物理选择性必修 第二册第四章 电磁振荡与电磁波综合与测试课后练习题

这是一份物理选择性必修 第二册第四章 电磁振荡与电磁波综合与测试课后练习题，共15页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
第四章电磁振荡与电磁波 单元综合练习1（解析版）
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,只有一项是符合题目要求的。
1.关于手机发出的无线电波与蝙蝠发出的超声波的说法正确的是( )
A.无线电波传播不需要介质,超声波传播需要介质
B.无线电波在任何介质中传播速率都相同,超声波在同一种介质中传播速率都相同
C.无线电波和超声波在真空中传播的速度都是3×108 m/s
D.无线电波和超声波都是电磁波,无线电波的频率大于超声波的频率
【解析】选A。无线电波是电磁波,电磁波的传播不需要介质,其波速与介质和频率都有关,在真空中的传播速度是3×108 m/s,而超声波是机械波,机械波传播需要介质,其传播速度只与介质有关,在真空中不能传播,A正确,B、C、D错误。
【补偿训练】
比较机械波与电磁波,正确的说法是( )
A.二者都传递能量
B.二者传播都需要介质
C.二者都既有横波又有纵波
D.二者都是振动或电磁振荡停止,波立即消失
【解析】选A。机械波与电磁波都具有波的一般性质,如传递能量,但由于两类波本质不同,又有各自的特性。如电磁波的传播不需要介质,且电磁波只有横波,可判定B、C选项错误;振动停止,两类波继续传播,D项错误。
2.下列应用中不是利用了传感器的有( )
A.医疗和防疫需要的快速、准确而又与被测者身体没有接触的体温测试仪
B.化工厂控制室内为了同时知道相距较远的若干个反应器中的温度所用的温度测试仪
C.宾馆房间的天花板上会安装一个报警器,当房间失火时,它能通过电路发出警报
D.用弹簧测力计测出物体的重力
【解析】选D。医疗和防疫需要的快速、准确而又与被测者身体没有接触的体温测试仪,化工厂的控制室内为了同时知道相距较远的若干个反应器中的温度所用的温度测试仪,都是把温度这个热学量转换为电学量,所用的都是温度传感器;宾馆房间的天花板上会安装一个报警器,当房间失火时,它能通过电路发出警报是把光学量转换为电学量;用弹簧测力计测出物体的重力是用到胡克定律。
【总结提升】传感器的作用
(1)传感器一般用于有害于人体或人不能轻易到达的环境。
(2)在不同的仪器中所使用的传感器一般不同,其原理也不尽相同,但都是将非电学量转换为电学量。
(3)传感器中的敏感元件用于接收非电学量,并将其转换为电学量。
3.电视机换台时,实际上是在改变( )
A.电视台的发射频率
B.电视机的接收频率
C.电视台发射的电磁波的波速
D.电视机接收的电磁波的波速
【解析】选B。电视台的发射频率、电磁波的波速等都是电视机所无法改变的,所能改变的只有自身的接收频率。不同的电视台会有不同的使用频率,要使自己的电视机与电视台的频率一致才能收到电视信号。
4.如图所示的烧杯中盛有含碘的二硫化碳溶液,在太阳光的照射下,地面呈现的是圆形黑影,在黑影中放一支温度计,可发现温度计显示的温度明显上升,则由此可断定( )
A.含碘的二硫化碳溶液对于可见光是透明的
B.含碘的二硫化碳溶液对于紫外线是不透明的
C.含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的
D.含碘的二硫化碳溶液对于红外线是不透明的
【解析】选C。红外线最显著的作用是热作用,可以判断含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的。
5.如图是拍摄机动车闯红灯的工作原理示意图。光控开关接收到红灯发出的光会自动闭合,压力开关受到机动车的压力会闭合,摄像系统在电路接通时可自动拍摄违规车辆。下列有关说法正确的是( )
A.只要光控开关接收到红光,摄像系统就会自动拍摄
B.机动车只要驶过埋有压力开关的路口,摄像系统就会自动拍摄
C.若将光控开关和压力开关并联,也能起到相同的作用
D.只有光控开关和压力开关都闭合时,摄像系统才会自动拍摄
【解析】选D。只有光控开关和压力开关都闭合时,摄像系统才会自动拍摄,故A、B错误,D正确;光控开关和压力开关是相互牵制,相互影响,因此这两个开关只能串联,不能并联,故C错误。
6.5G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),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)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
【解析】选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;频率更高,相同时间传递的信息量更大,故D正确。
【补偿训练】
下列说法中错误的是( )
A.红外线、紫外线、伦琴射线和γ射线在真空中传播的速度均一样,为
3.0×108 m/s
B.红外线应用在遥感技术中,是利用它穿透本领强的特性
C.紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度
D.日光灯是紫外线的荧光效应的应用
【解析】选B。不同的波长的电磁波在真空中的传播速度均为c;红外线应用在遥感技术中用到了它的热效应;紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度;利用紫外线的荧光效应可以制成日光灯。由此可知A、C、D正确,B错误。
7.LC振荡电路在t1和t2时刻自感线圈中磁感线方向和电容器中极板带电情况如图所示,若t2-t1=,则( )
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时刻电路中电场能一定最大
D.在t2时刻电路中的电流处在增大状态
【解析】选B。由t2-t1=知t2-t1=,从题图可看出t1、t2两个时刻螺线管处的电流都是从左向右穿过螺线管,由于电流方向是正电荷运动方向,对t1时刻正电荷从左极板流出然后穿过螺线管,正处于放电状态,只要是放电,振荡电流就是增大的,电场能转化为磁场能,但是,t1时刻并不一定是电场能最大的时刻,故A和C都不对;对t2时刻,电流从左向右通过螺线管,而右极板带正电,说明正电荷正往右极板上聚集,所以t2时刻电容器在充电,随着极板上电荷增多,两极间电场增强,故B对,又由于充电过程振荡电流总是减小的,故线圈中磁场也减弱,故D不对。
8.如图为饮料自动售货机投币系统,它可以自动识别硬币。以下关于自动售货机投币系统工作原理说法不正确的是( )
A.当硬币投入自动售货机的投币口时,硬币被挡住,暂时停止在A处,以便让机器测出电阻,如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内,支持物A下降,硬币沿斜面滚下
B.当硬币通过两块磁铁时,硬币内产生了涡流,从而受到安培力的作用,导致速度减小
C.当硬币通过磁铁后,传感器测出它的速度,并且与存储在计算机中的标准值比较,如果速度适当,开关B就打开,硬币被接受
D.当硬币通过磁铁后,传感器测出它的速度,并且与存储在计算机中的标准值比较,如果速度过快,开关B就打开,硬币被接受
【解析】选D。当硬币投入自动售货机的投币口时,硬币被挡住,暂时停止在A处,以便让机器测出电阻。如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内,支持物A下降,A项正确;硬币继续沿斜面滚下,当硬币通过两块磁铁时,硬币内产生了涡流,从而受到安培力的作用,导致速度减小,当硬币通过磁铁后,传感器测出它的速度,并且与存储在计算机中的标准值比较,如果速度适当,开关B就打开,硬币被接受,否则开关C打开,硬币进入拒绝通道,则B和C正确;如果速度适当,开关B就打开,硬币被接受,并不一定是速度过快,开关B才打开,硬币被接受,故D错误。本题选错误的,故选D。
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.根据麦克斯韦电磁场理论,变化的磁场可以产生电场,当产生的电场的电场线如图所示时,可能是( )
A.向上方向的磁场在增强
B.向上方向的磁场在减弱
C.向上方向的磁场先增强,然后反向减弱
D.向上方向的磁场先减弱,然后反向增强
【解析】选A、C。若向上方向的磁场在增强,感应电流的磁场要阻碍原磁场的增强而方向向下,根据安培定则可知感应电流的方向如图中E的方向所示,A正确,B错误;同理,当磁场向下且减弱时,也会得到如图中E的方向,C正确,D错误。
10.A、B两块正对的金属板竖直放置,在金属板A的内侧表面系一绝缘细线,细线下端系一带电小球。两块金属板接在如图所示的电路中,电路中的R1为光敏电阻,R2为滑动变阻器,R3为定值电阻。当R2的滑动触头P在a端时闭合开关S。此时电流表A和电压表V的示数分别为I和U,带电小球静止时绝缘细线与金属板A的夹角为θ,电源电动势E和内阻r一定。则以下说法正确的是( )
A.若将R2的滑动触头P向b端移动,则I和U均保持不变
B.保持滑动触头P不动,用更强的光照射R1,则I增大,U增大
C.保持滑动触头P不动,用更强的光照射R1,则小球重新达到稳定后θ变大
D.保持滑动触头P不动,用更强的光照射R1,则U的变化量的绝对值与I的变化量的绝对值的比值不变
【解析】选A、D。由题中电路图可看出,电压表V测量的是路端电压大小,电路稳定时R2支路中无电流,R2两端电压为零,将R2的滑动触头向b端移动不会影响电压表V和电流表A的读数,故选项A正确;两极板A、B之间的电压等于光敏电阻R1两端的电压,用更强的光照射R1,R1的阻值变小,电路电流I变大,路端电压U变小,R3两端电压变大,R1两端电压变小,则小球重新达到稳定θ变小,故选项B、C均错误;设强光照射R1前电压表V和电流表A的示数分别为U1、I1,强光照射R1后电压表V和电流表A的示数分别为U2、I2,则E=U1+I1r,E=U2+I2r,解得r==,可见选项D正确。
11.如图所示,电源电动势为E,内阻为r,电阻R、电感器L及电容器C均为理想元件,今将K接通一段时间,待电路稳定后突然将K断开,下列说法中正确的
是( )
A.断开瞬间,LC电路中的磁场能最大
B.LC振荡电路的最大电流为
C.该电路辐射的电磁波以光速c在真空中传播,而且它的波长与c成反比
D.在该振荡电路中,电场能与磁场能振荡的周期为π
【解析】选A、B、D。断开瞬间前,由于线圈电阻为零,则电容器两端的电压为零,此时电流最大为,电流最大,磁场能也最大,故A、B正确;该电路辐射的电磁波以光速c在真空中传播,而且它的波长与频率成反比,故C错误;在该振荡电路中,电场能与磁场能振荡的周期为振荡电路的周期的一半,即为π,故D正确。
12.如图电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极,在导体层内形成一个低电压交流电场,在触摸屏幕时,由于人体是导体,手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容),四边电极发出的电流会流向触点,而电流强弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱,准确算出触摸点的位置。由以上信息可知,下列说法中正确的是( )
A.电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越大
C.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越小
D.当用手触摸屏幕时,手指和屏的接触面积的大小影响电容的大小
【解析】选A、B、D。电容式触摸屏在原理上把人的手指当作一个电容器元件的一个极板,把导体层当作另一极板,故选项A正确;手指和屏的接触面积大小会影响到电容大小,接触面积越大,即两极板的正对面积越大,电容越大,故选项B、D正确,C错误。
【补偿训练】
(多选)如图所示的是一个电容式传感器,在金属a的外面涂一层绝缘的电介质后放在导电液体中构成一个电容器,a与导电液体就是该电容器的两极,今使该电容器充电后与电源断开,并将a与静电计的导体球相连,插入导电液体中的电极b与静电计外壳相连,则当导电液体深度h变大时则( )
A.引起两极间正对面积变大
B.电容器的电容将变小
C.电容器两极间的电压将变大
D.静电计指针偏角将减小
【解析】选A、D。由图可知,液体与芯柱构成了电容器,由图可知,两板间距离不变;液面变化时只有正对面积发生变化;则由C=可知,当液面升高时,正对面积S增大,故可判断电容增大;再依据C=,电容器所带的电荷量不变,那么电势差减小,则静电计指针偏角将减小,故A、D正确,B、C错误。
三、实验题:本题共2小题,共14分。
13.(6分)某同学学习传感器后,用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计了一个高温报警器,要求是:正常情况绿灯亮,有险情时电铃报警。电路如图所示,图中仪器还不完整。请完成以下问题:
(1)图中的甲还需要放入的元件是________。
A.二极管
B.光敏电阻
C.NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小)
D.PTC热敏电阻(阻值随温度升高而增大)
(2)电路正确连接之后,该同学调试过程发现报警时温度比预期偏低了一点点。要求在温度更高一点时就开始报警,则需要调节滑动变阻器的滑动触头往________(选填“左”或“右”)移动一点。
【解析】(1)根据要求,在常温下热敏电阻甲阻值较大,电磁铁磁性较弱,不能将衔铁吸下,此时绿灯所在电路接通,绿灯亮;温度升高,热敏电阻阻值减小,控制电路电流增大时,电磁铁磁性增大,将衔铁吸下。所以图中的甲还需要放入的元件是NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小),故选C。
(2)电路正确连接之后,该同学调试过程发现报警时温度比预期偏低了一点点,则是在热敏电阻的电阻值比较大的时候报警说明电路中的总电阻值比较小。要求在温度更高一点时开始报警,则需要调节滑动变阻器,使滑动变阻器的电阻值大一些,则需要将滑动触头往左移动一些。
答案:(1)C (2)左
14.(8分)光传感器是一种传感装置,在自动控制中发挥着重要作用,主要应用了半导体材料制成的光敏电阻,光敏电阻的阻值随光照增加而减小。某实验小组用光敏电阻做实验:
(1)为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系,用图甲所示电路进行实验,得出两种U-I图线如图乙所示。根据U-I图线可知正常光照射时光敏电阻阻值为__________Ω,强光源照射时电阻为__________Ω。
(2)若图甲中所用电压表的内阻约为7 kΩ,毫安表的内阻约为300 Ω,考虑到电表内阻对实验结果的影响,下列说法中正确的是______。
A.该电路图中毫安表采用的是内接法,测量值(R测=)将大于真实值
B.用正常光照射时测得的电阻误差较小
C.用强光照射时测得的电阻误差较小
【解题指南】解答本题要注意两点
(1)根据R=可知,在U-I图像中斜率等于电阻阻值;
(2)根据待测电阻与电压表和电流表内阻间的关系即可明确误差情况,光敏电阻较大应采用内接法。
【解析】(1)因为光敏电阻的阻值随光照增加而减小,故由乙图可知b图像是强光源照射,a图像是正常光照射,故Ra=6 000 Ω,Rb=400 Ω;
(2)用图甲所示电路进行实验,毫安表采用的是内接法,强光照射时,光敏电阻与毫安表的内阻相差不大,这样两者电压相差不大,故造成误差大;而正常光照时,光敏电阻远大于毫安表的内阻,毫安表分得电压较小,误差较小,选项A、B正确。
答案:(1)6 000 400 (2)A、B
四、计算题:本题共4小题,共46分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位。
15.(8分)车载MP3可以把MP3中储存的音乐,以无线发射方式发射到车载调频立体声收音设备中,车主只需将汽车收音机的频率设定为车载MP3的频率,或让收音机搜索到该频率即可进行播放。如图为某种型号的车载MP3,若其设置频率为87.5 MHz,试求:
(1)所发射的无线电波的波速是多少?
(2)所发射的无线电波的波长是多少?
【解析】(1)电磁波在空气中的传播速度大约是c=3.0×108 m/s(3分)
(2)f=87.5 MHz=8.75×107 Hz,
λ== m≈3.43 m(5分)
答案:(1)3.0×108 m/s (2)3.43 m
16.(8分)如图所示的电路中,电容器的电容C=1 μF,线圈的自感系数L=0.1 mH,先将开关S拨至a,这时电容器内有一带电油滴恰能保持静止,然后将开关S拨至b,经过3.14×10-5 s,油滴的加速度是多少?当油滴的加速度为何值时,LC回路中的振荡电流有最大值?(g取10 m/s2,π取3.14,研究过程中油滴不与极板接触)
【解析】当S拨至a时,油滴受力平衡,显然油滴带负电,则mg=q①(1分)
当S拨至b时,LC回路中有振荡电流,振荡周期为T,则T=2π=6.28×10-5 s。(1分)
当t=3.14×10-5 s时,电容器恰好反向充电结束,两极板间电场强度与t=0时两极板间电场强度等大反向,由牛顿第二定律得q+mg=ma②(2分)
联立①②得a=20 m/s2(1分)
当振荡电流最大时,电容器处于放电完毕状态,两极板间无电场,油滴仅受重力作用,则mg=ma′,(1分)
得a′=10 m/s2,即当油滴加速度为10 m/s2时,LC回路中振荡电流有最大值。(2分)
答案:20 m/s2 10 m/s2
【补偿训练】
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
17.(14分)如图所示为检测某传感器的电路图,传感器上标有“3 V 0.9 W”的字样(传感器可看作一个纯电阻),滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样,电流表的量程为0.6 A,电压表的量程为3 V。求:
(1)传感器的电阻和额定电流;
(2)为了确保电路各部分的安全,在a、b之间所加的电源电压最大值是多少?
(3)如果传感器的电阻变化超过标准值1 Ω,则该传感器就失去作用。实际检测时,将一个恒压电源加在图中a、b之间,闭合开关S,通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压,检测记录如表:
若不计检测电路对传感器电阻的影响,你认为这个传感器是否仍可使用?此时a、b间所加的电压是多少?
【解析】(1)R传== Ω=10 Ω,(2分)
I传== A=0.3 A。(2分)
(2)最大电流I=I传=0.3 A,(1分)
电源电压最大值Um=U传+U0,(1分)
U传为传感器的额定电压,
U0为R0m=10 Ω时R0两端的电压,
即U0=I传·R0m=0.3×10 V=3 V,
Um=U传+U0=3 V+3 V=6 V。(2分)
(3)设实际检测时加在a、b间的电压为U,传感器的实际电阻为R传′,根据第一次实验记录数据有
U=I1R传′+U1
根据第二次实验记录数据有U=I2R传′+U2
代入数据,解得:R传′=9.5 Ω,U=3 V(3分)
传感器的电阻变化为
ΔR=R传-R传′=10 Ω-9.5 Ω=0.5 Ω