2.电磁场与电磁波
课后训练巩固提升
一、基础巩固
1.关于电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,变化的磁场周围一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.正弦交变的电场在其周围空间一定产生同频率交变的磁场
答案:D
解析:根据麦克斯韦的电磁场理论,只有变化的电场才产生磁场,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,周期性变化的电场周围一定产生同频率变化的磁场。本题考查麦克斯韦电磁场理论,提高学生的理解和分析能力,培养科学思维。
2.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( )
A.法拉第
B.奥斯特
C.赫兹
D.麦克斯韦
答案:D
解析:麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,赫兹用实验证明了电磁波的存在。
3.电磁波在传播时,不变的物理量是( )
A.振幅
B.频率
C.波速
D.波长
答案:B
解析:离波源越远,振幅越小。电磁波在不同介质中的波速不一样,波长也不一样,但频率不变。
4.下列关于电磁波的说法正确的是( )
A.电磁波必须依赖介质传播
B.电磁波可以发生衍射现象
C.电磁波不会发生偏振现象
D.电磁波无法携带信息传播
答案:B
解析:电磁波具有波的共性,可以发生衍射现象,故B正确。电磁波是横波,能发生偏振现象,故C错误。电磁波能携带信息传播,且传播不依赖介质,在真空中也可以传播,故A、D错误。本题考查电磁波的特点,提高学生的辨析能力,培养科学思维。
5.某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示,能发射电磁波的是( )
答案:D
解析:由麦克斯韦电磁场理论知,当空间出现恒定的电场时(如A图),由于它不激发磁场,故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场时(如B图、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会在较远处激发出电场,故也不会产生电磁波;只有周期性变化的电场(如D图),才会激发出周期性变化的磁场,它又激发出周期性变化的电场……如此交替的产生磁场和电场,便会形成电磁波,故D正确。
6.电磁波与机械波具有的共同性质是( )
A.都能在真空中传播
B.都能传输能量
C.都有横波和纵波
D.都需要介质传播
答案:B
解析:电磁波能在真空中传播,而机械波不能在真空中传播,故A错误。两种波都能传输能量,故B正确。电磁波是简谐横波,故C错误。电磁波的传播不需要介质,故D错误。
7.磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况如下图所示,其中能产生电场的有 图所示的磁场,能产生持续电磁波的有 图所示的磁场。
答案:B、C、D B、D
解析:根据麦克斯韦的电磁场理论,可以作出如下判断:A图的磁场是恒定的,不能产生电场,更不能产生电磁波;B图中的磁场是周期性变化的,可以产生周期性变化的电场,因而可以产生持续的电磁波;C图中的磁场是均匀变化的,能产生恒定的电场,而恒定的电场不能再产生磁场,因此不能产生向外扩展的电磁场,因此不能产生持续的电磁波;D图所示的磁场是周期性变化的,能产生周期性变化的电场,能产生电磁波。
二、能力提升
1.有关电磁波和声波,下列说法错误的是( )
A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质
B.由空气进入水中传播时,电磁波的传播速度变小,声波的传播速度变大
C.电磁波是横波,声波也是横波
D.由空气进入水中传播时,电磁波的波长变短,声波的波长变长
答案:C
解析:电磁波本身就是一种物质,它的传播不需要介质,而声波的传播需要介质,选项A正确;电磁波由空气进入水中时,传播速度变小,但声波在水中的传播速度比其在空气中大,选项B正确;电磁波的传播方向与E、B两个振动矢量的方向都垂直,是横波,而在空气中声波是纵波,选项C错误;电磁波由空气进入水中传播时,波速变小,波长变短,而声波由空气进入水中传播时,波速变大,波长变长,选项D正确。
2.(多选)根据麦克斯韦电磁场理论,变化的磁场可以产生电场。当产生的电场的电场线如图所示时,可能是( )
A.向上方向的磁场在增强
B.向上方向的磁场在减弱
C.向上方向的磁场先增强,然后反向减弱
D.向上方向的磁场先减弱,然后反向增强
答案:AC
解析:在电磁感应现象的规律中,当通过一个闭合回路的磁通量发生变化时,回路中就有感应电流产生,回路中并没有电源,电流的产生是由于磁场的变化造成的。麦克斯韦把以上观点推广到不存在闭合回路的情况,即变化的磁场产生电场。判断电场与磁场变化的关系仍可利用楞次定律,只不过是用电场线方向代替了电流方向。向上方向的磁场增强时,感应电流的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下,根据安培定则知感应电流方向如题图中E的方向所示,选项A正确,B错误。同理,当磁场反向即向下的磁场减弱时,也会得到如题图中E的方向,选项C正确,D错误。
3.类比是一种有效的学习方法,通过归类和比较,有助于掌握新知识,提高学习效率。在类比过程中,既要找出共同之处,又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比,总结出下列内容,其中不正确的是( )
A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系,对电磁波也适用
B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
C.机械波的传播依赖于介质,而电磁波可以在真空中传播
D.机械波既有横波又有纵波,而电磁波只有纵波
答案:D
解析:无论机械波还是电磁波,波速、波长和频率间的关系都满足v=λf,A说法是正确的。干涉和衍射现象是一切波具有的特性,B说法是正确的。机械波只能在介质中传播,而电磁波可以在真空中传播,C说法是正确的。机械波既有横波又有纵波,电磁波只有横波,D说法是错误的。
4.一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动,如图所示。当磁感应强度均匀增大时,此粒子的 ( )
A.动能不变 B.动能增大
C.动能减小 D.以上情况都可能
答案:B
解析:当磁场均匀增加时,根据麦克斯韦电磁场理论,将产生一恒定的电场,带电粒子将受一电场力作用,该力对带电粒子做正功,所以粒子的动能将增大,选项B正确。
5.甲、乙两地进行无线电通信,把太平洋上空的通信卫星作为中继站。若甲、乙两地到达卫星的距离都是4.2×107 m,那么甲地发射的电磁波要经过多长时间到达乙地
答案:0.28 s
解析:甲地发射的电磁波要经卫星后再传播到乙地,电磁波在真空中的传播速度为光速,故t= s=0.28 s。
6.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0.50 W/m2。若某小型无线通信装置的电磁辐射功率是1 W,那么在距离该通信装置多少米以外是符合规定的安全区域 已知球表面积为S=4πR2。
答案:0.4 m
解析:t时间内辐射的能量W=Pt,这些能量分布在半径R=ct的整个球面上
由=0.50 W/m2,解得R=0.4 m。
11.电磁振荡
课后训练巩固提升
一、基础巩固
1.关于LC振荡电路中的振荡电流,下列说法正确的是 ( )
A.振荡电流最大时,电容器两极板间的电场强度最大
B.振荡电流为零时,线圈中自感电动势为零
C.振荡电流增大的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能
D.振荡电流减小的过程中,线圈中的磁场能转化为电场能
答案:D
解析:振荡电流最大时为电容器放电结束瞬间,电场强度为零,A选项错误;振荡电流为零时,其要改变方向,这时电流变化最快,电流变化率最大,线圈中的自感电动势最大,B选项错误;振荡电流增大时,线圈中的电场能转化为磁场能,C选项错误;振荡电流减小时,线圈中的磁场能转化为电场能,D选项正确。本题考查振荡电路的各物理量的变化,提高理解和分析能力,培养学生的科学思维。
2.在LC振荡电路中,当电容器的电荷量最大时( )
A.电场能开始向磁场能转化
B.电场能正在向磁场能转化
C.电场能向磁场能转化完毕
D.磁场能正在向电场能转化
答案:A
解析:电容器的电荷量最大时,电场能最大,可认为是磁场能完全转化为电场能,也可以认为是电场能开始向磁场能转化。
3.(多选)在LC振荡电路中,某时刻电路中的电流方向如图所示,且电流正在增大,则该时刻( )
A.电容器上极板带正电,下极板带负电
B.电容器上极板带负电,下极板带正电
C.电场能正在向磁场能转化
D.电容器正在放电
答案:ACD
解析:电流正在增大,说明是放电过程,是电场能向磁场能的转化,C、D项正确;放电过程电容器上极板带正电,下极板带负电,A项正确,B项错误。
4.某LC振荡电路的固有周期为T0,如果保持线圈的自感系数L不变,将可变电容器的电容C减小到原来的,则振荡电路的周期将变为( )
A. B.
C.2T0 D.6T0
答案:B
解析:由周期公式T=2π知,当C'=C时,则T'=,B项正确。
5.在LC振荡电路中,电容器上带的电荷量从最大值变化到零所需的最短时间是( )
A.
B.
C.π
D.2π
答案:B
解析:LC振荡电路的周期T=2π,其电容器上带的电荷量从最大值变化到零的最短时间t=,故t=。
6.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 。
答案:a→b、c→d、e→f a、c、e b→c、d→e
7.如图所示振荡电路中,电感L=300 μH,电容C的范围为25~270 pF。
(1)振荡电流的频率范围是多少
(2)若电感L=10 mH,要产生周期T=0.02 s的振荡电流,应配制多大的电容
答案:(1)5.6×105~1.8×106 Hz
(2)1.0×10-3 F
解析:(1)f1== Hz=5.6×105 Hz
f2= Hz=1.8×106 Hz
振荡电流的频率范围是5.6×105~1.8×106 Hz。
(2)由T=2π得C=
则C= F=1.0×10-3 F。
二、能力提升
1.(多选)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,则电场能正在减小,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
答案:ABC
解析: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,故选项A、B正确。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,故选项C正确,D错误。
2.(多选)如图所示,从将开关S由b扳到a开始计时,在电流振荡了半个周期时,电路中( )
A.电容器C里的电场强度最强,电场强度方向向上
B.线圈L周围磁场最强
C.线圈中的磁感应强度为零
D.电场能开始向磁场能转化
答案:ACD
解析:从将开关S由b扳到a开始计时,在电流振荡了半个周期时,电容器处于反向充电完毕的时刻。此时,电容器C里的电场强度最强,电场强度方向向上,故A正确。电流为零,线圈L中的磁感应强度为零,周围磁场最弱,故B错误,C正确。电场能最强,电场能开始向磁场能转化,故D正确。
3.要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率,可采用的方法是( )
A.增大电容器两极板的间距
B.升高电容器的充电电压
C.增加线圈的匝数
D.在线圈中插入铁芯
答案:A
解析:振荡电流的频率由LC回路本身的特性决定,f=。增大电容器两极板的间距,电容减小,振荡电流的频率升高,A对;升高电容器的充电电压不能改变振荡电流的频率,B错;增加线圈匝数和插入铁芯,电感L都增大,振荡电流的频率降低,C、D错。该题考查决定振荡频率的因素,培养学生的理解和辨析能力,提高科学思维。
4.图中画出一个LC振荡电路中的电流变化图线,根据图线可判断( )
A.t1时刻电感线圈两端电压最大
B.t2时刻电容器两极间电压为零
C.t1时刻电路中只有电场能
D.t1时刻电容器上电荷量为零
答案:D
解析:本题考查认识i-t图像和利用图线分析问题的能力。由图像知,计时开始时,电容器两极板所带电荷量最大,电流为零,电容器放电开始,根据电流随时间的变化规律,可以画出q-t图像(在图中用虚线表示)。由图像分析可知:t1时刻,电容器上电荷量为零,电势差为零,电势能为零,故D项正确,A、C两项错误;t2时刻电容器电荷量q最大,两板间电势差最大,B项错误。
5.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,则充电至最大电荷量时间为 ( )
A. B.
C. D.
答案:C
解析:LC振荡电路在一个周期内电容器会两次充电、两次放电,每次充电或放电时间均为T=。据题意,电容器电荷量由Q减小到零,需时间为T,说明电容器由最大电荷量放电到Q需时间为T-T=T=,则由电荷量Q充电至最大电荷量所需时间同样为。
6.一个智能玩具的声响开关与LC振荡电路中电流有关,下图为该玩具内的LC振荡电路部分。已知线圈的电感L=0.25 H,电容器的电容C=4 μF。在电容器开始放电时(取t=0),上极板带正电,下极板带负电。当t=2.0×10-3 s时,问:
(1)电容器的上极板带何种电
(2)电路中电流的方向如何
答案:(1)负电 (2)逆时针
解析:(1)LC振荡电路的固有周期T=2π=2π s=2π×10-3 s=6.28×10-3 s,t=2×10-3 s是在第一个周期内的之间,即在第二个内,此时线圈中的电流方向不变,线圈中的自感电动势对电容器充电,下极板带正电,上极板带负电。
(2)在0~内电容器放电,电流方向为逆时针方向,电流从0逐渐增大到最大值。内,由于线圈的自感作用,线圈中的电流沿原来的方向继续流动,只是大小从最大值逐渐减小至零,故t时刻电路中的电流方向为逆时针。
7.如图所示,L为一电阻可忽略的线圈,D为一灯泡,C为电容器,开关S处于闭合状态,灯D正常发光。现突然断开S,并开始计时,画出反映电容器a极板上电荷量q随时间变化的图像(q为正值表示a极板带正电)。
答案:如图所示。
解析:开关S处于闭合状态时,电流稳定,又因L电阻可忽略,因此电容器C两极板间电压为0,所带电荷量为0。S断开的瞬间,D灯立即熄灭,L、C组成的振荡电路开始振荡。由于线圈的自感作用,此后的时间内,线圈给电容器充电,电流方向与线圈中原电流方向相同,电流从最大逐渐减为0,而电容器极板上电荷量则由0增为最大。根据电流流向,此时间里,电容器下极板b带正电,所以此时间内,a极板带负电,由0增为最大。
14.电磁波谱
课后训练巩固提升
一、基础巩固
1.(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.波长不同的电磁波在本质上完全相同
B.电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象
C.电磁波谱的频带很宽
D.电磁波的波长很短,所以电磁波谱的频带很窄
答案:AC
解析:电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的,只是波长或频率不同而已。
2.(多选)关于红外线的作用与来源,下列说法正确的是 ( )
A.一切物体都在不停地辐射红外线
B.红外线具有很强的热作用和荧光作用
C.红外线的显著作用是化学作用
D.红外线容易穿透云雾
答案:AD
解析:荧光作用和化学作用都是紫外线的重要用途,红外线波长较可见光长,绕过障碍物能力强,易穿透云雾。
3.下列关于红外线和紫外线的说法正确的是( )
A.红外线的波长比无线电波长
B.只有热的物体才能辐射红外线
C.紫外线的波长比红外线长
D.红外线和紫外线都是电磁波
答案:D
解析:根据电磁波谱知,真空中波长由大到小的顺序为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,A、C错误;任何物体都能辐射红外线,只是温度越高,辐射越强,B错误;无线电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波,D正确。
4.(多选)下列能说明电磁波具有能量的依据是( )
A.可见光射入人的眼睛,人看到物体
B.放在红外线区域的温度计升温很快
C.收音机调到某个台时,调谐电路发生电谐振
D.γ射线具有很强的穿透能力
答案:ABCD
解析:人眼看到物体,说明人眼感受到了可见光的能量,A正确;红外线具有热作用,说明红外线具有能量,B正确;发生电谐振时,在调谐电路中的感应电流的能量来源于空中的无线电流,C正确;γ射线的穿透能力很强说明γ射线具有很高的能量,D正确。
5.(多选)雷达采用微波的原因是( )
A.微波具有很高的频率
B.微波具有直线传播的特性
C.微波的反射性强
D.微波比其他无线电波(长波、中波、短波等)传播的距离更远
答案:ABC
解析:雷达采用微波,是利用微波的频率高,不容易发生衍射,具有很好的直线传播的特性和反射性强的特点,所以A、B、C均正确;因微波不易发生衍射,传播的距离不一定比无线电波的长波、中波、短波段远,因此D错误。
6.下列说法正确的是( )
①夏天太阳光把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的 ②医院里用X射线进行人体透视,是因为它是各种电磁波中穿透本领最强的 ③科学家关注南极臭氧层空洞是因为它将使气候恶化 ④在热学中所说的热辐射就是指红外辐射
A.①②
B.①③
C.②④
D.③④
答案:D
解析:热效应最强的是红外线,热辐射即红外辐射,①错误,④正确;穿透本领最强的是γ射线,②错误;臭氧层可吸收、阻挡过强的紫外线,防止其照射到地球上,使地球上的动植物免受过强紫外线的伤害,另外臭氧层空洞可引起气候恶化,③正确,故选D。本题主要考查电磁波的特征及应用,提高学生的科学思维核心素养。
7.利用雷达测云层距我们观察点距离时,电磁波从发射到吸收共经历时间10-3 s,求该云层离观测点的距离。
答案:150 km
解析:根据公式s=vt可以得到s=3.0×108××10-3 m=1.5×105 m=150 km。
二、能力提升
1.(多选)(2020安徽六安检测)下列说法符合实际的是 ( )
A.医院里常用X射线对病房和手术室消毒
B.医院里常用紫外线对病房和手术室消毒
C.在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力
D.在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
答案:BD
解析:紫外线具有杀菌、消毒的作用,X射线穿透能力较强,因此医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒,用X射线透视人体,A错误,B正确;在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用射线的衍射能力较强,容易透过云雾烟尘,因而用波长较长的红外线,C错误,D正确。
2.(多选)某雷达发射的电磁波频率为1 000 MHz,下列关于雷达和电磁波的说法正确的是( )
A.真空中上述雷达发射的电磁波的波长为0.3 m
B.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C.测出从发射电磁波到接收到反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D.波长越短的电磁波,反射性能越强
答案:ACD
解析:由λ=可求得1 000 MHz的电磁波波长为0.3 m,所以A项正确。周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替垂直产生,由近及远地传播而形成电磁波,所以B项错误。通过电磁波的传播距离s=vt=ct可确定雷达和目标的距离,所以C项正确。波长越短的电磁波,其频率越高,反射性能越强,所以D项正确。本题主要考查雷达的工作原理及特点,提高学生的理解和分析能力,培养科学思维。
3.有源相控阵雷达是相控阵雷达的一种。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。下列说法正确的是( )
A.雷达使用的电磁波是长波,它利用了长波容易发生衍射、可以绕开障碍物远距离传播的特点
B.雷达使用的电磁波是微波,它利用了微波直线性好、反射性强的特点
C.雷达发射的电磁波会经过调制、调谐、解调几个过程
D.雷达使用的电磁波比红外遥感使用的电磁波频率大
答案:B
解析:雷达是根据反射回来的电磁波来测距和测速的,所以应采用直线性好、反射性强的微波,选项A错误,B正确。雷达发射的电磁波不携带信号,所以不需要经过调制和解调过程,选项C错误。根据电磁波谱可知,无线电波的频率要小于红外线的频率,选项D错误。
4.(多选)第5代移动通信技术(简称5G),是新一代蜂窝移动通信技术。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=3×108 m/s,1 MHz=1×106 Hz,下列说法正确的是( )
频率范围名称 对应的频率范围
FR1 450 MHz~6 000 MHz
FR2 24 250 MHz~52 600 MHz
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28 000 MHz的无线电波波长约为10.7 mm
D.在真空中传播时,FR2比FR1中的无线电波的传播速度更大
答案:AC
解析:FR1比FR2对应的频率小,根据λ=,可得波长较长,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28 000 MHz的无线电波波长λ= m=1.07×10-2 m=10.7 mm,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3×108 m/s,选项D错误。
5.一种电磁波入射到半径为1 m的孔上,可发生明显的衍射现象,这种波属于电磁波谱中的 。
答案:无线电波
解析:在波长较长时,波能发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸大小跟波的波长差不多或比波长还要小。波长大于或等于1 m的电磁波是无线电波。
6.一个雷达向远处发射无线电波,每次发射的时间为1 μs,两次发射的时间间隔为100 μs,在指示器的
荧光屏上呈现出的尖形波如图所示,已知图中刻度lAB=lBC,则障碍物与雷达之间的距离是多大
答案:7.5×103 m
解析:题图中A和C处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的,B处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的,由lAB=lBC,可知无线电波从发射到返回所用时间为50 μs。
设雷达离障碍物的距离为s,无线电波来回时间为t,波速为c,由2s=ct,得s= m=7.5×103 m。
7.在电视节目中,我们经常看到主持人与被派到热带地区的记者通过静止通信卫星通话,他们之间每一问一答总是慢“半拍”。
(1)为什么会慢“半拍”
(2)如果位于赤道的地面上有两个相距较近的手持卫星电话的人通过静止卫星通话,一方讲话,另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话 已知地球的质量为6.0×1024 kg,地球半径为6.4×106 m,引力常量为6.67×10-11 N·m2·kg-2。
答案:(1)电磁波传递信息也是需要时间的
(2)0.24 s
解析:(1)主持人与记者之间通话慢“半拍”是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的。
(2)利用电磁波传递信息是需要时间的,设静止卫星高度为h,由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,有=m(R+h)
解得h=-R=3.6×107 m
则一方讲话,另一方听到所需的最少时间是t==0.24 s。
13.无线电波的发射和接收
课后训练巩固提升
一、基础巩固
1.转换电视频道,选择自己喜欢的电视节目,这个过程称为 ( )
A.调幅 B.调频
C.调制 D.调谐
答案:D
解析:选择电视频道是调整谐振电路的频率与待选定频道信号的频率一致,从而产生电谐振,这是调谐的过程。
2.简单的、比较有效的电磁波的发射装置,至少应具备以下电路中的( )
①调谐电路 ②调制电路 ③高频振荡电路 ④开放振荡电路
A.①②③ B.②③④
C.①④ D.①②④
答案:B
解析:比较有效的发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路。调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上,高频振荡电路能产生高频电磁波,开放振荡电路能把电磁波发送得更远。而调谐电路是在接收端需要的电路。
3.电视机的室外天线能把电信号接收下来,是因为( )
A.天线处于变化的电磁场中,天线中产生感应电流,相当于电源,通过馈线输送给LC电路
B.天线只处于变化的电场中,天线中产生感应电流,相当于电源,通过馈线输送给LC电路
C.天线只是有选择地接收某电台信号,而其他电视台信号则不接收
D.天线将电磁波传输到电视机内
答案:A
解析:室外天线处于空间变化的电磁场中,天线中产生了感应电流,此电流通过馈线输送给LC电路;此电流中空间各电台信号激起的电流均存在,但只有频率与调谐电路频率相等的电信号对应电流最强,然后再通过解调处理输入后面电路,故A正确,B、C、D均错误。
4.下图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
答案:C
解析:电视接收机首先利用电谐振通过调谐把空间高频电流选出来,然后解调,取下信号,最后经放大后再传给显像管显像,所以正确的顺序是C。
5.电磁波在空气中的传播速度为v,北京交通广播电台发射的电磁波的频率为f,电磁波的波长为( )
A.vf B. C. D.
答案:D
解析:根据速度、频率和波长之间的关系,有v=λf,所以λ=,故A、B、C错误,D正确。
6.在无线电波发射和接收的过程中,为了如下目的,各采用的技术措施是什么 可供选择的答案有:
A.调制 B.开放电路 C.检波 D.调谐
(1)为了向外界更多、更有效地发射电磁波,采用( )
(2)为了把某种信号传递出去,采用( )
(3)为了接收某种频率的电磁波,采用( )
(4)为了从高频振荡电流中分离得到信号,采用( )
答案:(1)B (2)A (3)D (4)C
解析:采用开放电路一方面使电场和磁场敞开,另一方面使LC电路的振荡频率提高,从而有利于电磁波的发送;发射信号需要将信号加到载波上,使载波随传输信号的变化而变化,这个过程是调制过程;信号接收首先要调谐信号,然后检波,分离信号。本题考查电磁波的发射和接收,提高学生的理解和辨析能力,培养科学思维。
7.一列在真空中传播的电磁波的频率f=2×108 Hz,这列波的波长是多少
答案:1.5 m
解析:由c=λf可得λ= m=1.5 m。
二、能力提升
1.(多选)要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应采取的措施是( )
A.增大电容器极板间距
B.使振荡电容器的正对面积足够大
C.尽可能使电场和磁场分散开
D.使振荡电路形成开放电路
答案:ACD
解析:要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应从两个方面考虑,一是提高振荡频率,二是使电磁场尽可能地分散开,所以C正确;由f=、C=可知,当增大电容器极板间的距离时,C变小,f增大,A正确;使电容器正对面积变大,C变大,f变小,B错误;使振荡电路形成开放电路有利于电磁波的发射,D正确。本题考查有效发射电磁波的条件,提高学生的理解和应用能力,培养科学思维。
2.(多选)右图为收音机接收电磁波的电路,由线圈L1与可变电容器C1组成,它相当于一个LC振荡电路。当各个无线电台发射的电磁波都通过磁棒后,会在L1中不同程度地产生感应电流(振荡电流)。当可变电容调至某一值(选台)使其振荡频率恰好与某广播电台发射频率相同时,仅可接收该台广播节目。若要改为接收另一广播电台(高于上一电台频率)的节目,可采取的措施是( )
A.增加电容器电容C
B.减小电容器电容C
C.减少磁棒上线圈匝数
D.将磁棒从线圈中抽出部分
答案:BCD
解析:当收音机调谐电路的频率等于要接收的电磁波的频率时才发生电谐振,即接收到该台。要使接收的电台电磁波频率升高,由f=知,当L和C减小时,频率f增大,故B、C、D正确。
3.如果收音机调谐电路中是采用改变电容的方式来改变回路固有频率的,那么当接收的电磁波的最长波长是最短波长的3倍时,电容器的最大电容与最小电容之比为( )
A.3∶1 B.9∶1 C.1∶3 D.1∶9
答案:B
解析:根据v=λf及f=,则。
4.(多选)图甲为一个调谐电路,图乙(a)、(b)、(c)为电路中的电流随时间变化的图像,则( )
甲
乙
A.i1是L1中的电流图像
B.i1是L2中的电流图像
C.i2是L2中的电流图像
D.i3是流过耳机的电流图像
答案:ACD
解析:由于电磁感应,L2中产生的感应电流图像同(a)图相似,但是由于L2和D串联,所以当L2的电压与D反向时,电路不通,因此这时L2中的电流图像应是(b)图;耳机接收到的信号应是解调后的信号。选项A、C、D正确。
5.中波广播的波长范围为187~500 m,为了避免邻近电台的干扰,两相邻电台的频率至少相差10 kHz,在此波段内,最多能容纳的电台数为多少
答案:100个
解析:根据公式f=可知,187~500 m对应的频率范围是6×105~1.6×106 Hz,电台个数n==100。
6.有波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波同时传向收音机的接收天线,当把收音机的调谐电路的频率调到756 kHz时:
(1)哪种波长的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强
(2)如果想接收到波长为290 m的无线电波,应该把调谐电路中可变电容器的动片旋进一些还是旋出一些
答案:(1)397 m
(2)旋出一些
解析:本题考查对公式f=的理解和应用能力,考查无线电波的接收的知识,意在提高学生理论联系实际的应用能力,培养科学思维。
(1)根据公式f=,设波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波的频率分别为f1、f2、f3,则有
f1= Hz=1 034 kHz
f2= Hz=756 kHz
f3= Hz=530 kHz
所以波长为397 m的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强。
(2)要接收波长为290 m的无线电波,应增大调谐电路的固有频率,即减小可变电容器的电容,因此,应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些。
1第四章测评
(时间:90分钟 满分:100分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24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.以下关于电磁场理论和电磁波的有关说法正确的是 ( )
A.变化的电场周围一定产生电磁波
B.电磁波由真空进入某种介质传播时,波长会变短
C.麦克斯韦预言了电磁波的存在,法拉第用实验验证了电磁波的存在
D.电磁波是纵波
答案:B
解析:均匀变化的电场产生恒定的磁场,只有周期性变化的电场才能形成周期性变化的磁场,故A错误;电磁波由真空进入介质传播时,波速变小,结合v=λf可知,波长将变短,故B正确;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹用实验验证了电磁波的存在,故C错误;电磁波是横波,故D错误。
2.关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是( )
A.电磁波可以传递信息,声波不能传递信息
B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
答案:B
解析:声波也能传递信息,选项A错误;手机通话过程中,手机之间通过电磁波传递信息,人和手机之间通过声波传递信息,选项B正确;太阳中的可见光传播速度为光速,即为3×108 m/s,而超声波的传播速度等于声音在空气中的传播速度,即为340 m/s(15 ℃),选项C错误;红外线的频率小于X射线的频率,故红外线的波长大于X射线的波长,选项D错误。
3.高原上的人皮肤黝黑( )
A.与高原上人的生活习惯有关
B.与高原上的风力过大有关
C.与高原上紫外线辐射过强有关
D.由遗传本身决定
答案:C
解析:高原上空气稀薄,对紫外线的反射与吸收作用很弱,所以太阳光中含有大量的紫外线,导致高原上的人皮肤黝黑。
4.米波雷达发射无线电波的波长在1~10 m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.和机械波一样须靠介质传播
C.同光波一样会发生反射现象
D.不可能产生干涉和衍射现象
答案:C
解析:从名称上可判断,米波的波长大于厘米波的波长,由波长与频率、波速关系式λ=可知,米波的频率小于厘米波的频率,选项A错误;无线电波是电磁波,可以在真空中传播,选项B错误;无线电波同光波一样会发生反射现象,可以产生干涉和衍射现象,选项C正确,D错误。
5.隐形飞机的原理是在飞机研制过程中设法降低其可探测性,使之不易被敌方发现、跟踪和攻击。根据你所学的物理知识,判断下列说法正确的是( )
A.运用隐蔽色涂层,无论距你多近的距离,你也不能看到它
B.使用吸收雷达电磁波材料,在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱,很难被发现
C.使用吸收雷达电磁波涂层后,传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感应电流
D.主要是对发动机、喷气尾管等因为高温容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施,使其不易被对方发现和攻击
答案:B
解析:雷达向外发射电磁波,当电磁波遇到飞机时就要发生反射,雷达通过接收反射回来的电磁波,就可以测定飞机的位置,所以要想降低飞机的可探测性,可以使用吸收雷达电磁波材料,在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱,很难被发现,B正确。
6.一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止,下列选项都描述了该过程,其中顺序正确的是 ( )
A.调制—发射—调谐—解调—播放
B.调频—发射—解调—调谐—播放
C.调幅—调谐—发射—解调—播放
D.调频—调谐—发射—解调—播放
答案:A
解析:一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止,首先要进行调制,即把声音信号加到高频电磁波信号上去,然后进行发射;载波信号被收音机接收后首先要进行调谐,选出该信号,然后进行解调,从高频信号中把声音信号取出来,最后通过喇叭播放,故选A。
7.一台无线电接收机,当接收频率为535 kHz的信号时,调谐电路里电容器的电容是360 pF。如果调谐电路里的电感线圈保持不变,要接收频率为1 605 kHz的信号时,调谐回路里电容器的电容应改变为( )
A.40 pF
B.120 pF
C.1 080 pF
D.3 240 pF
答案:A
解析:f1=535×103 Hz= ①
f2=1 605×103 Hz= ②
得,
又C1=360 pF,得C2=40 pF。
8.如图所示,L是不计电阻的电感器,C是电容器,闭合开关S,待电路达到稳定状态后,再断开开关S,LC电路中将产生电磁振荡。如果规定电感L中的电流方向从a到b为正,断开开关S的时刻为t=0,那么下列四个图中能够正确表示电感中的电流随时间变化规律的是( )
答案:B
解析:在没有断开开关时,电流是从a流向b,当断开开关后,电流要减小,而线圈的感应电动势阻碍电流减小,则电流方向不变,大小在慢慢减小,当电容器充电完毕时,电流为零,接着电容器放电,电流方向与之前相反,大小在不断增大,故选B。
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16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4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.在如图所示的四种磁场情况中不能产生恒定的感生电场的是( )
答案:ABD
解析:A中磁场不变,则不会产生电场,故A不符合题意;B中磁场方向变化,而大小不变,则不会产生恒定的电场,故B不符合题意;C中磁场随着时间均匀变化,则会产生恒定的电场,故C符合题意;D中磁场随着时间非均匀变化,则会产生非均匀变化的电场,故D不符合题意。
10.关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波
B.γ射线波长太小,不能衍射
C.红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红外线
D.在电磁波谱中,无线电波的波长最长
答案:AD
解析:波长越长的无线电波波动性越显著,干涉、衍射现象越易发生,A正确;γ射线可以衍射,B错误;不论物体温度高低都能辐射红外线,物体的温度越高,它辐射的红外线越强,C错误;电磁波谱中无线电波的波长最长,D正确。
11.如图所示的振荡电路中,某时刻线圈中磁场方向向上,且电路的电流正在增强,则此时( )
A.a点电势比b点低
B.电容器两极板间电场强度正在减小
C.电路中电场能正在增大
D.线圈中感应电动势正在增大
答案:AB
解析:结合题图中磁场的方向,根据安培定则,线圈中的电流从b到a,此时电流正在增强,表明电容器正在放电,所以下板带正电,上板带负电。a点电势比b点低,电容器两极板间电场强度正在减小,电场能在减小,电流放电变慢,线圈中感应电动势变小。故A、B正确,C、D错误。
12.下图为调幅振荡电流图像,此电流存在于电磁波发射和接收中的哪些阶段( )
A.经调制后 B.经调谐后
C.经检波后 D.耳机中
答案:AB
解析:为了把信号传递出去,需要将信号“加”到高频振荡电流上,这就是调制。由题图可知,此调制为调幅。在接收电路中,经过调谐,回路中将出现调幅振荡电流,经检波后,调幅振荡电流将被削去一半,而在耳机中只有低频信号电流。故A、B正确。
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)如图所示的LC振荡回路中振荡电流的周期为2×10-2 s,自振荡电流沿逆时针方向达最大值开始计时,当t=3.4×10-2 s时,电容器正处于 (选填“充电”“放电”或“充电完毕”)状态,这时电容器的上极板 (选填“带正电”“带负电”或“不带电”)。
答案:充电 带正电
解析:根据题意可画出LC回路振荡电流的变化图像如图,t=3.4×10-2 s时刻即为图像中的P点,正处于顺时针电流减小的过程中,所以,电容器正处于反向充电状态,上板带正电。
14.(8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)根据图中所给出的数据点作出T2与C的关系图线。
(3)求L值是多少。
答案:(1)T2=4π2LC (2)见解析 (3)39.6 mH
解析:(1)由振荡电路的周期公式T=2π可得T2=4π2LC。
(2)如图所示。
(3)在如图所示的直线上任取两点,为减小误差,所取的两点间隔应尽可能大。
由T=2π得L=
L=
代入数据得L=39.6 mH。
15.(8分)某雷达的荧光屏如图所示,屏上标尺的最小刻度对应的时间为2×10-4 s,雷达天线朝东方时,屏上的波形如图甲;雷达天线朝西方时,屏上的波形如图乙。雷达在何方发现了目标 目标与雷达相距多远
答案:西方 300 km
解析:雷达向东方发射电磁波时,没有反射回来的信号,向西方发射时,有反射回来的信号,所以目标在西方。
目标到雷达的距离d= m=300 km。
16.(10分)如图所示,线圈的自感系数为3 μH,在线圈的中间有抽头2,电容器的电容可在150~300 pF之间变化,S为转换开关。求此回路的最大周期和最大频率。
答案:1.88×10-7 s 1.06×107 Hz
解析:根据T=2π得
Tmax=2π=
2π s=1.88×10-7 s
根据f=得fmax= Hz=1.06×107 Hz。
17.(12分)收音机调谐回路中可变电容器旋到电容为100 pF时能收到波长为300 m的电磁波,如果要收到波长为240 m的电磁波,可变电容器的电容要调为多少 这个回路的自感系数为多少
答案:64 pF 2.5×10-4 H
解析:根据v=λf和f=,有λ=v·2π,其中v=3×108 m/s
则L=×10-3 H=2.5×10-4 H
C'==64 pF。
18.(16分)实验室里有一水平放置的平行板电容器,知道其电容C=1 μF。在两板带有一定电荷时,发现一粉尘恰好静止在两板间。手头上还有一个自感系数L=0.1 mH的电感器,现连成如图所示电路,试分析以下两个问题:
(1)从S闭合时开始计时,经过π×10-5 s时,电容器内粉尘的加速度大小是多少
(2)当粉尘的加速度为多大时,线圈中电流最大
答案:(1)2g (2)g
解析:(1)开关断开时,电容器内带电粉尘恰好静止,说明电场力方向向上,且F电=mg。闭合S后,L、C构成LC振荡电路,T=2π=2π×10-5 s,经=π×10-5 s时,电容器间的电场强度反向,电场力的大小不变,方向竖直向下,由牛顿第二定律得a==2g。
(2)线圈中电流最大时,电容器两极间的电场强度为零,由牛顿第二定律可得a==g,方向竖直向下。
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