人教版 (2019)选择性必修 第二册2 电磁场与电磁波优秀练习题

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册2 电磁场与电磁波优秀练习题，共9页。

[学习目标] 1.知道电磁场的概念及产生的原理.2.知道有效发射电磁波的两个条件.3.了解无线电波的特点及传播规律.4.了解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波发射、接收过程中的作用．
一、电磁场
1．变化的磁场产生电场
(1)实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流．
(2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动．
(3)实质：变化的磁场产生了电场．
2．变化的电场产生磁场
麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场．
3．变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场．
二、电磁波
1．电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波．
2．电磁波的特点
(1)电磁波在空间传播不需要介质．
(2)电磁波是横波：电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直．
(3)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象．
3．电磁波具有能量
电磁场的转换就是电场能量与磁场能量的转换，电磁波的发射过程是辐射能量的过程，传播过程是能量传播的过程．
三、无线电波的发射
1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：
(1)要有足够高的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大．
(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，因此采用开放电路．
2．实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连．
3．电磁波的调制：在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术．调制分为调幅和调频．
(1)调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方法．
(2)调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方法．
四、无线电波的接收
1．接收原理：电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是接收天线．
2．电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振，相当于机械振动中的共振．
(1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．
(2)解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程．调幅波的解调也叫检波．
五、电视广播的发射和接收
1．电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播．
2．高频电视信号的三种传播方式：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输．
3．电视信号的接收：电视机接收到的高频电磁波信号经过解调将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号．
判断下列说法的正误．
(1)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场．( × )
(2)电磁波不能在真空中传播．( × )
(3)电磁波是横波．( √ )
(4)各种频率的电磁振荡都能辐射电磁波，振荡周期越大，越容易辐射电磁波．( × )
(5)为了有效地向外辐射电磁波，振荡电路必须采用开放电路，同时提高振荡频率．( √ )
(6)当处于电谐振时，只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流．( × )
(7)调幅就是使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变．( √ )
(8)解调就是把声音或图像信号从高频电流中还原出来．( √ )
一、电磁场
对麦克斯韦电磁场理论的理解
(1)变化的磁场产生电场
①均匀变化的磁场产生恒定的电场．
②非均匀变化的磁场产生变化的电场．
③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场．
(2)变化的电场产生磁场
①均匀变化的电场产生恒定的磁场．
②非均匀变化的电场产生变化的磁场．
③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场．
例1 关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )
A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
答案 D
解析 根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场．
针对训练1 用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场(左侧)产生的磁场(右侧)，或磁场(左侧)产生的电场(右侧)随时间t的变化规律，其中错误的是( )
答案 C
解析 恒定的电场不产生磁场，选项A正确；均匀变化的电场产生恒定的磁场，选项B正确；周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比，对于正弦曲线，t＝0时，磁场的磁感应强度的变化率最大，故产生的电场的电场强度最大，选项C错误，D正确．
二、电磁波
导学探究
如图所示的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么？
答案 当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到导线环时，在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也产生电火花．这个实验证实了电磁波的存在．
知识深化
电磁波的特点
(1)电磁波是横波，在传播方向上的任一点，E和B彼此垂直且均与传播方向垂直．如图所示．
(2)电磁波的传播不需要介质，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即v真空＝c＝3.0×
108 m/s.
(3)电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射、反射、折射和偏振等现象，电磁波也是传播能量的一种形式．
(4)电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为c＝λf.
例2 (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方向、磁感应强度方向均平行
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
答案 AB
解析 电磁波在真空中的传播速度等于光速，与频率无关，A正确；电磁波是周期性变化的电场和磁场互相激发得到的，B正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，C错误；光是一种电磁波，光可在光导纤维中传播，D错误．
针对训练2 (多选)下列关于机械波与电磁波的说法中，正确的是( )
A．机械波和电磁波本质上是一致的
B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关
C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波
D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
答案 BCD
解析 机械波由振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生；机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定；电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，故选项A错误，B、C、D正确．
三、无线电波的发射
1．有效发射电磁波的条件
要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：
(1)要有足够高的振荡频率．频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大，如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去．
(2)采用开放电路．采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图．
2．调制
(1)概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种信号而改变.
(2)调制的分类
①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示．
②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示．
例3 实际发射无线电波的过程如图甲所示，高频振荡器产生高频等幅振荡如图乙所示，人对着话筒说话时产生低频信号如图丙所示．则发射出去的电磁波图像应是( )
答案 B
解析 使电磁波随各种信号而改变的技术，叫作调制．调制共有两种方式：一种是调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载；另一种是调频，即通过改变频率来实现信号加载，由各选项的图形可知，该调制波为调幅波，即发射信号的振幅随声音信号振幅的变化而变化．故选B.
四、无线电波的接收
1．无线电波的接收原理
利用电磁感应在接收电路产生和电磁波同频率的电流．
2．方法
(1)利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强．
(2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来．
(3)调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程．
例4 调节收音机的调谐回路时，可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号，为接收到该电台信号，则应( )
A．加大电源电压
B．减小电源电压
C．增加谐振线圈的圈数
D．减少谐振线圈的圈数
答案 D
解析 由于f＝eq \f(1,2π\r(LC))，C越小、L越小，f越大．动片旋出，正对面积S减小，C减小，S调到最小，即C最小时，f还未达到高频率f0，则必须使L减小，即减少谐振线圈的圈数，选项C错误，D正确；频率f与电源电压无关，选项A、B错误．
调谐电路的调节，要特别注意以下问题
1．调节方向：由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小．
2．频率公式f＝eq \f(1,2π\r(LC))，根据(1)中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小．
针对训练3 在如图所示的LC振荡电路中，已知线圈的电感不变，电容器为可调电容器，开始时电容器的电容为C0，要发生电谐振应使振荡电路的固有频率加倍．则电容器的电容应变为( )
A．4C0 B．2C0
C．eq \f(1,2)C0 D．eq \f(1,4)C0
答案 D
解析 由题意，固有频率变为原来的2倍，即周期变为原来的eq \f(1,2)，由T＝2πeq \r(LC)知，L不变，只有C＝eq \f(1,4)C0时符合要求，D正确．
考点一 电磁场
1．下列说法中正确的是( )
A．任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场
B．任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场
C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场
D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场
答案 C
解析 根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场，故选C.
2．在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的电场的是( )
答案 C
解析 A中磁场不变，则不会产生电场，故A错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误；C中磁场随时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随时间做非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误．
考点二 电磁波
3．(多选)下列关于电磁波的叙述中，正确的是( )
A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s
C．电磁波由真空进入介质传播时，波长变短
D．电磁波具有波的一切特性
答案 ACD
解析 由电磁波的定义可知，A项正确；电磁波只有在真空中传播时，其速度为3×108 m/s，故B项错误；电磁波在传播过程中频率f不变，由波速公式v＝λf知，由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小，所以可得此时波长变短，故C正确；电磁波是一种波，具有波的一切特性，能产生干涉、衍射等现象，故D项正确．
4．(多选)关于电磁波与声波的比较，下列说法正确的是( )
A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质
B．由空气进入玻璃时，电磁波速度变小，声波速度变大
C．由空气进入玻璃时，电磁波波长变小，声波波长变大
D．电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的，与频率无关
答案 ABC
解析 选项A、B说法均与事实相符，故选项A、B正确；由空气进入玻璃时，根据λ＝eq \f(v,f)，电磁波波速变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，故选项C正确；电磁波在介质中的速度与介质有关，也与频率有关，在同一介质中，频率越大，电磁波的波速越小，故选项D错误．
考点三 无线电波的发射
5．(多选)为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了使用开放电路，还可以( )
A．增大电容器极板间的距离
B．减小电容器极板的正对面积
C．减少线圈的匝数
D．采用低频振荡电流
答案 ABC
解析 使用开放电路和提高发射频率是提高电磁波发射能力的两种有效方法；由f＝eq \f(1,2π\r(LC))、C＝eq \f(εrS,4πkd)可知，选项A、B、C正确，D错误．
6．(多选)关于调制的作用，下列说法正确的是( )
A．调制的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波上去
B．调幅的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波的振幅上去
C．调频的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波的频率上去
D．调频的作用是将低频信号变成高频信号，再放大后直接发射出去
答案 ABC
7．电台将播音员的声音转换成如图甲所示的电信号，再加载到如图乙所示的高频载波上，使高频载波的振幅随电信号改变(如图丙所示)．这种调制方式称为( )
A．调频 B．调谐 C．调幅 D．解调
答案 C
解析 使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制，而调制共有两种方式：一种是调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载；另一种是调频，即通过改变电磁波的频率来实现信号加载．由题意可知高频载波的振幅随电信号改变，故为调幅，故选C.
考点四 无线电波的接收
8．在无线电广播的接收中，调谐和解调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→解调→音频放大
B．解调→高频放大→调谐→音频放大
C．调谐→音频放大→解调→高频放大
D．解调→音频放大→调谐→高频放大
答案 A
解析 调谐是从众多的电磁波中选出所需频率的高频信号，然后进行高频放大，再从放大后的高频信号中“检”出高频信号所承载的低频声音信号(解调)，最后将这些低频声音信号放大后通过扬声器播放出来，综上所述，A对．
9．电视机的室外天线能把电信号接收下来，是因为( )
A．天线处于变化的电磁场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC电路
B．天线只处于变化的电场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC电路
C．天线只是有选择地接收某电视台信号，而其他电视台信号则不接收
D．天线将电磁波传输到电视机内
答案 A
解析 室外天线处于变化的电磁场中，天线产生了感应电流，此电流通过馈线输送给LC电路，此电流中空间各电视台信号激起的电流均存在，但只有频率与调谐电路频率相等的电信号对应电流最强，然后再通过解调处理输送给后面的电路，故A正确，B、C、D均错误．
10．(2022·无锡市模拟)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，那么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．6∶1 D．27∶1
答案 B
解析 最长波长是最短波长的3倍，根据公式c＝λf可知，最短波长和最长波长对应的波的频率之比为3∶1，而f＝eq \f(1,2π\r(LC))，可知电容与频率的平方成反比，故电容器的最大电容与最小电容之比为9∶1，B正确．
11．(多选)如图甲所示是一个调谐接收电路，乙、丙、丁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
答案 ACD
解析 L1中由于电磁感应，产生的感应电流的图像与题图乙相似，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中的电流图像应是题图丙中的i2.高频部分通过C2，通过耳机的电流如题图丁中的i3，只有低频的音频电流，故选项A、C、D正确，B错误．