5.3初识电磁波及其应用同步练习 （word版含答案）

鲁科版 （2019）必修第三册 5.3 初识电磁波及其应用 同步练习
一、单选题
1．中国4G牌照发放是在2014年，比发达国家晚了整整三年；但在5G时代，中国已经赢在了起跑线。已知5G信号使用频率更高的电磁波，每秒传送的数据量是4G的50~100倍，则相比4G信号（　　）
A．5G信号的光子能量更小 B．5G信号的波长更短
C．5G信号的传播速度更大 D．5G信号的波动性更明显
2．“4G改变生活，5G改变社会”。5G网络使用的无线电通信频率是在3.0GHz以上的超高频段和极高频段，比4G网络（无线电通信频率在1.8GHz~2.7GHz之间）通信拥有更大的带宽，相同时间传递的信息量更大。下列说法正确的是（　　）
A．5G信号和4G信号都是横波
B．5G信号比4G信号波长更长
C．5G信号比4G信号传播速度更快
D．5G信号比4G信号更容易绕过障碍物，便于远距离传播
3．如图所示是LC回路中电容器带的电荷量随时间变化的图象。在1×10－6 s到2×10－6 s内，关于电容器的充（或放）电过程及由此产生的电磁波的波长，正确的结论是（　　）
A．充电过程，波长为1 200 m B．充电过程，波长为1 500 m
C．放电过程，波长为1 200 m D．放电过程，波长为1 500 m
4．物理学史上，最先建立完整的电磁场理论并预言了电磁波存在的科学家是（　　）
A．赫兹 B．法拉第 C．麦克斯韦 D．奥斯特
5．某个智能玩具的声响开关与电路中的电流有关，如图所示为玩具内的振荡电路部分电路图。已知线圈自感系数，电容器电容，在电容器开始放电时（取），上极板带正电，下极板带负电，则（　　）
A．振荡电路的周期
B．当时，电容器上极板带正电
C．当时，电路中电流方向为顺时针
D．当时，电场能正转化为磁场能
6．下列说法正确的是（　　）
A．狭义相对论效应指出质量变大、长度变长、时间变长
B．赫兹对人类的突出贡献是用实验证实了电磁波的存在
C．没有三角插座时，可将三角插头的一脚折弯后，插入两孔插座中使用
D．法拉第发现了电流的周围存在磁场
7．在LC振荡电路中，当电容器充电完毕尚未开始放电时，下列说法正确的是（　　）
A．电容器中的电场最强
B．电路里的磁场最强
C．电场能已有一部分转化成磁场能
D．磁场能已有一部分转化成电场能
8．关于电磁波在真空中的传播速度，下列说法中正确的是（　　）
A．频率越高，传播速度越大
B．能量越大，传播速度越大
C．波长越长，传播速度越大
D．频率、波长、能量的强弱都不能影响电磁波的传播速度
9．关于物理学史，以下说法不正确的是（　　）
A．牛顿最早通过理想斜面实验说明力不是维持物体运动的原因
B．法拉第最早引入场的概念并用场线描述电场和磁场
C．卢瑟福基于α粒子散射实验提出了原子核式结构模型
D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在
10．某高中科研兴趣小组利用学过的知识制造了一台电磁炮，其原理示意图如图甲所示，高压直流电源电动势为E，大电容器的电容为C。线圈套在中空的塑料管上，管内光滑，将直径略小于管的内径的金属小球静置于管口附近。首先将开关S接1，使电容器完全充电，然后立即将S转接2，此后电容器放电，通过线圈的电流随时间的变化如图乙所示，金属小球在的时间内被加速发射出去，时刻刚好运动到管口。下列关于该电磁炮的说法正确的是（ ）
A．小球在塑料管中加速度随线圈中电流的增大而增大
B．在的时间内，电容器储存的电能全部转化为小球的动能
C．适当加长塑料管可使小球获得更大的速度
D．在的时间内，顺着发射方向看小球中产生的涡流是逆时针方向的
11．如图所示是一水平放置的绝缘环形管，管内壁光滑，内有一直径略小于管内径的带正电的小球，开始时小球静止，有一变化的磁场竖直向下穿过管所包围的面积，磁感应强度大小随时间成正比增大，设小球的带电荷量不变，则（　　）
A．顺着磁场方向看，小球受顺时针方向的力，沿顺时针方向运动
B．顺着磁场方向看，小球受逆时针方向的力，沿逆时针方向运动
C．顺着磁场方向看，小球受顺时针方向的力，沿逆时针方向运动
D．小球不受洛伦兹力，不运动
12．关于波，下列说法正确的是（　　）
A．赫兹预言了电磁波的存在
B．海边的波涛总是沿着与海岸垂直的方向袭来
C．地震发生时，国际空间站上能够清晰地接收到地震波
D．我们说话发出的声波属于机械波，频率越高的声波在空气中传播速度越大
13．手机通信是靠电磁波传播信息的。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
14．下列说法正确的是（　　）。
A．楞次在实验中观察到电流的磁效应，揭示了电和磁之间存在联系
B．安培提出了分子电流假说
C．麦克斯韦预言了电磁波并用实验证实了电磁波的存在
D．法拉第提出了法拉第电磁感应定律
15．红外夜视镜在美国对伊拉克反美武装力量实施的夜间打击中起到重要作用，红外夜视镜是利用了（　　）
A．红外线波长长，易绕过障碍物的特点
B．红外线的热效应强的特点
C．一切物体都在不停地辐射红外线的特点
D．红外线不可见的特点
二、填空题
16．判断下列说法的正误．
（1）LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小，电场能最大．( )
（2）LC振荡电路的电容器极板上电荷量最多时，电场能最大．( )
（3）LC振荡电路中电流增大时，电容器上的电荷一定减少．( )
（4）LC振荡电路的电流为零时，线圈中的自感电动势最大．( )
（5）LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板带最多的负电荷为止，这一段时间为一个周期．( )
17．电磁振荡：
______振荡电路
振荡电路的周期和频率：______、______
电磁波的发射和接收
（1）发射：
采用______频率和______电路
调制
（2）接收：
电谐振
调谐
解调（检波）
电磁波的发现：
（1）麦克斯韦电磁场理论：
变化的磁场产生______
变化的电场产生______
（2）电磁波：
麦克斯韦预言了电磁波
电磁波：电磁波：电磁场由近及远传播
赫兹实验：证实了电磁波的存在
特点与应用
特点：横波，真空中的传播速度等于______
应用：电视广播、雷达、移动通讯、微波炉、等
18．在如图所示的振荡电流的图像中，表示电容器充电过程的有_____；线圈中有最大电流的点是_____；电场能转化为磁场能的过程有_____。
三、解答题
19．电磁波根据频率值分成无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线六个波段，物理学上把它称为电磁波谱。请收集资料，了解每个波段电磁波的特点及其应用写一篇介绍电磁波谱及其应用的短文。
20．振荡电路中电容器电容为C，振荡电流i＝Imsin ωt.
求：①此电路中线圈的自感系数L；
②设此电路发射的电磁波在某介质中的波长为λ，求电磁波在此介质中的传播速度v.
21．科学技术是一把双刃剑。电磁波的应用也是这样。它在使人类的生活发生变化的同时也存在着副作用——电磁污染。频率超过的电磁波的强度足够大时就会对人体健康构成威胁。按照有关规定，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。若某小型无线通信装置的电磁辐射功率是1W，试探究分析在距离该通信装置多少米以外是符合规定的安全区域？（已知球面面积）
22．如图所示，线圈的自感系数0.1H，电容器的电容40，电阻R的阻值3Ω，电源电动势1.5V，内阻不计。闭合开关S，待电路达到稳定状态后断开开关S，电路中将产生电磁振荡。如果规定线圈中的电流方向从a到b为正，断开开关的时刻，请画出电感线圈中电流I随时间t变化的图像，并标明关键点的坐标值。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
A．因为5G信号使用的电磁波频率比4G高，根据
可知5G信号的光子能量更小，故A错误；
B．由
可知频率越高的电磁波，信号的波长更短，故B正确；
C．任何电磁波在真空中的传播速度都相同，在介质中要看折射率，故C错误；
D．因5G信号的电磁波频率更高，波长更短，波动性比4G的差，故D错误。
故选B。
2．A
【详解】
A．4G和5G信号均为电磁波，电磁波传播过程中，电场强度和磁感应强度的方向始终与传播方向垂直，故电磁波为横波，故A正确；
B．5G信号比4G信号频率高，光子的能量大，故相同时间传递的信息量更大，但其波长要比4G信号短，故B错误；
C．任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，故C错误；
D．因5G信号的频率更高，则波长小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，便于远距离传播，故D错误；
故选A。
3．A
【详解】
由题图可知，在1×10-6 s到2×10-6 s内，电容器C带的电荷量由0增加到最多，因此是充电过程。电磁振荡周期等于所发射的电磁波的周期，那么电磁波的波长为
故选A。
4．C
【详解】
物理学史上，最先建立完整的电磁场理论并预言了电磁波存在的科学家是麦克斯韦。
故选C。
5．C
【详解】
A．由公式
故A错误；
B．电容器先放电再反向充电，当
时，电容器上极板带负电，故B错误；
CD．当时
电容器处于反向充电过程，所以电流方向为顺时针，磁场能正在转化为电场能，故C正确，D错误。
故选C。
6．B
【详解】
A．狭义相对论效应指出质量变大、长度变短、时间变长，所以A错误；
B．赫兹对人类的突出贡献是用实验证实了电磁波的存在，所以B正确；
C．大功率或带有金属外壳的用电器，使用两孔插座，没有接地功能，用电器外壳带电，会危及人身安全，所以C错误；
D．奥斯特发现了电流的周围存在磁场，所以D错误；
故选B。
7．A
【详解】
LC振荡电路电容器充电完毕尚未开始放电时，电容器中电场最强，磁场最弱，电场能和磁场能之间还没有发生转化。
故选A。
8．D
【详解】
电磁波在真空中的传播速度等于光速，与频率、波长、能量大小均无关，故选D。
9．A
【详解】
A．伽利略最早通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的原因， A错误；
B．根据物理学史可知，法拉第最早引入场的概念并用场线描述电场和磁场，B正确；
C．根据物理学史可知，在1909年，物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验后，根据实验结果提出了原子核式结构模型，C正确；
D．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，D正确。
本题选不正确的，故选A。
10．D
【详解】
A． 磁场强弱程度与通过线圈的电流大小成正比。根据乙图可知，线圈中的磁感应强度变化情况与电流的变化情况相同，在0~时间内，电流i在增大，但变化率却逐渐减小，线圈的磁通量变化率也逐渐减小，由法拉第电磁感应定律
可知，感应电动势逐渐减小，所以小球受到的感应电场的电场力也逐渐较小，由牛顿第二运动定律可知，小球的加速度逐渐减小，故A错误；
B．电容器的放电过程中，变化的磁场在空间产生了变化的电场，然后以电磁波的形式传递出去，散失了一部分能量，所以0~时间内，电容器储存的电能没有全部转化为小球的动能，故B错误；
C．适当增加塑料管的长度，增长后，小球会在电流减小的过程中离开塑料管，当电流减小时，磁场也会减小，通过楞次定律判断可知，此时线圈的作用力向左，阻碍小球运动，所以适当加长塑料管，小球速度会在减小，故C错误；
D．时间内，电流逐渐增大，产生的磁场也会增强，通过楞次定律判断可知，原磁场增大，感应磁场与原磁场方向相反，由右手螺旋定则判断可得，小球中产生的涡流是逆时针方向的，故D正确。
故选D。
11．B
【详解】
因为绝缘环形管面内有均匀增大的磁场，在其周围会产生稳定的涡旋电场，对带电小球做功，由楞次定律判断电场方向为逆时针方向。在电场力作用下，带正电小球沿逆时针方向运动，B正确；ACD错误；
故选B。
12．B
【详解】
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在；赫兹证实了电磁波的存在；故A错误；
B．海边的波涛总是沿与海岸垂直的方向运动；故B正确；
C．地震波不能在真空中传播，无法传到空间站去；故C错误；
D．机械波的波速由介质决定，和频率无关；故D错误；
故选B。
13．D
【详解】
从理论上预言电磁波存在的物理学家是麦克斯韦，第一次用实验证实电磁波存在的物理学家是赫兹，故选D。
14．B
【详解】
A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，揭示了电和磁之间存在联系。故A错误；
B．安培提出了分子电流假说，故B正确；
C．麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故C错误；
D．法拉第发现了电磁感应现象，但提出法拉第电磁感应定律是纽曼和韦伯，故D错误。
故选B。
15．C
【详解】
一切物体都在不停地辐射红外线，而且温度不同，辐射的红外线强度不同，可利用红外线成像进行夜间观察，与ABD选项所提及的红外线特点无关。
故选C。
16． 错误 正确 正确 正确 错误
【详解】
略
17． 高 开放 电场 磁场 光速
本题为对电磁波一章的基本结论的记忆考查，熟记基本结论即可
【详解】
略
18． 、、 a、c、e 、
【详解】
[1]根据图像，充电过程电流在减小，故有、、。
[2]线圈中有最大电流的点是a、c、e。
[3]电场能转化为磁场能的过程电流在增加，故有、。
19．见解析
【详解】
电磁波是一个很大的家族。有的电磁波的频率很低，例如无线电波；有的电磁波的频率很高，例如γ射线。不同电磁波由于具有不同的频率，才具有不同的特性，从而具有不同的应用领域。
一、无线电波
频率小于300GHz的电磁波是无线电波。无线电波用于通信、广播及其他信号传输。
广播电台和电视台都有发射无线电波的设备，许多自然过程也辐射无线电波。如天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波，进行天体物理研究。
二、红外线
红外线是一种光波，它的频率比无线电波大，比可见光小。所有物体都发射红外线。热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。肉眼看不见红外线，但能够感受它。寒冷的冬天当你在炉旁烤火时，你的皮肤正在享受红外线带来的温暖。
红外探测器能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射，这是夜视仪器和红外摄影的基础。用灵敏的红外探测器吸收远处物体发出的红外线，然后用电子电路对信号进行处理，可以得知被测对象的形状及温度、湿度等参数。这就是红外遥感技术。利用红外遥感可以在飞机或人造卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮。红外遥感在军事上的应用也十分重要。另外，许多动物具有发达的红外感受器官，因此在夜间也可以“看到物体”，如蛇类等。
三、可见光
阳光是由各种色光组成的。科学研究发现，不同颜色的光是频率范围不同的电磁波。
天空为什么是亮的？因为大气把阳光向四面八方散射。在没有大气的太空，即使太阳高悬在空中，它周围的天空也是黑暗的。由于频率较高的光比频率较低的光更容易被大气散射，所以天空看起来是蓝色的。大气对频率较高的光的吸收也比较强 ，傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时，蓝光、紫光大部分被吸收掉了，剩下红光、橙光透光大气射入我们的眼睛，所以傍晚的阳光比较红。
四、紫外线
人眼看不到比紫外光频率更高的电磁波。紫外线具有较高的能量，足以破坏细胞核中的物质。因此，可以利用紫外线灭菌消毒。太阳光里有许多紫外线，人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康。但过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤。
许多物质在紫外线的照射下会发出荧光，根据这一点可以设计防伪措施。
五、X射线和γ射线
频率比紫外线更高的电磁波就是X射线和γ射线了。
人们用X射线管来产生X射线。X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变。X射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官。在工业上，利用X射线检查金属零件内部的缺陷。机场、车站等地进行安全检查时，X射线能轻而易举地窥见箱内物品。
频率最高的电磁辐射是γ射线，它具有很高的能量。γ射线能破坏生命物质。把这个特点应用在医学上，可以摧毁病变的细胞，用来治疗某些癌症。γ射线的穿透能力很强，可用于探测金属部件内部的缺陷。
20．① 　②
【详解】
①由T＝＝2π 得L＝ ；
②.
21．
【详解】
设以通信装置为球心，半径为R的球面以外是符合规定的安全区域，则
可得
22．
【详解】
在开关闭合时，电流是从a流向b，通过L的电流为
当断开开关
后电流在LC电路中振荡，周期为
则振动图像如图；
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页