第三章　《电磁振荡与电磁波》综合评估

时间：90分钟　分值：100分

一、选择题(1～5为单选，每小题4分，6～7为多选，每小题10分，共40分)

1．下列为表示四种变化的磁场的图象，能产生稳定电场的是(　C　)

解析：只有均匀变化的磁场才能产生稳定的电场，故C正确．

2．关于电磁波的频率、波长、周期和波速之间的关系，正确的说法是(　C　)

A．在真空中波长越长的电磁波频率越高

B．频率越高的电磁波在真空中传播速度越大

C．在真空中波长越短的电磁波周期越小

D．在真空中波长越短的电磁波周期越大

解析：在真空中各种频率的电磁波传播速度相同，由c＝fλ知，波长与频率成反比；T＝＝，周期与波长成正比．

3．关于电磁波，下列说法正确的是(　D　)

A．雷达是用X光来测定物体位置的设备

B．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调

C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光

D．变化的电场可以产生磁场

解析：雷达是用微波来测定物体位置的设备，A错误；使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制，B错误；C中应用紫外线照射，才能使荧光物质发出可见光；均匀变化的电场产生稳定的磁场，而非均匀变化的电场产生变化的磁场，故D正确．

4．电磁波给人类生活带来日新月异变化的同时，也带来了电磁污染．长期使用下列通讯装置，会对人体健康产生影响的是(　C　)

解析：摇柄电话、拨号电话、按键电话这些都是有线电话机，是通过送话器把声音换成相应的电信号，用导线把电信号传送到远离说话人的地方，然后再通过受话器将这一电信号还原为原来声音的一种通讯装置，它们都不会发射电磁波．移动电话就是我们所用的手机，它是一个小型的、但能量较强的电磁波发生器，其工作频率在890～965 MHz，辐射出的电磁波对人体健康有影响．

5.如右图所示，LC回路中，振荡周期为2 s，通过P点的电流按正弦规律变化，且把通过P点向右流动的电流方向规定为正方向．从电容器上极板带正电且电荷量最大开始计时，则(　C　)

A．0.5 s到1 s内，电容器C在放电

B．0.5 s到1 s内，C上极板带正电荷

C．1 s到1.5 s内，Q点比P点电势高

D．1 s到1.5 s内，磁场能正转化为电场能

解析：t1＝0.5 s＝，t2＝1 s＝，t3＝1.5 s＝T.从电容器上极板带正电且电量最大开始计时，在0到内，电容器放电，在时放电电流最大，开始给电容器充电，从到，是充电过程，电容器下极板带正电，故A、B都错误；在时，电容器下板带正电且电荷量最大，从到T，开始反向放电，Q点电势比P点高，C正确；这段时间内，电场能转化为磁场能，D错误．

6．在LC振荡电路中，t1和t2时电感线圈中的磁感线和电容器中的极板带电情况如图所示，若t2－t1＝，则下列说法中正确的是(　BC　)

A．在t1时刻电容器正在充电

B．在t2时刻电容器正在充电

C．在t1时刻电路中的电流处在增大状态

D．在t2时刻电路中的电流处在增大状态

解析：由题图判断t2时刻感应电流的方向与充电电流方向相同，电流应减小；t1时刻感应电流的方向与放电电流方向相反，电流应增大．

7．等离子显示屏PDP是近年来推出的大屏幕显示器和电视新贵，其图像更清晰，对比度更高，色彩更鲜艳．它是一种以等离子管为发光元件，并由大量的等离子管排列在一起构成的屏幕．每个等离子管的透明玻璃管内都充有低压的氖氙气体，管的两端各有一个电极，在两个电极间加上高电压后，封在管内的气体便产生某种肉眼看不见的射线，它激发平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光，每个等离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化的组合，便形成了各种灰度和色彩的图像，则(　AC　)

A．等离子管发光的微观机理是通过高电压使低压氖氙气体原子的外层电子受到激发而发光

B．等离子管发光的微观机理是通过高电压使低压氖氙气体原子的内层电子受到激发而发光

C．该射线使荧光粉发出可见光是利用了光的荧光效应

D．该射线使荧光粉发出可见光是利用了光的化学作用

解析：根据紫外线的产生机理、特点及应用可知某种看不见的射线使荧光粉发光，看不见的射线是紫外线，使荧光粉发光，这是紫外线的荧光效应．紫外线作为电磁波家庭中的一员，它的产生机理与可见光和红外线的产生机理是相同的，都是原子的外层电子受到激发后产生的，所以A、C正确．

二、填空题(共18分)

8．(9分)目前电能都是通过电网采用有线方式传输的．人们一直梦想能无线传输电能，梦想在日常生活中实现无线充电，甚至不用电池．现在，一个科学研究小组在实验室中取得可喜的进展，也许，人类的这一梦想不久就能实现．

(1)实现无线传输能量，涉及到能量的发射、传播和接收．

(2)科学家曾经设想通过高耸的天线塔，以无线电波的形式将电能输送到指定地点，但一直没有在应用层面上获得成功，其主要原因是这类无线电波(　C　)

A．在传输中很多能量被吸收

B．在传输中易受山脉阻隔

C．向各个方向传输能量

D．传输能量易造成电磁污染

(3)如果像无线广播那样通过天线塔输送电能，接收器获得的功率P和它到天线塔的距离R相关，实验测得P和R的部分数据如下表：

①上表中的x＝8，y＝64.

②根据表中的数据可归纳出P和R之间的关系式为PR2＝1_600.

(4)为研究无线传输电能，某科研小组在实验室试制了无线电能传输装置，在短距离内点亮了灯泡，如下图．实验测得，接在乙线圈上的用电器获得的电能为输入甲线圈电能的35%.

①若用该装置给充电功率为10 W的电池充电，则损失的功率为18.6 W.

②若把甲线接入电压为220 V的电源，测得该线圈中的电流为0.195 A．这时，接在乙线圈上的灯泡恰能正常发光，则此灯泡的功率为15 W.

(5)由于在传输过程中能量利用率过低，无线传输电能还处于实验室阶段．为早日告别电线，实现无线传输电能的工业化，还需解决一系列问题，请提出至少两个问题．

仪器体积过大、对人体有伤害、传输距离太短等等．

解析：(1)像电磁波一样，无线传输能量也需要发射、传播和接收的过程．

(2)电磁波可以向各个方向传播，而电能的输送需要定向传播．

(3)由表中的前三组数据和最后一组数据可以看出PR2＝1 600.将R＝5带入上式得P＝64，所以y＝64；将P＝25带入得R＝8，所以x＝8.

(4)①由题意知，输电效率为η＝35%，则

P总＝P/η≈28.6 W，

所以损失的功率为P损＝P总－P＝28.6 W－10 W＝18.6 W.

②甲线圈输入功率为P总＝UI＝220×0.195 W＝42.9 W，

所以，乙线圈得到的功率，即灯泡的功率为

P＝P总η＝42.9×35% W≈15.0 W.

(5)因为在无线传输过程中，电磁波向各个方向传播是均等的，无法有效地控制方向性，为了更多地接收到电磁波，就需要接收仪器和发射点之间有较短的距离及接收器，需有很大的体积．同时，向空间辐射较多的电磁波，对人体有害．

9．(9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，现将测得的五组数据标示在以C为横坐标、T2为纵坐标的坐标纸上，即如图中用“×”表示的点．

(1)T、L、C的关系为T2＝4π2LC；

(2)根据图中给出的数据点作出T2与C的关系图线；

答案：如图所示

(3)求得的L值是36.8_mH(35.1～38.9_mH都算对)．

解析：(1)将LC回路的周期公式T＝2π变换为T2＝4π2LC；(2)认识到T2－C图线为一条过坐标原点的直线，图象的斜率为4π2L，L＝，正确作出图线；(3)由L＝算出L的平均值为35.1～38.9 mH范围内的某一数值．

三、计算、论述题(共42分)

10．(14分)如图所示，S先接通a触点，让电容器充电后再接通b触点，设这时可变电容器的电容为C＝556 pF，电感L＝1 mH.

(1)经过多长时间电容C上的电荷第一次释放完？

(2)这段时间内电流如何变化？线圈两端电压如何变化？

答案：(1)1.17×10－6 s　(2)见解析

解析：(1)根据T＝2π，该电路的振荡周期为T＝2π＝2×3.14× s≈4.68×10－6 s，电容器极板上所带电荷量由最大变为零，经过的时间为t＝＝1.17×10－6 s.

(2)电流逐渐增大，线圈两端的电压逐渐减小．

11．(14分)某地的雷达站正在跟踪一架向雷达站匀速飞行的飞机，设某一时刻雷达站从发出电磁波后到再接收到反射波历时200 μs，经4 s后，雷达站从发出电磁波到再接收到反射波历时186 μs，则该飞机的飞行速度多大？

答案：525 m/s

解析：由电磁波发射到接收到反射波历时200 μs，

可算出此时飞机距雷达站的距离为

L1＝ m＝3.0×104 m；

经4 s后，飞机距雷达站的距离为

L2＝ m＝2.79×104 m；

在这4 s时间内飞机飞过的路程为

x＝L1－L2＝0.21×104 m，

故飞机飞行的速度为

v＝＝ m/s＝525 m/s.

12．(14分)微波炉的工作应用了一种电磁波——微波(微波的频率为2.45×109 Hz)．食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动，内能增加，温度升高，食物增加的能量是微波给它的．下表是某微波炉的部分技术参数，问：

(1)该微波炉内磁控管产生的微波波长是多少？

(2)该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少？

(3)如果做一道菜，使用微波挡需要正常工作30 min，则做这道菜需消耗的电能为多少焦？

答案：(1)0.12 m　(2)5 A　(3)1.98×106 J

解析：(1)波长λ＝＝ m≈0.12 m.

(2)额定电流I＝＝ A＝5 A.

(3)消耗的电能ΔE＝W＝Pt＝1 100×1 800 J＝1.98×106 J.