4.1电磁波的产生
一、选择题(共15题)
1.如图所示,容器中装有导电液体,是电容器的一个电极,中间的导体芯柱是电容器的另一个电极。芯柱外面套有绝缘管作为电介质,电容器的这两个电极分别与一个线圈的两端相连,组成 振荡电路,使该振荡电路产生电磁振荡。已知 振荡电路的周期为 。下面对此 振荡回路分析正确的是( )
A.当电容器放电时,电容器储存的电场能增加
B.增加导电液体的高度有利于增大此振荡电路的周期
C.增加线圈的匝数,能更有效地发射电磁波
D.当线圈中的电流增大时,线圈中的磁场能减小
2.按照麦克斯韦理论,以下说法正确的是( )
A.恒定的电场周围产生恒定的磁场
B.恒定的磁场周围产生恒定的电场
C.均匀变化的电场周围产生稳定的磁场
D.均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场
3.下列说法不正确的是( )
A.一切物体都在辐射电磁波
B.微波炉加热食物是利用电磁波的能量
C.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
D.电磁波的频率越高,在真空中传播速度越大
4.根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场
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.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
5.根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法中正确的是( )
A.周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场
B.变化的电场一定产生变化的磁场
C.稳定的电场一定产生稳定的磁场
D.均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场
6.下列关于麦克斯韦的电磁场理论说法正确的是( )
A.变化的磁场产生的电场一定是变化的
B.不均匀变化的电场产生均匀变化的磁场,均匀变化的磁场产生不均匀变化的电场
C.稳定的磁场产生不稳定的电场
D.振荡的磁场在周围空间产生的电场是振荡的
7.如图所示是一个LC振荡电路中电流的变化图线,下列说法正确的是( )
A.t 时刻电感线圈两端电压最大
B. 时刻电路中只有电场能
C. 时刻电容器所带电荷量为零
D. 时刻电容器两极板间电压为零
8.由电容为C、电感为L组成的LC振荡电路在电磁振荡过程中,所激发的电磁波以速度v向空间传播,则电磁波的波长为( )
A.2π B. C. D.2πv
9.2021年3月的两会上,“5G+北斗”成为社会各界高度关注的热词,其将成为智能时代最重要的基础设施之一。5G网络使用的无线电波通信频率是3.0GHz以上的超高频段和极高频段,比目前通信频率在 间的特高频段的4G网络拥有更大的带宽和更快的传输速率,5G网络的传输速率是4G网络的50~100倍。关于5G网络使用的无线电波,下列说法正确的是( )
A.衍射的本领比4G更强
B.在真空中的传播速度比4G更快
C.会与真空中传播的4G信号发生干涉
D.相同时间传递的信息量比4G更大
10.2021年6月28日,海南省地质地理学会承办“天然电磁波在地质勘探领域的应用”学术交流会。关于电磁波,下列说法中正确的是( )
A.电磁波在任何介质中的传撟速度都相同
B.电磁波由真空进入某种介质传播时,频率将变大
C.只要空间某处的电场或磁场发生变化,就会在其周围产生电磁波
D.实验中电磁打点计时器工作时周围必有磁场和电场
11.根据麦克斯韦电磁场理沦,下列说法中正确的是 ( )
A.在电场周围一定存在磁场,在磁场周围一定存在电场
B.稳定的电场一定产生稳定的磁场
C.在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同频率周期性变化的磁场
12.以下说法中正确的是( )
A.均匀变化的电场在它周围空间产生均匀变化的磁场
B.电磁波和机械波一样依赖于介质传播
C.只要空间某个区域有振荡电场或振荡磁场就能产生电磁波
D.变化的电场与变化的磁场交替产生,由发生区域向远处传播就形成电磁波
13.下列说法正确的是( )
A.变化的磁场激发电场,变化的电场激发磁场
B.电磁波和机械波都能传递能量和信息
C.红光的频率低于紫光的频率,在真空中红光的传播速度大于紫光的传播速度
D.若在地球上接收到来自某遥远星球的光波的频率变低,则可判断该星球正在离我们远去
E.相同的单摆在地球纬度越高的地方,摆动的周期越大
14.在LC振荡电路中,某时刻电路中的电流方向如图所示,且电流正在增大,则该时刻( )
A.电容器下极板带正电,上极板带负电
B.电容器上极板带正电,下极板带负电
C.电场能正在向磁场能转化
D.电容器两端的电压正在减小
15.如图所示,线圈L的自感系数为0.1H,电容器C的电容为40 F,电阻R的阻值为3 ,电源电动势为1.5 V,内阻不计。闭合开关S,待电路达到稳定状态后断开开关S,LC电路中将产生电磁振荡。若断开开关S的时刻为t=0,忽略线圈L的直流电阻和振荡过程中的能量损耗,则( )
A.t=0时,电容器两极板间电压为1.5 v
B.t=π×10-2s时,线圈L的自感电动势为0
C.t=2π×10-2s时,通过线圈的电流方向为a→b
D.电路中产生的振荡电流有效值为0.5A
二、填空题
16.真空中电磁波的波速为 m/s. 电磁波从一种介质进入另一种介质传播过程 中,不变的物理量为 (选填“频率”、“波长”)
17.麦克斯韦电磁场理论: 的磁场能够在周围空间产生电场, 的电场能够在周围空间产生磁场 。均匀变化的电场产生 的磁场,周期性变化的磁场产生同频率的 的电场。
18.具有NFC(近距离无线通讯技术)功能的两只手机在间距小于10cm时可以通过 波直接传输信息,其载波频率为1.5×107 Hz,载波的传播速度为3.0×108 m/s,则该载波的波长为 m.
19.在电磁波谱中,用于“消毒灭菌”的是 ,某广播电台发射的电磁波在真空中传播的波长为500m,则它的频率是 HZ.
三、综合题
20.车载 MP3可以把 MP3中储存的音乐,以无线发射方式发射到车载调频立体声收音设备中,车主只需将汽车收音机的频率设定为车载MP3的频率,或让收音机搜索到该频率即可进行播放。如图为某种型号的车载MP3,若其设置频率为87.5 MHz,试求:
(1)所发射的无线电波的波速是多少
(2)所发射的无线电波的波长是多少
21.某雷达工作时,发射电磁波的波长为λ=20 cm,每秒脉冲数n=5 000,每个脉冲持续时间t=0.02 μs,问电磁波的振荡频率为多少?最大的侦察距离是多少?
22.飞机失事后,为了分析事故发生的原因,必须寻找黑匣子。黑匣子在30天内能以37.5kHz的频率自动发出信号,人们就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 若接收装置是由LC电路组成的,该接收装置里的线圈自感系数L=4.0 mH,此时产生电谐振的电容多大 (真空中的光速c=3.0x108m/s)
23.我们通常听到的声音是靠声波来传播的,而手机接收的是电磁波。请你小结一下:声波和电磁波有哪些地方是相同的?有哪些地方存在着差异?
答案部分
1.B
【解答】A.当电容器放电时,电容器储存的电场能减小,磁场能增加,A不符合题意;
B.增加导电液体的高度,则相当于电容器相对面积变大,则电容变大,根据
可知有利于增大此振荡电路的周期,B符合题意;
C.增加线圈的匝数,则增大L,根据
可知,周期变大,频率变小,不利于有效地发射电磁波,C不符合题意;
D.当线圈中的电流增大时,线圈中的磁场能增大,D不符合题意。
故答案为:B。
2.C
【解答】A.恒定的电场周围不会产生磁场,所以A不符合题意;
B.恒定的磁场周围周期不会产生电场,所以B不符合题意;
C.均匀变化的电场周围产生稳定的磁场,所以C符合题意;
D.均匀变化的磁场周围产生恒定的电场,所以D不符合题意。
故答案为:C。
3.D
【解答】A.一切物体都在辐射电磁波,A正确,不符合题意;
B.微波炉的微波具有波动性,具有能量,它可以使水发生共振,使水的内能增大,温度升高,B正确,不符合题意;
C.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波,C正确,不符合题意;
D.任何频率的电磁波在真空中传播速度都相同,D错误,符合题意。
故答案为:D。
4.D
【解答】根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,D符合题意ABC不符合题意。
故答案为:D。
5.A
【解答】A.周期性变化的电场一定产生同频率的周期性变化的磁场,A符合题意;
B.均匀变化的电场产生恒定的磁场,B不符合题意;
C.稳定的电场不会产生磁场,C不符合题意;
D.均匀变化的电场一定产生恒定不变的磁场,D不符合题意.
故答案为:A。
6.D
【解答】A.根据麦克斯韦的电磁场理论可知,变化的磁场周围能产生电场,均匀变化的磁场周围产生稳定的电场,A不符合题意;
B.不均匀变化的电场产生变化的磁场,磁场有可能不是均匀变化的;均匀变化的磁场周围产生稳定的电场,B不符合题意;
C.稳定的磁场其周围不产生电场,C不符合题意;
D.振荡的磁场在周围空间产生的电场是振荡的,振荡的电场在周围空间产生的磁场是也振荡的,D符合题意。
故答案为:D
7.C
【解答】在t1时刻,电路中的电流最大,说明放电结束,则磁场能最大,电场能最小,电容器所带电荷量为零,电压也为零,A、B不符合题意,C符合题意;在t2时刻,电路中的电流为零,则磁场能最小,电场能最大,电容器两极板间电压也最大,D不符合题意。
故答案为:C
8.D
【解答】解:振荡电路的振荡周期T=2π ;
而电磁波以速度v向空间传播,则由v=λf,
可得
因此只有D正确,ABC均错误;
故选D
9.D
【解答】A.5G网络使用的无线电波通信频率高于4G网络使用的,根据波长与频率关系式有
5G网络使用的无线电波通信波长小于4G网络使用的,其衍射本领变弱。A不符合题意;
B.电磁波在真空中的传播速度与光速相同,保持不变,其速度与频率无关。B不符合题意;
C.两者频率不同,不能发生干涉。C不符合题意;
D.无线电波频率越高,周期越小,相同时间内可承载的信息量越大。D符合题意。
故答案为:D。
10.D
【解答】A.电磁波在真空中的传播速度是3×108m/s,在其他介质中的传播速度小于3×108m/s,A不符合题意;
B.电磁波在传播的过程中,频率f不变,B不符合题意;
C.只有周期性变化的电场和磁场才能交替产生,由发生区域向外传播形成电磁波,C不符合题意;
D.工作时的电磁打点计时器中电流是交变电流,在其周围产生交变磁场和电场,D符合题意。
故答案为:D。
11.D
【解答】根据麦克斯韦电磁场理论,在变化的电场周围一定存在磁场,在变化的磁场周围一定存在电场,A不符合题意;稳定的电场不会磁场,B不符合题意;在均匀变化的电场周围一定产生稳定的磁场,C不符合题意;周期性变化的电场周围一定产生同频率周期性变化的磁场,D符合题意;
故答案为:D.
12.C,D
【解答】均匀变化的电场在它周围空间产生恒定的磁场,A不符合题意;电磁波可以在真空中传播,B不符合题意;只要空间某个区域有振荡电场(或振荡磁场)就能在周围空间激发出振荡的磁场(或者振荡的电场) ,产生电磁波,C符合题意;变化的电场与变化的磁场交替产生,由发生区域向远处传播就形成电磁波,D符合题意。
故答案为:CD
13.A,B,D
【解答】A、根据麦克斯韦电磁理论,变化的磁场激发电场,变化的电场激发磁场,A符合题意;
B、电磁波和机械波都能传递能量和信息,B符合题意;
C、红光的频率低于紫光的频率,在真空中红光的传播速度等于紫光的传播速度,都等于光速,C不符合题意;
D、根据多普勒效应,若在地球上接收到来自某遥远星球的光波的频率变低,则可判断该星球正在离我们远去。D符合题意;
E、单摆周期公式为 ,由单摆周期公式可以看出:周期T只与l及g有关,从赤道到北极,g增大,周期变小。E不符合题意。
故答案为:ABD
14.B,C,D
【解答】通过图示电流方向和电流增大,知电容器在放电,则电容器上极板带正电,下极板带负电,振荡电流增大,电容器上的电荷量正在减小,两端电压正在减小,电场强度在减小,电场能正在向磁场能转化;BCD符合题意,A不符合题意。
故答案为:BCD。
15.B,C
【解答】由于断开开关前电路已处于稳定状态,所以电容器不带电,两端电压为0,则 时电容器两端电压为0,故 错误;该LC振荡电路的周期为 ,则 ,此时电容器已经完成放电,线圈 的自感电动势为0,B符合题意; ,此时通过线圈的电流方向为 ,C符合题意;电路中产生振荡电流的最大值为 ,则有效值为
故答案为:BC
16.3.0×108;频率
【解答】解:电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度,是3×108m/s,波的频率由波源决定,当电磁波从一种介质进入另一种介质时频率不变;
故答案为:3.0×108; 频率
17.变化;变化;稳定;周期性变化
【解答】按照麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场能够在周围空间产生电场,变化的的电场能够在周围空间产生磁场 。均匀变化的电场产生稳定的磁场,周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。
18.电磁;20
【解答】解:英国物理学家麦克斯韦的电磁场理论告诉我们:变化的磁场能产生电场,从而产生电磁波.两手机即是通过电磁波而直接传递信息的.
空气中电磁波的传播近似等于光速c,由波速公式c=λf得
波长λ= = m=20m,
故答案为:电磁,20.
19.紫外线;6×106
【解答】解:用于“消毒灭菌”的是紫外线;
根据c=λf得,f= = =6×105Hz;
故答案为:紫外线 6×106
20.(1)解:无线电波属于电磁波,在空气中的传播速度大约是
(2)解:
21.解:电磁波一般在空气中传播,传播速度认为等于光速c=3.0×108m/s,因此
= Hz=1.5×109Hz
雷达工作时发射电磁脉冲,每个电磁脉冲持续时间t=0.02 μs,在两个脉冲时间间隔内,雷达必须接收到反射回来的电磁脉冲,否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量.设最大侦察距离为x,两个脉冲时间间隔为Δt= s=2×10-4s 0.02 μs(故脉冲持续时间可以略去不计),则2x=vΔt所以x= =3×104m
22.解:由 得
由公式 得
23.解:相同点:都有波的一切特性,比如都能产生反射、干涉、衍射等现象,波速、波长、频率具有同样的关系;
不同的:产生的机理不一样,声波是由机械振动产生的;电磁波中的无线电波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,光由电子的激发产生,射线由原子核衰变产生;还有电磁波传播不需要介质,声音的传播需要介质。
【解答】相同点:都有波的一切特性,比如都能产生反射、干涉、衍射等现象,波速、波长、频率具有同样的关系;
不同的:产生的机理不一样,声波是由机械振动产生的;电磁波中的无线电波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,光由电子的激发产生,射线由原子核衰变产生;还有电磁波传播不需要介质,声音的传播需要介质。