第4章电磁波
一、选择题(共15题)
1.下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法中正确的是( )
A.经过调制后的高频电磁波向外辐射的能力更强
B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快
C.经过调制后的电磁波在空间传播的波长不变
D.经过调制后的电磁波在空间传播的波长变长
2.根据麦克斯韦的电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.变化的电场一定能产生磁场
B.变化的磁场一定能产生变化的电场
C.恒定的电场一定能产生恒定的磁场
D.恒定的磁场一定能产生恒定的电场
3.如图所示,单刀双掷开关S先打到α端让电容器充满电。t=0时开关S打到b端,已知线圈中的磁场能连续两次达到最大的时间间隔为0.01s,不考虑振荡过程中的能量损失,下列说法正确的是( )
A.电容器两端电压与其所带电荷量成反比
B.电容器两端电压最大时所储存的电场能最小
C.t=1.005s时,M点与N点的电势相等
D.t=1.00s至t=1.01s内,电容器一直放电
4.有关电磁场理论下列说法正确的是( )
A.变化的磁场一定产生变化的电场
B.均匀变化的电场产生均匀变化的磁场
C.稳定的磁场能够在周围空间产生稳定的电场
D.变化的电场和变化的磁场互相激发,由近及远传播形成电磁波
5.我们身处信息时代越来越离不开电磁波,对电磁波的说法中正确的是( )
A.电磁波的传播需要介质
B.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关
C.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波
D.电磁波在传播过程中可以发生干涉、衍射,但不能发生反射和折射
6.近年来,我国科技飞速发展,在国防科技方面,科学家们研发的反隐身米波雷达堪称隐身战斗机的克星,它标志着我国雷达研究又创新的里程碑,米波雷达发射无线电波的波长在 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高
B.米波和机械波一样须靠介质传播
C.米波是原子核能级跃迁得到的
D.米波比红外线更容易发生衍射现象
7.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,则电容器上极板带正电
B.若电容器正在放电,则电容器上极板带正电
C.若电容器上极板带正电,则线圈中电流正在增大
D.若在电容器板间插入电介质,则振荡频率会增大
8.关于各种电磁波的性质比较,下列说法中正确的有( )
A.由于红外线的波长比可见光长,所以比可见光更难发生干涉、衍射
B.由于 射线的波长太短了,所以根本无法发生干涉、衍射
C.无论哪一种电磁波,在真空中的传播速度都相同
D. 射线的穿透能力最强,所以最适于用来透视人体,检查骨骼和其他病变情况
9.对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是( )
A.温度 B.材料 C.表面状况 D.以上都正确
10.下列说法正确的是( )
A.手机发射的图像信号不需要调制过程
B.手机接收到的图像信号要经过调谐、解调
C.在电磁波谱中,紫外线的频率比γ射线的频率高
D.振荡电路中电磁振荡的频率与产生的电磁波的频率可能不同
11.如图为 LC 振荡电路中电流随时间变化的图象,则( )
A.0﹣t1时间内,磁场能在增加
B.t1﹣t2时间内,电容器处于放电状态
C.t2﹣t3时间内,电容器两板间电压在减小
D.t3﹣t4时间内,线圈中电流变化率在增大
12.以下说法正确的是( )
A.在真空中传播的电磁波频率不同,传播的速度也不同
B.两列机械波发生干涉现象,在振动加强的区域,质点的位移总是最大
C.一切波都能发生衍射现象,衍射是波特有的现象
D.火车鸣笛向我们驶来时,我们听到的笛声频率将比声源发声的频率高
E.电磁波能发生偏振现象,说明电磁波是横波
13.下列说法正确的是( )
A.红外线在水中的传播速度大于紫外线在水中的传播速度
B.电磁波不能产生多普勒效应,而机械波能产生多普勒效应
C.电磁波是横波,可以发生衍射现象和偏振现象
D.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关
E.电磁波在真空中传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度方向均垂直
14.把一根软铁棒插入LC振荡电路的线圈中,其他条件保持不变,则电路的( )
A.固有频率变大 B.固有周期变大
C.最大磁场能不变 D.最大电压增大
15.下列说法正确的是 ( )
A.变化的磁场产生电场
B.泊松亮斑支持了光的波动说
C.光的偏振现象说明光是纵波
D.光纤通信利用了光的全反射的原理
E.光从一种介质进入另一种介质中时,其传播速度不变
二、填空题
16.如图中LC振荡电路的周期为T=2×10-2s。从电流逆时针最大开始计时,当t=2.5×10-2s时,电容器正处于 状态;这时电容器上极板a的带电情况为 。
17.手机已成为日常通讯工具,手机使用的电磁波波长比可见光波长 (选填“长”或“短”);家用交流电的有效值是220V,其最大值是 V;一根长为0.1m,电流为5A的通电直导线,放在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中,且与磁场方向垂直,导线受到的安培力是 N。
18.如图所示是演示电磁波的发射与接收的实验,在这个实验中,要使氖灯发光,必须使A和B的金属滑动杆位置 ,并且是在A的振子a,b间 时,氖灯会发光。这说明B的能量是A通过 传播过来的。
19.小嘉同学参加科技展时了解到,现今5G技术用于传输的电磁波信号频率更高,传播数据的带宽更大,则相对而言,5G技术所用电磁波波长更 (填长或短)绕过障碍物的能力更 (填强、弱)。小嘉同学还了解到,为接收信号,手机都应该有天线,天线的长度应与信号电磁波的波长成正比,最好为波长的 ~ 到之间,以前的手机天线伸得很长,现在因为 ,可以为了美观、方便,将手机天线做在了手机内部了。
三、综合题
20.如图所示,一LC回路的电感L=0.25H,电容C=4μF,在电容开始放电时设为零时刻,上极板带正电,下极板带负电,求:
(1)此LC振荡电路的周期为多少?
(2)当t=2.0×10-3s时,电容器上板带何种电荷?电流方向如何?
(3)如电容器两板电压最大为10V,则在前T/4内的平均电流为多大?
21.中央人民广播电台是9套无线广播节目综合名称,九套节目对不同地区的频率不同。比如第一套节目“中国之声”,北京地区调频106.1兆赫。已知真空中的光速c=3×108m/s。则(计算结果保留两位有效数字)
(1)求“中国之声”电台发出的电磁波波长;
(2)如果收音机的接收装置是由LC电路组成,该接收装置里的线圈自感系数L=4mH,此时产生电谐振的电容多大?
五、解答题
22.电感线圈中的电流在 时间内的变化为1A,线圈产生的感应电动势为6mV,求由该线圈和电容为14400pF的电容器组成的振荡电路所辐射的电磁波波长是多大?
23.赫兹在1886年做了一个有名的实验,证明了电磁波的存在。他把环状导线的两端各固定一个金属小球,两小球之间有一很小间隙,他把这个装置放在一个距离正在放电发生电火花的感应圈不远的地方,令他振奋的现象发生了。他当时看到了什么现象?为什么说这个现象让他捕捉到了电磁波?
答案部分
1.A
【解答】调制是把低频信号加载到高频电磁波上,频率变大,穿透能力更强,即辐射本领更强;电磁波在空间的传播速度接近光速,传播速度不变;据c= f可知,频率变大,波长变短,A符合题意,B、C、D不符合题意。
故答案为:A
2.A
【解答】ACD.根据电磁波理论可知,变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场,而恒定不变的磁场不会产生电场,恒定不变的电场也不会产生磁场,A符合题意,CD不符合题意;
B.变化的磁场不一定能产生变化的电场,因为如果磁场是均匀增加的,则产生的电场是恒定的,而非均匀变化的磁场才能产生变化的电场,B不符合题意。
故答案为:A。
3.C
【解答】由 可得,电容器两端电压与其所带电荷量成正比,所以A不符合题意;电容器两端电压最大时所储存的电场能最大,所以B不符合题意;已知线圈中的磁场能连续两次达到最大的时间间隔为 ,则周期 时,电流达到最大值,电容器放电完毕,电荷量为0,则 点与 点的电势相等,所以 正确; 至 内, ,电容器先放电后反向充电,所以D不符合题意。
故答案为:C
4.D
【解答】A.根据麦克斯韦电磁理论可知,均匀变化的磁场,产生稳定的电场,非均匀变化的磁场,产生变化的电场,A不符合题意;
B.根据麦克斯韦电磁理论可知,均匀变化的电场,产生稳定的磁场,非均匀变化的电场,产生变化的磁场,B不符合题意;
C.稳定的磁场周围没有电场产生,C不符合题意;
D.根据麦克斯韦电磁理论可知,均匀变化的电场,产生稳定的磁场,非均匀变化的电场,产生变化的磁场,变化的电场和变化的磁场互相激发,由近及远传播形成电磁波,D符合题意。
故答案为:D。
5.C
【解答】A.电磁波可以在真空中传播,不需要介质,A不符合题意;
B.电磁波在真空中的传播速度均为光速,与电磁波的频率无关,B不符合题意;
C.周期性变化的电场和磁场相互激发,从而形成电磁波,C符合题意;
D.电磁波也是波的一种,具有波的一切特性,可以发生反射和折射,D不符合题意。
故答案为:C。
6.D
【解答】A.根据
可知,波长越长,频率越低,故米波的频率比厘米频率低,A不符合题意;
B.无线电波不需要介质传播,B不符合题意;
C.米波是电磁振荡电路产生的,C不符合题意;
D.米波的波长比红外线的波长大,更容易发生衍射现象,D符合题意。
故答案为:D。
7.A
【解答】A.若磁场正在减弱是充电,由楞次定律可得线圈上端为正极,则电容器上极带正电,A符合题意;
B.若电容器正在放电。由安培定则可得电容器上极带负电;B不符合题意;
C.若电容器上极板带正电,说明电容器在充电,磁场能转化为电场能,则线圈中电流应该减小,C不符合题意;
D.在电容器板间插入电介质电容器的电容增大,由振荡频率
可知,若在电容器板间插入电介质,则振荡频率会减小,D不符合题意。
故答案为:A。
8.C
【解答】波长越长,越容易发生衍射现象,满足相干条件时才能发生干涉,A不符合题意;干涉、衍射是波特有的现象,B不符合题意;电磁波在真空中的传播速度等于光速,C符合题意;X射线用来透视人体,检查骨骼等,D不符合题意。
故答案为:C
9.A
【解答】一般物体辐射电磁波的情况与温度有关,还与材料的种类及表面情况有关;但黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,温度越高,黑体辐射的强度越大,随着温度的升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。A符合题意,BCD不符合题意。
故答案为:A。
10.B
【解答】AB.发射电磁波应先调制,接收电磁波应先调谐、解调,A不符合题意,B符合题意;
C.在电磁波谱中,紫外线的频率比γ射线的频率小。C不符合题意;
D.振荡电路中电磁振荡的频率与产生的电磁波的频率一定相同,D不符合题意。
故答案为:B。
11.B
【解答】A. 0 t1时间内电路中的电流不断减小,说明电容器在不断充电,则磁场能向电场能转化,磁场能在减小,A不符合题意;
B. 在t1到t2时间内电路中的电流不断增大,说明电容器在不断放电,B符合题意;
C. 在t2到t3时间内,电路中的电流不断减小,说明电容器在不断充电,则电容器两板间电压在增大,C不符合题意;
D. 电流变化率就是i t图象的斜率,由图可知,在t3 t4时间内,图象的斜率在变小,因此线圈中电流变化率在减小,D不符合题意;
故答案为:B.
12.C,D,E
【解答】A.在真空中传播的电磁波速度都等于光速度,无论频率是否相同,传播的速度都相同,A不符合题意;
B.两列机械波发生干涉现象,在振动加强的区域,质点振幅最大,但位移也有运动到平衡位置的时刻,B不符合题意;
C.干涉和衍射是波所特有的现象,一切波都能发生干涉和衍射现象,C符合题意;
D.根据多普勒效应,火车鸣笛向我们驶来时,我们听到的笛声频率升高,D符合题意;
E.横波能发生偏振现象,电磁波能发生偏振现象,说明电磁波是横波,E符合题意。
故答案为:CDE。
13.A,C,E
【解答】A、紫光的频率、折射率都大于红光,根据 ,知紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度,A符合题意.
B、电磁波和机械波都能产生多普勒效应,B不符合题意.
C、衍射是波特有的现象,偏振是横波特有的现象;电磁波是横波,可以发生衍射现象和偏振现象,C符合题意.
D、电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关,是固定不变的.D不符合题意.
E、电磁波是横波,每一处的电场强度和磁场强度总是相互垂直的,且与波的传播方向垂直,E符合题意.
故答案为:ACE
14.B,C
【解答】LC振荡电路的线圈内揷人软铁棒时,线圈的自感系数 增大,由 和 知,B符合题意,A不符合题意;电容器电容不变,最大电荷量不变,故最大电压不变,最大电场能不变,最大磁场能不变,C符合题意,D不符合题意。
故答案为:BC
15.A,B,D
【解答】A.根据麦克斯韦的理论,变化的电场周围产生磁场,变化的磁场周围产生电场。A符合题意; B.泊松亮斑是光的衍射现象,支持了光的波动说。B符合题意;
C.光的偏振是横波特有的现象。C不符合题意;
D.光纤通信利用了光的全反射的原理。D符合题意;
E.光从一种介质进入另一种介质中时,其频率不变,传播速度变化。E不符合题意。
故答案为:ABD。
16.充电完毕;带负电
【解答】LC振荡电路,是电场能和磁场能之间的转化,电流最大时磁场能最大,电流为零时电场能最大;因为t=2.5×10-2s= T
从电流逆时针最大开始计时,经 T时,电容器正处于充电完毕状态;从电流逆时针最大开始计时,根据充放电规律可知,电容器处于充电完毕状态时,上极板a带负电。
17.长;;0.1
【解答】机使用的电磁波波长比可见光波长长;家用交流电的有效值是220V,其最大值是 ,导线受到的安培力是F=BIL=0.2×5×0.1=0.1N。
18.相同;放电产生火花;电磁波
【解答】演示电磁波的发射与接收的实验中,要使氖灯发光,必须使A和B的金属滑动杆位置相同。在A的振子a,b间放电产生火花时,氖灯会发光。说明B的能量是A通过电磁波传播过来的。
19.短;弱;电磁波波长变短,则天线长度变短
【解答】根据公式
可知,频率高则波长短。则5G技术所用电磁波波长更短。频率越高,波长越短,衍射现象越不明显,绕过障碍物的能力更弱。由于天线的长度与信号电磁波的波长成正比且现在电磁波波长变短了,则天线长度变短,可以为了美观、方便,将手机天线做在了手机内部了。
20.(1)解:根据 可得此LC振荡电路的周期为
(2)解:当t=2.0×10-3s时,即从t=0时刻开始在第二个 周期阶段,电容器反向充电,此时上板带负电荷,电流方向为逆时针方向
(3)解:如电容器两板电压最大为10V,则电容器带电量最大值为Q=CU=4×10-5C
则在前T/4内的平均电流为
21.(1)依题意,有f=106.1兆赫=1.061×108Hz,λ=
代入数据可得λ=2.83m
(2)振动电路的周期为 ,
带入数据,可得C=5.6×10-16F
22.解:法拉第电磁感应定律公式 ,有: ,解得: ;
据LC振荡电路振荡电流频率: ;
发射电磁波波长为22166Hz,故波长为:
23.解:他当时看到了:当与感应圈相连的两个金属球之间出现火花时,导线环两个小球之间也出现了火花。
当与感应圈相连的两个金属球之间产生电火花时,周围空间出现了迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时,它在导线环中激发出感应电动势,使得导线环两个小球之间也产生了火花,说明这个导线环接收到了电磁波。