《第三节 电磁波的传播和接收》（同步训练）高中物理选择性必修第二册-沪科版-2024-2025学年

《第三节电磁波的传播和接收》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、电磁波在真空中传播的速度是多少（c），其值接近于多少米每秒（m/s）？A、1.0×10^8m/sB、2.997×10^8m/sC、3.0×10^8m/sD、3.1×10^8m/s2、下列哪种介质不可能传播电磁波？A、空气B、水C、金属D、真空3、电磁波传播的基本特性之一是从一种介质传入另一种介质时，其（）A.速度不变B.频率不变C.波长不变D.能量个别变化4、关于电磁波的传播特性，以下哪种说法是错误的？（）A.电磁波可以在真空中传播B.电磁波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度C.电磁波可以随心所欲地传播到任何方向D.电磁波的传播频率在不同介质中不变5、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约为340B.光波、无线电波、X射线都属于电磁波C.电磁波只能传递声音信号，不能传递图象信号D.闭合电路的部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，在导体中就会产生电磁波6、下列关于电磁波的说法正确的是()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B.周期性变化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可以发生衍射和干涉现象D.利用电磁波传递信息时都需要通过调制过程7、关于电磁波的传播特性，下列说法正确的是：A.电磁波只能在真空中传播B.电磁波的传播速度与介质无关C.电磁波传播时电场方向与磁场方向垂直且同时垂直于传播方向D.电磁波在不同介质中传播时频率会发生变化二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、下列关于电磁波传播的特点，正确的有：A、电磁波可以在真空中传播B、电磁波的传播速度与介质种类无关C、电磁波的传播速度在真空中最快D、电磁波的波长与频率成正比2、关于无线电波的接收过程，以下描述正确的是：A、天线接收无线电波并将其转换成电信号B、调谐器用于选择所需频率的无线电波C、解调器将调制信号还原为原始信息D、放大器用于放大接收到的微弱信号3、关于电磁波的传播和接收，下列说法正确的是（）。A.电磁波的传播速度恒定，且等于光速。B.电磁波在真空中自由传播时，其频率越高，传播速度越大。C.电磁波的接收需要发射天线和接收天线之间的线性极化匹配。D.微波炉利用电磁波的加热原理，通过非线性极化来加热食物。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题题干：已知某单色光的频率为5×10^14Hz，光在真空中的传播速度为3×10^8m/s，请计算该单色光的波长。第二题题目：一广播电台发射的电磁波频率为98.3MHz，假设该电台信号在空气中传播速度为光速（c=3×10^8m/s），试求该电磁波的波长，并解释为什么广播电台通常使用调频（FM）而不是调幅（AM）来传输音乐和语音信号。第三题已知一无线电波的频率为3×10^8Hz，波长为30m，求该无线电波的波速。第四题题目：一长为1米的金属杆AB，其中间点C固定在一可绕转轴O旋转的绝缘杆上。AB杆可以自由旋转。在距离O点0.5米处放置一个点电荷Q，使得它与AB杆的下端A构成一个等势面。若要使金属杆AB在水平面内旋转时保持平衡，应该在何处放置一个大小相等、符号相反的电荷-q，并使得系统达到平衡状态？分析与解答：1.理想化模型及其电场分析：金属杆AB在电场下可以理想化为一个导体，且假设小范围内可视为均匀带电。由于金属杆能够旋转且要求达到一平衡状态，可考虑整体系统的临界条件和静电力。2.设定电荷分布及平衡状态：点电荷Q在O点距离A端0.5米，从而在A处和B(1米)形成等势面，这意味着两者电势需相等。假设-q电荷位置为D，距离0.5米。3.静电力平衡条件：金属杆AB在接收到Q和-q的交互作用力下保持静止，从电磁学角度理解，各部分所产生的静电力的合力为零。平衡状态下，对杆的合外力和力矩都应为零。考虑到具体力矩平衡分析：由于等势面条件，电势的非对称性为不单纯的基础条件，需综合考虑电场强度变化。4.具体电场力分析：设定-q电荷对AB杆的效果，特别是当-q处于特别位置时的力矩如何影响整体平衡。根据库仑定律理解，设-q的X轴距离为x，-q电荷与点电荷Q之间的作用力会使得旋转动力矩相衡。在0.5米处插入-q会与Q力矩形成平衡，由于几何与对称性设置下，使得系统能保持平衡而无需更复杂的计算。5.结论：-q电荷应放置在与金属杆A端相同的水平位置距O点为0.5米处。即在C点即可满足平衡条件，可避免复杂的力矩计算，这一放置保持了系统的对称性，从而达到静力平衡状态。第五题以下四个选项中，关于电磁波传播和接收的说法错误的是：A.电磁波可以在真空中传播，不需要介质。B.无线电波的波长越长，其频率越低，穿透能力越强。C.电视天线接收的电磁波强度与其距离发射台的距离有关。D.手机接收到的信号越强，其通话质量越好。请选择正确的答案。《第三节电磁波的传播和接收》同步训练及答案解析一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、电磁波在真空中传播的速度是多少（c），其值接近于多少米每秒（m/s）？A、1.0×10^8m/sB、2.997×10^8m/sC、3.0×10^8m/sD、3.1×10^8m/s答案：C解析：电磁波在真空中传播的速度即为光速c，其值为大约3.0×10^8m/s。2、下列哪种介质不可能传播电磁波？A、空气B、水C、金属D、真空答案：C解析：电磁波可以在真空中和一些介质中传播，包括空气和水，但在金属中会迅速衰减，因为金属材料中的自由电子可以吸收和散射电磁波，使电磁波在金属中几乎不能传播。3、电磁波传播的基本特性之一是从一种介质传入另一种介质时，其（）A.速度不变B.频率不变C.波长不变D.能量个别变化答案：B解析：电磁波在从一种介质传播到另一种介质时，其频率保持不变，而速度和波长会根据介质的性质（如折射率）发生变化。能量也会随之变化，但频率不变是其基本特性之一。4、关于电磁波的传播特性，以下哪种说法是错误的？（）A.电磁波可以在真空中传播B.电磁波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度C.电磁波可以随心所欲地传播到任何方向D.电磁波的传播频率在不同介质中不变答案：C解析：选项A是正确的，电磁波可以在真空中传播；选项B是正确的，电磁波在介质中的传播速度确实小于在真空中的传播速度；选项C是错误的，电磁波的传播是有方向性的，不是随心所欲的；选项D是正确的，电磁波的传播频率在不同介质中是不变的。因此，错误的选项是C。5、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约为340B.光波、无线电波、X射线都属于电磁波C.电磁波只能传递声音信号，不能传递图象信号D.闭合电路的部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，在导体中就会产生电磁波答案：B解析：A选项，电磁波在真空中的传播速度约为3×108B选项，根据电磁波的谱可知，光波、无线电波、X射线都属于电磁波，故B正确；C选项，电磁波作为信息的载体，广泛应用于传递各种信号，包括声音信号和图象信号，故C错误；D选项，闭合电路的部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流，这是电磁感应现象，而变化的电流会产生电磁波，但这里的电流不是变化的电流，是恒定的，故不能产生电磁波，故D错误。6、下列关于电磁波的说法正确的是()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B.周期性变化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可以发生衍射和干涉现象D.利用电磁波传递信息时都需要通过调制过程答案：B；C；D解析：A选项，电磁波在真空传播速度与频率无关，都相同，故A错误；B选项，周期性变化的电场和周期性变化的磁场可以相互激发，形成电磁波，故B正确；C选项，波均能发生衍射和干涉现象，故电磁波在传播过程中可以发生衍射和干涉现象，故C正确；D选项，利用电磁波传递信息时都需要通过调制过程，将低频信号加到高频电磁波上，故D正确。7、关于电磁波的传播特性，下列说法正确的是：A.电磁波只能在真空中传播B.电磁波的传播速度与介质无关C.电磁波传播时电场方向与磁场方向垂直且同时垂直于传播方向D.电磁波在不同介质中传播时频率会发生变化答案：C解析：电磁波能够在真空中传播，也能在各种介质中传播，因此选项A错误。电磁波在不同介质中的传播速度会有所不同，其传播速度v、波长λ和频率f之间的关系遵循公式v=λf，其中频率f在电磁波从一个介质进入另一个介质时不发生变化，改变的是波速v和波长λ，故选项B和D错误。而电磁波传播时确实表现出电场方向、磁场方向以及传播方向三者相互垂直的特点，即所谓的横波性质，所以选项C正确。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、下列关于电磁波传播的特点，正确的有：A、电磁波可以在真空中传播B、电磁波的传播速度与介质种类无关C、电磁波的传播速度在真空中最快D、电磁波的波长与频率成正比答案：A、C、D解析：A、电磁波可以在真空中传播，这是电磁波与机械波（如声波）的一个显著区别。B、电磁波的传播速度与介质种类有关，例如在空气中传播速度略低于在真空中的速度。C、电磁波在真空中的传播速度最快，约为3×D、根据电磁波的基本公式c=λf（其中c是光速，λ2、关于无线电波的接收过程，以下描述正确的是：A、天线接收无线电波并将其转换成电信号B、调谐器用于选择所需频率的无线电波C、解调器将调制信号还原为原始信息D、放大器用于放大接收到的微弱信号答案：A、B、C、D解析：A、天线是接收无线电波的设备，它将无线电波转换成电信号。B、调谐器的作用是选择接收特定频率的无线电波，以避免干扰。C、解调器的作用是将调制在无线电波上的信号还原成原始信息，例如声音或图像信号。D、放大器用于增强接收到的信号，使其达到可处理的强度。因此，关于无线电波的接收过程，选项A、B、C、D都是正确的。3、关于电磁波的传播和接收，下列说法正确的是（）。A.电磁波的传播速度恒定，且等于光速。B.电磁波在真空中自由传播时，其频率越高，传播速度越大。C.电磁波的接收需要发射天线和接收天线之间的线性极化匹配。D.微波炉利用电磁波的加热原理，通过非线性极化来加热食物。答案：D解析：A.电磁波的传播速度在真空中等于光速c=B.电磁波在真空中的传播速度是恒定的，与频率无关，故B错误。C.电磁波的接收通常要求接收天线的极化与发射天线的极化相匹配，以实现最佳接收效果，但这里指的是线性极化匹配，不完全正确，因为电磁波接收到后仍然可以经过天线中频转化等过程，转换成与天线上符合的极化形式，故C的说法不够准确。D.微波炉确实使用微波（频率约2.45GHz的电磁波）来加热食物。微波的能量能够使食物中的水分子极化，进而产生摩擦使分子振动，从而加热食物，这是微波炉的工作原理，故D正确。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题题干：已知某单色光的频率为5×10^14Hz，光在真空中的传播速度为3×10^8m/s，请计算该单色光的波长。答案：波长=光速/频率波长=3×10^8m/s/5×10^14Hz波长=6×10^-7m解析：本题考查了电磁波的传播速度、频率和波长之间的关系，通过公式c=λf可以计算得到。根据公式，波长等于光速除以频率。在本题中，已知光速为3×10^8m/s，频率为5×10^14Hz，带入公式计算，得到波长为6×10^-7m。这是电磁波的一种基本特性，在通信、雷达等领域有着广泛的应用。第二题题目：一广播电台发射的电磁波频率为98.3MHz，假设该电台信号在空气中传播速度为光速（c=3×10^8m/s），试求该电磁波的波长，并解释为什么广播电台通常使用调频（FM）而不是调幅（AM）来传输音乐和语音信号。答案：1.波长计算：已知：频率f=98.3 波长λ可以通过公式λ=代入数据得λ2.调频（FM）与调幅（AM）的区别：调频（FrequencyModulation,FM）是指载波的频率随调制信号的变化而变化的一种调制方式。它对噪声和干扰有较强的抵抗能力，因此音质较好，适合传输高质量的音乐和语音信号。调幅（AmplitudeModulation,AM）则是指载波的幅度随调制信号的变化而变化。由于AM容易受到电离层反射等自然因素的影响以及人为的干扰，所以其信号质量不如FM稳定，尤其是在传输音乐等对音质要求较高的内容时。解析：1.波长计算的具体步骤：根据给定的数据，我们可以直接利用公式λ=将c和f的值代入公式，我们得到λ=因此，该广播电台发射的电磁波波长大约为3.05米。2.调频（FM）与调幅（AM）的选择理由：广播电台选择调频（FM）而非调幅（AM）来传输音乐和语音信号的主要原因是FM能够提供更好的音质。FM信号不易受干扰，能够保持较稳定的传输质量，即使在信号强度较低的情况下也能保证清晰度。相比之下，AM信号虽然覆盖范围更广，但由于易受外界干扰，特别是在城市环境中，建筑物和其他电子设备可能对其产生较大影响，导致音质下降。此外，AM的音频带宽也较窄，不能很好地传达音乐中的细节。综上所述，对于追求高音质的音乐和语音广播，调频（FM）是更为合适的选择。第三题已知一无线电波的频率为3×10^8Hz，波长为30m，求该无线电波的波速。答案：无线电波的波速为9×10^8m/s。解析：1.根据波速、波长和频率的关系公式：c=λf，其中c为波速，λ为波长，f为频率。2.将已知数据代入公式中，得：c=30m×3×10^8Hz。3.计算得波速c=9×10^8m/s。第四题题目：一长为1米的金属杆AB，其中间点C固定在一可绕转轴O旋转的绝缘杆上。AB杆可以自由旋转。在距离O点0.5米处放置一个点电荷Q，使得它与AB杆的下端A构成一个等势面。若要使金属杆AB在水平面内旋转时保持平衡，应该在何处放置一个大小相等、符号相反的电荷-q，并使得系统达到平衡状态？分析与解答：1.理想化模型及其电场分析：金属杆AB在电场下可以理想化为一个导体，且假设小范围内可视为均匀带电。由于金属杆能够旋转且要求达到一平衡状态，可考虑整体系统的临界条件和静电力。2.设定电荷分布及平衡状态：点电荷Q在O点距离A端0.5米，从而在A处和B(1米)形成等势面，这意味着两者电势需相等。假设-q电荷位置为D，距离0.5米。3.静电力平衡条件：金属杆AB在接收到Q和-q的交互作用力下保持静止，从电磁学角度理解，各部分所产生的静电力的合力为零。平衡状态下，对杆的合外力和力矩都应为零。考虑到具体力矩平衡分析：由于等势面条件，电势的非对称性为不单纯的基础条件，需综合考虑电场强度变化。4.具体