2023-2024学年人教版选择性必修第二册 第四章电磁振荡与电磁波 单元测试

第四章电磁振荡与电磁波 章末素养检测

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，只有一个选项符合题目要求。

1．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

B　[无论是电磁波还是声波，都可以传递能量和信息，则A项错误；易知B项正确；太阳光中的可见光和医院 “B超” 中的超声波的传播速度不相同，则C项错误；遥控器发出的红外线频率和医院 “CT” 中的X射线频率不同，故它们的波长也不相同，则D项错误。]

2．如图所示，i-t图像表示LC振荡电路的电流随时间变化的图像，在t＝0时刻，电路中电容器的M板带正电。在某段时间里，电路的磁场能在减小，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中的(　　)

A．Oa段　　　　　　 B．ab段

C．bc段     D．cd段

D　[某段时间里，电路的磁场能在减小，说明电路中的电流正在减小，正在给电容器充电，而此时M极板带正电，那么一定是给M极板充电，电流方向是顺时针方向。由图像知t＝0时，电容器开始放电，又M极板带正电，结合i-t图像可知，电流以逆时针方向为正方向，因此这段时间内，电流为负，且正在减小，符合条件的只有图像中的cd段，故只有D正确。]

3．下列说法正确的是(　　)

A．电磁波在真空中以光速c传播

B．在空气中传播的声波是横波

C．声波只能在空气中传播

D．光需要介质才能传播

A　[电磁波在真空中的传播速度为光速c，选项A正确；在空气中传播的声波是纵波，选项B错误；声波可以在气体中传播，也可以在液体、固体中传播，选项C错误；光可以在真空中传播，因此，光不需要介质也能传播，选项D错误。]

4．声呐能发射超声波，雷达能发射电磁波，超声波和电磁波相比较，下列说法正确的是(　　)

A．超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量

B．超声波与电磁波都既可以在真空中传播，又可以在介质中传播

C．在空气中传播的速度与在其他介质中传播速度相比，均是在空气中传播时具有较大的传播速度

D．超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉

A　[超声波与电磁波传播时，都向外传递了能量、信息，A正确；声呐发出的超声波是机械波，不可以在真空中传播，B错；机械波在空气中传播时速度较小，在其他介质中传播时速度大，而电磁波恰好相反，C错；超声波和电磁波不是同一类波，不可能发生干涉，D错。]

5．有一LC振荡电路，能产生一定波长的电磁波，若要产生波长比原来短些的电磁波，可采取的措施为    (　　)

A．增加线圈的匝数

B．在线圈中插入铁芯

C．减小电容器极板间的距离

D．减小电容器极板正对面积   

D　[LC振荡电路产生的电磁波的频率为：f＝，再由v＝λf，解得λ＝2πv，所以减小波长的方法是减小自感系数L或电容C。对于选项A、B都是增加L的措施。对电容又有：C＝，可知选项D正确。]

6．当出现某疫情时，在机场、车站等交通出入口，使用红外线热像仪，红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它时的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播。关于红外线热像仪，下列说法正确的是(　　 )

A．选择红外线进行检测，主要是因为红外线具有荧光效应

B．红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测

C．红外线热像仪同时还具有杀菌作用

D．一切物体都能发射红外线，而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同

D　[红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同而工作的，故D正确。]

7．在无线电波广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是(　　)

A．调谐→高频放大→检波→音频放大

B．检波→高频放大→调谐→音频放大

C．调谐→音频放大→检波→高频放大

D．检波→音频放大→调谐→高频放大   

A　[在无线电波的接收中，首先要选择出所需要的电磁波—调谐，然后经高频放大后，再将音频信号提取出来—检波，最后再进行音频放大，故A正确。]

8．5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段(如图)，比4G及以下网络(通信频率在0.3G Hz～3.0GHz间的特高频段)拥有更大的带宽和更快的传输速率。未来5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 G bps(bps为bits per second的英文缩写，即比特率、比特/秒)，是4G网络的50～100倍。关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是(　　 )

A．在真空中的传播速度更快

B．在真空中的波长更长

C．衍射的本领更强

D．频率更高，相同时间传递的信息量更大

D　[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；因5G信号的频率更高，则波长小，故B错误；因5G信号的频率更高，则波长小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，故C错误。频率越高，光子的能量越大，故相同时间传递的信息量更大，故D正确。]

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，有多个选项符合题目要求。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.如图所示，有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管，半径为R，有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处于竖直向上的磁场中，要使带电粒子由静止开始沿管做圆周运动，所加磁场可能是(　　)

A．匀强磁场

B．均匀增加的磁场

C．均匀减少的磁场

D．由于洛伦兹力不做功，不管加什么磁场都不能使带电粒子运动

BC　[磁场对静止的电荷不产生力的作用，但当磁场变化时可产生电场，电场对带电粒子产生电场力的作用，带电粒子在电场力作用下可以产生加速度，选项B、C正确。]

10.如图所示，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，场强方向向上

B．线圈L周围磁场最强

C．线圈中的磁感应强度为零

D．电场能即将向磁场能转化

ACD　[开关S与b接通给电容器充电，再与a接通，电容器通过线圈放电，经过时，正是电容器反向充电完毕时刻，此时电容器下极板带正电，A项正确；线圈中电流为零，故B错，C对；此后电容器又要放电即由电场能转化为磁场能，D正确。]

11．许多光学规律在现代科学技术中得到了应用，以下解释中正确的是(　　)

A．X光透视利用的是光的衍射现象

B．人造卫星对地球进行高空摄影是利用红外线波长长，有较好的穿透云雾、烟尘的能力

C．对高级精密部件表面质量的检查可利用薄膜干涉

D．光纤通信利用的是光的全反射

BCD　[X光透视利用它的穿透本领强，故A错；红外线波长较长，有较好穿透云雾、烟尘的能力，故B正确；薄膜干涉可以检查表面是否平整，故C正确；光纤通信利用的是光的全反射，故D正确。]

12．关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　 )

A．在真空中各种电磁波的传播速度都相同

B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高

C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射

D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线

AB　[电磁波在真空中的速度都为3.0×108 m/s，故A正确；γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越大，波动性越强，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。]

三、非选择题：本题共6小题，共60分。

13.(6分)某时刻LC回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如图所示，则这时电容器正在________(选填 “充电” 或 “放电”)，电流大小正在________(选填 “增大” 或 “减小”)。

解析　由安培定则可知回路中的电流方向为逆时针方向，而上极板带正电，所以这时电容器正在充电；因为充电过程电场能增加，所以磁场能减少，电流在减小。

答案　充电　减小

14．(8分)如图中A为某火箭发射场，B为山区，C为城市。发射场正在进行某型号火箭的发射实验。为了转播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号。已知传输无线电广播所用的电磁波波长为550 m，而传输电视信号所用的电磁波波长为0.566 m，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能收听和收看火箭发射的实况，必须通过建在山顶上的转发站来转发________(选填 “无线电广播信号” 或 “电视信号”)。这是因为

_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

解析　从题中知，传输无线电广播所用电磁波波长为550 m，根据波发生明显衍射现象的条件，可知该电磁波很容易发生衍射现象，能绕过山坡而传播到城市所在的C区，因而不需要转发装置。电视信号所用的电磁波波长为0.566 m，其波长很短，衍射现象很不明显，几乎沿直线传播，能传播到山顶却不能传播到城市所在的C区，要想使信号传到C区，必须通过建在山顶的转发站来转发。

答案　电视信号　电视信号波长短，只能直线传播，受山坡阻挡，不易衍射

15．(10分)某雷达工作时，发射电磁波的波长λ＝20 cm，每秒脉冲数n＝5 000，每个脉冲持续时间t＝0.02 μs，求：该电磁波的振荡频率为多少？最大侦察距离是多少？

解析　由c＝λf可得电磁波的振荡频率

f＝＝ Hz＝1.5×109 Hz。

电磁波在雷达发射相邻两个脉冲间隔时间内传播的距离

s＝cΔt＝c＝3×108× m≈6×104 m，

所以雷达的最大侦察距离s′＝＝3×104 m＝30 km。

答案　1.5×109 Hz　30 km

16.(10分)麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波。一单色光在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图像如图所示，求该光波的频率。

解析　设光在介质中的传播速度为v，波长为λ，频率为f，则

f＝①

v＝②

联立①②式得f＝

从波形图上读出波长λ＝4×10－7 m代入数据得

f＝5×1014 Hz。

答案　5×1014 Hz

17.(12分)如图所示振荡电路中，线圈自感系数L＝0.5 H，电容器电容C＝2 μF。现使电容器带电，从接通开关S时刻算起：

(1)当t＝3.0×10－2 s时，电路中电流方向如何？(答 “顺时针” 或 “逆时针”)

(2)经过多长时间，线圈中的磁场能第一次达到最大？

解析　(1)LC回路振荡的周期：

T＝2π＝2π s≈6.28×10－3 s

当t＝3.0×10－2s时，t＝4.78T，即4T＜t＜5T，

此时电容器正处于正向充电阶段，所以电流方向为顺时针。

(2)当接通开关S时，电容器开始放电，当电场能完全转化为磁场能时，磁场能第一次达到最大，此时t＝＝1.57×10－3 s。

答案　(1)顺时针　(2)1.57×10－3 s

18．(14分)科学技术是一把双刃剑。电磁波的应用也是这样。它在使人类的生活发生日新月异变化的同时也存在副作用——电磁污染。频率超过0.1 MHz的电磁波的强度足够大时就会对人体构成威胁。按照有关规定，人体所受到的电磁辐射强度(即单位时间内垂直通过单位面积的电磁波的能量)不得超过某一规定值Ic。已知某无线通信设备发射电磁波的功率为P，设该通信设备向四面八方均匀地发射电磁波，且电磁波在传播过程中无能量损失。由数学知识可知，球面的面积S＝4πr2(式中r为球半径)，球半径与球面总是垂直的。

根据上述资料，可估算出人体到该通信设备发射电磁波处的安全距离至少应为多少时，人体所受的电磁辐射强度才不会超过规定值？

解析　设人到发射电磁波处的距离为r。以发射电磁波处为球心，以r为半径作一球面，若球面上电磁波的辐射强度为Ic。则：4πr2Ic＝P，所以，r＝ ，即人离波源的距离至少为 才是安全区。

答案