2023新教材高中物理第四章电磁振荡与电磁波水平测评新人教版选择性必修第二册

第四章水平测评本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间90分钟。第Ⅰ卷(选择题，共48分)一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分。在每个小题给出的四个选项中，第1～8小题，只有一个选项符合题意；第9～12小题，有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对而不全的得2分，错选或不选的得0分)1．首先用实验证实电磁波存在、验证麦克斯韦电磁场理论正确的科学家是()A．法拉第 B．赫兹C．安培 D．奥斯特答案B解析由物理史实可知B正确。2．我国进行第三次大熊猫普查时，首次使用了全球卫星定位系统和RS卫星红外遥感技术，详细调查了珍稀动物大熊猫的种群、数量、栖息地周边情况等，红外遥感技术利用了红外线的()A．热效应 B．相干性C．反射性能好 D．波长长，易衍射答案D解析红外遥感技术利用了红外线波长长，易衍射的特点，这样，物体发出的红外线就能穿透云雾而被RS卫星接收，D正确。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作解调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答案D解析雷达是利用微波来测定物体位置的设备，A错误；使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制，B错误；大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，是利用了紫外线的荧光作用，C错误；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。4．关于麦克斯韦电磁场理论的两个观点，下列说法中正确的是()A．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场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．周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场D．B、C两种情况下均能产生电磁波答案C解析根据麦克斯韦电磁场理论知C正确。5．(2019·上海市嘉定区封浜高级中学高二期末)①验钞机的紫外线、②电视机遥控器的红外线、③CT机的X射线，它们都是电磁波，按频率从高到低的排列顺序是()A．①②③B．③②①C．②③①D．③①②答案D解析CT机的X射线的频率高于验钞机的紫外线的频率，验钞机的紫外线的频率高于电视机遥控器的红外线的频率，故D正确。6．如图是LC振荡电路中电流随时间变化的图像，规定回路中电流为顺时针方向时为正，在t＝eq\f(3T,4)时刻对应的电路是图中的()答案B解析由题图知在t＝eq\f(3T,4)时，电流为零，电容器刚充电完毕，C、D错误；在该时刻之前一小段时间，回路中电流为负值，即电流沿逆时针方向给电容器充电，则t＝eq\f(3T,4)时刻电容器上极板带正电，B正确。7．我国正在积极研究与开发第五代移动通信系统(5G)，它将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合起来，能为客户提供各种通信及信息服务。关于电磁场和电磁波，下列叙述正确的是()A．客户通话时，手机将声音信号转变成电信号，再经过调谐后，把信号发送到基站中转B．如果空间某区域有振荡的电场或振荡的磁场，就能产生电磁波C．电磁波是纵波，不能产生偏振现象D．电磁波和机械波都不能在真空中传播答案B解析手机将声音信号转变成电信号，经过调制后，把信号发送到基站，A错误；振荡的电场或振荡的磁场会在周围空间产生振荡的电磁场，就能产生电磁波，B正确；电磁波是横波，C错误；电磁波可以在真空中传播，D错误。8.为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中，电容器可通过开关S与电源或线圈L相连，如图所示。当S从a拨到b之后，由L与C构成的电路中产生振荡电流。那么()A．若罐中的液面上升，振荡电流的频率变小B．若罐中的液面上升，振荡电流的周期变小C．S从a拨到b之后的半个周期内，回路中的磁场能先变小后变大D．S从a拨到b之后的四分之一周期内，回路中的电流增大，L的自感电动势变大答案A解析若液面上升，相当于插入的电介质增多，电容器的电容增大，根据T＝2πeq\r(LC)，振荡电流的周期T增大，由f＝eq\f(1,T)可知，振荡电流的频率f变小，故B错误，A正确；S从a拨到b之后的半个周期内，电容器先放电后反向充电，电流先变大后变小，故回路中的磁场能先变大后变小，故C错误；S从a拨到b之后的四分之一周期内，回路中的电流增大，但电流变化越来越慢，故L的自感电动势变小，故D错误。9．许多光学现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，正确的是()A．紫外验钞机是利用紫外线的化学作用B．X光透视利用的是光的衍射现象C．工业上的金属探伤利用的是γ射线具有极强的穿透能力D．红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点答案CD解析紫外验钞机是利用紫外线照射印刷在钞票上的荧光文字，发出可见光，使这些文字能被肉眼看到，利用了紫外线的荧光效应，A错误；X射线具有较强的穿透能力，在医学上用它来透视人体，检查病变和骨折情况，B错误；γ射线具有极强的穿透能力，工业上的金属探伤就是利用了这个原理，C正确；一切物体都在不停地辐射红外线，红外遥感技术就是利用了这个原理，D正确。10．为了有效地把磁场的能量以电磁波的形式发射到尽可能大的空间，除了用开放的电路，还有行之有效的办法是()A．增大电容器极板间的距离B．减小电容器极板的正对面积C．减小线圈的匝数D．采用低频振荡电流答案ABC解析实行开放电路和提高振荡频率是发射电磁波的两种有效方法，D错误；由f＝eq\f(1,2π\r(LC))、C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，A、B正确；减小线圈的匝数，电感L减小，振荡频率升高，C正确。11．下列说法正确的是()A．LC振荡回路中，振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期的一半B．LC振荡回路中，振荡电流为零时，电场能为零C．在电磁波接收过程中，把声音信号或图像信号从高频电流中还原出来的过程叫调制D．当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强答案AD解析LC振荡回路中，振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期的一半，振荡电流为零时，电容器上的带电量最大，电场能最大，故A正确，B错误；在电磁波接收过程中，把声音信号或图像信号从高频电流中还原出来的过程叫解调，C错误；当f接＝f固时产生电谐振，此时接收电路中产生的振荡电流最强，故D正确。12.如图表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是()A．电容器正在充电B．电感线圈中的磁场能正在增加C．电感线圈中的电流正在增大D．该时刻自感电动势正在阻碍电流增大答案BCD解析由题图磁感应强度的方向和安培定则可知，此时电流沿逆时针方向流动，电容器正在放电，电感线圈中的电流正在增大，电感线圈中的磁场能正在增加；由楞次定律可知，该时刻线圈中感应电动势正在阻碍电流增大，故B、C、D正确，A错误。第Ⅱ卷(非选择题，共52分)二、填空和作图题(本题共3小题，共12分)13．(4分)如图所示用A、B两只莱顿瓶来演示电磁波的发射和接收。将A的振子a、b接在感应圈(感应圈是产生高压电的装置)输出端，接通感应圈电源，使A的振子a、b之间产生火花，并发射________。将带有氖灯的莱顿瓶B靠近A，调节滑动杆的位置，当A和B的滑动杆位置________时，可观察到氖灯________。实验表明，尽管A和B这两个电路之间没有导线相连，但B的能量显然可由A通过________传播过来。答案电磁波'相同'发光'电磁波解析由麦克斯韦电磁场理论可知，接通感应圈电源，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生电场，并由近向远传播形成电磁波；当A和B的滑动杆位置相同时，两电路中的电流相同，即两电路中电流的频率相同，B电路可接收A中的能量，可观察到氖灯发光；实验表明，尽管A和B这两个电路之间没有导线相连，但B的能量显然可由A通过电磁波传播过来。14．(4分)(1)2019年6月，工信部正式向中国移动、中国电信、中国联通和中国广电4家公司发放5G正式商用牌照，这标志着我国正式进入了5G商用元年。据悉此次中国电信和中国联通获得3500MHz频段试验频率使用许可，该频段的波长约为________mm。(2)在收音机接收中波段时其LC振荡电路的电感L是固定的，当可变电容器电容为C1＝270pF时可接收频率为535kHz的电磁波，当可变电容器的电容为C2时可接收频率为1605kHz的电磁波，则可变电容器的电容C2＝________pF。答案(1)85.7(2)30解析(1)该频段的波长λ＝eq\f(c,f)＝eq\f(3×108,3500×106)m≈0.0857m＝85.7mm。(2)当收音机的LC振荡电路的频率等于电磁波的频率时收音机就能接收该频率的电磁波。根据LC振荡电路频率公式f＝eq\f(1,2π\r(LC))，电感L是固定的，故有eq\f(f1,f2)＝eq\r(\f(C2,C1))，所以eq\f(C1,C2)＝eq\f(f\o\al(2,2),f\o\al(2,1))＝eq\f(1605kHz2,535kHz2)＝eq\f(9,1)，由C1＝270pF可解得C2＝30pF。15．(4分)图中正弦曲线表示左侧LC振荡电路中电流随时间变化的图像，若规定回路中电流为顺时针方向时为正，电容器上极板带正电时极板间电压为正，请在图中坐标中画出电容器极板间电压变化曲线的示意图。答案电容器极板间电压变化曲线如图所示解析振荡电流的变化周期与电容器极板间电压变化周期相同，且当振荡电流最大时，电容器两极板间电压为零；振荡电流最小时，电容器两极板间电压最大；结合题设中对电流正负及极板间电压正负的规定可得电容器极板间电压变化图线如答图所示。三、计算题(本题共4小题，共40分。解答中应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤，只写出最后答案的不给分)16．(8分)如图所示，线圈的自感系数为3μH，在线圈的中间有抽头2，电容器的电容可在150～300pF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1.88×10－7s1.06×107Hz解析根据T＝2πeq\r(LC)得Tmax＝2πeq\r(LmaxCmax)＝2πeq\r(3×10－6×300×10－12)s≈1.88×10－7s。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≈1.06×107Hz。17.(10分)如图所示的电路中，电容器的电容C＝1μF，线圈的自感系数L＝0.1mH，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，求：(g取10m/s2，π取3.14，研究过程中油滴不与极板接触)(1)至少经过多长时间，油滴的加速度最大？(2)当油滴的加速度为何值时，LC回路中的磁场能最大？答案(1)3.14×10－5s(2)10m/s2解析(1)当S拨至a时，油滴受力平衡，可知油滴带负电。当S拨至b时，LC回路中有电流，其振荡周期为T＝2πeq\r(LC)＝2×3.14×eq\r(0.1×10－3×10－6)s＝6.28×10－5s，当电容器恰好反向充电结束时，油滴所受静电力向下且最大，此时油滴受到的合外力最大，加速度最大，至少经过的时间为t＝eq\f(T,2)＝3.14×10－5s。(2)LC回路中的磁场能最大时，电流最大，电容器所带电荷量为0，油滴只受重力作用，油滴的加速度为g＝10m/s2。18．(10分)某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10－4s，某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示，t＝173s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示，雷达荧光屏上相邻刻线间表示的时间间隔为10－4s，电磁波的传播速度为c＝3×108m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？答案335m/s解析由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0＝10－4s，图甲发射波和接收波的时间间隔t1＝4×10－4s，此时战斗机距雷达的距离为s1＝c×eq\f(t1,2)＝6.0×104m；图乙时间间隔t2＝1×10－4s，此时战斗机在雷达正上方。所以战斗机的高度h＝c×eq\f(t2,2)＝1.5×104m，故173s内战斗机飞行的水平距离为s＝eq\r(s\o\al(2,1)－h2)≈5.8×104m，该战斗机的飞行速度v＝eq\f(s,t)≈335m/s。19.(12分)(2019·沈阳市第170中学高二期中)如图所示，一LC回路的电感L＝0.25H，电容C＝4μF，在电容器开始放电时设为零时刻，上极板带正电，下极板带负电，求：(1)此LC振荡电路的周期为多少？(2)当t＝2.0×10－3s时，电容器上极板带何种电荷？电流方向如何？(3)如电容器两板间电压最大为10V，则在前eq\f(T,4)内的平均电流为多大？答案(1)6.28×10－3s'(2)负电荷'逆时针(3)2.5×10－2