高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步4 电磁波的发现及应用测试题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步4 电磁波的发现及应用测试题，共12页。试卷主要包含了麦克斯韦电磁场理论，电磁场的产生，电磁场与静电场等内容，欢迎下载使用。

知识点1 电磁场
1、麦克斯韦电磁场理论
（1）变化的磁场产生电场
①恒定的磁场不产生电场；②均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；③不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场；④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恒定的电场不产生磁场；②均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；③不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场；④周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。
2、电磁场的产生
变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成了不可分割的统一的电磁场。
3、电磁场与静电场、静磁场的比较
三者可以在空间混合存在，但由静电场和静磁场混合的场不是电磁场。电磁场是电场、磁场相互激发相互联系形成的统一体。
知识点2 电磁波
1、电磁波的形成
如果空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就会在空间引起周期性变化的磁场，这一周期性变化的磁场又引起新的变化的电场。于是变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。
2、电磁波的特点
（1）在电磁波的传播方向上，任意一点的电场和磁场都随时间做正弦规律变化，电场与磁场彼此垂直，且与传播方向垂直。
（2）电磁波的传播不需要介质，在真空中传播速度等于光速 。
3、捕捉电磁波
1886年，赫兹通过实验观察到，当电极A、B上的两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花，捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。
知识点3 电磁波谱
1、波速与波长、频率间的关系
（1）概念
①波长：观察一列水波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷，邻近的两个波峰（或波谷）之间的距离叫波长，用λ表示，常见单位为 m。
②频率：指1s内波峰（或波谷）通过的次数。频率越高，每秒通过的波峰（或波谷）就越多。用f表示，单位为Hz。
③波速：描述波向前传播快慢的物理量叫波速，用c表示，常见单位为m/s。
（2）关系式：波速=波长×频率，即 。
2、电磁波谱的定义及应用
（1）定义：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。
（2）应用：不同电磁波由于具有不同的波长（或频率），因此具有不同的特性。利用这些特性，电磁波在生产、生活中有广泛的应用。例如，无线电波中的长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，微波可以用于卫星通信、电视等的信号传输。红外线可以用来加热理疗，可见光让我们看见这个世界，也可以用于通信。紫外线可以消毒，又射线片可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞。
3、各种电磁波比较
知识点4 电磁波的能量 电磁波通信
1、电磁波的能量
（1）电磁波是物质存在的一种特殊形式
电磁波和学过的电场、磁场一样,与通常的实物不同，不是由分子、原子所组成的，但它是客观存在的。
（2）电磁波的能量
从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播。
2、电磁波通信
电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。构建卫星宽带通信网络，可以使人们无论身处万米高空的飞机，还是茫茫大海的轮船，甚至没有人烟的荒漠、深山、海岛，都能高速浏览网页，与家人视频通话等。电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大。光纤通信波段的电磁波的频率比无线电波的频率高得多。因此光缆可以传递大量信息。
电磁波和机械波的对比
题型1 电磁场的产生及特点
【例1】（23-24高二下·广东广州·期中）根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（ ）
A．振荡的电场周围一定产生同频率变化的磁场
B．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
C．在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场
D．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
【变式1-1】（23-24高三上·北京朝阳·期末）下列说法正确的是（ ）
A．电场线和磁感线均客观存在
B．静电场只能由静止的电荷产生，磁场只能由磁体产生
C．感生电场是稳恒磁场产生的，电磁场是电场和磁场交替产生的
D．电场和磁场是客观存在的，可以根据它们所表现出来的性质进行认识和研究
【变式1-2】（23-24高二上·河南·期末）“天宫课堂第四课”于2023年9月21日15时45分开课。神舟十六号航天员景海鹏，朱杨柱，桂海潮面向全国青少年进行太空科普授课，信号的传递主要利用天线发射和接收电磁波。下列说法正确的是（ ）
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在并通过实验成功验证
B．在电磁波传播过程中，电场和磁场随时间和空间做周期性变化
C．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
D．电磁波频率的高低不影响电磁波的发射
【变式1-3】（21-22高二·全国·课时练习）某电场中电场强度随时间变化的图像如选项图所示，不能产生磁场的电场是（ ）
A．B．
C．D．
【变式1-4】（多选）（22-23高二下·全国·课前预习）应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的表示电场产生磁场（或磁场产生电场）的关系图像中（每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场），正确的是（ ）
A． B． C． D．
题型2 电磁波的产生及特点
【例2】（22-23高二下·上海·期中）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．稳定的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C．电磁波在传播过程中不能发生反射和折射
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
【变式2-1】（23-24高二下·全国·课后作业）关于电磁波与机械波，下列说法正确的是（ ）
A．机械波和电磁波，本质上是一样的
B．电磁波在任何介质中传播速率都相同，机械波在同一种介质中传播速率都相同
C．电磁波和机械波都不能发生干涉
D．电磁波与机械波都能发生衍射
【变式2-2】（23-24高二下·重庆南岸·期中）关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（ ）
A．变化的磁场产生电场
B．各种频率的电磁波在真空中以不同的速度传播
C．电磁波依赖于介质才能传播
D．光不是电磁波
【变式2-3】（23-24高二下·江苏徐州·月考）下列关于机械波与电磁波的说法中，错误的是（ ）
A．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波
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．它们都能发生干涉和衍射现象
D．机械波和电磁波本质上是一致的
【变式2-4】（23-24高二下·陕西宝鸡·期末）英国物理学家麦克斯韦总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，得出诸多关于电磁场和电磁波的科学结论。下列关于电磁场和电磁波的说法中正确的是（ ）
A．变化的电场所在空间一定会产生变化的磁场
B．电磁波和机械波一样，它们的传播需要介质
C．电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式
D．红外线、可见光、紫外线、超声波都是电磁波
题型3 电磁波的波长和频率的关系
【例3】（23-24高三上·北京通州·期末）500米口径球面射电望远镜（简称FAST）又被称为“中国天眼”，是中国科学院国家天文台的一座射电望远镜，若其工作频率范围是，那么它观测到的电磁波最长波长（ ）
A．约0.1米B．约4米C．约40米D．约1000米
【变式3-1】（2023高二上·辽宁沈阳·学业考试）英国物理学家麦克斯韦推算出一个出人意料的结果：电磁波的速度等于光速！电磁波在空气中的传播速度近似等于，某无线电波的频率是，该电磁波在空气中的波长为（ ）
A．1.52mB．3.01mC．2.56mD．1.09m
【变式3-2】（2023·上海徐汇·二模）某车载雷达系统同时向四周发射毫米级波长的无线电波L1和频率1014Hz数量级的红外激光L2，可知L1与L2的波长之比约为（ ）
A．1017：1B．1011：1C．106：1D．103：1
【变式3-3】（22-23高二上·山东菏泽·期末）交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成，红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示，红灯发出的红光频率为Hz，从12m外的交通信号灯传到你的眼睛，需要时间为t，在这个距离中有n个波长，光速m/s，则（ ）
A．，B．，
C．，D．，
【变式3-4】（23-24高二上·全国·课前预习）电磁波由真空中进入介质中时，其波速变为原来的一半，则波长将变为原来的多少倍？
题型4 电磁波谱
【例4】（23-24高二下·广东茂名·期中）为防范和打击利用无线电技术手段进行考试作弊行为，确保2024年普通高考公平顺利进行，各市无线电管理处周密部署，多措并举，全力以赴确保高考期间无线电安全。关于电磁波的特性，下列说法正确的是（ ）
A．X射线有显著的化学作用，医院可用来杀菌消毒，也可用于进行人体透视
B．红外线波长短，分辨率高，侦察上可用红外线拍摄指纹照片
C．雷达发出或接收的电磁波受天气影响，在浓雾天能见度低的黑夜不能使用
D．空间站上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
【变式4-1】（2023高三·重庆·学业考试）关于电磁振荡以及电磁波的形成与传播的理解正确的是（ ）
A．周期性变化的磁场一定能产生电磁波
B．射线是原子核受激发所产生的，所以射线不是电磁波
C．LC振荡电路可以产生电磁波，如果电路断开则电磁波立即消失
D．北斗导航系统是通过电磁波来传递信息的
【变式4-2】（22-23高二上·上海黄浦·期末）电磁波包含了X射线、红外线、紫外线、无线电波等，按频率由低到高的排列顺序是（ ）
A．无线电波、红外线、紫外线、X射线B．红外线、无线电波、X射线、紫外线
C．X 射线、红外线、紫外线、无线电波D．紫外线、无线电波、X射线、红外线
【变式4-3】（23-24高二上·广东·期末）电磁波为信息的传递插上了“翅膀”。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．电磁波的传播需要介质
B．雷达是用γ射线来测定物体位置的设备
C．电磁波的波速c、波长λ、频率f的关系为c=λf
D．遥控器发出的红外线和医院“CT”中的X射线的波长相同
【变式4-4】（多选）（22-23高三下·北京·期末）各种电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了。关于电磁波的应用，下列说法中正确的有（ ）
A．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线
B．银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机使用的是X射线
C．手机通话使用的无线电波
D．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是紫外线
【变式4-5】（23-24高二上·上海长宁·期中）在电磁波的大家族中，若按波长从高到低排列，依次为 、红外线、可见光、紫外线、 、射线。
题型5 电磁波与信息化社会
【例5】（23-24高二下·江苏镇江·月考）使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示。蓝牙通信的电磁波（ ）
A．是蓝光B．波长比手机通信的电磁波长
C．在真空中的传播速度大小为D．能在真空中传播
【变式5-1】（23-24高二下·安徽·月考）2024年4月12日消息，“中国天眼”的强大观测能力结合创新的分析方法，能够深入刻画宇宙间的神秘爆发信号，有望最终揭示其起源。如图所示是中国天眼FAST-500m口径球面射电望远镜，天眼接收的射电波工作波长在分米到米的范围，真空中的光速，下列说法正确的是（ ）
A．天眼接收的的射电波是电磁波，麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
B．天眼只能在白天晴朗的天气工作
C．天眼接收的射电波的频率区间为
D．天眼接收的电磁波是横波，电磁波的传播需要介质
【变式5-2】（23-24高二下·福建泉州·月考）在2020年特殊的经济形势下，“新基建”的七大产业担负起了国家经济发展的重大使命，“5G”产业是其中一项。到2024年4月，5G用户的占比已超5成。时至今日，5G网络建设仍在持续推进中。“5G”手机通过电磁波与基站之间进行信息传递，以下有关说法中不正确的是（ ）
A．“隔墙有耳”是波的衍射现象，5G同样具有“穿墙”性能
B．电磁波既能传递信息也能传递能量
C．“5G”比“4G”传递信息更快，是因为它所使用的电磁波的波速更快
D．先进的“5G”手机，使用过程中也会发热，是因为工作过程中部分电能转化为内能
【变式5-3】（2024·天津·模拟预测）太赫兹通信作为实现6G（第六代通信技术）愿景的关键技术，已得到全球通信业认可，2023年4月，我国成功完成了太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，实现重大技术突破，为6G通信技术的发展提供了重要保障和支撑，该实验通信频率为1.1×105MHz，远远超出5G（第五代通信技术）信号频率，关于该实验信号与5G信号下列说法正确的是（ ）
A．该实验信号和5G信号都属于电磁波，且都可能是纵波
B．该实验信号和5G信号都一定具有偏振现象
C．该实验信号相比5G信号光子能量更小
D．该实验信号相比5G信号在真空中的传播速度更小
【变式5-4】（23-24高二下·河北张家口·月考）随着科技的进步，越来越多的人使用蓝牙耳机，手机与基站及耳机的通信如下图所示。若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波，则以下说法正确的是（ ）
A．甲波的波长比可见光的小
B．乙波的波长比可见光的大
C．甲波的波长比乙波的小
D．乙波比甲波更容易发生衍射现象
【变式5-5】（2024·辽宁朝阳·二模）如图所示，铯133原子基态有两个超精细能级，国际计量大会将铯133原子基态超精细能级间跃迁对应辐射电磁波的9192631770个周期所持续的时间定为1秒。已知可见光波长范围为400nm~700nm，光速为，则（ ）
A．秒在国际单位制中是个导出单位
B．该跃迁辐射出的电磁波波长在可见光波长范围内
C．该跃迁辐射出的电磁波频率比可见光的频率低
D．该跃迁辐射出的电磁波在真空中传播比光速小
【变式5-6】（多选）（23-24高二下·广东汕尾·期末）随着科技的发展， 越来越多的手机用户选择使用蓝牙耳机， 手机与基站及耳机的通信如图所示。 若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波， 则以下说法正确的是（ ）
A．甲、乙波的频率都比可见光的频率小
B．真空中， 甲波的传播速度比乙波的快
C．甲、乙波都是横波， 都能在真空中传播
D．甲波与乙波有可能发生干涉现象电磁波谱
无线电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
波长
主要特征
波动性强，易
衍射
热作用强
引起视觉、
感光作用
化学作用、
荧光效应
穿透能力强
穿透能力最强
主要用途
通信、广播、导航
加热、遥测、遥感、红外摄影、夜视
照明、照相
杀菌消毒
检查、探测、透视
探测、医疗
电磁波
机械波
不同点
本质
电磁现象
力学现象
产生机理
由电磁振荡产生
由机械振动产生
周期性变化的量
电场强度E与磁感应强度B等随时间和空间周期性变化
质点的位移s、加速度a、能量等随时间和空间周期性变化
波的性质
横波
既有横波，又有纵波
传播介质
不需要介质，可在真空中传播
只在弹性介质中传播
波速特点
由介质和频率决定
仅由介质决定
相同点
都具有波的特性：干涉、衍射、多普勒效应等