第4章 电磁振荡与电磁波 章末综合巩固试题 2024-2025学年物理人教版(2019) 选择性必修第二册
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| 名称 | 第4章 电磁振荡与电磁波 章末综合巩固试题 2024-2025学年物理人教版(2019) 选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 916.3KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-05-06 10:10:25 | ||
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第4章 电磁振荡与电磁波 章末综合巩固试题
2024-2025学年物理人教版(2019) 选择性必修第二册
一、单选题
1．1820年奥斯特发现了电流的磁效应，1831年法拉第提出了电磁感应现象从而引发人们对电磁场理论与电磁波存在的预言和实践研究。最先提出电磁场理论并预言电磁波存在，以及用电火花实验证实电磁波存在的物理学家分别是（ ）
A．安培和亨利 B．奥斯特和法拉第
C．麦克斯韦和科拉顿 D．麦克斯韦和赫兹
2．在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．当体温超过37.3℃时人体才辐射红外线
B．当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线
C．红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D．红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的
3．关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关
B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C．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
D．电磁波的传播需要介质
4．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线合起来，形成了范围非常广阔的电磁波谱，不同的电磁波产生的机理不同，表现出的特性也不同，因而其用途也不同．下列应用中符合实际的是（ ）．
A．医院里常用紫外线对病人进行透视
B．医院里常用X射线照射病房和手术室进行消毒
C．用红外射线处理医院排放的污水，可杀死各种病原体，保护环境免受污染
D．用射线照射马铃薯，可防止其发芽，以便长期保存
5．某广播电台的发射功率为10kW，所发射的电磁波在空气中的波长为187.5m，若发射的光子在各个方向是均匀的，离天线2.5km处，直径为2m的环状天线接收功率为（ ）
A．4.0×10－4W B．8.0×10－3W
C．2.0×10－5W D．2.0×10－4W
6．关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是（ ）
A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体
B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康
C．电磁波中频率最大的是X射线
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
7．如图所示为电视接收过程示意图，其工作过程顺序正确的是（ ）
A．解调——放大——调谐——显示
B．调谐——放大——解调——显示
C．调谐——解调——放大——显示
D．放大——调谐——解调——显示
8．关于电磁波的发射，下列说法中正确的是（ ）
A．各种频率的电磁振荡都能发射电磁波，只是发射的能量所占振荡总能量的比例不同罢了，振荡周期越大，越容易发射电磁波
B．为了有效向外发射电磁波，振荡电路必须采用开放电路，同时提高振荡频率
C．为了有效向外发射电磁波，振荡电路不必采用开放电路，但要提高振荡频率
D．提高振荡频率和电路开放是发射电磁波的必要手段，振荡电路开放的同时，其振荡频率也随之提高
9．2019年央视春晚深圳分会场首次成功实现4K超高清内容的5G网络传输。2020年我国将全面进入5G万物互联的商用网络新时代。所谓5G是指第五代通信技术，采用3300~5000MHZ频段的无线电波。现行的第四代移动通信技术4G，其频段范围是1880~2635MHZ。5G相比4G技术而言，其数据传输速度提升了数十倍，容量更大，时延大幅度缩短到1毫秒以内，为产业革命提供技术支撑。根据以上内容结合所学知识，判断下列说法正确的是（ ）
A．4G信号是纵波，5G信号是横波
B．4G信号和5G信号相遇能产生干涉现象
C．4G信号比5G信号更容易发生衍射现象
D．4G信号比5G信号在真空中的传播速度更小
10．用一自感系数为L的线圈和一电容器构成一半导体的调谐电路，要使该调谐电路能接收到波长为λ的无线电波，则电容器的电容应为（已知无线电波在空气中的速度为c）（ ）
A． B． C． D．
11．如图所示的是一个水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同，现将一直径略小于槽宽的带正电的绝缘小球放在槽中，它的初速度为v0，磁感应强度的大小随时间均匀增大（已知均匀变化的磁场将产生恒定的感生电场），则（ ）
A．小球受到的向心力大小不变
B．小球受到的向心力大小不断增大
C．磁场力对小球做了功
D．小球受到的磁场力大小与时间成正比
12．如图所示，LC振荡电路中电容器的电容为C，线圈的自感系数为L，电容器在图示时刻所带的电荷量为Q。若图示时刻电容器正在放电，至放电完毕所需时间为；若图示时刻电容器正在充电，则充电至电容器所带电荷量最大所需时间为（ ）
A． B． C． D．
二、多选题
13．下列关于电磁波的说法中正确的是（ ）
A．只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波
B．电磁波的传播需要介质
C．停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在
D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的
14．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，则电容器正在充电，电流由b向a
B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电
C．若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上极板带正电
D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
15．如图甲所示的电路中，L是电阻不计的电感线圈，C是电容器（原来不带电），闭合开关S，待电路达到稳定状态后再断开开关S，LC回路中将产生电磁振荡。如果规定电感线圈中的电流方向从a到b为正，断开开关的时刻为，那么断开开关后（ ）
A．图乙可以表示电感线圈中的电流i随时间t的变化规律
B．图丙可以表示电感线圈中的电流i随时间t的变化规律
C．图乙可以表示电容器左极板的电荷量q随时间t的变化规律
D．图丙可以表示电容器右极板的电荷量q随时间t的变化规律
16．如图所示，华为Mate40系列手机一经面世，受到世人追捧，除了领先世界的5G通讯、信息安全以外，人们还可以体验它无线充电的科技感。右图为无线充电原理图，由与充电底座相连的送电线圈和与手机电池相连的受电线圈构成。当送电线圈通入周期性变化的电流时，就会在受电线圈中感应出电流，从而实现为手机充电。在充电过程中（ ）
A．送电线圈中产生均匀变化的磁场
B．送电线圈中产生周期性变化的磁场
C．无线充电的原理是互感现象
D．手机电池是直流电源，所以受电线圈输出的是恒定电流
17．各地接收卫星电视讯号的抛物面天线如图所示，天线顶点和焦点的连线（OO′）与水平面间的夹角为仰角α，OO′在水平面上的投影与当地正南方的夹角为偏角β，接收定位于东经105.5°的卫星电视讯号（如CCTV-5）时，OO′连线应指向卫星，则我国各地接收天线的取向情况是（我国自西向东的经度约为73°～135°）（ ）
A．有可能β=0，α=90°
B．与卫星经度相同的各地，α随纬度增加而减小
C．经度大于105°的各地，天线是朝南偏东的
D．在几十甚至几百平方千米的范围内，天线取向几乎是相同的
18．如图所表示的是伦琴射线管的装置示意图，关于该装置，下列说法正确的是（ ）
A．E1是低压交流电源，E2是高压直流电源，且E2的右端为电源的正极
B．射线D、F均是电子流
C．射线D是电子流、射线F是X射线
D．射线D是X射线、射线F是电子流
19．如图所示，2020年11月13日，万米深潜器“奋斗者号”再次深潜至地球的最深处——马里亚纳海沟。借助无线电波、激光等传输信号，实现深潜器舱内和海底作业的电视直播。下列选项正确的是（ ）
A．在海水中，无线电波无法传播，所以要借助激光传输信号
B．无线电波、激光都是横波
C．信号传输到电视台实现直播的过程中无时间延迟
D．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在，带来了通信技术的快速发展
三、解答题
20．一个 LC 电路产生电磁振荡。以横坐标轴表示时间，纵坐标轴既表示电流又表示电压，在同一坐标系内画出的该电路中电流和电容器两极板间电压随时间变化的 i t 图像和 u t 图像。在图像中的一周期内，哪段时间电场能在增大？电场能最大时电流和电压的大小有什么特点？哪段时间磁场能在增大，磁场能最大时电流和电压的大小有什么特点？
21．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？
22．一个电路产生电磁振荡。以横坐标轴表示时间，纵坐标轴既表示电流又表示电压，试在同一坐标系内，从某一次放电开始，画出该电路中电流和电容器两极板间电压随时间变化的图像和图像。
23．有一种家用取暖器，外形如图甲所示，它是由电热丝发热达到取暖的目的；如果从侧面剖开，它的主要结构如图乙所示，其中Q为电热丝，MN为一个内表面极为光滑的金属弧面．
(1)电热丝通电后产生的是什么？它通过MN的内表面产生什么反射？
(2)弧面金属板MN与下列哪种器材的作用相似？
(3)电热丝安装在图示位置的目的是使热能怎么样射出？
24．有些知识我们可能没有学过，但运用我们已有的物理思想和科学方法，通过必要的分析和推理可以解决一些新的问题。例如简谐运动是我们研究过的一种典型运动形式，它的一个特征是质点运动时，位移与时间的关系遵从正弦函数规律，呈现出周期性，其运动的周期，式中m为振动物体的质量，k为回复力与位移间的比例系数。
（1）试证明在小角度下，单摆做简谐运动，并根据简谐运动周期的公式推导出单摆振动频率f的表达式（已知单摆的摆长为L、摆球质量为m、当地重力加速度为g）；
（2）在弹吉他时，当拨动琴弦时，琴弦会发生振动，琴弦振动的频率f由琴弦的质量m、长度L和张力F共同决定，假设琴弦振动时，振幅很小，且琴弦的张力保持不变，
a．请通过分析，写出琴弦振动的频率f与琴弦的质量m、长度L和张力F的关系式；
b．现将此琴弦的长度裁剪为原来的一半，试求琴弦振动的频率将变为多少？
（注：严格的说，琴弦上的驻波会形成多种频率的振动的叠加。此题中我们不考虑其他驻波的影响，即只需关注琴弦上基波的频率。不懂驻波的同学可以不用管这一条注释，不影响解题）
（3）简谐运动也具有一些其他特征，如简谐运动质点的运动速度v与其偏离平衡位置的位移x之间的关系就都可以表示为，其中为振动质点通过平衡位置时的瞬时速度，a为由系统本身和初始条件所决定的不变的常数。我们曾利用此式证明了双弹簧振子的运动是简谐运动。
现在对一个LC振荡电路，请证明电路中电容器极板上的电荷量随时间的变化满足简谐运动的规律（即电荷量与时间的关系遵从正弦函数规律），并求出电磁振荡频率f的表达式。已知电感线圈中磁场能的表达式为，式中L为线圈的自感系数，I为线圈中电流的大小；电容器中电场能的表达式为。
参考答案
1．D
最先提出电磁场理论并预言电磁波存在的物理学家是麦克斯韦，用电火花实验证实电磁波存在的物理学家是赫兹，故D正确，ABC错误。
故选D。
2．D
AB．凡是温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射，故人体一直都会辐射红外线，故A错误，B错误；
CD．人身体各个部位体温是有变化的，所以辐射的红外线强度就会不一样，温度越高红外线强度越高，温度越低辐射的红外线强度就越低，所以通过辐射出来的红外线的强度就会辐射出个各部位的温度；红外体温计并不是靠体温计发射红外线来测体温的，故C错误，D正确。
故选D。
3．B
A. 电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关，选项A错误；
B. 周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波。选项B正确；
C. 电磁波在传播过程中可以发生干涉、衍射，也可以发生反射和折射，选项C错误；
D. 电磁波可以在真空中传播，不需要介质，选项D错误。
故选B。
4．D
A．X射线具有较强的穿透能力，医院里常用X射线对病人进行透视，故A错误；
B．紫外线有显著的化学作用，可利用紫外线消毒，也可以用来验钞，故B错误；
C．紫外线有显著的化学作用，可利用紫外线消毒，所以用紫外线处理医院排放的污水，可杀死各种病原体，保护环境免受污染，故C错误；
D．用γ射线照射马铃薯，可防治其发芽，以便长期保存，故D正确。
故选D。
5．A
以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积S=4πR2．而环状天线的面积S′=πr2，所以
接收功率
故A正确，BCD错误。
故选A。
6．D
A.X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，A错误；
B.过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；
C.电磁波中频率最大的是γ射线，C错误；
D.紫外线和X射线都具有明显的化学反应，可以使感光底片感光，故D正确。
故选D
7．C
天线接收电磁波；调谐器选出某一频率的电磁波；经高频放大后，从高频电磁波中取出音频电信号，经检波器后送到扬声器；扬声器把音频电信号转换成声音，故接收过程的顺序为调谐→解调→放大→显示
故选C。
8．B
A．根据振荡频率知，振荡周期越大，振荡频率越小，越不容易辐射电磁波，故A错误。
BC．为了有效向外辐射电磁波，振荡电路必须采用开放电路，同时提高振荡频率。故B正确，C错误。
D．提高振荡频率和电路开放是发射电磁波的必要手段，振荡电路开放的同时，振荡频率不变，故D错误。
故选B。
9．C
A．4G信号和5G信号都是电磁波，而电磁波是横波，故这些4G和5G信号都是横波，选项A错误；
B．由于干涉的条件是频率相等，而4G信号和5G信号的频率不相等，故它们相遇不能产生干涉现象，选项B错误；
C．波长越长越容易发生衍射现象。而4G信号的频率小，故它的波长大，所以4G信号更容易发生衍射现象，选项C正确；
D．4G信号和5G信号都是电磁波，它们在真空中的传播速度都是光速，都是相等的，选项D错误。
故选C。
10．D
由λ= 可得波长为λ的无线电波的频率f= ，故调谐电路的频率也为f，又f=，所以
得
C=
故D正确ABC错误。
故选D。
11．B
AB．由麦克斯韦电磁场理论可知，磁感应强度随时间均匀增大时，将产生一个恒定的感应电场，由楞次定律可知，此电场方向与小球初速度方向相同，由于小球带正电，电场力对小球做正功，小球的速度逐渐增大，向心力也随着增大，故A错误，B正确；
C．洛伦兹力与速度方向垂直，对运动电荷不做功，C错误；
D．带电小球所受洛伦兹力
随着速度的增大而增大，同时B与t成正比，则F与t不成正比，故D错误。
故选B。
12．C
LC振荡电路在一个周期内电容器会充电两次、放电两次，每次充电或放电的时间均为
根据题意，电容器所带的电荷量由Q减小到零所需时间为
说明电容器所带的电荷量由最大放电到Q所需时间为
则电容器所带电荷量由Q充电至最大所需时间同样为
故选C。
13．CD
A．要想产生持续的电磁波，变化的电场（或磁场）产生的磁场（或电场）必须是周期性变化的，故A错误；
B．电磁波是物质波，电磁波的传播不需要介质，故B错误；
C．电磁波可以脱离“波源”而独立存在，故C正确；
D．电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传播过程，故D正确。
故选CD。
14．ABC
AB．若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a，电场能增大，上极板带负电，AB正确；
CD．若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，C正确，D错误。
故选ABC。
归纳总结：判断LC回路处于放电过程还是充电过程的方法：电流流向带正电的极板，电荷量增加，磁场能向电场能转化，电场能增加，电流减小，磁场能减少，处于充电过程；电流流出带正电的极板，电荷量减少，电场能向磁场能转化，电场能减少，电流增大，磁场能增加，处于放电过程。
15．AD
S接通电路达到稳定状态时，线圈内有电流而电容器两端没有电压，线圈中的电流从a流向b，断开开关瞬间，线圈内的电流要减小，而线圈的感应电动势阻碍电流减少，则电流方向不变，大小在慢慢减小，同时对电容器充电，电容器的右极板先带正电；
当电容器充电完毕时，电流为零，右极板带正电荷量达到最大。接着电容器放电，电流方向与之前相反，大小在不断增大。电容器放电完毕时，电流达到反向最大；之后电容器与线圈组成的LC回路重复充放电过程，在LC回路中形成电磁振荡，回路中出现余弦式电流，电容器右极板上的电荷量q随时间t按正弦规律变化，故A、D正确，B、C错误。
故选AD。
16．BC
AB．由于送电线圈中通入周期性变化的电流时，根据麦克斯韦理论可知送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化，A错误B正确；
C．无线充电利用的是电磁感应原理，所以送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，C正确；
D．周期性变化的磁场会产生周期性变化的电场，输出不是恒定电流，D错误。
故选BC。
17．BD
如图所示，α随纬度的增大而减小，我国不在赤道上，α不可能为零，经度大于105°的各地，天线应该朝南偏西，由于地球很大，卫星距地面很高，几十甚至几百平方千米的范围内天线取向几乎是相同的。
故选BD。
18．AC
（1）电源的作用是使阴极发出电子，可用低压交流电源，也可用直流电源（蓄电池）；电源的作用是加速电子，让电子获得很高的能量去轰击对阴极，使阴极发出X射线，因而电源应为高压直流电源，且右端为电源的正极，A正确；
（2）射线D是高速电子流，而F是高速电子流打在对阴极上的金属原子中的内层电子受到激发跃迁而产生的x射线，B、D错误，C正确；
故本题选AC．
电源的作用是使阴极发出电子，可用低压交流电源，也可用直流电源（蓄电池），射线D是电子流．电源的作用为加速电子，应为高压直流电源；射线D是高速电子流，而射线F是高速电子流打在对阴极上的金属原子中的内层电子受到激发跃迁而产生的x射线．
19．AB
A．奋斗者号上的舱内摄像头拍摄的数值画面编码后经激光中的蓝色激光产生闪烁的信号传送信息，沧海号上接收到闪烁信号后，经调制转换成数字画面，再由光纤微缆传送给海面的探索2号，再经卫星天线传送到通信卫星，再到电视台转播，A正确；
B．无线电波和激光都是电磁波，电磁波是横波，B正确；
C．信号传输是由经通信卫星传到电视台实现直播的，信号都有一定的传输速度，所以传输中有时间延迟，C错误；
D．麦克斯韦预言电磁波的存在，而赫兹由电火花实验证实了电磁波的存在，D错误。
故选AB。
20．见详解
在同一坐标系内画出的该电路中电流和电容器两极板间电压随时间变化的 i t 图像和 u t 图像。
t1-t2、t3-t4电场能增大，电场能最大时电流为零和电压最大；0-t1、t2-t3磁场能增大，磁场能最大时电流最大和电压为零。
21．见解析
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。
22．
电路中电流和电容器两极板间电压随时间变化的图像和图像如下图
t=0时刻，电容器刚要放电的瞬间，电容器两极板间电压最大，电路中电流为0，由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由0逐渐增大。t=时刻，放电完毕，电路中电流达到最大，电容器两极板上没有电荷，其电压为0.电容器放电完毕后，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为0，而是保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，由于电流继续流动，电容器充电，电容器两极板带上与原来相反的电荷并且电荷逐渐增多。t=时刻，充电完毕，电流减小为0，电容器两极板上的电荷最多，其电压也达到最大。此后，电容器再放电，电路中电流逐渐增大，电容器两极板间电压逐渐减小。t=时刻，放电完毕，电路中电流达到最大，电容器两极板上电压为0。接着，电流继续给电容器充电，电流逐渐减小，电容器两极板间电压逐渐增大。t=T时刻，充电完毕，电流减小为0，电容器两极板上的电荷最多，其电压也达到最大。由图可知，两条图线的相位不相同，电压的相位超前电流的相位。
23．(1)产生热量, 镜面反射 (2) 凹面镜 (3)平行射出
(1)一切物体都向外辐射红外线，当电热丝通电后，向外辐射红外线，产生热量．当红外线射到表面极为光滑的金属弧面发生镜面反射．
(2)弧面金属板MN形状与凹面镜相似，平行光经凹面镜反射后，反射光线会会聚在焦点上．
光路是可逆的，灯丝处于焦点处，故产生平行光向外辐射．
(3)根据光路的可逆性，当把光源放在焦点时，则会得到平行光．
凹面镜在生活中的应用很多，它也是面镜，对光线有反射作用，这点许多同学容易和透镜混淆，一定注意．另外，凹面镜和凹透镜不同，凹面镜对光线的作用是会聚的．
24．（1）；（2）a．，b．；（3），
（1）对摆球受力分析如图
单摆摆球的重力沿着切线方向的分力提供回复力，该力的大小为
由于
故
故
方向总是指向平衡位置，有
而常数
代入简谐运动的周期公式
可得单摆的周期公式为
单摆的振动频率为
联立解得
故单摆振动频率f的表达式为。
（2）a．频率f的单位是，质量m的单位是kg，长度L的单位是m，弹拨力F的单位是
从单位方面分析只有组合才能得到频率的单位。增加一个系数c可得公式
b．现将此琴弦的长度裁剪为原来的一半，有
因长度裁剪为原来的一半，所以琴弦的质量也变为原来的一半，有
故有
则有
故关系式为，琴弦振动的频率将变为2f。
（3）由简谐振动过程中的机械能守恒，有
整理可得
故常数为
由弹簧振子的振动周期，结合可得
而LC振荡电路的总能量包括电容器的电场能和电感线圈中的磁场能，其总能量是守恒的，有
整理可得
而电容器的电荷量为
代入可得
与类比可知，电荷量q类比为位移x，电流I类比为速度v，因电流关于时间成正弦函数规律，可推得电荷量随时间的变化满足简谐运动的规律，而常数为
根据弹簧振子的周期为
代入可知
由周期可知电磁振荡的频率公式为
故电容器极板上的电荷量随时间的变化满足简谐运动的规律为且满足正弦变化规律，电磁振荡频率f的表达式为。
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第4章 电磁振荡与电磁波 章末综合巩固试题
2024-2025学年物理人教版(2019) 选择性必修第二册
一、单选题
1．1820年奥斯特发现了电流的磁效应，1831年法拉第提出了电磁感应现象从而引发人们对电磁场理论与电磁波存在的预言和实践研究。最先提出电磁场理论并预言电磁波存在，以及用电火花实验证实电磁波存在的物理学家分别是（ ）
A．安培和亨利 B．奥斯特和法拉第
C．麦克斯韦和科拉顿 D．麦克斯韦和赫兹
2．在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．当体温超过37.3℃时人体才辐射红外线
B．当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线
C．红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D．红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的
3．关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关
B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C．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
D．电磁波的传播需要介质
4．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线合起来，形成了范围非常广阔的电磁波谱，不同的电磁波产生的机理不同，表现出的特性也不同，因而其用途也不同．下列应用中符合实际的是（ ）．
A．医院里常用紫外线对病人进行透视
B．医院里常用X射线照射病房和手术室进行消毒
C．用红外射线处理医院排放的污水，可杀死各种病原体，保护环境免受污染
D．用射线照射马铃薯，可防止其发芽，以便长期保存
5．某广播电台的发射功率为10kW，所发射的电磁波在空气中的波长为187.5m，若发射的光子在各个方向是均匀的，离天线2.5km处，直径为2m的环状天线接收功率为（ ）
A．4.0×10－4W B．8.0×10－3W
C．2.0×10－5W D．2.0×10－4W
6．关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是（ ）
A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体
B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康
C．电磁波中频率最大的是X射线
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
7．如图所示为电视接收过程示意图，其工作过程顺序正确的是（ ）
A．解调——放大——调谐——显示
B．调谐——放大——解调——显示
C．调谐——解调——放大——显示
D．放大——调谐——解调——显示
8．关于电磁波的发射，下列说法中正确的是（ ）
A．各种频率的电磁振荡都能发射电磁波，只是发射的能量所占振荡总能量的比例不同罢了，振荡周期越大，越容易发射电磁波
B．为了有效向外发射电磁波，振荡电路必须采用开放电路，同时提高振荡频率
C．为了有效向外发射电磁波，振荡电路不必采用开放电路，但要提高振荡频率
D．提高振荡频率和电路开放是发射电磁波的必要手段，振荡电路开放的同时，其振荡频率也随之提高
9．2019年央视春晚深圳分会场首次成功实现4K超高清内容的5G网络传输。2020年我国将全面进入5G万物互联的商用网络新时代。所谓5G是指第五代通信技术，采用3300~5000MHZ频段的无线电波。现行的第四代移动通信技术4G，其频段范围是1880~2635MHZ。5G相比4G技术而言，其数据传输速度提升了数十倍，容量更大，时延大幅度缩短到1毫秒以内，为产业革命提供技术支撑。根据以上内容结合所学知识，判断下列说法正确的是（ ）
A．4G信号是纵波，5G信号是横波
B．4G信号和5G信号相遇能产生干涉现象
C．4G信号比5G信号更容易发生衍射现象
D．4G信号比5G信号在真空中的传播速度更小
10．用一自感系数为L的线圈和一电容器构成一半导体的调谐电路，要使该调谐电路能接收到波长为λ的无线电波，则电容器的电容应为（已知无线电波在空气中的速度为c）（ ）
A． B． C． D．
11．如图所示的是一个水平放置的玻璃圆环形小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同，现将一直径略小于槽宽的带正电的绝缘小球放在槽中，它的初速度为v0，磁感应强度的大小随时间均匀增大（已知均匀变化的磁场将产生恒定的感生电场），则（ ）
A．小球受到的向心力大小不变
B．小球受到的向心力大小不断增大
C．磁场力对小球做了功
D．小球受到的磁场力大小与时间成正比
12．如图所示，LC振荡电路中电容器的电容为C，线圈的自感系数为L，电容器在图示时刻所带的电荷量为Q。若图示时刻电容器正在放电，至放电完毕所需时间为；若图示时刻电容器正在充电，则充电至电容器所带电荷量最大所需时间为（ ）
A． B． C． D．
二、多选题
13．下列关于电磁波的说法中正确的是（ ）
A．只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波
B．电磁波的传播需要介质
C．停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在
D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的
14．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，则电容器正在充电，电流由b向a
B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电
C．若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上极板带正电
D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
15．如图甲所示的电路中，L是电阻不计的电感线圈，C是电容器（原来不带电），闭合开关S，待电路达到稳定状态后再断开开关S，LC回路中将产生电磁振荡。如果规定电感线圈中的电流方向从a到b为正，断开开关的时刻为，那么断开开关后（ ）
A．图乙可以表示电感线圈中的电流i随时间t的变化规律
B．图丙可以表示电感线圈中的电流i随时间t的变化规律
C．图乙可以表示电容器左极板的电荷量q随时间t的变化规律
D．图丙可以表示电容器右极板的电荷量q随时间t的变化规律
16．如图所示，华为Mate40系列手机一经面世，受到世人追捧，除了领先世界的5G通讯、信息安全以外，人们还可以体验它无线充电的科技感。右图为无线充电原理图，由与充电底座相连的送电线圈和与手机电池相连的受电线圈构成。当送电线圈通入周期性变化的电流时，就会在受电线圈中感应出电流，从而实现为手机充电。在充电过程中（ ）
A．送电线圈中产生均匀变化的磁场
B．送电线圈中产生周期性变化的磁场
C．无线充电的原理是互感现象
D．手机电池是直流电源，所以受电线圈输出的是恒定电流
17．各地接收卫星电视讯号的抛物面天线如图所示，天线顶点和焦点的连线（OO′）与水平面间的夹角为仰角α，OO′在水平面上的投影与当地正南方的夹角为偏角β，接收定位于东经105.5°的卫星电视讯号（如CCTV-5）时，OO′连线应指向卫星，则我国各地接收天线的取向情况是（我国自西向东的经度约为73°～135°）（ ）
A．有可能β=0，α=90°
B．与卫星经度相同的各地，α随纬度增加而减小
C．经度大于105°的各地，天线是朝南偏东的
D．在几十甚至几百平方千米的范围内，天线取向几乎是相同的
18．如图所表示的是伦琴射线管的装置示意图，关于该装置，下列说法正确的是（ ）
A．E1是低压交流电源，E2是高压直流电源，且E2的右端为电源的正极
B．射线D、F均是电子流
C．射线D是电子流、射线F是X射线
D．射线D是X射线、射线F是电子流
19．如图所示，2020年11月13日，万米深潜器“奋斗者号”再次深潜至地球的最深处——马里亚纳海沟。借助无线电波、激光等传输信号，实现深潜器舱内和海底作业的电视直播。下列选项正确的是（ ）
A．在海水中，无线电波无法传播，所以要借助激光传输信号
B．无线电波、激光都是横波
C．信号传输到电视台实现直播的过程中无时间延迟
D．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在，带来了通信技术的快速发展
三、解答题
20．一个 LC 电路产生电磁振荡。以横坐标轴表示时间，纵坐标轴既表示电流又表示电压，在同一坐标系内画出的该电路中电流和电容器两极板间电压随时间变化的 i t 图像和 u t 图像。在图像中的一周期内，哪段时间电场能在增大？电场能最大时电流和电压的大小有什么特点？哪段时间磁场能在增大，磁场能最大时电流和电压的大小有什么特点？
21．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？
22．一个电路产生电磁振荡。以横坐标轴表示时间，纵坐标轴既表示电流又表示电压，试在同一坐标系内，从某一次放电开始，画出该电路中电流和电容器两极板间电压随时间变化的图像和图像。
23．有一种家用取暖器，外形如图甲所示，它是由电热丝发热达到取暖的目的；如果从侧面剖开，它的主要结构如图乙所示，其中Q为电热丝，MN为一个内表面极为光滑的金属弧面．
(1)电热丝通电后产生的是什么？它通过MN的内表面产生什么反射？
(2)弧面金属板MN与下列哪种器材的作用相似？
(3)电热丝安装在图示位置的目的是使热能怎么样射出？
24．有些知识我们可能没有学过，但运用我们已有的物理思想和科学方法，通过必要的分析和推理可以解决一些新的问题。例如简谐运动是我们研究过的一种典型运动形式，它的一个特征是质点运动时，位移与时间的关系遵从正弦函数规律，呈现出周期性，其运动的周期，式中m为振动物体的质量，k为回复力与位移间的比例系数。
（1）试证明在小角度下，单摆做简谐运动，并根据简谐运动周期的公式推导出单摆振动频率f的表达式（已知单摆的摆长为L、摆球质量为m、当地重力加速度为g）；
（2）在弹吉他时，当拨动琴弦时，琴弦会发生振动，琴弦振动的频率f由琴弦的质量m、长度L和张力F共同决定，假设琴弦振动时，振幅很小，且琴弦的张力保持不变，
a．请通过分析，写出琴弦振动的频率f与琴弦的质量m、长度L和张力F的关系式；
b．现将此琴弦的长度裁剪为原来的一半，试求琴弦振动的频率将变为多少？
（注：严格的说，琴弦上的驻波会形成多种频率的振动的叠加。此题中我们不考虑其他驻波的影响，即只需关注琴弦上基波的频率。不懂驻波的同学可以不用管这一条注释，不影响解题）
（3）简谐运动也具有一些其他特征，如简谐运动质点的运动速度v与其偏离平衡位置的位移x之间的关系就都可以表示为，其中为振动质点通过平衡位置时的瞬时速度，a为由系统本身和初始条件所决定的不变的常数。我们曾利用此式证明了双弹簧振子的运动是简谐运动。
现在对一个LC振荡电路，请证明电路中电容器极板上的电荷量随时间的变化满足简谐运动的规律（即电荷量与时间的关系遵从正弦函数规律），并求出电磁振荡频率f的表达式。已知电感线圈中磁场能的表达式为，式中L为线圈的自感系数，I为线圈中电流的大小；电容器中电场能的表达式为。
参考答案
1．D
最先提出电磁场理论并预言电磁波存在的物理学家是麦克斯韦，用电火花实验证实电磁波存在的物理学家是赫兹，故D正确，ABC错误。
故选D。
2．D
AB．凡是温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射，故人体一直都会辐射红外线，故A错误，B错误；
CD．人身体各个部位体温是有变化的，所以辐射的红外线强度就会不一样，温度越高红外线强度越高，温度越低辐射的红外线强度就越低，所以通过辐射出来的红外线的强度就会辐射出个各部位的温度；红外体温计并不是靠体温计发射红外线来测体温的，故C错误，D正确。
故选D。
3．B
A. 电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关，选项A错误；
B. 周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波。选项B正确；
C. 电磁波在传播过程中可以发生干涉、衍射，也可以发生反射和折射，选项C错误；
D. 电磁波可以在真空中传播，不需要介质，选项D错误。
故选B。
4．D
A．X射线具有较强的穿透能力，医院里常用X射线对病人进行透视，故A错误；
B．紫外线有显著的化学作用，可利用紫外线消毒，也可以用来验钞，故B错误；
C．紫外线有显著的化学作用，可利用紫外线消毒，所以用紫外线处理医院排放的污水，可杀死各种病原体，保护环境免受污染，故C错误；
D．用γ射线照射马铃薯，可防治其发芽，以便长期保存，故D正确。
故选D。
5．A
以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积S=4πR2．而环状天线的面积S′=πr2，所以
接收功率
故A正确，BCD错误。
故选A。
6．D
A.X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，A错误；
B.过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；
C.电磁波中频率最大的是γ射线，C错误；
D.紫外线和X射线都具有明显的化学反应，可以使感光底片感光，故D正确。
故选D
7．C
天线接收电磁波；调谐器选出某一频率的电磁波；经高频放大后，从高频电磁波中取出音频电信号，经检波器后送到扬声器；扬声器把音频电信号转换成声音，故接收过程的顺序为调谐→解调→放大→显示
故选C。
8．B
A．根据振荡频率知，振荡周期越大，振荡频率越小，越不容易辐射电磁波，故A错误。
BC．为了有效向外辐射电磁波，振荡电路必须采用开放电路，同时提高振荡频率。故B正确，C错误。
D．提高振荡频率和电路开放是发射电磁波的必要手段，振荡电路开放的同时，振荡频率不变，故D错误。
故选B。
9．C
A．4G信号和5G信号都是电磁波，而电磁波是横波，故这些4G和5G信号都是横波，选项A错误；
B．由于干涉的条件是频率相等，而4G信号和5G信号的频率不相等，故它们相遇不能产生干涉现象，选项B错误；
C．波长越长越容易发生衍射现象。而4G信号的频率小，故它的波长大，所以4G信号更容易发生衍射现象，选项C正确；
D．4G信号和5G信号都是电磁波，它们在真空中的传播速度都是光速，都是相等的，选项D错误。
故选C。
10．D
由λ= 可得波长为λ的无线电波的频率f= ，故调谐电路的频率也为f，又f=，所以
得
C=
故D正确ABC错误。
故选D。
11．B
AB．由麦克斯韦电磁场理论可知，磁感应强度随时间均匀增大时，将产生一个恒定的感应电场，由楞次定律可知，此电场方向与小球初速度方向相同，由于小球带正电，电场力对小球做正功，小球的速度逐渐增大，向心力也随着增大，故A错误，B正确；
C．洛伦兹力与速度方向垂直，对运动电荷不做功，C错误；
D．带电小球所受洛伦兹力
随着速度的增大而增大，同时B与t成正比，则F与t不成正比，故D错误。
故选B。
12．C
LC振荡电路在一个周期内电容器会充电两次、放电两次，每次充电或放电的时间均为
根据题意，电容器所带的电荷量由Q减小到零所需时间为
说明电容器所带的电荷量由最大放电到Q所需时间为
则电容器所带电荷量由Q充电至最大所需时间同样为
故选C。
13．CD
A．要想产生持续的电磁波，变化的电场（或磁场）产生的磁场（或电场）必须是周期性变化的，故A错误；
B．电磁波是物质波，电磁波的传播不需要介质，故B错误；
C．电磁波可以脱离“波源”而独立存在，故C正确；
D．电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传播过程，故D正确。
故选CD。
14．ABC
AB．若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a，电场能增大，上极板带负电，AB正确；
CD．若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，C正确，D错误。
故选ABC。
归纳总结：判断LC回路处于放电过程还是充电过程的方法：电流流向带正电的极板，电荷量增加，磁场能向电场能转化，电场能增加，电流减小，磁场能减少，处于充电过程；电流流出带正电的极板，电荷量减少，电场能向磁场能转化，电场能减少，电流增大，磁场能增加，处于放电过程。
15．AD
S接通电路达到稳定状态时，线圈内有电流而电容器两端没有电压，线圈中的电流从a流向b，断开开关瞬间，线圈内的电流要减小，而线圈的感应电动势阻碍电流减少，则电流方向不变，大小在慢慢减小，同时对电容器充电，电容器的右极板先带正电；
当电容器充电完毕时，电流为零，右极板带正电荷量达到最大。接着电容器放电，电流方向与之前相反，大小在不断增大。电容器放电完毕时，电流达到反向最大；之后电容器与线圈组成的LC回路重复充放电过程，在LC回路中形成电磁振荡，回路中出现余弦式电流，电容器右极板上的电荷量q随时间t按正弦规律变化，故A、D正确，B、C错误。
故选AD。
16．BC
AB．由于送电线圈中通入周期性变化的电流时，根据麦克斯韦理论可知送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化，A错误B正确；
C．无线充电利用的是电磁感应原理，所以送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递，C正确；
D．周期性变化的磁场会产生周期性变化的电场，输出不是恒定电流，D错误。
故选BC。
17．BD
如图所示，α随纬度的增大而减小，我国不在赤道上，α不可能为零，经度大于105°的各地，天线应该朝南偏西，由于地球很大，卫星距地面很高，几十甚至几百平方千米的范围内天线取向几乎是相同的。
故选BD。
18．AC
（1）电源的作用是使阴极发出电子，可用低压交流电源，也可用直流电源（蓄电池）；电源的作用是加速电子，让电子获得很高的能量去轰击对阴极，使阴极发出X射线，因而电源应为高压直流电源，且右端为电源的正极，A正确；
（2）射线D是高速电子流，而F是高速电子流打在对阴极上的金属原子中的内层电子受到激发跃迁而产生的x射线，B、D错误，C正确；
故本题选AC．
电源的作用是使阴极发出电子，可用低压交流电源，也可用直流电源（蓄电池），射线D是电子流．电源的作用为加速电子，应为高压直流电源；射线D是高速电子流，而射线F是高速电子流打在对阴极上的金属原子中的内层电子受到激发跃迁而产生的x射线．
19．AB
A．奋斗者号上的舱内摄像头拍摄的数值画面编码后经激光中的蓝色激光产生闪烁的信号传送信息，沧海号上接收到闪烁信号后，经调制转换成数字画面，再由光纤微缆传送给海面的探索2号，再经卫星天线传送到通信卫星，再到电视台转播，A正确；
B．无线电波和激光都是电磁波，电磁波是横波，B正确；
C．信号传输是由经通信卫星传到电视台实现直播的，信号都有一定的传输速度，所以传输中有时间延迟，C错误；
D．麦克斯韦预言电磁波的存在，而赫兹由电火花实验证实了电磁波的存在，D错误。
故选AB。
20．见详解
在同一坐标系内画出的该电路中电流和电容器两极板间电压随时间变化的 i t 图像和 u t 图像。
t1-t2、t3-t4电场能增大，电场能最大时电流为零和电压最大；0-t1、t2-t3磁场能增大，磁场能最大时电流最大和电压为零。
21．见解析
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。
22．
电路中电流和电容器两极板间电压随时间变化的图像和图像如下图
t=0时刻，电容器刚要放电的瞬间，电容器两极板间电压最大，电路中电流为0，由于线圈的自感作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由0逐渐增大。t=时刻，放电完毕，电路中电流达到最大，电容器两极板上没有电荷，其电压为0.电容器放电完毕后，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为0，而是保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，由于电流继续流动，电容器充电，电容器两极板带上与原来相反的电荷并且电荷逐渐增多。t=时刻，充电完毕，电流减小为0，电容器两极板上的电荷最多，其电压也达到最大。此后，电容器再放电，电路中电流逐渐增大，电容器两极板间电压逐渐减小。t=时刻，放电完毕，电路中电流达到最大，电容器两极板上电压为0。接着，电流继续给电容器充电，电流逐渐减小，电容器两极板间电压逐渐增大。t=T时刻，充电完毕，电流减小为0，电容器两极板上的电荷最多，其电压也达到最大。由图可知，两条图线的相位不相同，电压的相位超前电流的相位。
23．(1)产生热量, 镜面反射 (2) 凹面镜 (3)平行射出
(1)一切物体都向外辐射红外线，当电热丝通电后，向外辐射红外线，产生热量．当红外线射到表面极为光滑的金属弧面发生镜面反射．
(2)弧面金属板MN形状与凹面镜相似，平行光经凹面镜反射后，反射光线会会聚在焦点上．
光路是可逆的，灯丝处于焦点处，故产生平行光向外辐射．
(3)根据光路的可逆性，当把光源放在焦点时，则会得到平行光．
凹面镜在生活中的应用很多，它也是面镜，对光线有反射作用，这点许多同学容易和透镜混淆，一定注意．另外，凹面镜和凹透镜不同，凹面镜对光线的作用是会聚的．
24．（1）；（2）a．，b．；（3），
（1）对摆球受力分析如图
单摆摆球的重力沿着切线方向的分力提供回复力，该力的大小为
由于
故
故
方向总是指向平衡位置，有
而常数
代入简谐运动的周期公式
可得单摆的周期公式为
单摆的振动频率为
联立解得
故单摆振动频率f的表达式为。
（2）a．频率f的单位是，质量m的单位是kg，长度L的单位是m，弹拨力F的单位是
从单位方面分析只有组合才能得到频率的单位。增加一个系数c可得公式
b．现将此琴弦的长度裁剪为原来的一半，有
因长度裁剪为原来的一半，所以琴弦的质量也变为原来的一半，有
故有
则有
故关系式为，琴弦振动的频率将变为2f。
（3）由简谐振动过程中的机械能守恒，有
整理可得
故常数为
由弹簧振子的振动周期，结合可得
而LC振荡电路的总能量包括电容器的电场能和电感线圈中的磁场能，其总能量是守恒的，有
整理可得
而电容器的电荷量为
代入可得
与类比可知，电荷量q类比为位移x，电流I类比为速度v，因电流关于时间成正弦函数规律，可推得电荷量随时间的变化满足简谐运动的规律，而常数为
根据弹簧振子的周期为
代入可知
由周期可知电磁振荡的频率公式为
故电容器极板上的电荷量随时间的变化满足简谐运动的规律为且满足正弦变化规律，电磁振荡频率f的表达式为。
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