2020-2021学年高中物理-第14、15章-电磁波-相对论简介-单元素养评价新人教版选修3-4.doc

2020-2021学年高中物理 第14、15章 电磁波 相对论简介 单元素养评价新人教版选修3-42020-2021学年高中物理 第14、15章 电磁波 相对论简介 单元素养评价新人教版选修3-4年级：姓名：- 9 -单元素养评价（四) (第十四、十五章)(90分钟100分)一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分)1.(2020遵义高二检测)电磁波的使用已成为现代生活中不可缺少的信息传递方式,比较手机信号、激光信号和电视机遥控器信号在真空中的传播速度,下列说法正确的是()A.手机信号的传播速度最小B.激光信号的传播速度最小C.遥控器信号的传播速度最小D.三种信号的传播速度相同【解析】选D。手机信号、激光信号和电视机遥控器信号都是电磁波,则在真空中的传播速度均为3108 m/s;故D正确。2.下列关于电磁波的说法,正确的是()A.电磁波只能在真空中传播B.电场随时间变化时一定产生电磁波C.电路中周期性振荡电流在空间产生电磁波D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在【解析】选C。电磁波不只能在真空中传播,也能在介质中传播,选项A错误;电场随时间均匀变化时,产生恒定的磁场,则不会产生电磁波,故B错误;电路中周期性振荡电流在空间产生电磁波,选项C正确;赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,选项D错误。故选C。【补偿训练】(多选) 关于电磁波谱,下列说法中正确的是()A.电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B.红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的C.伦琴射线和射线是原子的内层电子受激发后产生的D.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【解析】选A、B。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,选项A对;从电磁波产生的机理可知红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的,射线是原子核受激发后产生的,选项B对,C错;不论物体温度高低如何都能辐射红外线,物体的温度越高,它辐射的红外线越强,选项D错。3.微波是()A.一种机械波,只能在介质中传播B.一种电磁波,只能在介质中传播C.一种机械波,其在真空中传播速度等于光速D.一种电磁波,比可见光更容易产生衍射现象【解析】选D。微波属于电磁波,它可以在真空中传播,传播速度等于光速;它的波长大于可见光,故比可见光更容易发生衍射现象,A、B、C错误,D正确。故选D。4.(多选)红外线、紫外线、X射线都有着广泛的应用。下列说法正确的是()A.医院透视用到的是X射线B.电视遥控器用到的是紫外线C.非接触式体温计用到的是红外线D.夜间作战使用的夜视仪用到的是红外线【解析】选A、C、D。X射线具有较强的穿透能力,因此可以用于医院透视,故A正确;红外线波长较长,绕过烟雾的能力比较强,电视遥控是利用红外线来工作的,故B错误;非接触式体温计也是用到红外线,因不同温度发出的红外线程度不同,故C正确;夜间作战使用的夜视仪用到的是红外线,因不同物体发出的红外线不同,故D正确。5.电磁波已广泛运用于很多领域。下列关于电磁波的说法符合实际的是()A.电磁波不能产生衍射现象B.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D.光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同【解析】选C。电磁波是一种波,波能发生干涉、衍射现象,A错误。遥控器通过发出的红外线来遥控电视,而非紫外线,B错误。地面监测站发出电磁波,由于多普勒效应,地面监测站接收到的反射波的频率也会发生相应的变化,根据这种变化可以确定遥远天体相对于地球的速度,C正确。光在真空中的传播速度是一个定值,与惯性参照系的选取无关,D错误。6.假设甲在接近光速的火车上看地面上乙的手中沿火车前进方向放置的尺,同时地面上的乙看甲的手中沿火车前进方向放置的相同的尺,则下列说法正确的是()A.甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度大B.甲看到乙的手中的尺长度比乙看到自己手中的尺长度小C.乙看到甲的手中的尺长度比甲看到自己手中的尺长度大D.乙看到甲的手中的尺长度与甲看到自己手中的尺长度相同【解析】选B。由l=l0可知,运动的观察者观察静止的尺和静止的观察者观察运动的尺子时,都发现对方手中的尺比自己手中的变短了,故B正确,A、C、D错误。7.(多选)在抗击新冠肺炎疫情的战斗中,中国移动携手“学习强国”推出了武汉实景24小时直播,通过5G超高清技术向广大用户进行九路信号同时直播武汉城市实况,共期武汉“复苏”。5G是“第五代移动通信技术”的简称,其最显著的特征之一为具有超高速的数据传输速率。5G信号一般采用3.31096109 Hz频段的无线电波,而现行第四代移动通信技术4G的频段范围是1.881092.64109 Hz,则()A.5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快B.5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物,所以5G通信需要搭建更密集的基站C.空间中的5G信号和4G信号不会产生干涉现象D.5G信号是横波,4G信号是纵波【解析】选B、C。任何电磁波在真空中的传播速度均为光速,故传播速度相同,故A错误;5G信号的频率更高,波长更短,故相比4G信号不易发生衍射现象,则5G通信需要搭建更密集的基站,故B正确;5G信号和4G信号的频率不同,则它们相遇不能产生稳定的干涉现象,故C正确;电磁波均为横波,故5G信号和4G信号都是横波,故D错误;故选B、C。8.关于相对论效应,下列说法中正确的是()A.我们观察不到高速飞行火箭的相对论效应,是因为火箭的体积太大B.我们观察不到机械波的相对论效应,是因为机械波的波速近似等于光速C.我们能发现微观粒子的相对论效应,是因为微观粒子的体积很小D.我们能发现电磁波的相对论效应,是因为真空中电磁波的波速是光速【解析】选D。我们观察不到高速飞行火箭的相对论效应,是因为火箭的速度与光速相比很小,选项A错误;我们观察不到机械波的相对论效应,是因为机械波的波速远远小于光速,选项B错误;我们能发现微观粒子的相对论效应,是因为微观粒子的速度很大,与光速接近,选项C错误;我们能发现电磁波的相对论效应,是因为真空中电磁波的波速是光速,选项D正确。9.(多选)下列说法中正确的是()A.在任何参考系中,物理规律都是相同的,这就是广义相对性原理B.在不同的参考系中,物理规律都是不同的,例如牛顿定律仅适用于惯性参考系C.一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价,这就是著名的等效原理D.一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价,这就是著名的等效原理【解析】选A、D。根据广义相对性原理和等效原理可知,选项A、D正确,C错误;根据狭义相对论两个基本假设可知,选项B错误。10.间谍卫星上装有某种遥感照相机,可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上行驶的汽车,即使汽车不开灯行驶,也瞒不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于()A.可见光波段B.红外波段C.紫外波段D.X射线波段【解析】选B。所有的物体都能发出红外线,热的物体的红外辐射比冷的物体的强,间谍卫星上装的遥感照相机,实际上是红外探测器,它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射,这是红外摄影的基础。再者,红外线波长比其他波(如可见光、紫外线、X射线)的长,有较好地穿透云雾的能力,故B正确。而其他选项的光不具备以上特点,故选项A、C、D错误。11.在LC回路中产生电磁振荡的过程中()A.从电容器放电开始计时,当t=k时,振荡电流最大,其中k=0,1,2,3B.当电容器中电场强度增大时,线圈中的自感电动势与振荡电流方向相反C.向电容器充电是磁场能转化成电场能的过程D.电容器在相邻的充、放电时间内,电流方向一定相同【解析】选C。当t=k(k=0,1,2)时,由图可知振荡电路电流为零,A错误;当电场强度增大时,在、TT时间段内,振荡电流减小,线圈中自感电动势与振荡电流方向相同,B错;电容器充电时,电场能增大,磁场能减小,磁场能转化为电场能,C正确;相邻的充、放电时刻,在0、T和TT等时间内,由图象对照,可知在内,电容器充电,i0,在T内,电容器放电,i0,D错误。【补偿训练】(多选)如图所示电路中,电感线圈的电阻不计,原来开关闭合,从断开开关S的瞬间开始计时,以下说法正确的是()A.t=0时刻,电容器的左板带正电,右板带负电B.t=时刻,线圈L的感应电动势最大C.t=时刻,通过线圈L的电流最大,方向向左D.t=时刻,电容器C两极板间电压最大【解析】选B、C。t=0时刻,电容器极板间电压为零,两个极板均不带电。t= 时电容器充电完毕,此时电流为零但变化最快,线圈L的感应电动势最大,B正确。t=时电容器放电完毕,通过线圈L的电流最大,方向向左,两极板间电压为零,故C对,D错。12.把两个分别发红光、绿光的发光二极管并联起来,再接入如图所示的电路中,电路中的电容C和线圈的自感系数L比较大,回路的振荡周期为2 s,设法让电容器带上足够的电荷, 再闭合开关S,若通过线圈的电流变化如图甲所示(设通过线圈的电流方向自上而下为正),则对闭合开关S后的过程,下列说法正确的是()A.绿光的发光二极管始终不发光B.红光、绿光的发光二极管交替发光,且每次发光的时间为2 sC.绿光支路的电流变化如图乙所示D.绿光支路的电流变化如图丙所示【解析】选C。电路中的电容C和线圈的自感系数L比较大,且满足T=2=2 s,即此回路的振荡周期为2 s,由电路图和甲图知,两灯将交替发光,时间各为半个周期,即1 s,电流为正时,绿灯亮,电流为负时红灯亮,故C正确,A、B、D错误。故选C。二、计算题(本大题共4小题,共40分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)13.(10分)某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行,已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为510-4 s,某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示,t=173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示,雷达监视器上相邻刻度间表示的时间间隔为10-4 s,电磁波的传播速度c=3108 m/s,则该战斗机的飞行速度大约为多少?【解析】甲图中飞机到雷达的距离:x1= m=6104 m(4分)乙图中飞机到雷达的距离:x2= m=1.5104 m(4分)v=335.8 m/s。(2分)答案:335.8 m/s14.(10分)有一LC振荡电路,如图所示,当电容调节为C1=100 pF时,能产生频率为f1=500 kHz的振荡电流,要获得频率为f2=1.0103 kHz的振荡电流,则可变电容应调为多大?(设电感L保持不变)【解析】当LC电路的振荡频率与电磁波信号频率相同时,发生电谐振,接收的信号最强,根据公式f=,即可求解。LC电路的振荡频率为:f=(4分)由于电感L保持不变,所以:=(4分)代入数据解得:C2=25 pF(2分)答案:25 pF15.(10分)一宇宙飞船以v=2108 m/s的速率相对于地面飞行,飞船上的钟走了5 s,用地面上的钟测量经过了多长时间?【解析】v=2108 m/s,=5 s,(2分)由时间间隔的相对性,得t= s6.71 s(8分)答案:6.71 s【总结提升】选择相对论公式的技巧(1)相对论中的“长度缩短”公式只适用于在长度方向上,本题中的宽度b不发生变化。(2)高速运动的物体,不仅长度发生变化,质量也要发生变化。16.(10分)太阳在不断地向外辐射能量,因而其质量也在不断地减少。若太阳每秒钟辐射的总能量为41026 J,试计算太阳在1 s内失去的质量,估算5 000年内其质量总共减小了多少,并与太阳的总质量21027 t 比较大小。【解析】由太阳每秒钟辐射的能量E可得其在1 s内失去的质量m= kg=1010 kg(4分)5 000年内太阳总共减小的质量为M=5 000365243 6001010 kg=7.008 1020 kg (3分)与总质量相比P=3.50410-10,比值很微小。 (3分) 答案:1010 kg7.0081020 kg比太阳的总质量小得多