第4章 电磁振荡与电磁波 水平测评-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册作业与测评课件PPT（人教版2019）

第四章　水平测评 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，考试时间75分钟。 第Ⅰ卷(选择题，共50分) 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每个小题给出的四个选项中，第1～7小题，只有一个选项符合题意；第8～10小题，有多个选项符合题意，全部选对的得5分，选对而不全的得3分，错选或不选的得0分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1．首先用实验证实电磁波存在、验证麦克斯韦电磁场理论正确的科学家是(　　) A．法拉第 B．赫兹 C．安培 D．奥斯特 答案 解析 解析：由物理史实可知B正确。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2．①验钞机的紫外线、②电视机遥控器的红外线、③CT机的X射线，它们都是电磁波，按频率从高到低的排列顺序是(　　) A．①②③ B．③②① C．②③① D．③①② 答案 解析 解析：CT机的X射线的频率高于验钞机的紫外线的频率，验钞机的紫外线的频率高于电视机遥控器的红外线的频率，故D正确。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3．麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦这一阶段中最伟大的理论物理学家，他的科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命来临时才充分体现出来，下列关于麦克斯韦的理论，正确的是(　　) A．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场 B．光是以波动形式传播的一种电磁振动 C．水波、声波和电磁波都能在真空中传播 D．当电场和磁场同时存在空间某一区域时，就会形成电磁波 答案 解析 解析：均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，故A错误；光是以波动形式传播的一种电磁振动，故B正确；水波、声波属于机械波，不能在真空中传播，电磁波能在真空中传播，故C错误；电磁波是由变化的电场和磁场从发生区域由近及远传播形成的，故D错误。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5．5G是“第五代移动通信网络”的简称，目前世界各国正大力发展5G网络。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(如图所示)，比目前4G及以下网络(通信频率在0.3 GHz～3.0 GHz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10G 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。相比于4G网络，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 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 6．近场通信(NFC)是一种短距高频的无线电技术，其主要结构就是线圈和电容组成的类似LC振荡电路的并联谐振电路，其终端有主动、被动和双向三种模式，最常见的被动模式广泛应用于公交卡、门禁卡、校园一卡通等。刷卡时，电路发生电谐振，给电容器充电，达到一定电压后，在读卡设备发出的射频场中响应，被读或写入信息。下列说法正确的是(　　) A．LC电路的电容器在充电时，电流增大 B．如果增大LC电路中电容器两极板间距离，振荡频率将减小 C．LC电路中，电容器充电时，线圈中自感电动势增大 D．电磁波发射时，使电磁波随各种信号而改变的技术叫电谐振 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7.许多先进的军事作战单位安装了有源相控阵雷达，如图 所示。有源相控阵雷达是相控阵雷达的一种。有源相控阵雷达 的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件，每一个组件都能自 己产生、接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗度设计上都 比无源相控阵雷达具有较大的优势。下列说法正确的是(　　) A．雷达使用的电磁波是长波，它利用了长波容易发生衍射，可以绕开障碍物远距离传播的特点 B．雷达使用的电磁波是红外线，它利用了红外线直线性好、反射性强的特点 C．雷达除了能测量飞机的方位，还能测量其速度 D．雷达使用的电磁波比红外遥感使用的电磁波频率大 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 8．下列说法中正确的是(　　) A．在可见光中紫光的频率最大，可以用来杀菌消毒 B．用γ射线照射作物种子，使种子内的遗传物质发生变异，培育优良品种 C．微波有很强的热效应，所以用微波炉加热食物 D．一切物体都在辐射红外线，这种辐射与物体的温度有关 答案 解析 解析：紫外线可以用来杀菌消毒，紫光无杀菌消毒作用，故A错误；γ射线具有很高的能量，可以用来培育优良品种，故B正确；微波几乎没有热效应，故C错误；一切物体都在辐射红外线，这种辐射与物体的温度有关，故D正确。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 9.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交变电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，使粒子每次通过狭缝时都能得到加速，如图所示。现用LC振荡器作为使带电粒子加速的高频交流电源，已知振荡器中的电感L、电容C分别为L0、C0时恰好能使质子加速。若要使α粒子加速，下列措施可行的是(　　) A．只将C调节为2C0 B．只将L调节为4L0 C．将C调节为2C0，同时将L调节为4L0 D．将C调节为2C0，同时将L调节为2L0 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10．如图甲所示的LC电路中，保持L不变， 改变电容器的电容，回路中电容器两端的电压变 化如图乙所示，则下列说法正确的是(　　) A．图甲时刻回路中的磁场能正在变大 B．曲线2对应的电容为曲线1对应的电容的2倍 C．曲线2对应的电容器所带最大电荷量与曲线1对应的电容器所带的最大电荷量相等 D．曲线2对应的电流最大时，曲线1对应的电流也一定最大 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、填空与实验题(本题共2小题，共12分) 11．(4分)(1)电磁波在生活中有着广泛的应用，在电磁波谱中，医院用于“透视”检查身体的是________(选填“红外线”或“X射线”)。 (2)2019年6月，工信部正式向中国移动、中国电信、中国联通和中国广电4家公司发放5G正式商用牌照，这标志着我国正式进入了5G商用元年。据悉此次中国电信和中国联通获得3500 MHz频段试验频率使用许可，该频段的波长约为______ mm。 答案 X射线 85.7 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 12．(8分)某同学利用电流传感器探究电容器对电感和电阻的放电情况。电路图如图甲所示，电流传感器可以在电脑端记录电流随时间变化的图线。 (1)第一次探究中该同学先将开关掷向1，待电路稳定后再掷向3，得到的电流图像如图乙所示，该同学从I­t图像与t轴所围的面积计算得出放电前电容器所带电荷量的大小。关于本次实验探究，下列判断正确的是________。 A．若已知电源电动势，可知该电容器的电容 B．若只增大电阻R的阻值，电容器放电的时间将变短 C．电阻R增加，I­t图像与t轴所围的面积将增大 D．电容器在放电过程中，两端电压保持不变 答案 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (2)第二次探究中，该同学先将开关掷向1，待电路稳定后再掷向2，探究LC振荡电路的规律。 ①若将电源的电动势增大，则LC振荡电路的频率将________(填“增大”“减小”或“不变”)； ②若已知电容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，现将测得的六组数据标示在以C为横坐标、T2为纵坐 标的坐标纸上，如图丙所示，“·”表示作图点。 ③根据图丙中给出的数据点作出T2与C的关系图线； ④求得L的值是__________ H(结果保留两位有效数字)。 答案 不变 答案：如图所示 5.1×10－2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 三、作图与计算题(本题共3小题，共38分。解答中应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤，只写出最后答案的不给分) 13．(10分)图中正弦曲线表示左侧LC振荡电路中 电流随时间变化的图像，若规定回路中电流为顺时针 方向时为正，电容器上极板带正电时极板间电压为正， 请画出电容器极板间电压及回路中电场能随时间变化的曲线的示意图。 答案 答案：如图所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析：振荡电流的变化周期与电容器极板间电压变化的周期相同，且当振荡电流最大时，电容器两极板间电压为零；振荡电流为零时，电容器两极板间电压最大；结合题设中对电流正负及极板间电压正负的规定可得电容器极板间电压随时间变化的图线如答图1所示。电容器极板间电压为0时，电容器极板间电场强度为0，回路的电场能为0；电容器极板间电压越大，电容器极板间电场强度越大，回路的电场能越大，据此结合答图1，可画出回路中电场能随时间变化的图线如答图2所示。　 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 14．(13分)某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10－4 s，某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示，t＝173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示，雷达荧光屏上相邻刻线间表示的时间间隔为10－4 s，电磁波的传播速度为c＝3×108 m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？ 答案：335 m/s 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15．(15分)在如图所示的电路中，C1＝200 pF，L1＝40 μH，L2＝160 μH。 (1)回路1中，振荡电流的周期是多大？ (2)怎样才能使回路2与回路1发生电谐振？发生电谐振的频率是多大？ (3)假设某时刻C1所带电荷量最大，此时C1两极板间有一带电油滴恰能保持静止，则回路1中的磁场能最大时，带电油滴的加速度为多大？电场能最大时，带电油滴的加速度为多大？ 答案：(1)5.62×10－7 s (2)改变可变电容器C2的电容，使得C2为50 pF　1.78×106 Hz (3)g　0或2g 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 解析：根据题意，开关闭合时，自感线圈中有恒定的向上的电流，电容器两极板间电压为0，不带电。S断开瞬间，电容器与自感线圈L组成振荡电路，且此时电容器开始充电，上极板带正电，电容器极板上电荷量的变化如图所示。由图可知，t＝eq \f(3,8)T时，电容器正在放电，此时上极板仍带正电，故极板间电场方向向下；分析可知，此时线圈中电流由上向下，由右手螺旋定则可知，线圈内部磁场方向向上。B正确。　 4．如图所示，L为电阻不计的自感线圈，已知LC振荡电路的周期为T，开关S闭合一段时间。S断开时开始计时，当t＝eq \f(3,8)T时，L内部磁感应强度的方向和电容器极板间电场强度的方向分别为(　　) A．向下、向下 B．向上、向下 C．向上、向上 D．向下、向上 解析：无线电波(电磁波)在真空的传播速度与光速相同，与频率没有关系，故A错误；由公式c＝λf可知，λ＝eq \f(c,f)，频率越大，波长越短，衍射本领越弱，故B、C错误；无线电波(电磁波)频率越高，周期越小，相同时间内可承载的信息量越大，故D正确。　 解析：LC电路的电容器在充电时，电流减小，故A错误；电容器两极板间距离d增大时，C＝eq \f(εrS,4πkd)减小，根据f＝eq \f(1,2π\r(LC))可知，振荡频率f增大，故B错误；电容器充电时，电流减小得越来越快，线圈中自感电动势增大，故C正确；电磁波发射时，使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制，故D错误。　 解析：波长越短的电磁波衍射现象越不明显，传播的直线性越好，但波长太短的电磁波如红外线、可见光等易被空气、云层等吸收而迅速衰减，因此雷达使用的电磁波是波长较短的微波，利用了微波直线性好、反射性强的特点，A、B错误。只要测出雷达脉冲从目标飞机往返的时间t，根据d＝eq \f(1,2)ct，就可以测出飞机距雷达的距离d，结合雷达发出电磁脉冲的方向，就可测得飞机相对于雷达的位置x(矢量)；测出连续发射两次脉冲的时间Δt，以及位置x1、x2，由v＝eq \f(Δx,Δt)＝eq \f(x2－x1,Δt)就可测出飞机的速度，C正确。雷达使用的电磁波是微波，红外遥感使用的电磁波是红外线，红外线的频率比微波的大，D错误。　 解析：要使回旋加速器正常工作，粒子在磁场中做圆周运动的周期应等于LC振荡器的固有周期T0，即eq \f(2πm,qB)＝T0，因为α粒子的比荷为质子比荷的eq \f(1,2)，则在相同磁场中，α粒子的运动周期为质子运动周期的2倍，所以若要使α粒子加速，需将LC振荡器的固有周期调节为原来的2倍。由T0＝2πeq \r(LC)得，只将C调节为2C0，振荡器周期变为原来的eq \r(2)倍，A错误；只将L调节为4L0，振荡器周期变为原来的2倍，B正确；将C调节为2C0，同时将L调节为4L0，振荡器周期变为原来的2eq \r(2)倍，C错误；将C调节为2C0，同时将L调节为2L0，振荡器周期变为原来的2倍，D 正确。　 解析：图甲中对线圈应用安培定则可知，电流从电容器的上极板流出，则电容器正在放电，电场能转化为磁场能，则回路中的磁场能正在变大，故A正确；由图乙可知，曲线2的振荡周期为曲线1的2倍，根据T＝2πeq \r(LC)可知，曲线2对应的电容为曲线1对应的电容的4倍，故B错误；根据电容的定义式C＝eq \f(Q,U)可得Q＝CU，由于改变电容器的电容前后电容器两端的最大电压相同，且曲线2对应的电容为曲线1对应的电容的4倍，可知曲线2对应的电容器所带最大电荷量是曲线1对应的电容器所带最大电荷量的4倍，故C错误；曲线2对应的电流最大时，电容器两端的电压为0，由图乙可知此时曲线1对应的电容器两端的电压也为0，即曲线1对应的电流也最大，故D正确。　 解析：(1)电磁波在生活中有着广泛的应用，在电磁波谱中，医院用于“透视”检查身体的是X射线。 (2)该频段的波长λ＝eq \f(c,f)＝eq \f(3×108,3500×106) m＝0.0857 m＝85.7 mm。　 解析：(1)根据I­t图像与t轴所围的面积可计算得出电容器充满电时所带电荷量的大小，若已知电源电动势，根据C＝eq \f(Q,U)，可计算出该电容器的电容，A正确；电阻R增加，电容器充满电时所带电荷量不变，则I­t图像与t轴所围的面积不变，C错误；只增大电阻R的阻值，最大放电电流Im＝eq \f(E,R)变小，在题图乙中，I轴截距变小，图线与t轴所围面积仍保持不变，可知电容器放电的时间将变长，B错误；电容器放电过程中，电容器的电容不变，所带电荷量减少，根据U＝eq \f(Q,C)可知，电容器两端电压变小，D错误。 (2)①将电源的电动势增大，根据f＝eq \f(1,2π\r(LC))可知，LC振荡电路的频率不变。 ③根据描点法可得T2­C图像如图所示。 ④根据T＝2πeq \r(LC)，可得T2＝4π2L·C，则T2­C图像斜率k＝4π2L，结合图像解得L＝5.1×10－2 H。 解析：由题意知荧光屏上相邻刻线间的时间间隔t0＝10－4 s，图甲发射波和接收波的时间间隔t1＝4×10－4 s，此时战斗机距雷达的距离为s1＝c×eq \f(t1,2)＝6.0×104 m 图乙时间间隔t2＝1×10－4 s，此时战斗机在雷达正上方，所以战斗机的高度h＝c×eq \f(t2,2)＝1.5×104 m 故173 s内战斗机飞行的水平距离为 s＝2,1)eq \r(s－h2) ＝5.8×104 m 该战斗机的飞行速度v＝eq \f(s,t)＝335 m/s。　 解析：(1)T1＝2πeq \r(L1C1)＝5.62×10－7 s。 (2)当回路2与回路1发生电谐振时， T2＝2πeq \r(L2C2)＝T1 解得C2＝50 pF 此时电谐振的频率f＝eq \f(1,T1)＝1.78×106 Hz。 (3)题中C1所带电荷量最大时刻，C1两极板间场强最大，设为Emax，对带电油滴，设其质量为m，电荷量为q，根据平衡条件，有 qEmax＝mg 回路1中磁场能最大时，电场能最小，两极板间电场强度为零，油滴不受电场力，加速度大小a1＝g，方向向下 回路1中电场能最大时，C1两极板间场强最大，油滴所受电场力向上时，加速度大小a2＝0 所受电场力向下时，加速度大小a3＝eq \f(qEmax＋mg,m)＝2g，方向向下。　 $$