第四章 电磁波 （含解析）鲁科版（新课标）选择性必修二

鲁科版（新课标）选择性必修二第四章电磁波
一、单选题1.下列有关电磁场、电磁波、电磁波谱的说法，正确的是( )
A. 麦克斯韦电磁理论的两个基本假设之一是“变化的磁场能够在周围空间产生变化的电场”
B. 振荡电路只需有足够高的振荡频率就可以有效发射电磁波
C. 电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失
D. 电磁波谱按波长由长到短的顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线
2.现在人们的生活越来越与电磁波密不可分。例如，我国自主建立的北斗卫星导航系统，所使用的电磁波频率约为，家用所使用的电磁波频率约为。下列说法错误的是( )
A. 可见光也是电磁波
B. 紫外线比无线电波的波长短
C. 射线是频率很高的电磁波
D. 微波炉加热食物，利用了电流通过电阻产生热量的原理
3.自动驾驶是基于通信技术实现网联式全域感知、协同决策与智慧云控，网络使用的无线电波通信频率是以上的超高频段和极高频段，比通信频率在间拥有更大的带宽，则下列说法正确的是( )
A. 麦克斯韦通过自制的实验装置证实了电磁波的存在
B. 在真空中信号比信号传播得更快
C. 发射信号的振荡电路比发射信号的振荡电路的电感自感系数更大
D. 信号相比于信号更不容易绕过障碍物，所以通信需要搭建更加密集的基站
4.英国物理学家麦克斯韦系统地总结了人类直至世纪中叶对电磁规律的研究成果，再加上他本人的创造性工作，得出诸多关于电磁场和电磁波的科学结论。下列关于电磁场和电磁波的说法中错误的是( )
A. 变化的电场所在空间一定会产生磁场
B. 电磁波和机械波一样，它们的传播离不开传播介质
C. 电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式
D. 红外线、可见光、紫外线都是电磁波
5.电磁波的发现和使用极大地改变了人类的生活。下列说法正确的是( )
A. 根据麦克斯韦的电磁理论，变化的磁场产生变化的电场，变化的电场产生变化的磁场
B. 所有物体都发射红外线，人们利用红外线灭菌消毒
C. 与机械波不同，电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播
D. 电磁波在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度相互平行，且二者与波的传播方向垂直
6.下列说法中正确的是( )
A. 在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是射线
B. 电磁波在真空中传播时的电场强度与磁感应强度互相平行
C. 在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制
D. 在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长依次变短，速度依次变小
7.如图所示是沿轴方向传播的电磁波的模型图，带箭头的线段长度表示了场强或磁感应强度大小，已知光速为。下列关于电磁波的说法正确的是( )
A. 电磁波传播空间，一定存在均匀变化的电场
B. 电磁波传播空间，一定存在均匀变化的磁场
C. 图示电磁波在真空中传播的速度一定为
D. 图示电磁波是纵波
8.新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线都是电磁波，下列关于电磁波的说法不正确的是( )
A. 射线是波长最短的电磁波，它比射线的频率还要高
B. 光也是电磁波，电磁波是横波
C. 电磁波中最容易发生干涉、衍射现象的是无线电波
D. 无线电波在发射信号前要对信号调频，调频的方法包括调幅与调制
9.有“中国天眼”美誉的是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置。关于电磁波，下列说法正确的是( )
A. 麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验进行了证实
B. 均匀变化的电场和均匀变化的磁场可以相互激发，形成电磁波
C. 电磁波能传播信息，能传播能量，也能在真空中传播
D. 射线具有很强的穿透本领，可以用来检查人体的内部器官
10.图甲为振荡电路，电路中的电流随时间的变化规律如图乙所示，规定顺时针方向为电流的正方向，则( )
A. 电路的振荡周期为 B. 时，电路中磁场能最大
C. 之间，电容器两端电压在减小 D. 图甲可能对应时刻
11.如图所示的振荡电路，在电容器右侧放置一个用导线与低功率灯泡连接成的闭合电路单刀双掷开关先打到，待电容器充满电后，再打到，此时发现灯泡被点亮，对此下列说法正确的是( )
A. 开关打到瞬间，通过电感的电流最大
B. 若电感中插入铁芯，振荡电流的频率减小
C. 增大电容器两极板距离，振荡电流的频率减小
D. 小灯泡被点亮后会逐渐变暗，是因为其接收到电磁波的频率逐渐减小
12.为了测量储罐中不导电液体的高度，将与外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容置于储罐中，电容可通过开关与电感或电源相连，如图所示当开关从拨到后，由电感与电容构成的振荡电路中产生振荡电流，若此时储罐内的液面高度不断降低，在此过程中的有关结论正确的是( )
A. 电容器的电容一直增加
B. 电容器的电量一直减小
C. 振荡电路的频率减小
D. 当开关从拨到的瞬间，电路里没有电流
13.如图所示的电路中，电容器的上极板右端连接橡皮绳左端绷直但无弹力，橡皮绳右端固定，电容器上极板左端接有拉手，不施加拉力时，电容器上下极板正对。现对拉手施加拉力后保持不变，先把开关拨到，电路稳定后再把开关拨到，测出此时振荡电流的周期就能推算拉力大小。已知该电路振荡电流的周期满足以下关系式，下列说法正确的是( )
A. 开关由拨向瞬间，流经电流传感器的电流为零
B. 开关拨向，电路稳定后，电容器上极板带上负电
C. 开关拨向后，若电路发生阻尼振荡，周期逐渐减小
D. 传感器检测到的振荡电流周期越小，表示施加的拉力越小
14.如图甲所示为某小区进口处的智能道闸系统，其简化示意图如图乙所示，两个车辆检测器的电感线圈分别铺设在自动栏杆前、后的地面下，检测器内部的电容器与电感线圈构成振荡电路，振荡电流如图丙所示，当汽车接近或离开线圈时，使线圈的自感系数发生变化，从而引起振荡电路中的电流频率发生变化，车辆检测器检测到这个变化就发出电信号，“通知”车牌识别器对车辆身份进行鉴别，然后控制自动栏杆抬起或落下，在图丙中，下列说法正确的是( )
A. 时刻电容器两端电压为最小值
B. 时间内，电场能转化为磁场能
C. 若汽车靠近线圈时线圈自感系数增大，则振荡电流的频率升高
D. 时间内，电容器上的电荷量增加
15.为实现自动计费和车位空余信息的提示和统计功能等，某智能停车位通过预埋在车位地面下方的振荡电路获取车辆驶入驶出信息。如图甲所示，当车辆驶入车位时，相当于在线圈中插入铁芯，使其自感系数变大，引起电路中的振荡电流频率发生变化，计时器根据振荡电流的变化进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是( )
A. 时刻，线圈的磁场能为零
B. 由图乙可判断汽车正驶入智能停车位
C. 甲图中振荡电路状态可能处在过程
D. 过程，电容器带电量逐渐增大
二、多选题
16.随着科技的进步，越来越多的人使用蓝牙耳机，手机与基站及耳机的通信如下图所示。若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波，则以下说法正确的是( )
A. 甲、乙波的频率都比可见光的频率小 B. 真空中甲波的传播速度比乙波慢
C. 测量体温时使用的测温枪探测的是乙波 D. 真空中甲波比乙波更长
17.甲、乙、丙、丁四个振荡电路，某时刻振荡电流的方向如图中箭头所示。下列对各回路情况的判断正确的是( )
A. 若甲电路中电流正在增大，则该电路中电容器两端的电压必定在增大
B. 若乙电路中电流正在增大，则该电路中电容器的电场方向必定向下
C. 若丙电路中电流正在减小，则该电路中线圈周围的磁场必定在增强
D. 若丁电路中电流正在减小，则该电路中电容器的电场方向必定向上
18.收音机的调谐电路如图甲所示，改变可变电容器的电容，进而改变调谐电路的频率。某次“调频”后，电路中的高频电流随时间的变化规律为如图乙所示的正弦曲线。下列说法正确的是( )
A. 时刻，电容器两极板之间的电场能最大
B. 时刻，线圈的自感电动势最大
C. 时间内，回路中的磁场能正在向电场能转化
D. 时间内，电容器正在充电
19.如图甲为电容器上极板电量随时间在一个周期内的变化图像，如图乙为振荡电路的某一状态，线圈中磁场方向向上，电容器中电场方向向上，则( )
A. 时刻线圈中自感电动势为零
B. 时间内振荡电路内的电流为逆时针
C. 中某时刻与图乙状态相对应
D. 图乙中电容器极板间电场能逐渐减小
三、实验题
20.如图所示，感应圈上装两根带有球形电极的铜管、构成发射天线，两球的间隙约。将一根导线弯成环状，导线两端分别安装一个小金属球，其间留有空隙，将导线固定到绝缘支架上靠近感应圈放置。让感应圈工作，当电火花在铜管、上的球形电极间跳动时，支架上导线环两端的金属球间也有电火花跳动。据此回答下列问题。
人类历史上，首先捕捉到电磁波的科学家是______。
对于这一实验现象的解释如下，请完成其中的填空。
感应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、上的球形电极间的电压很高，间隙中电场______，空气分子被电离，从而形成一个导电通路。
当电火花在铜管、上的球形电极间跳动时，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中激发出______，使得导线环的空隙中也产生了电火花。
在此实验中，感应圈及铜管构成了电磁波的______，导线环成了电磁波的______。此两空均选填“发射器”或“检测器”
21.如图甲所示，电路中，电容为，电感为。已充电的平行板电容器两极板水平放置。开关断开时，极板间有一带电灰尘恰好处于静止状态。当开关闭合时，回路中的振荡电流图像如图乙所示，不计电路产生的内能及电磁辐射，取。
电路振荡电流的周期______；
经时，电容器内灰尘的加速度大小为______；
线圈中电流最大时，灰尘的加速度大小为______；
回路的磁场能在减小，且电容器上极板带负电，则回路应在______时间段或；
灰尘在遇到极板之前，它的速度______不断增大、不断减小、或周期性增大、减小，加速度最大的时刻可能为______。
四、计算题
22.如图所示，一振荡电路，线圈的电感，电容器的电容，以电容器开始放电的时刻为零时刻，上极板带正电，下极板带负电，求：
此振荡电路的周期。
当时，电容器上极板带何种电荷？电流方向如何？
如电容器两极板间电压最大为，则在前内的平均电流为多大？结果保留两位有效数字
23.电磁波在科学探索和现实生活中有着广泛的应用。取电磁波在真空中的速度。
世界上最大的单口径球面射电望远镜坐落在我国贵州，被誉为“中国天眼”。当火星与地球之间的距离为时，若从火星向地球发射一电磁波信号，求接收到信号所用时间。
已知手机单端天线的长度为接收的电磁波波长的四分之一时，电磁波在天线中产生的感应电动势将达到最大值。如果某手机接收的电磁波频率为，为使感应电动势达到最大值，求该手机单端天线应设计的长度。
某收音机中的电路由固定线圈和可调电容器组成，能够产生到的电磁振荡。已知电路的周期与电容、电感的关系为，求可调电容器的最大电容和最小电容之比。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A、变化的磁场能够在周围空间产生电场，均匀变化的磁场能够在周围空间产生恒定的电场，A错误；
B、有效发射电磁波要有有足够高的振荡频率，还要有开放式发射电路，B错误；
、电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波会继续传播一段距离，C错误，D正确。
2.【答案】
【解析】A、可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，所以可见光也是电磁波，故A正确，不符合题意；
B、由电磁波谱可知紫外线比无线电波的波长短，故B正确，不符合题意；
C、射线是频率很高的电磁波，故C正确，不符合题意；
D、微波炉加热食物，利用了微波加热，不是电流的热效应，古D错误，符合题意。
3.【答案】
【解析】A.麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过自制的实验装置证实了电磁波的存在，故A错误；
B.在真空中信号与信号传播一样快，故B错误；
C.信号比信号波长小，频率高，根据可知，发射信号的振荡电路自感系数更小，故C错误；
D.因信号的频率高，则波长小，信号的频率低，则波长长，则信号比信号更不容易绕过障碍物，所以通信需要搭建更密集的基站，故D正确。故选D。
4.【答案】
【解析】A、变化的电场所在空间一定会产生磁场，故A正确；
B、电磁波的产生原理是变化磁场产生电场，变化的电场产生磁场，它的传播不需要传播介质，故B不正确；
C、电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式，故C正确；
D、红外线、可见光、紫外线都是电磁波，故D正确。
选错误的，故选择。
5.【答案】
【解析】A、根据麦克斯韦电磁理论，变化的磁场产生电场，均匀变化的磁场产生恒定的电场；变化的电场产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，故A错误；
B、所有物体都发射红外线，人们利用紫外线灭菌消毒，故 B错误；
C、电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，故 C正确；
D、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，故D错误。
6.【答案】
【解析】、在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线，射线和射线的波长依次变短，但波速不变，由明显衍射的条件知，在电磁波谱中，最不容易发生衍射现象的是射线，故AD错误；
B、电磁波是横波，在真空中传播时的电场强度与磁感应强度互相垂直，故B错误；
C、在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制，故C正确。
7.【答案】
【解析】解：、根据麦克斯韦电磁场理论，非均匀变化的电场产生变化的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场；均匀变化的电场或磁场产生稳定的磁场或电场，稳定的磁场或电场不产生电场或磁场，故AB错误；
C、电磁波在真空中传播的速度与光速相同，都是，故C正确；
D、由于电磁波的磁场矢量和电场矢量都与传播方向垂直，因此电磁波是横波，故D错误。
故选：。
根据麦克斯韦电磁场理论分析作答；
C.在真空中电磁波传播的速度与光速相同，据此分析作答；
D.根据横波的定义结合电磁波传播的模型图分析作答。
本题考查了电磁波的相关知识，要能深刻理解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁波是横波以及电磁波在真空中的传播速度。
8.【答案】
【解析】A.射线是波长最短的电磁波，它比射线的频率还要高，故A正确；
B.电磁波包括可见光，电磁波是横波，故B正确；
C.电磁波中无线电波波长最长，最易发生干涉、衍射现象，故C正确；
D.无线电波发射时，使电磁波随着信号而改变就称为调制，分为调频和调幅两种，调频是使高频振荡的频率随信号而改变，调幅是使高频振荡的振幅随信号而改变，故D错误。
本题选不正确的，故选D。
9.【答案】
【解析】A、麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验进行了证实，故 A错误
B、均匀变化的电场能够产生稳定的磁场， 均匀变化的磁场能够产生稳定的电场， 不能够相互激发，形成电磁波，故 B错误
C、电磁波能传播信息，能传播能量，也能在真空中传播，故 C正确
D、射线具有很强的穿透本领，可以轻易穿透人体，不能够用来检查人体的内部器官，故 D错误．
10.【答案】
【解析】A.根据题图乙可知电路的振荡周期为，故 A错误
B.时间内，电流减小，电容器充电，磁场能向电场能转化，时，电流为零，电路中电场能最大，故 B错误
C.∽之间，电流增大，电容器放电，根据可知电容器两端电压在减小，故C正确
D.根据右手螺旋定则可知电流为顺时针方向，电容器上极板带正电，则电容器在充电，电流减小，而图乙中时刻电流在变大，所以图甲不可能对应时刻，故 D错误。
11.【答案】
【解析】A、开关打到瞬间，通过电感的电流为零最小，此后电容器放电过程缓慢增大，故A错误；
B、若电感中插入铁芯，电感的自感系数增大，振荡电流的频率减小，故B正确；
C、增大电容器两极板距离，电容器的电容减小，振荡电流的频率增大，故C错误；
D、小灯泡被点亮后会逐渐变暗，是因为其接收到电磁波的磁通量的变化率逐渐减小，故 D错误。
12.【答案】
【解析】、两块平行金属板构成的电容器中间的液体就是一种电介质，当液体的高度降低时，相当于插入两极板的电介质越少，电容越小，故A错误；
C、根据周期，电容减小时，振荡周期减小，由可以判断回路的振荡频率增大，故C错误；
当从 拨到 的瞬间，电容器放电，线圈中的电流最小，为零，之后电容器进行放电充电过程，电容器的电量不是一直减小，故B错误，D正确。
故选D。
13.【答案】
【解析】、开关拨向，电路稳定后，上极板和正极相连，带正电，开关由拨向 瞬间，电容器开始放电，此时流经电流传感器的电流为零，故A正确，B错误；
C、开关拨向后，若电路发生阻尼振荡，则振幅减小，由 可知周期不变，故C错误；
D、测量时，传感器检测到的电流周期越小，说明越小，由 得平行板正对面积减小，说明拉力越大，故D错误。
故选A。
14.【答案】
【解析】A. 时间内电流在减小，说明电容器在充电， 时刻充电结束，电容器两端电压为最大值，故A错误；
B. 时间内，电流逐渐增大，电容器放电，电场能转化为磁场能，故B正确．
C.汽车靠近线圈；相当于给线圈加铁芯，自感系数增大，由
知频率减小，选项C错误；
D. 时间内电流在增大，说明电容器在放电，电荷量减少，选项D错误。
故选B。
15.【答案】
【解析】A. 时刻电流最大，此时电容器中电荷量为零，电场能最小，磁场能最大，A错误；
B.由图乙可知，震荡电路的周期变小，根据 可知线圈自感系数变小，则汽车正驶离智能停车位，故B错误；
C.甲图中振荡电路状态为充电状态， 时间电流逐渐减小，所以可能处在过程， C正确；
D. 过程，电流逐渐增大，电场能逐渐转化为磁场能，电容器处于放电过程，电容器带电量逐渐减小，D错误。
故选C。
16.【答案】
【解析】A.由图可知甲、乙两列波的波长都比可见光波长长，由可得，甲、乙两列波的频率都比可见光的频率小，选项A正确；
B.所有频率的电磁波在真空中的传播速度都为，选项B错误；
C.测量体温时使用的测温枪探测的是红外线，而通信用的是无线电波，选项C错误；
D.真空中甲波的波长比乙波长，选项D正确。
17.【答案】
【解析】【分析】
本题考查电磁振荡过程。在振荡过程中，电容器充电过程电流减小，电势差增大，通过电流方向确定电容极板带电情况；电容放电过程电流增大，电势差减小，通过电流方向确定电容极板带电情况。
【解答】
A.当电流逐渐增大时，电容器正放电，电压减小，电压和电动势大小始终相等，所以电动势减小，A错误；
B.当电流逐渐增大时，电容器正放电，电流从正极板流出，故电容器上极板带正电，电场方向向下，B正确；
C.当电流减小时，线圈周围磁场减小，C错误；
D.当电流减小时，电容器正充电，电流流向正极板，下极板带正电，电场向上，D正确。
故选BD。
18.【答案】
【解析】A.根据图像可知时刻，电流最大，回路的磁场能最大，电容器两极板之间的电场能最小；故A错误；
B.根据可知时刻，图像的斜率最大，线圈的自感电动势最大；故B正确；
C.时间内，电流增大，磁场能增大，回路中的电场能正在向磁场能转化；故C错误；
D.时间内，电流减小，磁场能减小，电场能增大，电容器正在充电；故D正确。
19.【答案】
【解析】在时刻，上极板电量达到最大值，电流达到最小值，电流变化率达到最大，此时自感电动势达到最大，故A错误；
B.时间内，上极板电量为正，且减小，回路内的电流为逆时针，故B正确；
C.中，上极板电量为负，下极板电量为正，由于上极板负电量不断增大，线圈电流逆时针，而电量增加的越来越慢，故电流减小，由右手定则可得磁场方向向上，故C正确；
D.图乙过程可以对应：过程，此过程电容电量增大，极板间电场能逐渐增大，D错误。
20.【答案】赫兹； 很强；电磁波；感应电动势；发射器；检测器
【解析】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的科学家是赫兹；
感应线圈本质上是一个变压器，它利用电磁感应定律将低压交流电变成数千伏的高电压；由于、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；
在此实验中，感应圈及金属棒构成了电磁波的发射器，导线环成了电磁波的检测器。
故答案为：赫兹；很强；电磁波；感应电动势；发射器；检测器。
21.【答案】 不断增大 ，
【解析】由电磁振荡的周期公式可得：
开关断开时，灰尘恰好静止，则有
当时，电流，电荷量最大但电场的方向与开始时相反，则有，
可得：
电流最大时，电荷量为，灰尘只受重力，可得：
回路的磁场能在减小，则电流也在减小，又上极板带负电，故只能时段；
接通后电容器先放电，该过程中灰尘向下做加速运动，加速度逐渐增大，速度逐渐增大；随后电容器反向充电，此过程中电场的方向与开始时相反，所以灰尘受到的电场力的方向与重力的方向相同，所以灰尘受到的合外力逐渐增大，灰尘向下做加速运动，加速度逐渐增大，速度逐渐增大；再然后后电容器反向放电，该过程中灰尘仍然向下做加速运动，但加速度逐渐减小，速度逐渐增大；然后电容器反向充电，此过程中电场的方向与开始时相同，所以灰尘受到的电场力的方向与重力的方向相反，所以灰尘受到的合外力逐渐减小，灰尘向下做加速运动，加速度逐渐减小，速度逐渐增大，可知灰尘将一直做加速运动，但加速度先增大后减小。结合运动的周期性可知，加速度最大的时刻为：，
故答案为：；；；；不断增大，，
22.【答案】根据
可得，此振荡电路的周期为
当 时，即在从 时刻开始的第二个 周期内，电容器充电，此时上极板带负电荷，电流沿逆时针方向。
如电容器两极板间电压最大为 ，则电容器带电荷量最大值为
则在前 内的平均电流为

23.【答案】设火星与地球之间距离为，所用时间为，根据
得
设天线长度为，接受的电磁波频率为、波长为 ，根据
可得
由题意 ，可得
根据 和 ，可得
当 时，最大，设为 ； 时，最小，设为 ，
可得。
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