13.4电磁波的发现及应用基础巩固（word版含答案）

13.4电磁波的发现及应用基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）必修第三册
一、选择题（共15题）
1．在电磁波谱中，红外线、可见光和紫外线三种电磁波频率大小的关系是
A．红外线的频率最大，可见光的频率最小
B．紫外线的频率最大，红外线的频率最小
C．可见光的频率最大，红外线的频率最小
D．紫外线的频率最大，可见光的频率最小
2．关于电磁波下列说法正确的是（　　）
A．麦克斯韦通过实验验证了“变化的电场产生磁场”和“变化的磁场产生电场”，并预言了电磁波的存在
B．无线电波、光波、阴极射线、X射线、γ射线都是电磁波
C．赫兹通过测量证明在真空中，电磁波具有与光相同的速度
D．太阳光中含有不同频率的各种电磁波，且能量均分在各个波段
3．关于电磁场的理论，下列说法正确的是（ ）
A．变化的电场周围产生磁场一定是变化的
B．变化的磁场周围产生的电场一定是变化的
C．均匀变化的磁场周围产生电场是均匀变化的
D．预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦
4．高原上的人皮肤黝黑的原因是 （　　）
A．与高原上人的生活习惯有关
B．与高原上的风力过大有关
C．与高原上紫外线辐射过强有关
D．由遗传基因本身决定的
5．一种电磁波入射到半径为1 m的孔上，可发生明显的衍射现象，这种波属于电磁波谱的区域是（ ）
A．γ射线 B．可见光
C．无线电波 D．紫外线
6．对于电磁波的发现过程，下列说法正确的是（　　）
A．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在
B．麦克斯韦预言了电磁波的存在
C．赫兹根据自然规律的统一性，提出变化的电场产生磁场
D．电磁波在任何介质中的传播速度均为
7．近年来军事行动中，士兵都使用“红外夜视仪”，在夜间也能清楚地看清目标，主要是因为（ ）
A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体
B．一切物体均在不停地辐射红外线
C．一切高温物体均在不停地辐射红外线
D．“红外夜视仪”发射出X射线，被射物体受到激发而发出红外线
8．关于物理学发展过程中的认识，下列说法正确的是（　　）
A．玻尔大胆预言实物粒子在一定条件下会表现出波动性，提出了物质波概念
B．开普勒通过对行星运行数据的研究，得到了行星受到的向心力与轨道半长轴平方成正比的结论
C．法拉第在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
D．回路中的磁场发生变化时产生感生电动势，其本质是变化的磁场能在其周围空间激发感生电场，通过电场力对自由电荷做功实现能量的转移或转化
9．某空间中出现了如图中虚线所示的一组闭合的电场线，这可能是（　　）
A．在中心点O有一静止的点电荷
B．沿AB方向有一段通有恒定电流的直导线
C．沿BA方向的磁场在减弱
D．沿AB方向的磁场在减弱
10．电磁辐射对人体有很大危害，可造成失眠、白细胞减少、免疫功能下降等．按照有关规定，工作场所受电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过0.5W/m2．若某小型无线电通讯装置的电磁辐射功率是1.0W，则至少距该装置多远以外才是安全的（ ）
A．0.4m以外 B．0.8m以外 C．1.0m以外 D．1.2m以外
11．声波与光波（ ）
A．都是电磁波 B．都能在真空中传播
C．都需要介质 D．都能发生干涉现象
12．如图所示的振荡电路中，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．电容器中储存的电场能正在增大
D．线圈中感应电动势正在增大
13．太赫兹波是指频率在0.1THz～10THz（波长在0.03mm～3mm）的电磁波，介于微波与红外之间，太赫兹波技术被列为“改变未来世界的十大技术”之一、关于太赫兹波，下列判断正确的是（　　）
A．1THz=1014Hz
B．太赫兹波须靠介质传播
C．太赫兹波是由原子核跃迁产生的
D．太赫兹波比红外线更容易发生衍射现象
14．对于机械波和电磁波的比较，下列说法中正确的是
A．它们都能产生反射、折射、干涉和衍射现象
B．它们在本质上是相同的，只是频率不同而已
C．它们都可能是横波，也可能是纵波
D．机械波的传播速度只取决于介质，跟频率无关；而电磁波的传播速度与介质无关，只与频率有关
15．“歼-20”隐形战斗机的横空出世，极大地增强了我国的国防力量．其隐形的基本原理是机身通过结构或者涂料的技术，使得侦测雷达发出的电磁波出现漫反射，或被特殊涂料吸收，从而避过雷达的侦测．已知目前雷达发射的电磁波频率在200 MHz至1 000 MHz 的范围内．下列说法正确的是( )
A．隐形战斗机具有“隐身”的功能，是巧妙地利用了雷达波的衍射能力
B．雷达发射的电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．雷达发射的电磁波在真空中的波长范围在0.3 m至1.5 m之间
D．雷达发射的电磁波可能是纵波，也可能是横波
二、填空题（共4题）
16．英国物理学家________发现了由磁场产生电流的条件和规律；英国物理学家_____深入研究了电场与磁场的内在联系，建立了统一的电磁场理论；德国物理学家________通过实验证实了电磁波的存在。（选填：“牛顿”、“库仑”、“麦克斯韦”、“富兰克林”、“法拉第”、“赫兹”）
17．电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成_________。
18．电磁波谱与电磁波的能量
（1）电磁波谱
a.概念：按电磁波的____或____大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。
b.各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：____、红外线、___ 、_____、X射线、γ射线。
c.各种电磁波的特性
①无线电波：用于____ 、卫星通信、____等的信号传输。
②红外线：用来____等。
③可见光：照亮自然界，也可用于____。
④紫外线：用于___。
⑤X射线：用于诊断病情
⑥γ射线：可以摧毁______。
（2）电磁波的能量
a.光是一种电磁波，光具有能量。
b.电磁波具有______，电磁波是一种物质。
19．电磁波有：A．可见光　B．红外线　C．紫外线　D．无线电波　E．γ射线　F．伦琴射线
①按频率由小到大的顺序是：________.
②可对物体进行加热的是________，激发物质发光的是________，可用来检查人体病变或骨折的是________，能使种子发生变异培育新品种的是________．
三、综合题（共4题）
20．中国航天员在天宫一号上成功进行了太空授课（如图）。已知天宫一号空间实验室轨道半径为，地球半径为，试计算航天员讲课的实时画面从天宫一号空间实验室发至地面接收站，最少需要多少时间？
21．如图所示，一艘海轮用船上天线D向海岸边的信号接收器A发送电磁波脉冲信号．信号接收器和船上天线的海拔高度分别为AB=H和CD=h。船上天线某时刻发出一个电磁波脉冲信号，接收器接收到一个较强和一个较弱的脉冲，前者是直接到达的信号，后者是经海平面反射后再到达的信号，两个脉冲信号到达的时间间隔为△t，电磁波的传播速度为c，求船上天线发出此信号时海轮与海岸的距离L。
22．LC振荡电路电容器的电容为3×10－5μF，线圈的自感系数为3 mH，它与开放电路耦合后，求：
①发射出去的电磁波的频率是多大？
②发射出去的电磁波的波长是多大？
23．观测宇宙中辐射电磁波的天体，距离越远单位面积接收的电磁波功率越小，观测越困难。为了收集足够强的来自天体的电磁波，增大望远镜口径是提高天文观测能力的一条重要路径。2016年9月25日，世界上最大的单口径球面射电望远镜FAST在我国贵州落成启用，被誉为“中国天眼”。FAST直径为500 m，有效提高了人类观测宇宙的精度和范围。
(1)设直径为100 m的望远镜能够接收到的来自某天体的电磁波功率为P ，计算FAST能够接收到的来自该天体的电磁波功率P ；
(2)在宇宙大尺度上，天体的空间分布是均匀的，仅以辐射功率为P的同类天体为观测对象，设直径为100 m望远镜能够观测到的此类天体数目是N0，计算FAST能够观测到的此类天体数目N。
参考答案
1．B
【详解】
在电磁波谱中，红外线、可见光和紫外线三种电磁波频率大小的关系是,紫外线的频率最大，红外线的频率最小。
故选B。
2．C
【详解】
（1）麦克斯韦只是预言了电磁波的存在，也进行了相关理论计算，但并没有用实验验证电磁波的存在，A错误；
（2）根据电磁波谱，阴极射线不属于电磁波，B错误
（3）赫兹用实验证明了电磁波的存在，并且通过测量，发现在真空中，电磁波具有与光相同的速度，C正确了；
（4）太阳光中含有红外线、可见光和紫外线，并不是含有不同频率的各种电磁波，同时能量也不是均分的，D错误．
故本题选C．
3．D
【分析】
考查电磁场的相关理论。
【详解】
A．均匀变化的电场周围产生恒定磁场，A错误；
BC．均匀变化的磁场周围产生恒定电场，BC错误；
D．麦克斯韦预言了电磁波存在，D正确。
故选D。
4．C
【详解】
高原上的紫外线辐射比平原高很多,而紫外线对皮肤有生理作用,可使皮肤变黑且粗糙，故C正确，BCD错误。
故选C。
5．C
【详解】
根据发生明显的衍射现象的条件可知障碍物或孔的尺寸和波长相差不多或比波长还要小，电磁波谱中无线电波的波长范围大约在104～102 m，而红外线的波长范围大约在10－1～10－6 m，可见光、紫外线、γ射线的波长更短，故只有无线电波才能发生明显的衍射现象，故选C。
6．B
【详解】
A．在麦克斯韦提出了完整的电磁场理论基础上，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故A错误；
BC．麦克斯韦提出了变化的磁场周围空间产生电场，变化的电场周围空间产生磁场，故B正确，C错误；
D．电磁波只在真空中的传播速度是，故D错误。
故选B。
7．B
【详解】
一切物体均在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出的红外线不同，采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响，即可确认出目标，从而采取有效的行动。
故选B。
8．D
【详解】
A．德布罗意大胆预言实物粒子在一定条件下会表现出波动性，提出了物质波概念，选项A错误；
B．开普勒通过对行星运行数据的研究，得到了行星运动定律，但是并没有得到行星受到的向心力与轨道半长轴平方成正比的结论，选项B错误；
C．楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，选项C错误；
D．回路中的磁场发生变化时产生感生电动势，其本质是变化的磁场能在其周围空间激发感生电场，通过电场力对自由电荷做功实现能量的转移或转化，选项D正确。
故选D。
9．C
【详解】
闭合的电场线是由变化的磁场产生的，闭合的电场线类似于环形电流，根据安培定则环形电流产生的磁场由B→A，阻碍原磁通量的变化，所以BA方向的磁场在减弱，或者AB方向的磁场在增强。
故选C。
10．A
【详解】
设规定的安全区域距离为R，则球的面积为
S=4πR2．①
则在1秒内球面获得的能量为
E=Pt=1W×1s=1J ②
在球面上单位面积的电磁辐射能量
E0=③
由于工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过0.50瓦/米2所以
E0≤0.5焦/米2 ④
由①②③④联式可得
R=0.4m
11．D
【详解】
A．声波不是电磁波，故A错误；
B．声波不能在真空中传播，故B错误；
C．光波的传播不需要介质，故C错误；
D．声波和光波都是波，都能发生干涉现象，故D正确．
故选D．
12．B
【详解】
A．磁场方向向上，说明回路中电流是顺时针的；电路的电流正在增强，说明电容器正在放电。所以下极板带正电，上极板带负电，a点电势比b点低，故A错误；
BC．由于电流正在增强，知电容器在放电，则电容器两极板间电荷量减小，电压减小，场强正在减小，电路中电场能正在减小，故B正确，C错误；
D．电容放电电流增加逐渐变慢，线圈中感应电动势正在减小，故D错误。
故选B。
13．D
【详解】
A．单位间换算关系为
1THz=1012Hz
故A错误；
B．太赫兹波是电磁波，所以传播不需要介质，故B错误；
C．太赫兹波由原子的外层电子受到激发产生的，故C错误；
D．太赫兹波波长比红外线长，更容易发生衍射现象，故D正确。
故选D。
14．A
【详解】
A．机械波和电磁波都是波，都满足波的特性，即都能发生反射、折射、干涉和衍射，A正确；
B．机械波和电磁波本质是不同的,一种传播需要介质，一种不需要介质，故B错误；
C．机械波可能是横波，也可能是纵波；但电磁波一定是横波，C错误；
D．电磁波传播速度不仅与介质有关，还跟波的频率有关，D错误。
故选A。
15．C
【详解】
隐形战斗机具有“隐身”的功能，是巧妙地利用了雷达发出的电磁波出现漫反射，或被特殊涂料吸收，选项A错误；雷达发射的电磁波是由变化的电场或磁场产生的，选项B错误；根据可得雷达发射的电磁波在真空中的波长范围在0.3 m至1.5 m之间，选项C正确；雷达发射的电磁波是横波，选项D错误．
16．法拉第 麦克斯韦 赫兹
【详解】
[1]英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律；
[2]英国物理学家麦克斯韦深入研究了电场与磁场的内在联系，建立了统一的电磁场理论；
[3]德国物理学家赫兹通过实验证实了电磁波的存在。
17．电磁波
【详解】
略
18．波长 频率 无线电波 可见光 紫外线 广播 电视 加热理疗 通信 消毒 病变的细胞 能量
【详解】
略
19．DBACFE B　 C　 F　 E
【解析】
【详解】
①[1]．频率由小到大的顺序是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线；故顺序是DBACFE；
②[2][3][4][5]．对物体进行加热的是红外线B，激发物质发光的是紫外线C，可用来检查人体病变或骨折的是伦琴射线F；能使种子发生变异培育新品种的是γ射线E．
20．
【详解】
根据运动公式得
21．
【详解】
从船上天线D向信号接收器A发送电磁波脉冲信号，一方面沿直线DA直接传到A，另一方面经过海面E点反射沿折线DEA传播到A，前者较强，后者较弱，由反射定律可知
∠DEC=∠AEB
延长AE交DC的延长线于F，过A作AG平行于BC，则有
DE=EF，DG=H﹣h，GF=H+h
设信号接收器接受到沿直线DA和折线DEA传播的电磁脉冲信号需要的时间分别为t1、t2，则有
=（H﹣h）2+L2
根据题意有
t2﹣t1=△t
联立解得
L=
22．① 530 kHz　② 566 m
【详解】
①根据T＝2π得
f＝
代入数值得，
f≈530 kHz.
②根据λ＝c/f
得
λ＝566 m.
23．(1)；(2)
【详解】
(1)地球上不同望远镜观测同一天体，单位面积上接收的功率应该相同，因此
(2)在宇宙大尺度上，天体的空间分布是均匀的。因此一个望远镜能观测到的此类天体数目正比于以望远镜为球心、以最远观测距离为半径的球体体积。
设地面上望远镜能观测到此类天体需收集到的电磁波的总功率的最小值为P0，直径为100 m望远镜和FAST能观测到的最远距离分别为L0和L，则
可得
L=5L0
则