新人教版选择性必修第二册2023版高中物理 第四章 电磁振荡与电磁波单元素养评价（含解析）
文档属性
| 名称 | 新人教版选择性必修第二册2023版高中物理 第四章 电磁振荡与电磁波单元素养评价（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 2.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-01-09 20:25:55 | ||
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文档简介
单元素养评价(四) 电磁振荡与电磁波
(时间：75分钟 满分：100分)
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．
1．根据如图所示的电磁波谱，可以判断下列波中不属于电磁波的是( )
A．消毒用的紫外线B．透视用的X射线
C．教室里的读书声D．遥控器发出的红外线
2．在无线电波广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是( )
A．调谐→高频放大→检波→音频放大B．检波→高频放大→调谐→音频放大
C．调谐→音频放大→检波→高频放大D．检波→音频放大→调谐→高频放大
3．我们身处信息时代，越来越离不开电磁波，以下说法中正确的是( )
A．变化的电场和变化的磁场交替产生电磁波
B．电磁波既可以是横波也可以是纵波
C．在外太空的真空环境下电磁波无法传播
D．电磁波在不同介质中传播时，速度大小不变
4．为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力，对LC振荡电路的结构可采用下列哪些措施( )
A．增大电容器极板的正对面积B．增大电容器极板的间距
C．增大自感线圈的匝数D．提高供电电压
5.
如图所示，i t图像表示LC振荡电路的电流随时间变化的图像．在t＝0时刻，回路中电容器的M板带正电，在某段时间里，回路的磁场能在减小，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
6．[2022·荆州高二检测]使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示．蓝牙通信的电磁波( )
A．是蓝光
B．波长比手机通信的电磁波短
C．在真空中的传播速度大小为340m/s
D．在真空中的传播速度比手机通信的电磁波速度小
7．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况．地球大气中的水(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收．如图甲、乙所示分别为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为( )
A．2.5～3.5μm B．4～4.5μmC．5～7μm D．8～13μm
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．
8．[2022·江苏苏州第一中学期中]关于物理知识在生活中的应用，下列说法正确的是( )
A．机场、车站所用的测量人体温度的测温仪应用的是紫外线
B．雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的无线电设备
C．γ射线可以用来治疗某些癌症
D．医院给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强
9.
以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段.2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜记录．此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示．下列说法正确的是( )
A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波
B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波
C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现
D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
10．第5代移动通信技术(简称5G)，是新一代蜂窝移动通信技术，数据传输速率比4GLTE蜂窝网络快100倍．下表为5G使用的无线电波的频率范围．已知光在真空中的传播速度c＝3×108m/s，1MHz＝1×106Hz，下列说法正确的有( )
频率范围名称 对应的频率范围
FR1 450MHz～6000MHz
FR2 24250MHz～52600MHz
A.FR1比FR2中的无线电波的衍射能力更强
B．在真空中传播时，FR2比FR1中的无线电波的波长更长
C．在真空中传播时，FR2中频率为28000MHz的无线电波波长约为10.7mm
D．在真空中传播时，FR2比FR1中的无线电波的传播速度更大
三、非选择题：本题共5个小题，共54分．
11.
(7分)[2022·邯郸高二检测]如图所示，感应圈G上装两根带有球形电极的铜管a、b构成发射天线，两球的间隙约0.5cm.将一根导线弯成环状，导线两端安装两个小金属球，其间留有空隙，将导线固定到绝缘支架B上靠近感应线圈放置．让感应线圈工作，当电火花在铜管a、b上两个金属球间跳动时，支架B上导线环两端的两个小球间也有电火花跳动．据此回答下列问题．
(1)人类历史上，首先捕捉到电磁波的科学家是________________．
(2)对于这一实验现象的解释如下，请完成其中的填空．
①感应线圈本质上是一个变压器，它利用________________将低压交流电变成数千伏的高电压．由于铜管a、b上两球间的电压很高，间隙中电场________________，空气分子被电离，从而形成一个导电通路．
②当电火花在铜管a、b上的两个金属球间跳动时，必定建立了一个迅速变化的电磁场．这种变化的电磁场以________________的形式在空间快速传播．当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出________________，击穿导线环中的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花．
③在此实验中，感应圈及金属棒构成了电磁波的________________，导线环成了电磁波的________________．
12.
(9分)在LC振荡电路中，如已知电容C，并测得电路的固有振荡周期为T，即可求得电感L.为了提高测量精度，需多次改变C值并测得相应的T值，现将测得的六组数据标示在以C为横坐标、T2为纵坐标的坐标纸上，即图中用“×”表示的点．
(1)T、L、C的关系为________；
(2)根据图中给出的数据点作出T2与C的关系图线；
(3)求得的L值是________．
13．(10分)某高速公路自动测速仪装置如图甲所示，雷达向汽车驶来的方向发射不连续的电磁波，每次发射时间为10－6s，相邻两次发射时间间隔为t.当雷达向汽车发射无线电波时，在显示屏上呈现一个尖波形；在收到反射回来的无线电波时，在显示屏上呈现第二个尖波形．根据两个波形的距离，可以计算出汽车与雷达的距离，根据自动打下的纸带(如图乙所示)，可求出车速(t远大于t1、t2).请根据t1、t2、t、c求出汽车车速的表达式．
14．(12分)[2022·山东日照期中]中央人民广播电台是中国唯一覆盖全国的广播电台，现办有16套无线广播节目，16套节目对不同地区的频率不同，比如第一套节目“中国之声”，在北京地区的调频106.1MHz.已知真空中的光速c＝3×108m/s.(计算结果保留两位有效数字)
(1)求在北京地区“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由LC振荡电路组成，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？
15．(16分)如图所示，线圈L的自感系数为25mH，电阻为零，电容器C的电容为40μF，灯泡D的规格是“4V，2W”．开关S闭合后，灯泡正常发光，S断开后，LC振荡电路中产生振荡电流．若从S断开开始计时，求：
(1)当t＝×10－3s时，电容器的右极板带何种电荷；
(2)当t＝π×10－3s时，LC振荡电路中的电流是多少．
单元素养评价(四) 电磁振荡与电磁波
1．解析：教室里的读书声是声波，根据电磁波谱可知，声波是机械波，不属于电磁波，故C正确．
答案：C
2．解析：在接收的过程中先进行调谐，选出需要的调制好的高频电磁波，由于在传播过程中，电磁波的能量有一定的衰减，对高频信号进行放大，用检波电路把音频信号从高频振荡电流上卸载下来，再对音频进行放大，故A正确．
答案：A
3．解析：根据麦克斯韦建立的电磁场理论可知，变化的电场和变化的磁场交替产生电磁波，故A正确；电磁波一定是横波，故B错误；电磁波既可以在介质中传播，也可以在真空中传播，故C错误；电磁波在不同的介质中传播的速度不同，故D错误．
答案：A
4．解析：要增大无线电台向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由f＝知，减小L和C可以提高f.要减小L可采取减少线圈匝数、向外抽铁芯或抽出铁芯的办法，要减小C可采取增大极板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法．
答案：B
5．解析：某段时间里，回路的磁场能在减小，说明回路中的电流在减小，电容器充电，而此时M带正电，那么一定是给M极板充电，电流方向顺时针．由题意知t＝0时，电容器开始放电，且M极板带正电，结合i t图像可知，电流以逆时针方向为正方向，因此题干所述的这段时间内，电流为负，且正在减小，符合条件的只有图像中的cd段，故选D.
答案：D
6．答案：B
7．解析：由题图甲、乙可知水对电磁波吸收的波长范围为0～8μm，二氧化碳对电磁波吸收的波长范围为3～5μm和大于13μm的部分，所以能够通过大气层被遥感卫星接收到的波长范围8～13μm，D正确，A、B、C错误．
答案：D
8．解析：一切物体均发出红外线，随着温度不同，辐射强度不同，测量人体温度的测温仪应用的是红外线，故A错误；雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的，故B正确；γ射线可以用来治疗某些癌症，故C正确；给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强，故D正确．
答案：BCD
9．答案：BD
10．解析：FR1中的无线电波比FR2中的无线电波频率小，根据λ＝可知，FR1中的无线电波波长较长，则FR1中的无线电波衍射能力更强，选项A正确，B错误；在真空中传播时，FR2中频率为28000MHz的无线电波波长λ＝＝m≈1.07×10－2m＝10.7mm，选项C正确；在真空中传播时，FR2与FR1中的无线电波的传播速度相同，均为3×108m/s，选项D错误．
答案：AC
11．解析：(1)建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦，而首先证实电磁波存在，并捕捉到电磁波的科学家是赫兹．(2)感应线圈本质上是一个变压器，它利用电磁感应将低压交流电变成数千伏的高电压．由于a、b管上两球间的电压很高，间隙中电场很强，空气分子被电离，从而形成一个导电通路．当火花在感应圈两个金属球间跳动时，必定建立一个快速变化的电磁场．这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播，当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的两个小球间也产生了火花．在赫兹实验中，感应圈成了电磁波发射器，导线环成了电磁波的检测器．
答案：(1)赫兹 (2)①电磁感应 很强 ②电磁波 感应电动势 ③发射器 检测器
12．答案：(1)T2＝4π2LC
(2)如图所示
(3)38.5mH(35.1～41.9mH都算对)
13．解析：第一次测量时汽车到雷达的距离s1＝，
第二次测量时汽车到雷达的距离s2＝，
两次发射时间间隔为t，则汽车车速v＝＝＝.
答案：v＝
14．解析：(1)依题意，有
f＝106.1MHz＝1.061×108Hz
又λ＝
代入数据可得λ≈2.8m.
(2)振荡电路的周期为T＝2π
又f＝
代入数据可得C≈5.6×10－16F.
答案：(1)2.8m (2)5.6×10－16F
15．解析：(1)由T＝2π知，T＝2π×s＝2π×10－3s，t＝×10－3s＝T.断开开关S时，电流最大，经电流最小，电容器两极板间电压最大．在此过程中线圈对电容器充电，右极板带正电荷．(2)t＝π×10－3s＝，此时电流最大，与没有断开开关时的电流大小相等，则I＝＝A＝0.5A.
答案：(1)正电荷 (2)0.5A
(时间：75分钟 满分：100分)
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．
1．根据如图所示的电磁波谱，可以判断下列波中不属于电磁波的是( )
A．消毒用的紫外线B．透视用的X射线
C．教室里的读书声D．遥控器发出的红外线
2．在无线电波广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是( )
A．调谐→高频放大→检波→音频放大B．检波→高频放大→调谐→音频放大
C．调谐→音频放大→检波→高频放大D．检波→音频放大→调谐→高频放大
3．我们身处信息时代，越来越离不开电磁波，以下说法中正确的是( )
A．变化的电场和变化的磁场交替产生电磁波
B．电磁波既可以是横波也可以是纵波
C．在外太空的真空环境下电磁波无法传播
D．电磁波在不同介质中传播时，速度大小不变
4．为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力，对LC振荡电路的结构可采用下列哪些措施( )
A．增大电容器极板的正对面积B．增大电容器极板的间距
C．增大自感线圈的匝数D．提高供电电压
5.
如图所示，i t图像表示LC振荡电路的电流随时间变化的图像．在t＝0时刻，回路中电容器的M板带正电，在某段时间里，回路的磁场能在减小，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
6．[2022·荆州高二检测]使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示．蓝牙通信的电磁波( )
A．是蓝光
B．波长比手机通信的电磁波短
C．在真空中的传播速度大小为340m/s
D．在真空中的传播速度比手机通信的电磁波速度小
7．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况．地球大气中的水(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收．如图甲、乙所示分别为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为( )
A．2.5～3.5μm B．4～4.5μmC．5～7μm D．8～13μm
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．
8．[2022·江苏苏州第一中学期中]关于物理知识在生活中的应用，下列说法正确的是( )
A．机场、车站所用的测量人体温度的测温仪应用的是紫外线
B．雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的无线电设备
C．γ射线可以用来治疗某些癌症
D．医院给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强
9.
以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段.2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜记录．此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示．下列说法正确的是( )
A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波
B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波
C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现
D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
10．第5代移动通信技术(简称5G)，是新一代蜂窝移动通信技术，数据传输速率比4GLTE蜂窝网络快100倍．下表为5G使用的无线电波的频率范围．已知光在真空中的传播速度c＝3×108m/s，1MHz＝1×106Hz，下列说法正确的有( )
频率范围名称 对应的频率范围
FR1 450MHz～6000MHz
FR2 24250MHz～52600MHz
A.FR1比FR2中的无线电波的衍射能力更强
B．在真空中传播时，FR2比FR1中的无线电波的波长更长
C．在真空中传播时，FR2中频率为28000MHz的无线电波波长约为10.7mm
D．在真空中传播时，FR2比FR1中的无线电波的传播速度更大
三、非选择题：本题共5个小题，共54分．
11.
(7分)[2022·邯郸高二检测]如图所示，感应圈G上装两根带有球形电极的铜管a、b构成发射天线，两球的间隙约0.5cm.将一根导线弯成环状，导线两端安装两个小金属球，其间留有空隙，将导线固定到绝缘支架B上靠近感应线圈放置．让感应线圈工作，当电火花在铜管a、b上两个金属球间跳动时，支架B上导线环两端的两个小球间也有电火花跳动．据此回答下列问题．
(1)人类历史上，首先捕捉到电磁波的科学家是________________．
(2)对于这一实验现象的解释如下，请完成其中的填空．
①感应线圈本质上是一个变压器，它利用________________将低压交流电变成数千伏的高电压．由于铜管a、b上两球间的电压很高，间隙中电场________________，空气分子被电离，从而形成一个导电通路．
②当电火花在铜管a、b上的两个金属球间跳动时，必定建立了一个迅速变化的电磁场．这种变化的电磁场以________________的形式在空间快速传播．当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出________________，击穿导线环中的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花．
③在此实验中，感应圈及金属棒构成了电磁波的________________，导线环成了电磁波的________________．
12.
(9分)在LC振荡电路中，如已知电容C，并测得电路的固有振荡周期为T，即可求得电感L.为了提高测量精度，需多次改变C值并测得相应的T值，现将测得的六组数据标示在以C为横坐标、T2为纵坐标的坐标纸上，即图中用“×”表示的点．
(1)T、L、C的关系为________；
(2)根据图中给出的数据点作出T2与C的关系图线；
(3)求得的L值是________．
13．(10分)某高速公路自动测速仪装置如图甲所示，雷达向汽车驶来的方向发射不连续的电磁波，每次发射时间为10－6s，相邻两次发射时间间隔为t.当雷达向汽车发射无线电波时，在显示屏上呈现一个尖波形；在收到反射回来的无线电波时，在显示屏上呈现第二个尖波形．根据两个波形的距离，可以计算出汽车与雷达的距离，根据自动打下的纸带(如图乙所示)，可求出车速(t远大于t1、t2).请根据t1、t2、t、c求出汽车车速的表达式．
14．(12分)[2022·山东日照期中]中央人民广播电台是中国唯一覆盖全国的广播电台，现办有16套无线广播节目，16套节目对不同地区的频率不同，比如第一套节目“中国之声”，在北京地区的调频106.1MHz.已知真空中的光速c＝3×108m/s.(计算结果保留两位有效数字)
(1)求在北京地区“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由LC振荡电路组成，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？
15．(16分)如图所示，线圈L的自感系数为25mH，电阻为零，电容器C的电容为40μF，灯泡D的规格是“4V，2W”．开关S闭合后，灯泡正常发光，S断开后，LC振荡电路中产生振荡电流．若从S断开开始计时，求：
(1)当t＝×10－3s时，电容器的右极板带何种电荷；
(2)当t＝π×10－3s时，LC振荡电路中的电流是多少．
单元素养评价(四) 电磁振荡与电磁波
1．解析：教室里的读书声是声波，根据电磁波谱可知，声波是机械波，不属于电磁波，故C正确．
答案：C
2．解析：在接收的过程中先进行调谐，选出需要的调制好的高频电磁波，由于在传播过程中，电磁波的能量有一定的衰减，对高频信号进行放大，用检波电路把音频信号从高频振荡电流上卸载下来，再对音频进行放大，故A正确．
答案：A
3．解析：根据麦克斯韦建立的电磁场理论可知，变化的电场和变化的磁场交替产生电磁波，故A正确；电磁波一定是横波，故B错误；电磁波既可以在介质中传播，也可以在真空中传播，故C错误；电磁波在不同的介质中传播的速度不同，故D错误．
答案：A
4．解析：要增大无线电台向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由f＝知，减小L和C可以提高f.要减小L可采取减少线圈匝数、向外抽铁芯或抽出铁芯的办法，要减小C可采取增大极板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法．
答案：B
5．解析：某段时间里，回路的磁场能在减小，说明回路中的电流在减小，电容器充电，而此时M带正电，那么一定是给M极板充电，电流方向顺时针．由题意知t＝0时，电容器开始放电，且M极板带正电，结合i t图像可知，电流以逆时针方向为正方向，因此题干所述的这段时间内，电流为负，且正在减小，符合条件的只有图像中的cd段，故选D.
答案：D
6．答案：B
7．解析：由题图甲、乙可知水对电磁波吸收的波长范围为0～8μm，二氧化碳对电磁波吸收的波长范围为3～5μm和大于13μm的部分，所以能够通过大气层被遥感卫星接收到的波长范围8～13μm，D正确，A、B、C错误．
答案：D
8．解析：一切物体均发出红外线，随着温度不同，辐射强度不同，测量人体温度的测温仪应用的是红外线，故A错误；雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的，故B正确；γ射线可以用来治疗某些癌症，故C正确；给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强，故D正确．
答案：BCD
9．答案：BD
10．解析：FR1中的无线电波比FR2中的无线电波频率小，根据λ＝可知，FR1中的无线电波波长较长，则FR1中的无线电波衍射能力更强，选项A正确，B错误；在真空中传播时，FR2中频率为28000MHz的无线电波波长λ＝＝m≈1.07×10－2m＝10.7mm，选项C正确；在真空中传播时，FR2与FR1中的无线电波的传播速度相同，均为3×108m/s，选项D错误．
答案：AC
11．解析：(1)建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦，而首先证实电磁波存在，并捕捉到电磁波的科学家是赫兹．(2)感应线圈本质上是一个变压器，它利用电磁感应将低压交流电变成数千伏的高电压．由于a、b管上两球间的电压很高，间隙中电场很强，空气分子被电离，从而形成一个导电通路．当火花在感应圈两个金属球间跳动时，必定建立一个快速变化的电磁场．这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播，当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的两个小球间也产生了火花．在赫兹实验中，感应圈成了电磁波发射器，导线环成了电磁波的检测器．
答案：(1)赫兹 (2)①电磁感应 很强 ②电磁波 感应电动势 ③发射器 检测器
12．答案：(1)T2＝4π2LC
(2)如图所示
(3)38.5mH(35.1～41.9mH都算对)
13．解析：第一次测量时汽车到雷达的距离s1＝，
第二次测量时汽车到雷达的距离s2＝，
两次发射时间间隔为t，则汽车车速v＝＝＝.
答案：v＝
14．解析：(1)依题意，有
f＝106.1MHz＝1.061×108Hz
又λ＝
代入数据可得λ≈2.8m.
(2)振荡电路的周期为T＝2π
又f＝
代入数据可得C≈5.6×10－16F.
答案：(1)2.8m (2)5.6×10－16F
15．解析：(1)由T＝2π知，T＝2π×s＝2π×10－3s，t＝×10－3s＝T.断开开关S时，电流最大，经电流最小，电容器两极板间电压最大．在此过程中线圈对电容器充电，右极板带正电荷．(2)t＝π×10－3s＝，此时电流最大，与没有断开开关时的电流大小相等，则I＝＝A＝0.5A.
答案：(1)正电荷 (2)0.5A