC 电路中的电流有关，如图所示为玩具内的LC 振荡电路部
分．已知线圈自感系数L＝2.5×10－3 H，电容器电容C＝4 μF，在电容器开始放电时(取t
＝0)，上极板带正电，下极板带负电，则( )
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A．LC 振荡电路的周期T＝π×10－4 s
B．当t＝π×10－4 s 时，电容器上极板带正电α
C．当t＝×10－4 s 时，电路中电流方向为顺时针
D．当t＝×10－4 s 时，电场能正转化为磁场能
答案 C
解析 LC 振荡电路的周期T＝2π＝2π× s＝2π×10－4 s，选项A 错误；当t＝π×10－4 s＝
时，电容器反向充满电，所以电容器上极板带负电，选项B 错误；当t＝×10－4 s 时，即
0<t<，电容器正在放电，电路中电流方向为顺时针方向，故C 正确；当t＝×10－4 s 时，即
<t<，电容器处于反向充电过程，磁场能正在转化为电场能，D 错误．
6.关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )
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．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
答案 D
解析 根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定
的磁场，周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场．
7.调节收音机的调谐回路时，可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高
频率的电台信号，为接收到该电台信号，则应( )
A．加大电源电压
B．减小电源电压
C．增加谐振线圈的圈数
D．减少谐振线圈的圈数
答案 D
解析 由于f＝，C 越小、L 越小，f 越大．动片旋出，正对面积S 减小，C 减小，S 调到最
小，即C 最小时，f 还未达到高频率f0，则必须使L 减小，即减少谐振线圈的圈数，选项C
错误，D 正确；频率f 与电源电压无关，选项A、B 错误．
8.(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz 至1 000 MHz 的范围内．下列关于雷达
和电磁波的说法正确的是( )
A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m 至1.5 m 之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
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C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D．波长越短的电磁波，反射性能越强
答案 ACD
解析 由公式v＝λf 可得，λmin＝＝ m＝0.3 m，λmax＝＝ m＝1.5 m，A 正确；电磁波是由
周期性变化的电场或磁场产生的，B 错误；由雷达的工作原理可知C 正确；波长越短的电
磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，D 正确．
9.当前，新型冠状病毒在威胁着全世界人民的生命健康，红外测温枪在疫情防控过程中发
挥了重要作用．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 红外就是红外线，自然界所有的物体，无时无刻不在向外发出辐射能量，这些能量
以电磁波的形式存在．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．
10.某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示，能发射电磁波的是( )
答案 D
解析 由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定的电场时(如题图A)，由于它不激发磁
场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场时(如题图B、C)，会激发出磁场，但磁场恒
定，不会在较远处激发出电场，故也不会产生电磁波；周期性变化的电场(如题图D)，会
激发出周期性变化的磁场，它又激发出周期性变化的电场……如此交替的产生磁场和电场
便会形成电磁波，故D 正确．
11.(多选)如图所示，图甲是LC 振荡回路中电流随时间的变化关系，若以图乙回路中顺时针
方向的电流为正，a、b、c、d 均为电场能或磁场能最大的时刻，下列说法正确的是( )
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A．图乙中的a 是电场能最大的时刻，对应图甲中的时刻
B．图乙中的b 是电场能最大的时刻，此后的内电流方向为正
C．图乙中的c 是磁场能最大的时刻，对应图甲中的时刻
D．图乙中的d 是磁场能最大的时刻，此后电容C 的下极板将充上正电荷
答案 BC
解析 题图乙中的a 是电场能最大的时刻，由上极板带正电，即充电时电流沿顺时针方向，
对应题图甲中的T 时刻，A 错误；题图乙中的b 是电场能最大的时刻，由下极板带正电，
此后的内电容器放电，电流沿顺时针方向，B 正确；题图乙中的c 是磁场能最大的时刻，
此后磁场能转化为电场能，由楞次定律判断，电流方向为逆时针方向，题图甲中的时刻电
流为逆时针方向，C 正确；题图乙中的d 是磁场能最大的时刻，此后磁场能转化为电场能，
由楞次定律判断，电流方向为顺时针方向，此后电容C 的下极板将充上负电荷，D 错误．
12.如图所示，电源电动势为3 V，单刀双掷开关S 先置于a 端使电路稳定．在t＝0 时刻开
关S 置于b 端，若经检测发现，t＝0.02 s 时刻，自感线圈两端的电势差第一次为1.5 V．如
果不计振荡过程的能量损失，下列说法正确的是( )
A．t＝0.04 s 时回路中的电流为零
B．t＝0.08 s 时电感线圈中的自感电动势达到最大值，为3 V
C．0.07～0.08 s 时间内，电容器极板间电场方向竖直向上且逐渐减小
D．0.04～0.05 s 时间内，线圈中的磁场能逐渐增大
答案 C
解析 由题意知S 置于b 端后，自感线圈两端的电势差呈余弦规律变化，由于t＝0 时刻电
容器电压为3 V，故此时自感线圈两端的电势差也为3 V，然后开始减小，当第一次为1.5
V 时，则可知经历时间为六分之一周期，故振荡周期为0.12 s．所以0.04 s 时回路中的电流
不为零，0.03 s 时回路中的电流才为零，0.06 s 时电感线圈中的自感电动势值达到最大，为
3 V，故A、B 错误；经分析，0.07～0.08 s 时间内，电容器极板间电场方向竖直向上且逐
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渐减小，故C 正确；0.04～0.05 s 时间内，线圈两端的电势差增大，即电容器极板间电场增
大，电场能增大，则磁场能逐渐减小，故D 错误．
13.如图所示为一理想LC 电路，已充电的平行板电容器两极板水平放置．电路中开关断开
时，极板间有一带电灰尘(图中未画出)恰好静止．若不计带电灰尘对电路的影响，重力加
速度为g，灰尘运动时间大于振荡电路周期．当电路中的开关闭合以后，则( )
A．灰尘将在两极板间做往复运动
B．灰尘运动过程中加速度方向可能会向上
C．电场能最大时灰尘的加速度一定为零
D．磁场能最大时灰尘的加速度一定为g
答案 D
解析 当开关断开时，灰尘静止，则有Eq＝mg，此时电场能最大，极板间电场强度最大，
若开关闭合，电场能减小，极板间电场强度减小，则灰尘会向下极板运动，振荡回路磁场
和电场周期性改变，根据对称性可知当电场方向和初始状态相反且电场能最大时，静电力
方向竖直向下，和重力方向相同，此时灰尘的加速度为2g，所以灰尘的加速度不可能向上，
灰尘的加速度大于等于0，且一直向下，所以灰尘不会在两极板间做往复运动，故A、B、
C 错误；当磁场能最大时，电场能为0，极板间电场强度为0，灰尘只受重力，加速度一定
为g，故D 正确．
9
