4.3无线电波的发射和接收-【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第二册）

4.3无线电波的发射和接收（原卷版） 姓名：___________班级：___________ 1．中国空间站是夜空中最美、最亮的一颗“星”，下列关于空间站的说法正确的是（    ） A．空间站与地面通过声波进行通信 B．太阳能帆板是利用超导材料制成的 C．制作空间站外壳的材料密度较小 D．空间站外壳涂有一层熔点低的保护层 2．“汽车自动防撞系统”是智能轿车的重要组成部分。其信号采集通常采用波长较短的毫米级电磁波，该系统可测出本车速度、前车速度以及两车之间的距离。关于毫米级电磁波的说法正确的是（　　） A．不会发生偏振现象 B．遇前车易发生衍射现象 C．测前车速度是利用了多普勒效应 D．真空环境中无法传播 3．我国“歼-35”飞机的隐身效果大大提高，其主要是因为使用新型复合材料和特殊涂层，减弱了电磁波的（　　） A．反射 B．衍射 C．干涉 D．多普勒效应 4．2023年诺贝尔奖颁发给了研究“阿秒激光”的三位科学家，已知1阿秒等于，则以下关于“阿秒”的说法正确的是（　　） A．它是国际单位制的基本单位 B．它是国际单位制的导出单位 C．1阿秒时间内光在真空中前进的距离是 D．1阿秒时间内光在真空中前进的距离是340m 5．如图所示，机器狗将物资驮运在水平背部，忽略空气阻力，则（    ） A．匀速上坡时，货物的机械能守恒 B．加速前进时，物资对机器狗的力小于机器狗对物资的力 C．机器狗能跳过小障碍物，起跳离地后物资处于超重状态 D．机器狗用5G信号定位，该信号是电磁波能在真空中传播 6．如图所示，飞机在以接近音速的速度飞行时，就能追上自身发出的声波，因此声波在飞机前方聚集，当聚集到一定程度就会形成“音障”，对飞机行驶安全造成影响。下列现象与“音障”形成原理相同的是（　　） A．收音机通过调频以接收电台信号 B．在空旷的房间发出声音后听到回声 C．迎面驶来的警车警笛鸣声变得尖锐 D．摩天大楼顶楼装风阻尼器以防止大风造成损坏 7．（多选题）电磁波可应用与卫星通信，下列说法中正确的是（　　） A．当电磁波的频率和振荡电路的固有频率相同时，振荡电流的振幅最大，接收到的能量最大 B．电磁波的频率越高，越趋近于直线传播，衍射能力越差，在传播中的衰减也越大 C．为了有效地发射电磁波，可降低LC开放电路的振荡频率 D．卫星通信是利用卫星作为无线电波传播的中继站，补充能量后再发往下一站 8．（多选题）蓝牙设备使用无线电波连接传输数据。蓝牙设备包含一块小小的蓝牙模块以及支持连接的蓝牙无线电和软件。当两台蓝牙设备想要相互交流时，它们需要进行配对，蓝牙耳机接收信号发出声音，在接收电路必须经过下列过程中的（　　） A．调幅 B．调频 C．调谐 D．解调 9．我国科学家利用脑机接口技术帮助截瘫患者实现意念控制体外仪器。植入患者颅骨内的微处理器，将意念对应的低频神经信号，通过高频载波无线传输给体外仪器。则（　　） A．高频载波属于纵波 B．使高频载波随低频神经信号改变的过程属于调制 C．体外接收电路的固有频率与低频神经信号的频率相等 D．体外接收电路中的信号经过调谐还原出低频神经信号 10．（多选题）电磁波的发射、传播及接收过程如图所示，下列说法正确的是（    ） A．信号源发射出的电磁波是由自由电子周期运动而产生的 B．电磁波发射装置主要由振荡器和开放电路两部分组成。振荡器的作用是产生高频振荡电流和对开放电路供给能量 C．能直接穿过电离层，以空间波的形式进行直线传播是短波，这种直线传播受大气的干扰小、能量损失少、信号强 D．调节频道主要是在调节LC电路中的电容C，改变其固有频率而产生“电谐振”现象 11．（多选题）2022年5月10日，天舟四号货运飞船顺利升空，并与空间站完成自主快速交会对接。下列有关飞船和空间站的说法中，正确的是（    ） A．对接后，以核心舱为参照物，飞船是静止的 B．飞船内的物资被送到空间站后，质量不变 C．天舟四号在加速升空过程中，机械能守恒 D．空间站的天地互联，是利用电磁波传递信息的 12．（多选题）下列各图中，说法正确的是（　　） A．图甲中导线环平行于纸面，当通有沿顺时针方向的电流时，小磁针N极应垂直纸面向纸内转动 B．图乙所示“天宫课堂”第二课在我国空间站开讲，信息从空间站到地面的传输采用的是无线电波 C．图丙中当磁铁插入线圈时电流表的指针将会偏转，拔出时电流表的指针不会偏转 D．图丁所示，牛顿利用该扭秤装置发现真空中两个静止点电荷之间的作用规律 13．仔细观察图片，回答下列问题： （1）如图甲所示的普通LC振荡电路中，电场和磁场的分布有什么特点？ （2）如图甲电路在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能主要是在电路内互相转化，辐射出去的能量很少，乙与甲相比，哪个电路能更有效地发射电磁波呢？乙与丙相比呢？ （3）研究表明，振荡电路向外辐射能量的本领，与振荡频率有关。结合以上活动，应从哪些方面提高振荡电路发射电磁波的本领？ （4）根据电磁感应现象，考虑如何接收电磁波信号？ 14．如图所示，某车载收音机的LC电路由固定线圈和可调电容器组成。一听众通过旋转可变电容器的动片，使收音机接收电路产生电谐振，从而清晰地收听到FM101.5MHz山西文艺广播电台的节目。已知电感线圈的自感系数，光速，取。求： （1）FM101.5MHz在空气中传播时的波长； （2）电谐振时电容器的电容量。 15．（多选题）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波 B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波 C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现 D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程 16．（1）静电场可以用电场线和等势面形象描述． a．请根据电场强度的定义和库仑定律推导出点电荷Q的场强表达式； b．点电荷的电场线和等势面分布如图所示，等势面S₁、S₂到点电荷的距离分别为r₁、r₂．我们知道，电场线的疏密反映了空间区域电场强度的大小．请计算S₁、S₂上单位面积通过的电场线条数之比N1/N2． （2）观测宇宙中辐射电磁波的天体，距离越远单位面积接收的电磁波功率越小，观测越困难．为了收集足够强的来自天体的电磁波，增大望远镜口径是提高天文观测能力的一条重要路径．2016年9月25日，世界上最大的单口径球面射电望远镜FAST在我国贵州落成启用，被誉为“中国天眼”．FAST直径为500 m，有效提高了人类观测宇宙的精度和范围． a．设直径为100 m的望远镜能够接收到的来自某天体的电磁波功率为P₁，计算FAST能够接收到的来自该天体的电磁波功率P₂； b．在宇宙大尺度上，天体的空间分布是均匀的，仅以辐射功率为P的同类天体为观测对象，设直径为100 m望远镜能够观测到的此类天体数目是N0，计算FAST能够观测到的此类天体数目N． 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 4.3无线电波的发射和接收 姓名：___________班级：___________ 1．中国空间站是夜空中最美、最亮的一颗“星”，下列关于空间站的说法正确的是（    ） A．空间站与地面通过声波进行通信 B．太阳能帆板是利用超导材料制成的 C．制作空间站外壳的材料密度较小 D．空间站外壳涂有一层熔点低的保护层 【答案】C 【详解】A．真空不能传声，是通过电磁波联系，故A错误； B．太阳能帆板含有半导体材料，故B错误； C．外壳材料密度小，相同体积质量较小，故C正确； D ．外壳应使用耐温性好的材料，熔点高，抵抗热辐射，故D错误。 故选C。 2．“汽车自动防撞系统”是智能轿车的重要组成部分。其信号采集通常采用波长较短的毫米级电磁波，该系统可测出本车速度、前车速度以及两车之间的距离。关于毫米级电磁波的说法正确的是（　　） A．不会发生偏振现象 B．遇前车易发生衍射现象 C．测前车速度是利用了多普勒效应 D．真空环境中无法传播 【答案】C 【详解】A．毫米级电磁波是横波，会发生偏振现象，故A错误； B．毫米级电磁波的波长远小于车的大小，所以遇到前车时不会发生明显衍射现象，故B错误； C．该系统测前车速度是利用了多普勒效应，故C正确； D．电磁波可以在真空中传播，故D错误。 故选C。 3．我国“歼-35”飞机的隐身效果大大提高，其主要是因为使用新型复合材料和特殊涂层，减弱了电磁波的（　　） A．反射 B．衍射 C．干涉 D．多普勒效应 【答案】A 【详解】雷达向外发射电磁波，当电磁波遇到飞机时就要发生反射，雷达通过接收反射回来的电磁波，就可以测定飞机的位置。我国“歼-35”飞机的隐身效果大大提高，其主要是因为使用新型复合材料和特殊涂层，减弱了电磁波的反射。 故选A。 4．2023年诺贝尔奖颁发给了研究“阿秒激光”的三位科学家，已知1阿秒等于，则以下关于“阿秒”的说法正确的是（　　） A．它是国际单位制的基本单位 B．它是国际单位制的导出单位 C．1阿秒时间内光在真空中前进的距离是 D．1阿秒时间内光在真空中前进的距离是340m 【答案】C 【详解】AB．阿秒既不是国际单位制的基本单位，也不是导出单位，选项AB错误； CD．1阿秒时间内光在真空中前进的距离是 选项C正确，D错误。 故选C。 5．如图所示，机器狗将物资驮运在水平背部，忽略空气阻力，则（    ） A．匀速上坡时，货物的机械能守恒 B．加速前进时，物资对机器狗的力小于机器狗对物资的力 C．机器狗能跳过小障碍物，起跳离地后物资处于超重状态 D．机器狗用5G信号定位，该信号是电磁波能在真空中传播 【答案】D 【详解】A．匀速上坡时，货物的动能不变，重力势能增加，则机械能增加，选项A错误； B．物资对机器狗的力与机器狗对物资的力是一对相互作用力，总是等大反向，选项B错误； C．机器狗能跳过小障碍物，起跳离地后物资的加速度向下，处于失重状态，选项C错误； D．机器狗用5G信号定位，该信号是电磁波能在真空中传播，选项D正确。 故选D。 6．如图所示，飞机在以接近音速的速度飞行时，就能追上自身发出的声波，因此声波在飞机前方聚集，当聚集到一定程度就会形成“音障”，对飞机行驶安全造成影响。下列现象与“音障”形成原理相同的是（　　） A．收音机通过调频以接收电台信号 B．在空旷的房间发出声音后听到回声 C．迎面驶来的警车警笛鸣声变得尖锐 D．摩天大楼顶楼装风阻尼器以防止大风造成损坏 【答案】C 【详解】A．“音障”是运动物体的速度即将达到音速时因多普勒效应而产生的声波共振现象，“音障”形成原理是多普勒效应，收音机通过调频以接收电台信号，原理是改变载波频率的方式来携带音频信号，故A不符合要求； B．在空旷的房间发出声音后听到回声，原理是波的反射，故B不符合要求； C．根据多普勒效应，迎面驶来的警车警笛鸣声变得尖锐，故C符合要求； D．摩天大楼顶楼装风阻尼器，通过增加建筑物的阻尼来减小建筑物的共振，从而降低振动的幅度，故D不符合要求。 故选C。 7．（多选题）电磁波可应用与卫星通信，下列说法中正确的是（　　） A．当电磁波的频率和振荡电路的固有频率相同时，振荡电流的振幅最大，接收到的能量最大 B．电磁波的频率越高，越趋近于直线传播，衍射能力越差，在传播中的衰减也越大 C．为了有效地发射电磁波，可降低LC开放电路的振荡频率 D．卫星通信是利用卫星作为无线电波传播的中继站，补充能量后再发往下一站 【答案】ABD 【详解】A．当电磁波的频率和振荡电路的固有频率相同时，会产生电谐振，振荡电流的振幅最大，接收到的能量最大，故A正确； B．电磁波的频率越高，波长越小，越趋近于直线传播，衍射能力越差，在传播中的衰减也越大，故B正确。 C．为了有效地发射电磁波，可增大LC开放电路的振荡频率，故C错误； D．卫星通信是利用卫星作为无线电波传播的中继站，补充能量后再发往下一站，故D正确。 故选ABD。 8．（多选题）蓝牙设备使用无线电波连接传输数据。蓝牙设备包含一块小小的蓝牙模块以及支持连接的蓝牙无线电和软件。当两台蓝牙设备想要相互交流时，它们需要进行配对，蓝牙耳机接收信号发出声音，在接收电路必须经过下列过程中的（　　） A．调幅 B．调频 C．调谐 D．解调 【答案】CD 【详解】接收电路必须通过调谐接收到载有信号的电磁波，再通过解调才能得到声音信号。 故选CD。 9．我国科学家利用脑机接口技术帮助截瘫患者实现意念控制体外仪器。植入患者颅骨内的微处理器，将意念对应的低频神经信号，通过高频载波无线传输给体外仪器。则（　　） A．高频载波属于纵波 B．使高频载波随低频神经信号改变的过程属于调制 C．体外接收电路的固有频率与低频神经信号的频率相等 D．体外接收电路中的信号经过调谐还原出低频神经信号 【答案】B 【详解】A．高频载波是电磁波，属于横波，故A错误； B．使高频载波随低频神经信号改变的过程属于调制，故B正确； C．体外接收电路的固有频率与高频载波的频率相等，故C错误； D．体外接收电路中的信号经过检波还原出低频神经信号，故D错误。 故选B。 10．（多选题）电磁波的发射、传播及接收过程如图所示，下列说法正确的是（    ） A．信号源发射出的电磁波是由自由电子周期运动而产生的 B．电磁波发射装置主要由振荡器和开放电路两部分组成。振荡器的作用是产生高频振荡电流和对开放电路供给能量 C．能直接穿过电离层，以空间波的形式进行直线传播是短波，这种直线传播受大气的干扰小、能量损失少、信号强 D．调节频道主要是在调节LC电路中的电容C，改变其固有频率而产生“电谐振”现象 【答案】ABD 【详解】A．信号源发射出的电磁波是由自由电子周期运动而产生的；故A正确； B．电磁波发射装置主要由振荡器和开放电路两部分组成。振荡器的作用是产生高频振荡电流和对开放电路供给能量，故B正确； C．能直接穿过电离层，以空间波的形式进行直线传播是微波，这种直线传播受大气的干扰小、能量损失少、信号强，故C错误； D．调节频道主要是在调节LC电路中的电容C，改变其固有频率而产生“电谐振”现象，故D正确。 故选ABD。 11．（多选题）2022年5月10日，天舟四号货运飞船顺利升空，并与空间站完成自主快速交会对接。下列有关飞船和空间站的说法中，正确的是（    ） A．对接后，以核心舱为参照物，飞船是静止的 B．飞船内的物资被送到空间站后，质量不变 C．天舟四号在加速升空过程中，机械能守恒 D．空间站的天地互联，是利用电磁波传递信息的 【答案】ABD 【详解】A．对接后，以核心舱为参照物，飞船与核心舱之间没有发生位置的改变，故飞船是静止的，故A正确； B．飞船内的物资被送到空间站后，空间位置发生变化，质量不变，故B正确； C．天舟四号在加速升空过程中，质量不变，速度增大、高度增大，根据 ， 所以动能增大、重力势能增大，机械能增大，故C错误； D．空间站实现天地互联，是利用电磁波传递信息的，故D正确。 故选ABD。 12．（多选题）下列各图中，说法正确的是（　　） A．图甲中导线环平行于纸面，当通有沿顺时针方向的电流时，小磁针N极应垂直纸面向纸内转动 B．图乙所示“天宫课堂”第二课在我国空间站开讲，信息从空间站到地面的传输采用的是无线电波 C．图丙中当磁铁插入线圈时电流表的指针将会偏转，拔出时电流表的指针不会偏转 D．图丁所示，牛顿利用该扭秤装置发现真空中两个静止点电荷之间的作用规律 【答案】AB 【详解】A．图甲中导线环平行于纸面，当通有沿顺时针方向的电流时，由右手定则可知小磁针N极应垂直纸面向纸内转动，故A正确； B．图乙所示“天宫课堂”第二课在我国空间站开讲，信息从空间站到地面的传输采用的是无线电波，故B正确； C．图丙中当磁铁插入线圈时电流表的指针将会偏转，拔出时线圈中磁通量也会发生变化，电流表的指针也会偏转，故C错误； D．图丁所示，库仑利用该扭秤装置发现真空中两个静止点电荷之间的作用规律，故D错误。 故选AB。 13．仔细观察图片，回答下列问题： （1）如图甲所示的普通LC振荡电路中，电场和磁场的分布有什么特点？ （2）如图甲电路在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能主要是在电路内互相转化，辐射出去的能量很少，乙与甲相比，哪个电路能更有效地发射电磁波呢？乙与丙相比呢？ （3）研究表明，振荡电路向外辐射能量的本领，与振荡频率有关。结合以上活动，应从哪些方面提高振荡电路发射电磁波的本领？ （4）根据电磁感应现象，考虑如何接收电磁波信号？ 【答案】（1）电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部；（2）乙，丙；（3）见解析；（4）见解析 【详解】（1）在普通的LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部。 （2）要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有如下特点：第一，要有足够高的振荡频率；第二，要采用开放电路，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去。乙与甲相比，乙能更有效地发射电磁波，乙与丙相比，丙能更有效地发射电磁波。 （3）要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有如下特点：第一，要有足够高的振荡频率；第二，要采用开放电路。根据 可知，减小自感系数L或减小电容C，都可增大频率。 （4）①为了接收在空间传播的电磁波，必须使用天线接收，但由于天线能接收传播过来的所有电磁波而没有选择性，如把天线接收的电磁波全部变成声音，那只是一片嘈杂声，什么也听不清楚。②为了从各种各样的电磁波中选择我们要接收的某一频率的电磁波，必须使用“调谐装置”。③此时我们所接收到的电磁波的信号还是高频信号，不能直接用耳机听到，所以还必须把高频电信号通过检波器，把声音信号从高频信号中“检”出来。④把检出的声音信号电流通过耳机，就还原成声音了。接收过程是：接收-调谐器-选出特定频率信号-电子电路-取出音频信号-扬声器-声音。 14．如图所示，某车载收音机的LC电路由固定线圈和可调电容器组成。一听众通过旋转可变电容器的动片，使收音机接收电路产生电谐振，从而清晰地收听到FM101.5MHz山西文艺广播电台的节目。已知电感线圈的自感系数，光速，取。求： （1）FM101.5MHz在空气中传播时的波长； （2）电谐振时电容器的电容量。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）由 得 （2）由 得 15．（多选题）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波 B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波 C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现 D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程 【答案】BD 【详解】A．由题知，“奋斗者”号与“探索一号”通信是通过水声音通信，声音在水下是纵波，故信息载体属于纵波，故A错误； B．由题知，“奋斗者”号与“沧海”号通信是通过无线蓝绿光通信，光是电磁波属于横波，故信息载体属于横波，故B正确； C．因为太空中没有介质，故机械波无法传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁通信来实现，故C错误； D．在传递信息的过程也是传递能量的过程，故“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程，故D正确。 故选BD。 16．（1）静电场可以用电场线和等势面形象描述． a．请根据电场强度的定义和库仑定律推导出点电荷Q的场强表达式； b．点电荷的电场线和等势面分布如图所示，等势面S₁、S₂到点电荷的距离分别为r₁、r₂．我们知道，电场线的疏密反映了空间区域电场强度的大小．请计算S₁、S₂上单位面积通过的电场线条数之比N1/N2． （2）观测宇宙中辐射电磁波的天体，距离越远单位面积接收的电磁波功率越小，观测越困难．为了收集足够强的来自天体的电磁波，增大望远镜口径是提高天文观测能力的一条重要路径．2016年9月25日，世界上最大的单口径球面射电望远镜FAST在我国贵州落成启用，被誉为“中国天眼”．FAST直径为500 m，有效提高了人类观测宇宙的精度和范围． a．设直径为100 m的望远镜能够接收到的来自某天体的电磁波功率为P₁，计算FAST能够接收到的来自该天体的电磁波功率P₂； b．在宇宙大尺度上，天体的空间分布是均匀的，仅以辐射功率为P的同类天体为观测对象，设直径为100 m望远镜能够观测到的此类天体数目是N0，计算FAST能够观测到的此类天体数目N． 【答案】（1）a． b．（2）a． b． 【详解】（1）a．在距Q为r的位置放一电荷量为q的检验电荷 根据库仑定律检验电荷受到的电场力 根据电场强度的定义 得 b．穿过每个面的电场线的总条数是相等的，若面积大，则单位面积上分担的条数就少， 故穿过两等势面单位面积上的电场线条数之比 （2）a．地球上不同望远镜观测同一天体，单位面积上接收的功率应该相同，因此 b．在宇宙大尺度上，天体的空间分布是均匀的．因此一个望远镜能观测到的此类天体数目正比于以望远镜为球心、以最远观测距离为半径的球体体积． 设地面上望远镜能观测到此类天体需收集到的电磁波的总功率的最小值为P0，直径为100 m望远镜和FAST能观测到的最远距离分别为L0和L，则 可得L=5L0 则 故本题答案是：（1）a     ;    b. （2）a    ;   b. 点睛：本题是一道信息题，要读懂题目中所描述的物理情景，然后结合物理知识求解，在电场线条数一定的情况下，圆的半径越大，则单位面积上的条数就越少；同样要知道地球上不同望远镜观测同一天体，单位面积上接收的功率应该相同，要借助于这些条件处理问题． 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $$