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2020-2021学年高中物理 第三章 电磁振荡 电磁波 单元素养评价 教科版选修3-4

2020-2021学年高中物理 第三章 电磁振荡 电磁波 单元素养评价 教科版选修3-4

年级：
姓名：

- 9 -

单元素养评价（三)
(第三章)
(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.(多选)(2020·南充高二检测)关于电磁波的传播,下列叙述正确的是 (　　)
A.电磁波频率越高,越易沿地面传播
B.电磁波频率越高,越易沿直线传播
C.电磁波在各种介质中传播波长恒定
D.只要有三颗均匀分布的同步卫星在赤道上空传递微波,就可把信号传遍全世界
【解析】选B、D。由c=λf可判定:电磁波频率越高,波长越短,衍射性越差,不易沿地面传播,而跟光的传播相似,沿直线传播,故B对,A错;电磁波在介质中传播时,频率不变,而传播速度改变,由c=λf,可判断波长改变,C错;由于同步卫星相对地面静止在赤道上空36 000 km高的地方,用它做微波中继站,只要有三颗互成120°的同步卫星,就几乎可覆盖全球,D正确。
2.某广播电台发射“中波”段某套节目的讯号、家用微波炉中的微波、人体透视用的X光、VCD机中的激光(可见光),都是电磁波,它们的频率分别为f1、f2、f3、f4,则 (　　)
A.f1>f2>f3>f4
B.f1λ2>λ4>λ3。
答案:λ1>λ2>λ4>λ3
3.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
【解题指南】解答本题可按以下思路进行:
(1)机械波是质点振动在介质中的传播,电磁波是电场和磁场的相互转化,波都可以传递信息。
(2)波的传播速度由介质决定,波长由振源和介质共同决定。
【解析】选B。A项中电磁波可以传递信息,声波也能传递信息,由此判断A错误;B项中手机在通话时,涉及的波既有电磁波又有声波B项正确;C项中,太阳光中的可见光的传播速度远大于医院“B超”中的超声波的传播速度,C项错误;D项中,遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中的X射线波长,故D项错误。
4.(多选)为了测量储罐中不导电液体的高度,将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中,电容器可通过开关S与线圈L或电源相连,如图所示。当开关从a拨到b时,由L与C构成的回路中产生周期T=2π的振荡电流。当罐中的液面上升时 (　　)

A.电容器的电容减小
B.电容器的电容增大
C.LC回路的振荡频率减小
D.LC回路的振荡频率增大
【解析】选B、C。罐中液面上升,不导电液体的介电常数εr比空气的介电常数大,εr变大,电容器的电容C=变大,A错误,B正确;LC回路的振荡频率f==,当C变大时,f减小,C正确,D错误。
5.如图所示,线圈自感系数为L,其电阻不计,电容器的电容为C,开关S闭合。现将S突然断开,并开始计时,以下说法中错误的是 (　　)

A.当t=时,由a到b流经线圈的电流最大
B.当t=π时,由b到a流经线圈的电流最大
C.当t=时,电路中电场能最大
D.当t=时,电容器左极板带有正电荷最多
【解析】选A。断开开关S时,由于自感作用,线圈中产生的感应电流是最大的,且由a到b,根据LC振荡电路的周期公式T=2π,A错误,B、C、D均正确。故选A。
6.垂直穿过某一固定面磁场的磁感应强度B 随时间的变化关系如图所示,则在它周围空间产生的电场的场强E应 (　　)

A.逐渐增强
B.逐渐减弱
C.先减弱后增强
D.不变
【解析】选D。根据麦克斯韦电磁场理论,均匀变化的磁场在其周围产生恒定的电场,由图像可判断磁场均匀变化,所以产生的电场恒定,即场强E不变,故选项D正确。
7.下列关于电磁波的说法,不正确的是 (　　)
A.电磁波不能传播能量
B.无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波
C.手机既可接收电磁波,又可发射电磁波
D.电磁波在真空中的速度约为c=3.0×108 m/s
【解析】选A。电磁波能传播能量,A错误。 根据电磁波谱的知识可知,无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波,B正确。手机既可接收信号,又可发射信号;既可接收电磁波,又可发射电磁波,C正确。根据电磁理论以及目前的测量可知,电磁波在真空中的速度为c=3.0×108 m/s,D正确。本题选择不正确的,故选A。
8.(2020·眉山高二检测)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。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
【解析】选B。根据v=λf及f=,得==,则==9∶1。
9.(多选)如图所示为LC振荡电路中电容器的极板带电荷量随时间变化曲线,下列判断中正确的是 (　　)

A.在b和d时刻,电路中电流最大
B.在a→b时间内,电场能转变为磁场能
C.a和c时刻,磁场能为零
D.在O→a和c→d时间内,电容器被充电
【解析】选A、B、C。在b和d时刻是放电结束时刻,此时刻电路中电流最大,A正确;a→b是放电过程,电场能转化为磁场能,B正确;a和c时刻是充电结束时刻,此时刻电场能最大,磁场能最小为零,C正确; O →a是充电过程,而c→d是放电过程,D错误。
10.利用所学物理知识,可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理及相关问题。IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路,公交车上的读卡机(刷卡时“嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时,IC卡内的线圈L中产生感应电流,给电容C充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是 (　　)
A.IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池
B.仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时,IC卡才能有效工作
C.若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率,则线圈L中不会产生感应电流
D.IC卡只能接收读卡机发射的电磁波,而不能向读卡机传输自身的数据信息
【解析】选B。IC卡工作所需要的能量来源于读卡机,IC卡本身没有能量,选项A错误;根据IC卡设计原理,只有读卡机发射特定的电磁波时,IC卡才能有效工作,选项B正确;若读卡机发射的电磁波偏离特定频率,根据电磁感应的原理,线圈L中也会有感应电流,选项C错误;IC卡可以向读卡机传输自身的数据信息,否则读卡机不能正常工作,选项D错误。
11.(多选)如图所示的电路中,L是自感系数很大的、用铜导线绕成的线圈,其电阻可以忽略不计,开关S原来是闭合的,当开关S断开瞬间,则 (　　)

A.L中的电流方向不变
B.灯泡D要过一会儿才熄灭
C.LC电路将产生电磁振荡,刚断开瞬间磁场能最大
D.电容器将放电,电场能将变为磁场能
【解析】选A、C。 S断开瞬间,由于L的自感作用,阻碍电流减小,所以电流方向不变,A正确;灯泡D所在电路断开,电路中无电流,灯泡立即熄灭,B错误;刚断开瞬间,LC电路将产生电磁振荡,电路中电流最大,所以线圈L中磁场能最大,C正确;S闭合时L的电阻为零,电容C两端无电压,电容器所带电荷量为零,断开时线圈L对电容器充电,磁场能将变为电场能,D错误。
12.(多选)如图所示是一个调谐接收电路,甲、乙、丙为电路中的电流随时间变化的图像,则 (　　)

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
【解析】选A、C、D。L1中由于电磁感应,产生的感应电动势的图像是同甲图相似的,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没有电流,所以L2中的电流图像应是乙图中的i2。高频部分通过C2,通过耳机的电流如丙图中的i3,只有低频的音频电流,故选项A、C、D正确。
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)如果中央人民广播电台向外发射500 kHz的电磁波,若距该台6×
103 km处有一台收音机,问:
(1)此电磁波的波长多大?
(2)从电台发出的信号经过多长时间可以到达收音机处?
(3)其他条件不变,仅将发射电磁波的频率变大,第(2)问中的时间是否发生变化?
【解析】 (1)根据电磁波的波长、波速和频率的关系式c=λf和电磁波在真空中的传播速度c=3×108 m/s,得λ==600 m。 (4分)
(2)从电台发出的信号到达收音机所用时间
t===0.02 s。 (4分)
(3)其他条件不变,仅将发射电磁波的频率变大,第(2)问中的时间不发生变化。 (2分)
答案:(1)600 m　(2)0.02 s　(3)不变
14.(10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?
【解析】(1)电键断开时,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,电容器间的场强反向,电场力的大小不变,方向竖直向下,由牛顿第二定律得:
a==2 g。 (5分)
(2)线圈中电流最大时,电容器两极间的场强为零,由牛顿第二定律可得:a==g,方向竖直向下。 (5分)
答案:(1)2g　(2)g
15.(10分)一台收音机的接收频率范围从f1=2.2 MHz 到f2=22 MHz。设这台收音机能接收的相应波长范围从λ1到λ2,调谐电容器的相应电容变化范围从C1到C2。那么波长之比为多少?电容之比为多少?
【解题指南】解答本题应把握以下两点:
(1)由v=λf求波长关系。
(2)由f=求电容关系。
　【解析】由公式v=λf,因电磁波的波速等于光速,所以波长与频率成反比,即==。 (3分)
根据电磁振荡频率公式f=,收音机接收电路中的L是固定的,所以频率跟电容的平方根成反比,即=。 (3分)
整理可得:==。 (4分)
答案:10∶1　100∶1
16.(10分)雷达测距防撞控制系统(Distronic,简称DTR)是利用脉冲电磁波来测定目标的位置和速度的设备,某机场引导雷达发现一架飞机正向雷达正上方匀速飞来,已知该雷达显示屏上相邻刻度线之间的时间间隔为1.0×10-4 s,某时刻雷达显示屏上显示的波形如图甲所示,A脉冲为发射波,B脉冲为目标反射波,经t=170 s后雷达向正上方发射和被反射的波形如图乙所示,则该飞机的飞行速度约为多少?

【解析】由图示信息知,比较远时,脉冲波显示的距离为s==
m=6×104 m(4分)
当飞机到达雷达正上方后,距离为
s′== m=3×104 m(4分)
由于开始时飞机在斜上方,后来飞机到达正上方,所以飞机的速度为
v= m/s≈306 m/s(2分)
答案:306 m/s