电磁振荡与电磁波
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题共12小题，共40分。第1～8小题，在每小题给出的四个选项中只有一个选项符合题目要求，每小题3分；第9～12小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
1．手机通信是靠电磁波传递信息的，从理论上预言电磁波存在和第一次用实验证实电磁波存在的物理学家分别是( )
A．安培，法拉第 B．麦克斯韦，法拉第
C．法拉第，赫兹 D．麦克斯韦，赫兹
解析：选D 1864年，英国青年物理学家麦克斯韦在研究了当时所发现的电磁现象的基础上，建立了麦克斯韦电磁场理论，并预言了电磁波的存在；1886年，德国青年物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故A、B、C错误，D正确。
2．关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( )
A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
解析：选B 一切波都可以传播能量和信息，声波作为机械波可以传递信息，故A项错误；手机通话时，声音信号转变为电信号，电信号以电磁波的形式在空中传播，被对方手机接收，再由电信号转化为声音信号，通话过程中涉及电磁波和声波，故B项正确；可见光的传播速度为光速，而超声波是声波，空气中传播速度为340 m/s，故C项错误；根据电磁波谱分布情况可知，红外线的波长比X射线的波长长，故D项错误。
3．下列关于电磁波的说法正确的是( )
A．均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B．电磁波在真空和介质中传播速度相同
C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播
解析：选A 根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，选项A正确；在不同的介质中，电磁波的传播速度不同，选项B错误；均匀变化的电场或磁场不能产生电磁波，选项C错误；在同一均匀介质中，电磁波才沿直线传播，若介质不均匀，则会发生折射，选项D错误。
4．声呐能发射超声波，雷达能发射电磁波，超声波和电磁波相比较，下列说法正确的是( )
A．超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量
B．超声波与电磁波都既可以在真空中传播，又可以在介质中传播
C．在空气中传播的速度与在其他介质中传播速度相比，均是在空气中传播时具有较大的传播速度
D．超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉
解析：选A 超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量、信息，A正确；声呐发出的超声波是机械波，不可以在真空中传播，B错误；机械波在空气中传播时速度较小，在其他介质中传播时速度大，而电磁波恰好相反，C错误；超声波和电磁波不是同一类波，不可能发生干涉，D错误。
5．有一LC振荡电路，能产生一定波长的电磁波，若要产生波长比原来短些的电磁波，可采取的措施为( )
A．增加线圈的匝数
B．在线圈中插入铁芯
C．减小电容器极板间的距离
D．减小电容器极板正对面积
解析：选D LC振荡电路产生的电磁波的频率f＝，再由v＝λf，解得λ＝2πv，所以减小波长的方法是减小自感系数L或电容C。选项A、B都是增加自感系数L的措施，故选项A、B错误。对电容又有C＝，可知减小极板正对面积，可以减小电容C，减小极板间的距离，增大电容C，故选项D正确，选项C错误。
6．2020年在防控新型冠状病毒肺炎疫情期间，在机场、车站等交通出入口，使用了红外线热像仪。红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它时的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播。关于红外线热像仪，下列说法正确的是( )
A．选择红外线进行检测，主要是因为红外线能量小，可以节约能量
B．红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测
C．红外线热像仪同时还具有杀菌作用
D．红外线热像仪根据物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同的原理来检测体温
解析：选D 一切物体均能发出红外线，因此选择红外线进行检测，与其能量大小没有关系，故A错误。红外线热像仪通过接收人体发出的红外线来检测温度，故B错误。紫外线具有杀菌作用，红外线能量相比紫外线小得多，没有杀菌作用，故C错误。一切物体都能发射红外线，且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同，红外线热像仪就是根据此原理来检测体温的，故D正确。
7．关于某LC振荡电路中电流随时间的变化图像如图所示，以下说法正确的是( )
A．t1时刻电感线圈两端电压最大
B．t2时刻电容器两极板间电压为零
C．t1时刻电路中只有电场能
D．t1时刻电容器所带电荷量为零
解析：选D 电流i最大时，说明磁场最强，磁场能最大，电场能为零，电压、电荷量均为零，A、C错误；t2时刻充电完毕，电流为0，电容器电压最大，B错误，D正确。
8．如图所示，i t图像表示LC振荡电流随时间变化的规律，在t＝0时刻，电路中电容器的M板带正电，在某段时间里，电路的磁场能在减少，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中( )
A．Oa段 B．ab段
C．bc段 D．cd段
解析：选D 由振荡电流随时间变化图像可得，在t＝0时刻，电容器开始放电，电路中电容器的M板带正电，故电流方向逆时针为正方向；某段时间里，电路的磁场能在减少，说明电路中的电流在减小，是电容器的充电过程，此时M板带正电，说明此时电流方向顺时针方向为负，符合电流减小且为负值的只有cd段，故D项正确。
9．LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则( )
A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a
B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电
C．若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电
D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
解析：选ABC 若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，电场能增大，根据安培定则可确定电流由b向a，上极板带负电，故选项A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误。
10．为了方便交通出行出现了一种新型共享单车，如图甲所示，这种单车外观结构简单，没有链条，但单车质量比普通自行车大，达到了25 kg。如图乙所示，单车的车锁内集成了嵌入式芯片、GPS模块和SIM卡等，便于监控单车在路上的具体位置，实现防盗。同时手机App上有定位系统，也能随时了解单车的实时位置；手机还可以通过扫描二维码自动开锁，关锁后App就显示计时、计价等信息。此外，单车能够在骑行过程中为车内电池充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电。根据以上信息可知下列说法正确的是( )
A．该单车比普通自行车运动状态更容易改变
B．该单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位的
C．该单车是利用电磁感应原理实现充电的
D．该单车和手机之间是利用电磁波传递信息的
解析：选BCD 物体的质量越大，运动状态越难改变，故A错误；单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位的，故B正确；单车在运动过程中通过电磁感应将机械能转化为电能从而实现充电，故C正确；单车和手机之间没有电路连接，是利用电磁波传递信息的，故D正确。
11．我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创造了新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是( )
A．米波的频率比厘米波频率低
B．和机械波一样须靠介质传播
C．同光波一样会发生反射现象
D．不可能产生干涉和衍射现象
解析：选AC 米波比厘米波的波长长，故米波的频率较低，A正确。米波雷达发射的是无线电波，可在真空中传播，同光波一样会发生反射、干涉、衍射等现象，B、D错误，C正确。
12．如图所示，将开关S由b扳到a开始计时，在电流振荡了半个周期时，电路中( )
A．电容器C里的电场强度最强，场强方向向上
B．线圈L周围磁场最强
C．线圈中的磁感应强度为零
D．电场能即将向磁场能转化
解析：选ACD 开关S与b接通给电容器充电，再与a接通，电容器通过线圈放电；经过时，正是电容器反向充电完毕时刻，此时电容器下极板带正电，场强方向向上，A项正确。线圈中电流为零，故B错误，C正确。此后电容器又将放电即由电场能转化为磁场能，D正确。
二、非选择题(本题共6小题，共60分)
13．(6分)如图所示，LC振荡电路中振荡电流的周期为2×10－2 s，自振荡电流沿逆时针方向达最大值时开始计时，当t＝3．4×10－2 s时，电容器正处于________(填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)状态。这时电容器的上极板________(填“带正电”“带负电”或“不带电”)。
解析：根据题意画出此LC电路的振荡电流随时间的变化图像，设电流逆时针方向为正方向，如图所示。
结合图像，t＝3．4×10－2 s时刻设为图像中的P点，则该时刻正处于反向电流的减小过程，所以电容器正处于反向充电状态，上极板带正电。
答案：充电 带正电
14．(8分)麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光现象的内在联系及统一性，即光是电磁波。一单色光在折射率为1．5的介质中传播，某时刻电场横波图像如图所示，求该光波的频率。
解析：设光在介质中的传播速度为v，波长为λ，频率为f，则f＝①
v＝②
联立①②式得f＝
从波形图上读出波长λ＝4×10－7 m，代入数据得
f＝5×1014 Hz。
答案：5×1014 Hz
15．(7分)一台无线电接收机，当接收频率为535 kHz的信号时，调谐电路里电容器的电容是360 pF。如果调谐电路里的电感线圈保持不变，要接收频率为1 605 kHz的信号时，调谐回路里电容器的电容应变为多少？
解析：由f＝ 得
f1＝535×103 Hz＝
f2＝1 605×103 Hz＝
有＝＝
又C1＝360 pF，
解得C2＝40 pF。
答案：40 pF
16．(9分)如图所示的振荡电路中，线圈自感系数L＝0.5 H，电容器电容C＝2 μF。现使电容器带电，从接通开关S时刻算起：
(1)当t＝3．0×10－2 s时，电路中电流方向如何？
(2)经过多长时间，线圈中的磁场能第一次达到最大？
解析：(1)LC回路振荡的周期
T＝2π＝2π s＝6．28×10－3 s。
当t＝3．0×10－2 s时，t＝4．78T，即4T此时电容器正处于正向充电阶段，所以电流方向为顺时针。
(2)当接通开关S时，电容器开始放电，当电场能完全转化为磁场能时，磁场能第一次达到最大，此时
t＝＝1．57×10－3 s。
答案：(1)顺时针 (2)1．57×10－3 s
17．(14分)在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热点地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话？(已知地球的质量M为6．0×1024 kg，地球半径R为6．4×106 m，引力常量G为6．67×10－11 N·m2·kg－2)
解析：主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的。
设同步卫星高度为H，由万有引力定律及卫星圆周运动规律可得＝m(R＋H)
H＝－R≈3．6×107 m
则一方讲话，另一方听到对方讲话的最少时间
t＝＝0.24 s。
答案：见解析
18．(16分)飞机失事后，为了分析事故的原因，必须寻找黑匣子，而黑匣子在前30天内能以37．5 kHz的频率自动发出信号，人们可利用探测仪查找黑匣子发出的电磁波信号来确定黑匣子的位置。那么黑匣子发出的电磁波波长是多少？若接收电路是由LC电路组成的，其中该接收装置里的电感线圈L＝4．0 mH，此时产生电谐振的电容多大？(结果保留两位有效数字)
解析：由公式v＝λf得
λ＝＝ m＝8 000 m，
再由公式f＝得
C＝
＝ F
≈4．5×10－9 F。
答案：8 000 m 4．5×10－9 F
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7电磁振荡与电磁波
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题共12小题，共40分。第1～8小题，在每小题给出的四个选项中只有一个选项符合题目要求，每小题3分；第9～12小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
1．手机通信是靠电磁波传递信息的，从理论上预言电磁波存在和第一次用实验证实电磁波存在的物理学家分别是( )
A．安培，法拉第 B．麦克斯韦，法拉第
C．法拉第，赫兹 D．麦克斯韦，赫兹
2．关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是( )
A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
3．下列关于电磁波的说法正确的是( )
A．均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B．电磁波在真空和介质中传播速度相同
C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播
4．声呐能发射超声波，雷达能发射电磁波，超声波和电磁波相比较，下列说法正确的是( )
A．超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量
B．超声波与电磁波都既可以在真空中传播，又可以在介质中传播
C．在空气中传播的速度与在其他介质中传播速度相比，均是在空气中传播时具有较大的传播速度
D．超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉
5．有一LC振荡电路，能产生一定波长的电磁波，若要产生波长比原来短些的电磁波，可采取的措施为( )
A．增加线圈的匝数
B．在线圈中插入铁芯
C．减小电容器极板间的距离
D．减小电容器极板正对面积
6．2020年在防控新型冠状病毒肺炎疫情期间，在机场、车站等交通出入口，使用了红外线热像仪。红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它时的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播。关于红外线热像仪，下列说法正确的是( )
A．选择红外线进行检测，主要是因为红外线能量小，可以节约能量
B．红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测
C．红外线热像仪同时还具有杀菌作用
D．红外线热像仪根据物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同的原理来检测体温
7．关于某LC振荡电路中电流随时间的变化图像如图所示，以下说法正确的是( )
A．t1时刻电感线圈两端电压最大
B．t2时刻电容器两极板间电压为零
C．t1时刻电路中只有电场能
D．t1时刻电容器所带电荷量为零
8．如图所示，i t图像表示LC振荡电流随时间变化的规律，在t＝0时刻，电路中电容器的M板带正电，在某段时间里，电路的磁场能在减少，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中( )
A．Oa段 B．ab段
C．bc段 D．cd段
9．LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则( )
A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a
B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电
C．若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电
D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
10．为了方便交通出行出现了一种新型共享单车，如图甲所示，这种单车外观结构简单，没有链条，但单车质量比普通自行车大，达到了25 kg。如图乙所示，单车的车锁内集成了嵌入式芯片、GPS模块和SIM卡等，便于监控单车在路上的具体位置，实现防盗。同时手机App上有定位系统，也能随时了解单车的实时位置；手机还可以通过扫描二维码自动开锁，关锁后App就显示计时、计价等信息。此外，单车能够在骑行过程中为车内电池充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电。根据以上信息可知下列说法正确的是( )
A．该单车比普通自行车运动状态更容易改变
B．该单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位的
C．该单车是利用电磁感应原理实现充电的
D．该单车和手机之间是利用电磁波传递信息的
11．我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创造了新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是( )
A．米波的频率比厘米波频率低
B．和机械波一样须靠介质传播
C．同光波一样会发生反射现象
D．不可能产生干涉和衍射现象
12．如图所示，将开关S由b扳到a开始计时，在电流振荡了半个周期时，电路中( )
A．电容器C里的电场强度最强，场强方向向上
B．线圈L周围磁场最强
C．线圈中的磁感应强度为零
D．电场能即将向磁场能转化
二、非选择题(本题共6小题，共60分)
13．(6分)如图所示，LC振荡电路中振荡电流的周期为2×10－2 s，自振荡电流沿逆时针方向达最大值时开始计时，当t＝3．4×10－2 s时，电容器正处于________(填“充电”“放电”“充电完毕”或“放电完毕”)状态。这时电容器的上极板________(填“带正电”“带负电”或“不带电”)。
14．(8分)麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光现象的内在联系及统一性，即光是电磁波。一单色光在折射率为1．5的介质中传播，某时刻电场横波图像如图所示，求该光波的频率。
15．(7分)一台无线电接收机，当接收频率为535 kHz的信号时，调谐电路里电容器的电容是360 pF。如果调谐电路里的电感线圈保持不变，要接收频率为1 605 kHz的信号时，调谐回路里电容器的电容应变为多少？
16．(9分)如图所示的振荡电路中，线圈自感系数L＝0.5 H，电容器电容C＝2 μF。现使电容器带电，从接通开关S时刻算起：
(1)当t＝3．0×10－2 s时，电路中电流方向如何？
(2)经过多长时间，线圈中的磁场能第一次达到最大？
17．(14分)在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热点地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话？(已知地球的质量M为6．0×1024 kg，地球半径R为6．4×106 m，引力常量G为6．67×10－11 N·m2·kg－2)
18．(16分)飞机失事后，为了分析事故的原因，必须寻找黑匣子，而黑匣子在前30天内能以37．5 kHz的频率自动发出信号，人们可利用探测仪查找黑匣子发出的电磁波信号来确定黑匣子的位置。那么黑匣子发出的电磁波波长是多少？若接收电路是由LC电路组成的，其中该接收装置里的电感线圈L＝4．0 mH，此时产生电谐振的电容多大？(结果保留两位有效数字)
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