2020-2021学年高二下学期物理人教版选修3-4第十四章第一节电磁波的发现、第二节电磁振荡课时素养评价 (含解析)

课时素养评价十七　电磁波的发现　电磁振荡
(25分钟　50分)
一、选择题(本题共3小题,每小题7分,共21分)
1.麦克斯韦电磁场理论告诉我们
(　　)
A.任何电场周围都要产生磁场
B.任何变化的电场都要在周围空间产生变化的磁场
C.任何变化的电场都要在周围空间产生恒定的磁场
D.周期性变化的电场要在周围空间产生周期性变化的磁场
【加固训练】
　　(多选)关于物理学史,下列说法中正确的是
(　　)
A.最早发现电和磁有密切联系的科学家是奥斯特
B.电磁感应现象是特斯拉发现的
C.建立完整电磁场理论的科学家是麦克斯韦
D.最早证明有电磁波存在的科学家是赫兹
2.如图所示,L是直流电阻可以忽略的电感线圈,LC振荡电路工作时的周期为T,在t=0时断开电键K,则在0到这段时间内,下列叙述正确的是
(　　)
A.电容器C放电,A板上正电荷逐渐减少,LC回路中电流逐渐增大,当t=时电流达到最大
B.电容器C放电,A板上正电荷逐渐减少,LC回路中电流逐渐减小,t=0时放电电流最大
C.电容器C被充电,B板上正电荷逐渐增多,LC回路中电流逐渐减小,到t=时电流为零
D.电容器C被充电,A板上正电荷逐渐增多,LC回路中电流逐渐减小,到t=时电流为零
3.如图所示,单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t=0时开关S打到b端,t=0.02
s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则
(　　)
A.LC回路的周期为0.02
s
B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大
C.t=1.01
s时线圈中磁场能最大
D.t=1.01
s时回路中电流沿顺时针方向
【加固训练】
　　(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
二、非选择题(14分)
4.如图所示,电源的电动势为E,电容器的电容为C,线圈的电感为L。将开关S从a拨向b,经过一段时间后电容器放电完毕。求电容器的放电时间,放电电流的平均值是多少。
5.(15分)(1)(多选)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无关
B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波
C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输
E.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
(2)如图所示,线圈L的自感系数为25
mH,电阻为零,电容器C的电容为40
μF,灯泡D的规格是“4
V　2
W”。开关S闭合后,灯泡正常发光,S断开后,LC中产生振荡电流。若从S断开开始计时,求:
①当t=×10-3
s时,电容器的右极板带何种电荷。
②当t=π×10-3
s时,LC回路中的电流。
答案解析
一、选择题(本题共3小题,每小题7分,共21分)
1.麦克斯韦电磁场理论告诉我们
(　　)
A.任何电场周围都要产生磁场
B.任何变化的电场都要在周围空间产生变化的磁场
C.任何变化的电场都要在周围空间产生恒定的磁场
D.周期性变化的电场要在周围空间产生周期性变化的磁场
【解析】选D。根据麦克斯韦的电磁场理论可知,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场;均匀变化的电(磁)场只能产生恒定不变的磁(电)场,周期性变化的电场要在周围空间产生周期性变化的磁场,故A、B、C错误,D正确,故选D。
【加固训练】
　　(多选)关于物理学史,下列说法中正确的是
(　　)
A.最早发现电和磁有密切联系的科学家是奥斯特
B.电磁感应现象是特斯拉发现的
C.建立完整电磁场理论的科学家是麦克斯韦
D.最早证明有电磁波存在的科学家是赫兹
【解析】选A、C、D。1820年4月,丹麦科学家奥斯特在一次演讲中发现了电流的磁效应;1831年,英国科学家法拉第发现了电磁感应现象;19世纪中叶,英国科学家麦克斯韦建立了经典电磁场理论;1886年,德国科学家赫兹证明了电磁波的存在。
2.如图所示,L是直流电阻可以忽略的电感线圈,LC振荡电路工作时的周期为T,在t=0时断开电键K,则在0到这段时间内,下列叙述正确的是
(　　)
A.电容器C放电,A板上正电荷逐渐减少,LC回路中电流逐渐增大,当t=时电流达到最大
B.电容器C放电,A板上正电荷逐渐减少,LC回路中电流逐渐减小,t=0时放电电流最大
C.电容器C被充电,B板上正电荷逐渐增多,LC回路中电流逐渐减小,到t=时电流为零
D.电容器C被充电,A板上正电荷逐渐增多,LC回路中电流逐渐减小,到t=时电流为零
【解析】选C。开关闭合时,通过L的电流从上往下,电容器带电量为零;在t=0时断开电键K,则在0到这段时间内,电容器C被充电,B板上正电荷逐渐增多,LC回路中电流逐渐减小,到t=时电流为零,故选项C正确,A、B、D错误。故选C。
3.如图所示,单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t=0时开关S打到b端,t=0.02
s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则
(　　)
A.LC回路的周期为0.02
s
B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大
C.t=1.01
s时线圈中磁场能最大
D.t=1.01
s时回路中电流沿顺时针方向
【解析】选C。以顺时针电流方向为正方向,LC电路中电流和电荷量变化的图象如图:
t=0.02
s时电容器下极板带正电荷且最多,根据图象可知周期为T=0.04
s,故A错误;根据图象可知电流最大时,电容器中电荷量为0,电场能最小为0,故B错误;t=1.01
s时,经过25T,根据图象可知此时电流最大,电流沿逆时针方向,说明电容器放电完毕,电能全部转化为磁场能,此时磁场能最大,故C正确,D错误。故选C。
【加固训练】
　　(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
【解析】选A、C。在电磁感应现象的规律中,当一个闭合回路中由于通过它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。麦克斯韦把以上的观点推广到不存在闭合电路的情况,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,根据安培定则感应电流方向如图中E的方向所示。选项A正确,选项B错误。同理,当磁场反向即向下的磁场减弱时,也会得到如图中E的方向,选项C正确,选项D错误。
二、非选择题(14分)
4.如图所示,电源的电动势为E,电容器的电容为C,线圈的电感为L。将开关S从a拨向b,经过一段时间后电容器放电完毕。求电容器的放电时间,放电电流的平均值是多少。
【解析】电容器放电时间为T,与电源电动势无关,
即t=×2π=π。
在T内电流平均值为I===。
答案:π　
5.(15分)(1)(多选)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无关
B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波
C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输
E.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
(2)如图所示,线圈L的自感系数为25
mH,电阻为零,电容器C的电容为40
μF,灯泡D的规格是“4
V　2
W”。开关S闭合后,灯泡正常发光,S断开后,LC中产生振荡电流。若从S断开开始计时,求:
①当t=×10-3
s时,电容器的右极板带何种电荷。
②当t=π×10-3
s时,LC回路中的电流。
【解析】(1)选A、B、C。电磁波在真空中传播速度不变,与波长、频率无关,选项A正确;电磁波的形成是变化的电场和变化的磁场互相激发得到,选项B正确;电磁波传播方向与电场方向和磁场方向垂直,选项C正确;光是一种电磁波,光可在光导纤维中传播,选项D错误;电磁振荡停止后,电磁波仍会在介质或真空中继续传播,选项E错误。
(2)①S断开后,LC中产生振荡电流,周期为T=2π=
2π
s=2π×10-3
s,则当t=×10-3
s=时,
电容器充电完毕,右极板带正电荷。
②开关S闭合后,灯泡正常发光时电路中的电流I==
A=0.5
A;
当t=π×10-3
s=时,LC回路中的电流达到反向最大,即I=0.5
A。
答案:(1)A、B、C　(2)①正电荷　②0.5
A