高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第四章 电磁振荡与电磁波3 无线电波的发射和接收复习练习题

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１.(2021·西城区高二检测)公交一卡通(IC卡)内部有一个特定频率的电磁波接收电路。公交车上的读卡机(刷卡时“嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时，IC卡接收读卡机发出的电磁波能量，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是( )
A．仅当读卡机发射电磁波的频率与IC卡内部接收电路的频率相等时，IC卡才能有效工作
B．若读卡机发射的电磁波频率偏离IC卡内部接收频率，则IC卡中不会接收到电磁波
C．IC卡只能接收读卡机发射的电磁波，而不能向读卡机传输自身的数据信息
D．IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池
【答案】A
【解析】为了使IC卡中的感应电流达最大，应使LC电路产生电谐振，故只有发射特定频率的电磁波时，IC卡才能有效地工作；故A正确；若电磁波的频率偏离该频率，电感L中仍可出现感应电流，所以仍能接收到电磁波，但不会达到电谐振；故B错误；IC卡接收到读卡机发射的电磁波，同时将自身数据信息发送给读卡机进行处理；故C错误；IC卡中没有电池，工作所需要的能量来源于人刷卡时消耗的机械能；故D错误。
故选A。
２.(2021·淄博高二检测)如图所示，2021年两会期间，新华社首次推出了“5G＋全息异地同屏访谈”。这是世界上新闻媒体首次应用5G和全息成像技术。5G(传输速率10 Gbps以上、频率范围3 300～5 000 MHz)相比于4G(传输速率100 Mbps～1 Gbps、频率范围1 880～2 635 MHz)，以下说法正确的是( )
A．5G信号波动性更显著
B．4G和5G信号都是纵波
C．5G信号传输速率是4G的10倍以上
D．5G信号在真空中的传播速度更快
【答案】C
【解析】因5G信号的频率更高，则波长小，波动性更不明显，故A错误；电磁波均为横波，即4G和5G信号都是横波，故B错误；5G传输速率10 Gbps以上，4G传输速率100 Mbps～1 Gbps，则5G信号传输速率是4G的10倍以上，故C正确；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D错误。
故选C。
３．一首乐曲从电台“出发”到从收音机的调频台播放出来，下列选项描述了该过程，其中顺序正确的是( )
A．调制—发射—调谐—解调—播放
B．调频—发射—解调—调谐—播放
C．调幅—调谐—发射—解调—播放
D．调频—调谐—发射—解调—播放
【答案】A
【解析】一首乐曲从电台“出发”到从收音机的调频台播放出来的过程：首先要进行调制，即把声音信号加载到高频电磁波信号上去，然后进行发射；载波信号被收音机接收后首先要进行调谐选出该信号，然后进行解调，从高频信号中把声音信号取出来，最后通过喇叭播放，选项A正确。
故选A。
４．许多老人散步时，手里拿着如图带有天线的收音机，这根天线的主要功能是( )
A．接收电磁波
B．发射电磁波
C．放大声音
D．接收声波
【答案】A
【解析】收音机的天线是接收空间电磁波的装置，不能接收声波；收音机不能发射电磁波，放大声音利用的是功放装置；故A正确，B、C、D错误。
故选A。
５．高考时很多地方在考场使用手机信号屏蔽器，该屏蔽器在工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描。该扫描速度可以在手机接收报文信号时形成乱码干扰，手机不能检测从基站发出的正常数据，使手机不能与基站建立连接，达到屏蔽手机信号的目的，手机表现为搜索网络无信号、无服务系统等现象。由以上信息可知( )
A．由于手机信号屏蔽器的作用，考场内没有电磁波了
B．电磁波必须在介质中才能传播
C．手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内
D．手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的的
【答案】D
【解析】手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波仍能传播到考场内，手机信号屏蔽器的作用只是使手机不能与基站建立连接，考场内仍然有电磁波，选项A、C错误；电磁波在真空中也可以传播，选项B错误；手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的的，选项D正确。
故选D。
６.关于无线电广播发射过程中的振荡器的作用，下列说法正确的是( )
A．振荡器的作用是产生等幅高频信号
B．振荡器的作用是产生低频音频信号
C．振荡器的作用是产生高频音频信号
D．振荡器的作用是产生等幅低频信号
【答案】A
【解析】无线电广播发射过程中的振荡器的作用是产生等幅高频信号，然后将声音信号加载在振荡器发出的电磁波上发射出去，A正确。
故选A。
７.降噪耳机越来越受到年轻人的喜爱。某型号降噪耳机工作原理如图所示，降噪过程包括如下几个环节：首先，由安置于耳机内的微型麦克风采集耳朵能听到的环境中的中、低频噪声(比如100～1000 Hz)；接下来，将噪声信号传至降噪电路，降噪电路对环境噪声进行实时分析、运算等处理工作；在降噪电路处理完成后，通过扬声器向外发出与噪声相位相反、振幅相同的声波来抵消噪声，最后，我们的耳朵就会感觉到噪声减弱甚至消失了。对于该降噪耳机的下述说法中，正确的有( )
该耳机正常使用时，降噪电路发出的声波与周围环境的噪声能够完全抵消
B．该耳机正常使用时，该降噪耳机能够消除来自周围环境中所有频率的噪声
C．如果降噪电路能处理的噪声频谱宽度变小，则该耳机降噪效果一定会更好
D．如果降噪电路处理信息的速度大幅度变慢，则耳机使用者可能会听到更强的噪声
【答案】D
【解析】因周围环境产生的噪声频率在100～1 000 Hz范围之内，而降噪电路只能发出某一种与噪声相位相反、振幅相同的声波来抵消噪声，所以降噪电路发出的声波与周围环境的噪声不能够完全抵消，即不能完全消除来自周围环境中所有频率的噪声，选项A、B错误；如果降噪电路能处理的噪声频谱宽度变大，则该耳机降噪效果一定会更好，选项C错误；如果降噪电路处理信息的速度大幅度变慢，则在降噪电路处理完成后，通过扬声器可能会向外发出与噪声相位相同、振幅相同的声波来加强噪声，则耳机使用者可能会听到更强的噪声，选项D正确。
故选D。
８.当用手机A拨打手机B时，能听见B发出响声并且看见B上显示A的号码。若将手机A置于透明真空罩中，再用手机B拨打手机A，则( )
A．能听见A发出响声，但看不到A上显示B的号码
B．能听见A发出响声，也能看到A上显B的号码
C．既不能听见A发出响声，也看不到A上显示B的号码
D．不能听见A发出响声，但能看到A上显示B的号码
【答案】D
【解析】声音不能在真空中传播，因此不能听到手机发出响声；手机接收的是电磁波信号，能在真空中传播，真空罩中的手机能接收到信号，光能在真空中传播，则能看到A上显示的B的号码，故D正确。
故选：D。
9.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，被读取或写入信息。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，振荡周期将增大
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】C
【解析】LC电路的电容器在充电时，电流减小，故A错误；增大LC电路中电容器两极板间距离，电容器的电容会变小，根据T＝2π eq \r(LC) 可知，LC电路的振荡周期将减小，故B错误；LC电路中，电容器充电时，电流减小得越来越快，线圈中的自感电动势增大，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。
故选C。
10.下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因说法正确的是( )
A．经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强
B．经过调制后的电磁波在空间传播得更快
C．经过调制后的电磁波在空间传播时波长才能不变
D．经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号传递过去
【答案】A
【解析】调制是把要发射的信号“加”到高频振荡上去，频率越高，传播信息能力越强，但是不经过调制的电磁波也能携带信息，只不过信号能量小，故A对、D错。电磁波在空气中以接近光速传播，B错，v＝λf，波长与波速和频率有关，C错误。
故选A。
11.对讲机是深山探险爱好者必备的通信工具，不使用时高频振荡器产生的高频等幅振荡如图甲所示，在正常使用的过程中，即探险家对话筒喊话时产生的低频振荡如图乙所示。根据以上可知，该对讲机发射的无线电波应为( )
【答案】B
【解析】高频振荡器产生高频等幅振荡，话筒里有碳膜电阻，它的阻值随压力变化而变化。当我们对着它说话时，空气对它的压力随着声音而变化，那么它的电阻也就随声音信号而变化，振荡电流的振幅也就随着声音信号而变化，这就是调制。它不但影响了正半周，也影响了负半周，B正确。
故选B。
12.下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因说法正确的是( )
A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强
B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快
C.经过调制后的电磁波在空间传播时波长才能不变
D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号传递过去
【答案】A
【解析】调制是把要发射的信号“加”到高频振荡上去,频率越高,传播信息能力越强,但是不经过调制的电磁波也能携带信息,只不过信号能量小,故A对、D错。电磁波在空气中以接近光速传播,B错,v=λf,波长与波速和频率有关,C错误。
故选A。
二．多选题：
13.调谐电路通常情况下是通过调节电容器的电容和自感线圈的自感系数来实现接收，但是在某次调节的过程中，电容器的电容由最大值调到最小值，仍没有接收到某电台发出的高频率信号。为了接收到该高频信号，应采取的措施为( )
A．将线圈的匝数增加 B．使用电压更高的电源
C．将线圈的匝数减少 D．取走线圈中的铁芯
【答案】CD
【解析】影响电感线圈自感系数L的因素有线圈匝数、粗细、长短及有无铁芯等。当调谐电路的固有频率等于电台发出信号的频率时，发生电谐振才能收听到电台信号。由题意知收不到电信号的原因是调谐电路固有频率低，由以上分析可知在 C无法调节的前提下，可减小电感线圈自感系数L，即可通过C、D的操作增大f。
故选：CD。
14．下列对电磁波的发射技术中调制的理解正确的是( )
A．使发射的信号振幅随高频振荡信号而改变叫调幅
B．使高频振荡信号振幅随发射的信号而改变叫调幅
C．使发射的信号频率随高频振荡信号而改变叫调频
D．使高频振荡信号的频率随发射的信号而改变叫调频
【答案】BD
【解析】在无线电波的发射中，需要把低频信号搭载到高频载波上，调制有两种方式：一种是使高频载波的振幅随信号而改变，这种调制方式称为调幅；一种是使高频载波的频率随信号而改变， 这种调制方式称为调频，故B、D正确，A、C错误。
故选：BD。
15．关于无线电波的发射过程，下列说法正确的是( )
A．必须对信号进行调制
B．必须使信号产生电谐振
C．必须把传输信号加到高频电流上
D．必须使用开放回路
【答案】ACD
【解析】电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，用开放电路发射，A、C、D正确；而产生电谐振的过程是在接收电路，B错误。
故选：ACD。
16.实际的LC电磁振荡电路中，如果没有外界能量的适时补充，振荡电流的振幅总是要逐渐减小，下述各种情况中，哪些是造成振幅减小的原因( )
A．线圈自感电动势对电流的阻碍作用
B．电路中的电阻对电流的阻碍作用
C．线圈铁芯上涡流产生的电热
D．向周围空间辐射电磁波
【答案】BCD
【解析】线圈自感对电流的阻碍作用，是把电流的能量转化为磁场能，不会造成振荡能量的损失，振幅不会减小；电路中电阻对电流的阻碍作用使部分电能转化为内能，从而造成振荡能量的损失，使振幅减小；线圈铁芯上涡流产生的电热，也是由振荡能量转化来的，也会引起振荡能量的损失，使振幅减小；向周围空间辐射电磁波，使振荡能量以电磁波的形式散发出去，引起振荡能量的损失，使振幅减小，故选项B、C、D正确。
故选BCD。
17.下列对无线电波的理解正确的是( )
A．电视的图像信号和声音信号是通过电视台的发射天线同时发射的
B．无线电波在向远处发射时可以传到无限远处
C．只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，就可把信号传遍全世界
D．无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0×108m/s
【答案】AC
【解析】电视图像信号和声音信号都转变成电信号，由发射天线同时发射，A正确；无线电波在传播过程中，遇到障碍物会被吸收一部分，B错误；由于同步卫星相对地面静止在赤道上空约36 000 km高的地方，用它作微波中继站，只要有三颗互成120°的同步卫星，就可覆盖全世界，C正确；无线电波由真空进入介质时，波速变小，D错误。
故选：AC。
18.下列说法正确的是( )
A．发射出去的电磁波，可以传到无限远处
B．无线电波遇到导体，就可以在导体中激起同频率的振荡电流
C．波长越短的电磁波，越接近直线传播
D．移动电话是利用无线电波进行通信的
【答案】BCD
【解析】无线电波在传播过程中，遇到障碍物就被吸收一部分，遇到导体，会在导体内产生涡流(同频率的振荡电流)，故B正确，A错误；波长越短，传播方式越接近光的直线传播，移动电话发射或接收的电磁波属于无线电波的高频段，C、D正确。
故选：BCD。
19.关于电磁波的接收，下列说法正确的是( )
A．当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流
B．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
C．由调谐电路接收的感应电流，再经过耳机就可以听到声音了
D．由调谐电路接收的感应电流，再经过解调、放大，通过耳机才可以听到声音
【答案】AD
【解析】当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流，只不过频率跟谐振电路固有频率相等的电磁波，在接收电路中激发的感应电流最强。由调谐电路接收的感应电流，要再经过解调(也就是调制的逆过程)、放大，通过耳机才可以听到声音，故正确选项为A、D。
故选：AD。
20.如图为收音机接收电磁波的电路，由线圈L1与可变电容器C组成，它相当于一个LC振荡电路，当各个无线电台发射的电磁波都通过磁棒后，会在L1中不同程度地产生感应电流(振荡电流)，当可变电容调至某一值(选台)使其振荡频率恰好与武汉人民广播电台发射频率相同时，仅可接收该台广播节目。若要改为接收中央人民广播电台(高于武汉台频率)的节目，可采取的措施是 ( )
A．增加电容器电容C
B．减小电容器电容C
C．减少磁棒上线圈匝数
D．将磁棒从线圈中抽出部分
【答案】BCD
【解析】当收音机调谐电路的频率等于要接收的电磁波的频率时才发生电谐振，即接收到该台。要使接收的电台电磁波频率升高，由f＝ eq \f(1,2π\r(LC)) 知，当L和C减小时，频率f增大，故B、C、D正确。
故选BCD。
计算题：
21.已知手机单端天线的长度为载波波长的 eq \f(1,4) 时，其感应电动势在天线中将达到最大值。如果手机接收信号的载波频率为8.00×108 Hz，这种手机的天线应设计为多长？
【答案】0.094 m
【解析】由波速公式v＝λf，得λ＝ eq \f(v,f) ＝ eq \f(3×108,8.00×108) m＝0.375 m
手机的天线长应设计为x，x＝ eq \f(1,4) λ＝0.094 m。
22.如图所示，线圈的自感系数为3 μH，在线圈的中间有抽头2，电容器的电容可在150～300 pF之间变化，S为转换开关。求此回路的最大周期和最大频率。
【答案】1.88×10－7 s 1.06×107 Hz
【解析】根据T＝2π eq \r(LC) 得Tmax＝2π eq \r(LmaxCmax) ＝
2π eq \r(3×10－6×300×10－12) s＝1.88×10－7 s，
根据f＝ eq \f(1,T) ＝ eq \f(1,2π\r(LC)) 得
fmax＝ eq \f(1,2π\r(LminCmin)) ＝ eq \f(1,2π\r(1.5×10－6×150×10－12)) Hz＝1.06×107 Hz。
23.某收音机接收电磁波的波长范围在577 m和182 m之间，该收音机LC回路的可变电容器的动片全部旋出时，回路总电容为39 pF，试分析：(计算结果保留三位有效数字)
(1)动片全部旋出时，对应收音机接收电磁波的波长为多大？此LC回路的线圈的自感系数为多少？
(2)该收音机LC回路的可变电容器的动片完全旋入时，电容器的电容为多大？
【答案】(1)182 m 0.239 mH (2)392 pF
【解析】(1)由λ＝c·T，T＝2π eq \r(LC) 可得λ＝2πc eq \r(LC)
动片完全旋出时，电容器极板正对面积最小，对应电容器的电容最小，因此，对应接收电磁波的波长最小，为182 m，此时电容器的电容为C＝39 pF
由上面关系式可导出L＝ eq \f(λ2,4π2c2C)
代入数据可求出L≈0.239 mH。
(2)由λ＝2πc eq \r(LC) 得 eq \f(Cmax,Cmin) ＝ eq \f(λ eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(max)) ,λ eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(min)) )
所以Cmax＝ eq \f(λ eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(max)) ,λ eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(min)) ) Cmin＝ eq \f(5772,1822) ×39 pF≈392 pF。