高中人教版 (2019)1 电磁振荡精品测试题

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综合复习与测试
第四章 电磁振荡与电磁波


知识体系·思维导图

考点整合·素养提升
主题　电磁振荡过程分析

1.分析两类物理量：电荷量q决定了电场能的大小，电容器极板间电压U、电场强度E、电场能EE的变化规律与q的变化规律相同；振荡电流i决定了磁场能的大小，线圈中的磁感应强度B、磁通量Φ、磁场能EB的变化规律与i的变化规律相同。
2.两个过程：放电过程电荷量q减小，振荡电流i增加；充电过程电荷量q增加，振荡电流i减小。
3.两个瞬间：放电完毕瞬间q＝0，i最大；充电完毕瞬间i＝0，q最大。
4.电磁振荡问题的解题模型：

5.模型突破：q决定了电场的强弱和电场能的大小，i决定了磁场的强弱和磁场能的大小。电磁振荡的过程，实质上是电场能和磁场能相互转化的过程，知道其中一种场的变化就能推知另一种场的变化情况。
【典例1】如图所示的是某时刻LC振荡电路中振荡电流i的方向，下列对甲、乙回路情况的判断正确的是（　　）

A. 若甲电路中电流i正在增大，则该电路中线圈的自感电动势必定在增大
B．若乙电路中电流i正在增大，则该电路中电容器里的电场必定向下
C．若甲电路中电流i正在减小，则该电路中线圈周围的磁场必在增强
D．若乙电路中电流i正在减小，则该电路中电容器极板电荷必是上正下负
[解析]　据LC振荡电路特点知，若电路中电流i正在增大，说明振荡电路正在放电，电容器里的电荷量在减少，上极板带正电荷，下极板带负电荷，电场向下，电压也在减小，线圈的自感电动势也在减小，电路周围磁场在增强；反之，若电流正在减小，说明电容器正在充电，各量相应的变化与上述相反。
[答案] B
【变式1】（多选）图甲为LC振荡电路，图乙为振荡电路中电流的周期性变化图像，下列判断正确的是（　　）

A. t1时刻，电容器带电量最大
B．t2时刻，电容器两极板间的电压最大
C．t1～t2时间内，电容器处于放电过程
D．t2～t3时间内，电场能逐渐转化为磁场能
[解析] 在t1时刻，电路中的电流最大，则q最小，说明放电完毕，电容器所带电荷量最小，故A错误；在t2时刻，电路中的电流最小，则q最大，说明刚开始放电，则电容器两极板间的电压最大，故B正确；t1～t2时间内，电路中电流减小，电容器处于充电过程，故C错误；t2～t3时间内，电路中电流增大，则电场能逐渐转化为磁场能，故D正确。
[答案] BD
综 合 测 试

一、单选题：
1．手机通信是靠电磁波传递信息的，从理论上预言电磁波存在和第一次用实验证实电磁波存在的物理学家分别是(　　)
A．安培，法拉第　　　　　 B．麦克斯韦，法拉第
C．法拉第，赫兹 D．麦克斯韦，赫兹
【答案】D
【解析】1864年，英国青年物理学家麦克斯韦在研究了当时所发现的电磁现象的基础上，建立了麦克斯韦电磁场理论，并预言了电磁波的存在；1886年，德国青年物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故A、B、C错误，D正确。
故选D。
2.关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是(　　)
A．电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
B．手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
【答案】B
【解析】一切波都可以传播能量和信息，声波作为机械波可以传递信息，故A项错误；手机通话时，声音信号转变为电信号，电信号以电磁波的形式在空中传播，被对方手机接收，再由电信号转化为声音信号，通话过程中涉及电磁波和声波，故B项正确；可见光的传播速度为光速，而超声波是声波，空气中传播速度为340 m/s，故C项错误；根据电磁波谱分布情况可知，红外线的波长比X射线的波长长，故D项错误。
故选B。
3.2022年在防控新型冠状病毒肺炎疫情期间，在机场、车站等交通出入口，使用了红外线热像仪。红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它时的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播。关于红外线热像仪，下列说法正确的是(　　)
A．选择红外线进行检测，主要是因为红外线能量小，可以节约能量
B．红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测
C．红外线热像仪同时还具有杀菌作用
D．红外线热像仪根据物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同的原理来检测体温
【答案】D
【解析】一切物体均能发出红外线，因此选择红外线进行检测，与其能量大小没有关系，故A错误。红外线热像仪通过接收人体发出的红外线来检测温度，故B错误。紫外线具有杀菌作用，红外线能量相比紫外线小得多，没有杀菌作用，故C错误。一切物体都能发射红外线，且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同，红外线热像仪就是根据此原理来检测体温的，故D正确。
故选D。
4.关于某LC振荡电路中电流随时间的变化图像如图所示，以下说法正确的是(　　)

A．t1时刻电感线圈两端电压最大
B．t2时刻电容器两极板间电压为零
C．t1时刻电路中只有电场能
D．t1时刻电容器所带电荷量为零
【答案】D
【解析】电流i最大时，说明磁场最强，磁场能最大，电场能为零，电压、电荷量均为零，A、C错误；t2时刻充电完毕，电流为0，电容器电压最大，B错误，D正确。
故选D。
5.如图所示，i­t图像表示LC振荡电流随时间变化的规律，在t＝0时刻，电路中电容器的M板带正电，在某段时间里，电路的磁场能在减少，而M板仍带正电，则这段时间对应图像中(　　)

A．Oa段　　　　　　　　 B．ab段
C．bc段 D．cd段
【答案】D
【解析】由振荡电流随时间变化图像可得，在t＝0时刻，电容器开始放电，电路中电容器的M板带正电，故电流方向逆时针为正方向；某段时间里，电路的磁场能在减少，说明电路中的电流在减小，是电容器的充电过程，此时M板带正电，说明此时电流方向顺时针方向为负，符合电流减小且为负值的只有cd段，故D项正确。
故选D。
6.无线电广播的中波段波长范围为187～560 m，为了避免邻近电台的干扰，两个电台的频率范围至少要相差104 Hz，则此波段中最多能容纳的电台数约为(　　)
A．500个 B．187个
C．100个 D．20个
【答案】C
【解析】由公式λ＝，知f＝，其中c＝3×108 m/s.当λ1＝187 m时，f1＝1.60×106 Hz；λ2＝560 m时，f2＝0.536×106 Hz.n＝＝个＝106个，比较一下选项，应选C选项．
故选C。
7.如图所示为手机信号屏蔽器．手机信号屏蔽器主要针对各类考场、加油站、军事重地等禁止使用手机的场所．手机工作时，是在一定频率范围内，手机和基站通过无线电波联系起来，完成数据的传输．针对这种通信原理，手机信号屏蔽器在工作过程中以一定的速度从手机通信所使用的频率的底端向高端扫描，在扫描过程中向手机发送一定频率的电磁波信号，使手机不能与基站建立正常的联系，从而对手机形成干扰．对于手机信号屏蔽器的工作过程，下列说法中正确的是(　　)

A．手机信号屏蔽器是利用静电屏蔽的原理来工作的
B．手机信号屏蔽器是利用电磁感应的原理来工作的
C．手机信号屏蔽器工作时能阻止基站发出的电磁波传播到限制场所内
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
【答案】D
【解析】手机信号屏蔽器是利用屏蔽器发出的信号去干扰手机接收从基站传过来的信号，从而起到屏蔽作用．因此手机信号屏蔽器通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的，故A、B、C错误，D正确．
故选D。
8.如图所示，我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑．米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是(　　)


A．米波的频率比厘米波频率高
B．和机械波一样须靠介质传播
C．同光波一样会发生反射现象
D．不可能产生干涉和衍射现象
【答案】C
【解析】从名称上可判断，米波的波长大于厘米波的波长，由波长与频率、波速关系式λ＝可知，米波的频率小于厘米波的频率，选项A错误．无线电波是电磁波，可以在真空中传播，选项B错误．无线电波同光波一样会发生反射现象，可以产生干涉和衍射现象，选项C正确，D错误．
故选C。
9.利用所学物理知识，可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理及相关问题．IC卡内部有一个由电感线圈L和电容器C构成的LC振荡电路，公交卡上的读卡机向外发射某一特定频率的电磁波．刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容器C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输．下列说法正确的是(　　)
A．IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池
B．仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时，IC卡才能有效工作
C．若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L中不会产生感应电流
D．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
【答案】B
【解析】读卡机发射的电磁波，被IC卡内部的LC振荡电路接收，使IC卡充电，因此IC卡的能量源于读卡机发射的电磁波，故A项错误；仅当读卡机发射的电磁波频率与该IC卡内的LC振荡电路的固有频率相等时，才发生电谐振，IC卡才能有效工作，故B项正确；若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，根据法拉第电磁感应定律，线圈L中仍会产生感应电流，故C项错误；由题意知，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容器C充电，达到一定电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输，故D项错误．
故选 B。
二、多选题：
10.LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则(　　)

A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a
B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电
C．若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电
D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
【答案】ABC
【解析】若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，电场能增大，根据安培定则可确定电流由b向a，上极板带负电，故选项A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误。
故选ABC。
11.为了方便交通出行出现了一种新型共享单车，如图甲所示，这种单车外观结构简单，没有链条，但单车质量比普通自行车大，达到了25 kg。如图乙所示，单车的车锁内集成了嵌入式芯片、GPS模块和SIM卡等，便于监控单车在路上的具体位置，实现防盗。同时手机App上有定位系统，也能随时了解单车的实时位置；手机还可以通过扫描二维码自动开锁，关锁后App就显示计时、计价等信息。此外，单车能够在骑行过程中为车内电池充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电。根据以上信息可知下列说法正确的是(　　)

A．该单车比普通自行车运动状态更容易改变
B．该单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位的
C．该单车是利用电磁感应原理实现充电的
D．该单车和手机之间是利用电磁波传递信息的
【答案】BCD
【解析】物体的质量越大，运动状态越难改变，故A错误；单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位的，故B正确；单车在运动过程中通过电磁感应将机械能转化为电能从而实现充电，故C正确；单车和手机之间没有电路连接，是利用电磁波传递信息的，故D正确。
故选BCD。
12.我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创造了新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是(　　)

A．米波的频率比厘米波频率低
B．和机械波一样须靠介质传播
C．同光波一样会发生反射现象
D．不可能产生干涉和衍射现象
【答案】AC
【解析】米波比厘米波的波长长，故米波的频率较低，A正确。米波雷达发射的是无线电波，可在真空中传播，同光波一样会发生反射、干涉、衍射等现象，B、D错误，C正确。
故选：AC。
13.如图所示，将开关S由b扳到a开始计时，在电流振荡了半个周期时，电路中(　　)

A．电容器C里的电场强度最强，场强方向向上
B．线圈L周围磁场最强
C．线圈中的磁感应强度为零
D．电场能即将向磁场能转化
【答案】ACD
【解析】开关S与b接通给电容器充电，再与a接通，电容器通过线圈放电；经过时，正是电容器反向充电完毕时刻，此时电容器下极板带正电，场强方向向上，A项正确。线圈中电流为零，故B错误，C正确。此后电容器又将放电即由电场能转化为磁场能，D正确。
故选ACD。
14.在运行的火车车厢里，你若打开收音机是不能听清声音的，你若打移动电话，是丝毫不受影响的，收音机、手机都是靠无线电传递信号的，所不同的是，收音机利用的无线电信号频率低，手机利用的无线电信号频率高，下列说法正确的是(　　)
A．低频无线电信号传播的速度小，追不上火车
B．低频无线电信号传播的速度大，已经超过了火车
C．高频无线电信号衍射能力差，穿透能力强，可以进入火车车厢
D．低频无线电信号衍射能力强，穿透能力弱，不能进入火车车厢
【答案】CD
【解析】无线电信号在空气中的波速约等于光速，它的波长越长，穿透能力越弱，衍射能力越强．C、D两项正确．
故选：CD。
15.为了方便交通出行出现了一种新型共享单车，如图甲所示，这种单车外观结构简单，没有链条，但单车质量比普通自行车大，达到了25 kg.如图乙所示，单车的车锁内集成了嵌入式芯片、GPS模块和SIM卡等，便于监控单车在路上的具体位置，实现防盗．同时手机app上有定位系统，也能随时了解单车的实时位置；手机还可以通过扫描二维码自动开锁，关锁后app就显示计时、计价等信息．此外，单车能够在骑行过程中为车内电池充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电．根据以上信息可知下列说法正确的是(　　)

A．该单车比普通自行车运动状态更容易改变
B．该单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位的
C．该单车是利用电磁感应原理实现充电的
D．该单车和手机之间是利用电磁波传递信息的
【答案】BCD
【解析】物体的质量越大运动状态越难改变，故A错误；单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位的，故B正确；单车在运动过程中通过电磁感应将机械能转化为电能从而实现充电，故C正确；单车和手机之间没有电路连接，是利用电磁波传递信息的，故D正确．
故选：BCD。
16.在电磁波的发射过程中，用一平行板电容器C和一个线圈L组成LC振荡电路，要增大发射电磁波的波长，下列调节正确的是(　　)
A．增大电容器两极板间的距离
B．增大线圈的匝数，在线圈中加铁芯
C．把电容器的动片适当旋出一些
D．把电容器的动片适当旋进一些
【答案】BD
【解析】根据c＝λf和f＝可知，要增大发射电磁波的波长，就要增大L与C的乘积．根据C＝可知，若要增大电容，可以减小极板间的距离、增加极板正对面积、插入电介质．若要增大自感系数，可以增大线圈的匝数，在线圈中加铁芯等，故A、C错误，BD正确．
故选：BD。
17.高精度全息穿透成像探测仪利用电磁波穿透非金属介质，探测内部微小隐蔽物体并对物体成像，具有分辨率高、体积小、辐射少等特点，应用领域比超声波更广．关于电磁波和超声波，下列说法正确的是(　　)
A．电磁波和超声波均能发生偏振现象
B．电磁波和超声波均能传递能量和信息
C．电磁波和超声波均能发生干涉和衍射现象
D．电磁波和超声波均需依赖于介质才能传播
【答案】BC
【解析】只有横波才能发生偏振现象，超声波的纵波部分不能发生偏振现象，故A错误；电磁波和超声波均能传递能量和信息，故B正确；电磁波和超声波均能发生干涉和衍射现象，故C正确；电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，故D错误．
故选：BC。
三、 非选择题：
18.目前电能都是通过电网采用有线方式传输的，人们一直梦想能无线传输电能，梦想在日常生活中实现无线充电，甚至不用电池．现在，一个科学研究小组在实验室中取得了可喜的进展，也许，人类的这一梦想不久就能实现．
(1)实现无线传输能量，涉及能量的________、传播和接收．
(2)科学家曾经设想通过高耸的天线塔，以无线电波的形式将电能输送到指定地点，但一直没有在应用层面上获得成功，其主要原因是这类无线电波________．
A．在传输中很多能量被吸收
B．在传播中易受山脉阻隔
C．向各个方向传输能量
D．传输能量易造成电磁污染
(3)如果像无线广播那样通过天线塔输送电能，接收器获得的功率P和它到天线塔的距离R相关，实验测得P和R的部分数据如下表：
R/m
1
2
4
5
x
10
P/W
1 600
400
100
y
25
16
①上表中的x＝________，y＝________.
②根据表中的数据可归纳出P和R之间的数值关系式为________________．
(4)为研究无线传输电能，某科研小组在实验室试制了无线电能传输装置，在短距离内点亮了灯泡．如图所示，实验测得，接在乙线圈上的用电器获得的电能为输入甲线圈电能的35%.

①若用该装置给充电功率为10 W的电池充电，则损失的功率为________ W.
②若把甲线圈接入电压为220 V的电源，测得该线圈中的电流为0.195 A．这时，接在乙线圈上的灯泡恰能正常发光，则此灯泡的功率为______ W.
(5)由于在传输过程中能量利用率过低，无线传输电能还处于实验阶段，为早日告别电线，实现无线传输电能的工业化，还需要解决一系列问题，请提出至少两个问题．
【答案】(1)发射　(2)C　(3)①8　64　②PR2＝1 600　(4)①18.6　②15　(5)仪器体积过大、对人体有伤害、传输距离太短等
【解析】(1)无线传输能量主要涉及能量的发射、传播和接收．
(2)电磁波在传播过程中向各个方向传输的能量是均等的，因此在实际应用中受到限制，故C正确．
(3)由表格中所提供数据可以判断出P和R之间的数值关系为PR2＝1 600，所以当R＝5时，求得P＝64，因此表中y＝64；当P＝25时，R＝＝8，即表中x＝8.
(4)①设输入甲线圈的功率为P甲，乙线圈中用电器获得的功率为P乙，由题意P乙＝P甲×35%，则损失的功率ΔP＝P甲－P乙＝P乙×＝ W≈18.6 W.
②由P＝IU可知，甲线圈的电功率P甲＝IU，乙线圈中用电器获得的功率P乙＝P甲×35%.因此灯泡的功率P乙＝IU×35%＝0.195×220×0.35 W≈15 W.
(5)因为在无线传输过程中，电磁波向各个方向的传播是均等的，无法有效地控制方向，为了更多地接收到电磁波，就需要接收仪器和发射点相距不能太远，且接收器要有很大的体积．同时，向空间辐射较多的电磁波对人体有伤害．
四、计算题：
19.麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光现象的内在联系及统一性，即光是电磁波。一单色光在折射率为1．5的介质中传播，某时刻电场横波图像如图所示，求该光波的频率。

【答案】5×1014 Hz
【解析】设光在介质中的传播速度为v，波长为λ，频率为f，则f＝①
v＝②
联立①②式得f＝
从波形图上读出波长λ＝4×10－7 m，代入数据得
f＝5×1014 Hz。
20.一台无线电接收机，当接收频率为535 kHz的信号时，调谐电路里电容器的电容是360 pF。如果调谐电路里的电感线圈保持不变，要接收频率为1 605 kHz的信号时，调谐回路里电容器的电容应变为多少？
【答案】40 pF
【解析】由f＝ 得
f1＝535×103 Hz＝
f2＝1 605×103 Hz＝
有＝＝
又C1＝360 pF，
解得C2＝40 pF。
21.如图所示的振荡电路中，线圈自感系数L＝0.5 H，电容器电容C＝2 μF。现使电容器带电，从接通开关S时刻算起：

(1)当t＝3．0×10－2 s时，电路中电流方向如何？
(2)经过多长时间，线圈中的磁场能第一次达到最大？
【答案】(1)顺时针　(2)1．57×10－3 s
【解析】(1)LC回路振荡的周期
T＝2π＝2π s＝6．28×10－3 s。
当t＝3．0×10－2 s时，t＝4．78T，即4T 此时电容器正处于正向充电阶段，所以电流方向为顺时针。
(2)当接通开关S时，电容器开始放电，当电场能完全转化为磁场能时，磁场能第一次达到最大，此时
t＝＝1．57×10－3 s。
22.在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热点地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话？(已知地球的质量M为6．0×1024 kg，地球半径R为6．4×106 m，引力常量G为6．67×10－11 N·m2·kg－2)
【答案】见解析　
【解析】主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的。
设同步卫星高度为H，由万有引力定律及卫星圆周运动规律可得＝m(R＋H)
H＝－R≈3．6×107 m
则一方讲话，另一方听到对方讲话的最少时间
t＝＝0.24 s。
23.飞机失事后，为了分析事故的原因，必须寻找黑匣子，而黑匣子在前30天内能以37．5 kHz的频率自动发出信号，人们可利用探测仪查找黑匣子发出的电磁波信号来确定黑匣子的位置。那么黑匣子发出的电磁波波长是多少？若接收电路是由LC电路组成的，其中该接收装置里的电感线圈L＝4．0 mH，此时产生电谐振的电容多大？(结果保留两位有效数字)
【答案】8 000 m　4．5×10－9 F
【解析】由公式v＝λf得
λ＝＝ m＝8 000 m，
再由公式f＝得
C＝
＝ F
≈4．5×10－9 F。