（浙江专用）2020高中物理 第十四章 电磁波章末整合提升 新人教版选修3-4

（浙江专用）2020高中物理 第十四章 电磁波章末整合提升 新人教版选修3-4

第十四章 电磁波 ‎ 突破一　麦克斯韦的电磁理论 ‎1．对麦克斯韦电磁场理论两个基本观点的理解 ‎(1)变化的磁场产生电场，可从以下三个方面理解：‎ ‎①稳定的磁场不产生电场 ‎②均匀变化的磁场产生恒定的电场 ‎③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，也可从以下三个方面理解：‎ ‎①恒定的电场不产生磁场 ‎②均匀变化的电场产生恒定的磁场 ‎③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 ‎2．感应电场方向的判定 变化的磁场产生的感应电场的方向，与存在闭合回路时产生的感应电流的方向是相同的。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 例1 关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是(　　)‎ A．稳定的电场产生稳定的磁场 B．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场 C．变化的电场产生的磁场一定是变化的 D．振荡的电场周围空间产生的磁场也是振荡的 解析　麦克斯韦电磁场理论的要点是：变化的磁场(电场)要在周围空间产生电场(磁场)，若磁场(电场)的变化是均匀的，产生的电场(磁场)是稳定的，若磁场(电场)的变化是振荡的，产生的电场(磁场)也是振荡的，由此可判定正确答案为D项。‎ 答案　D 突破二　LC回路振荡规律　周期及频率 ‎1．LC回路中各量的变化规律 电容器上的物理量：电量q、电场强度E、电场能EE。‎ 线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB。‎ 放电过程：q↓—E↓—EE↓―→i↑—B↑—EB↑‎ 充电过程：q↑—E↑—EE↑―→i↓—B↓—EB↓‎ 充电结束时q、E、EE最大，i、B、EB均为零；‎ 放电结束时q、E、EE均为零，i、B、EB最大。‎ ‎2．电磁振荡的周期和频率 ‎(1)周期T＝2π 频率f＝ ‎(2)对周期公式T＝2π的定性分析 ‎①‎ L对T的影响：L越大，振荡过程中因自感现象产生的自感电动势就越大，楞次定律中所说的“阻碍”作用也就越大，从而延缓振荡电流的变化，使振荡周期T变长。‎ ‎②C对T的影响：C越大，振荡过程中无论是充电阶段(将C充至一定电压)，还是放电阶段(将一定电压下的电容器C中的电荷量放完)，其时间都相应地变长，从而使振荡周期T变长。‎ 例2 如图1甲所示的LC振荡电路中，通过P点的电流随时间变化的图线如图乙所示，若把通过P点向右规定为电流的正方向，则(　　)‎ 图1‎ A．0至0.5 ms内，电容器C正在充电 B．0.5 ms至1 ms内，电容器上极板带正电荷 C．1 ms至1.5 ms内，Q点比P点电势高 D．1.5 ms至2 ms内电场能正在减少 解析　0至0.5 ms内，电流逐渐增大，电场能逐渐转化为磁场能，属电容器放电过程，A错误；0.5 ms至1 ms内，电容器正在充电，上极板带负电，下极板带正电，B错误；1 ms至1.5 ms内，电流方向为负方向，电流逐渐增大，电容器放电，电容器下板带正电，Q点电势比P点高，C正确。1.5 ms至2 ms内，电容器充电，电场能逐渐增大，D错误。‎ 答案　C 突破三　电磁波的传播特点及应用 ‎1．电磁波谱 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱。‎ ‎2．各种不同的电磁波既有共性，又有个性。‎ ‎(1)共性：它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，都满足公式v＝f λ，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×‎‎108 m ‎/s，它们的传播都不需要介质，各波段之间的区别并没有绝对的意义。‎ ‎(2)个性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性。波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短观察干涉、衍射现象越困难。正是这些不同的特性决定了它们不同的用途。‎ 例3 下列有关电磁波的说法中正确的是(　　)‎ A．电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波 B．电磁波谱中最难发生衍射的是γ射线 C．频率大于可见光的电磁波表现为沿直线传播 D．雷达用的是微波，因为微波传播的直线性好 解析　波长越长，越容易发生衍射现象，在电磁波中，无线电波波长最长，γ射线的波长最短，故A错误，B正确；波长越短，频率越大的电磁波，其衍射现象越不明显，传播的直线性越好，遇到障碍物反射性越好，故C、D正确。‎ 答案　BCD 章末检测卷(六)‎ ‎(时间：90分钟　满分：100分)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的选项中，至少有一项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)‎ ‎1．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”中的超声波传递速度相同 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 ‎2．下列有关物理学史，不符合事实的是(　　)‎ A．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在 B．伽利略认为，力学规律在任何惯性系中都是相同的 C．赫兹首先捕捉到了电磁波 D．牛顿发现了单摆周期公式 解析　根据物理学史可知，惠更斯首先确定了单摆的周期公式，选项D错误，本题应选D。‎ 答案　D ‎3．关于电磁波，下列说法正确的是(　　)‎ A．雷达是用X光来测定物体位置的设备 B．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调 C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光 D．变化的电场可以产生磁场 解析　雷达是用微波测定物体的位置，A错；使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制 ，B错；使钞票上的荧光物质发出可见光的是紫外线，C错；根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场可以产生磁场，D正确。‎ 答案　D ‎4．间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，即使车队离开，也瞒不过它。这种遥感照相机敏感的电磁波属于(　　)‎ A．可见光波段 B．红外波段 C．紫外波段 D．X射线波段 解析　所有的物体都能发出红外线，热的物体的红外线辐射比冷的物体强，间谍卫星上装的遥感照相机，实际上是红外线探测器，它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外线辐射，这是红外线摄影的基础。再者，红外线波长比其他波(如可见光、紫外线、X射线)的长，有较好的穿透云雾的能力，故选B。‎ 答案　B ‎5．一种电磁波入射到半径为‎1 m的孔上，可发生明显的衍射现象，这种波属于图1中电磁波谱中的(　　)‎ 图1‎ A．可见光 B．γ射线 C．无线电波 D．紫外线 答案　C ‎6．关于电磁波谱的下列说法中正确的是(　　)‎ A．电磁波中最容易表现干涉、衍射现象的是无线电波 B．红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的 C．伦琴射线和γ射线是原子的内层电子受激发后产生的 D．红外线最显著的作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线 解析　波长越长的无线电波的波动性越显著，干涉、衍射现象越容易发生。从电磁波产生的机理可知γ射线是原子核受到激发后产生的。不论物体温度高低如何，都能辐射红外线，物体的温度越高，它辐射的红外线越强。由此可知答案为A、B。‎ 答案　AB ‎7．下列说法中符合实际的是(　　)‎ A．医院里常用X射线对病房和手术室消毒 B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒 C．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力 D．在人造卫星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 解析　X射线波长比紫外线短，能够穿透物质，可以用于人体透视、检查金属零件内部的缺陷，紫外线可以用来对病房和手术室消毒，红外线波长较长，更容易穿透云雾烟尘。‎ 答案　BD ‎8．关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是(　　)‎ A．均匀变化的电场在它周围空间产生均匀变化的磁场 B．电磁波和机械波一样依赖于介质传播 C．电磁波中每一处的电场方向和磁场方向总是互相垂直，且与波的传播方向垂直 D．只要空间某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波 解析　均匀变化的电场和恒定电流一样，只能产生恒定的磁场，所以A错误；电磁波是电磁场自身的运动过程，它本身就是物质，不需要介质就能传播；振荡的电场和振荡的磁场总是交替产生，且能由发生的区域向周围空间传播，产生电磁波，B错误，D正确；理论分析和实验都证明电磁波是横波，电磁场中E、B的方向跟波的传播方向是互相垂直的，C正确。‎ 答案　CD ‎9．雷达是利用无线电波的回波来探测目标方向和距离的一种装置，雷达的天线犹如喊话筒，能使电脉冲的能量集中向某一方向发射；接收机的作用则与人耳相仿，用以接收雷达发射机发出电脉冲的回波，测速雷达主要是利用多普勒效应原理，可由回波的改变数值，计算出目标与雷达的相对速度，以下说法正确的是(　　)‎ A．雷达发射的是不连续的电磁波 B．雷达用的是微波波段的无线电波 C．目标离雷达天线远去时，反射信号频率将高于发射信号频率 D．目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率 解析　雷达发射的是微波波段的脉冲，必须是不连续的，这样才能区分出反射波来，A、B正确；目标离雷达天线远去时，接收到的反射信号频率低于发射信号频率，C错；目标向雷达天线靠近时，接收到的反射信号频率高于发射信号频率，D正确。‎ 答案　ABD ‎10．在LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图2所示，则下列说法正确的是(　　)‎ 图2‎ A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电 B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电 C．若电容器上极板带正电，则线圈电流正增大 D．若电容器正放电，则自感电动势正在阻碍电流增大 解析　根据电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板带电情况，可分两种情况讨论。‎ ‎(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，磁场正在增强，则C对，A错；‎ ‎(2)若该时刻电容器下极板带正电，则可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B对；由楞次定律可判定D对。‎ 答案　BCD 二、填空题 (本题共1小题，共16分，请将正确的答案填在横线上)‎ ‎11．(16分)如图3所为LC振荡电路中振荡电流随时间变化的图象，由图可知，在OA时间内__________能转化为__________能，在AB时间内电容器处于__________(填“充电”或“放电”)过程，在时刻C，电容器带电荷量__________(填“为零”或“最大”)。‎ 图3‎ 解析　由题图可知，振荡电流随时间做正弦规律变化。在OA时间内电流增大，电容器正在放电，电场能逐渐转化为磁场能。在AB时间内电流减小，电容器正在充电。在时刻C电流最大，为电容器放电完毕瞬间，带电荷量为零。‎ 答案　电场　磁场　充电　为零 三、计算题(本题共3小题，共36分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须写明数值和单位)‎ ‎12．(12分)无线电广播中波段波长范围是187～‎560 m，为了避免邻近电台干扰，两个电台的频率范围至少应差104 Hz，则此波段中最多能容纳的电台数为多少个？‎ 解析　f1＝＝ Hz≈1.60×106 Hz，f2＝＝ Hz≈5.36×105 Hz，＝106.4。所以最多能 容纳107个电台。‎ 答案　107个 ‎13．(12分)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：‎ ‎(1)该电磁波的频率；‎ ‎(2)此雷达的最大侦察距离。‎ 解析　(1)电磁波在空气中传播的速度一般认为等于光速c＝3×‎108 m/s，因此 f＝＝ Hz＝1.5×109 Hz ‎(2)雷达工作时发射电磁脉冲，每个电磁脉冲持续时间t＝0.02 μs，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收到反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量。设最大侦察距离为x，两个脉冲时间间隔为Δt＝ s＝2×10－4 s≫0.02 μs(故脉冲持续时间可以略去不计)，则2x＝cΔt，所以x＝＝3×‎104 m。‎ 答案　(1)1.5×109 Hz　(2)3×‎‎104 m ‎14．(12分)某居住地A位于某山脉的一边，山脉的另一边P处建有一无线电波发射站。该发射站可发送频率为400 MHz的中波和频率为400 kHz的微波，已知无线电波在空气中的传播速度都为3×‎108 m/s，则：‎ ‎(1)该中波和微波的波长各是多少？‎ ‎(2)发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地A处的？‎ ‎(3)哪种波接收效果好？‎ 解析　(1)由λ＝知，λ1＝‎0.75 m，λ2＝‎750 m。‎ ‎(2)无线电波绕过山脉到达A处，发生了衍射现象。‎ ‎(3)频率为400 kHz的微波接收效果更好，因为它的波长较长，衍射现象更明显。‎ 答案　(1)‎0.75 m　‎750 m　(2)衍射　(3)微波