第四章 电磁振荡与电磁波练习（练习含解析）高中物理 人教版（2026） 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75分钟。第Ⅰ卷(选择题，共50分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。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．以下电场中能产生电磁波的是()A．E＝10N/C B．E＝5sin(4t＋1)N/CC．E＝(3t＋2)N/C D．E＝2tN/C2.目前的手机无线充电器的原理是电磁感应，由于电磁辐射，其充电效率比有线充电低很多。有一种正在实验研究阶段的磁共振无线充电技术，其典型的电磁辐射损失只有1%。如图为磁共振无线充电的示意图，当接收电路的固有频率与发射电路线圈产生的磁场振动频率一致的时候，产生磁共振，从而进行能量的传递。该过程类似于无线电发射与接收环节中的()A．调幅 B．调频C．调谐 D．解调3．关于电磁波的应用，下列说法正确的是()A．雷达是利用微波容易发生衍射的特性工作的B．小型验钞器能显示纸币上的防伪标志，是因为它能发出红外线C．额温枪是利用紫外线具有较高的能量的特性来对人体进行测温的D．波长最短的电磁波是γ射线，它的穿透能力很强，可用来探测金属部件内部的缺陷4．关于电磁波，下列说法正确的是()A．电磁波和机械波都需要通过介质传播，它们由一种介质进入另一种介质时频率都不变B．根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波是横波C．发射无线电波时需要对电磁波进行调制和解调D．射电望远镜接收的是直线性能好、反射性能强的超声波5．已知LC振荡电路(如图甲所示)中电容器极板1上的电荷量随时间变化的曲线如图乙所示，则()A．a、c两时刻电路中电流最大，方向相同B．a、c两时刻电容器的电场能最大C．b、d两时刻电路中电流最小，方向相反D．b、d两时刻线圈的磁场能最小6．无线电广播的中波段波长范围为187～560m，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104Hz，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7.麦克斯韦在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例：圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。如图所示，若某时刻连接电容器的导线具有向上的电流，则下列说法中正确的是()A．电容器正在充电B．两平行板间的电场强度E在减小C．该变化电场产生顺时针方向(俯视)的磁场D．两极板间电场最强时，板间电场产生的磁场达到最强8．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慢C．真空中甲波比乙波更容易绕过障碍物D．甲波与乙波有可能发生干涉9．在如图甲所示的电路中，电感线圈的直流电阻可忽略不计，闭合开关S后一段时间电路达到稳定状态。t＝0时刻断开开关S，LC振荡电路中产生电磁振荡，LC振荡电路随时间t变化的规律如图乙所示(其纵轴表示的物理量未标出)。下列说法正确的是()A．图乙可以表示电感线圈中的电流随时间变化的图像B．图乙可以表示电容器所带电荷量随时间变化的图像C．t＝eq\f(T,4)时刻，磁场能最大D．将自感系数L和电容C同时增大为原来的2倍，电磁振荡的频率变为原来的eq\f(1,2)10．一个LC振荡电路中，线圈的自感系数为L，电容器的电容为C，从电容器上电压达到最大值Um开始计时，则()A．至少经过πeq\r(LC)，磁场能达到最大B．至少经过eq\f(1,2)πeq\r(LC)，磁场能达到最大C．在eq\f(1,2)πeq\r(LC)时间内，电路中的平均电流是eq\f(2Um,π)eq\r(\f(C,L))D．在eq\f(1,2)πeq\r(LC)时间内，电容器放电量为CUm第Ⅱ卷(非选择题，共50分)二、填空题(本题共2小题，共16分)11．(8分)(1)某时刻LC回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如图甲所示，则这时电容器正在________(填“充电”或“放电”)，电流大小正在________(填“增大”或“减小”)。(2)已知电容器极板所带电荷量随时间变化的关系如图乙所示，那么由这个振荡电路激发的电磁波的波长为________m。12．(8分)如图所示，感应圈G上装两根带有球形电极的铜管a、b构成发射天线，两球的间隙约0.5cm。将一根导线弯成环状，导线两端安装两个小金属球，其间留有空隙，将导线环固定到绝缘支架B上并靠近感应圈放置。让感应圈工作，当电火花在铜管a、b上两个金属球间跳动时，支架B上导线环两端的两个小球间也有电火花跳动。据此回答下列问题：(1)人类历史上，首先捕捉到电磁波的科学家是________。(2)对于这一实验现象的解释如下，请完成其中的填空。①感应圈本质上是一个变压器，它利用________的原理将低压交流电变成数千伏的高电压，由于铜管a、b上两球间的电压很高，间隙中电场________，空气分子被电离，从而形成一个导电通路。②当电火花在铜管a、b上的两个金属球间跳动时，必定建立了一个迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以________的形式在空间快速传播。当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出________，击穿导线环中的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花。③在此实验中，感应圈及铜管构成了电磁波的________，导线环构成了电磁波的________。三、论述计算题(本题共3小题，共34分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13．(10分)在LC振荡电路中，线圈的自感系数L＝2.5mH，电容器的电容C＝4μF。设t＝0时，电容器两极板间电压最高，则在t＝9.0×10－3s时，通过线圈的电流是增大还是减小，电容器是处于充电过程还是放电过程？14．(12分)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30天内能以37.5kHz的频率自动发出信号，人们就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，其中该接收装置中线圈的电感L＝4.0mH，此时产生电谐振的电容多大？15.(12分)雷达在发射和接收电磁波时，在荧光屏上分别呈现出一个尖形波。某型号防空雷达相邻两次发射电磁波的时间间隔为5×10－4s。雷达监测到一目标正向该雷达匀速飞来，甲、乙两图是雷达跟踪该目标时雷达监视屏上显示的波形图像，两图时间间隔为30s。已知雷达监视屏上相邻刻线间表示的时间间隔为10－4s，电磁波在空气中的传播速度为3×108m/s，求被监视目标飞行的速度。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75分钟。第Ⅰ卷(选择题，共50分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。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．以下电场中能产生电磁波的是()A．E＝10N/C B．E＝5sin(4t＋1)N/CC．E＝(3t＋2)N/C D．E＝2tN/C答案：B解析：恒定的电场不能产生电磁波，A错误；均匀变化的电场只能产生恒定的磁场，C、D错误；周期性变化的电场能产生电磁波，B正确。2.目前的手机无线充电器的原理是电磁感应，由于电磁辐射，其充电效率比有线充电低很多。有一种正在实验研究阶段的磁共振无线充电技术，其典型的电磁辐射损失只有1%。如图为磁共振无线充电的示意图，当接收电路的固有频率与发射电路线圈产生的磁场振动频率一致的时候，产生磁共振，从而进行能量的传递。该过程类似于无线电发射与接收环节中的()A．调幅 B．调频C．调谐 D．解调答案：C解析：根据题意可知，磁共振无线充电的特点是发射电路与接收电路发生共振，与使无线电接收电路产生电谐振的过程——调谐类似，故C正确，A、B、D错误。3．关于电磁波的应用，下列说法正确的是()A．雷达是利用微波容易发生衍射的特性工作的B．小型验钞器能显示纸币上的防伪标志，是因为它能发出红外线C．额温枪是利用紫外线具有较高的能量的特性来对人体进行测温的D．波长最短的电磁波是γ射线，它的穿透能力很强，可用来探测金属部件内部的缺陷答案：D解析：雷达是利用微波波长短，直线传播性能好，不易发生衍射，遇到障碍物发生反射来定位物体位置的，A错误；小型验钞器能显示纸币上的防伪标志，是因为它能发出紫外线，紫外线能使荧光物质发光，B错误；额温枪能测温是因为温度不同的人体辐射的红外线强弱不同，C错误；波长最短的电磁波是γ射线，它的穿透能力很强，可用来探测金属部件内部的缺陷，D正确。4．关于电磁波，下列说法正确的是()A．电磁波和机械波都需要通过介质传播，它们由一种介质进入另一种介质时频率都不变B．根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波是横波C．发射无线电波时需要对电磁波进行调制和解调D．射电望远镜接收的是直线性能好、反射性能强的超声波答案：B解析：电磁波的传播不需要通过介质，而机械波需要通过介质进行传播，它们由一种介质进入另一种介质时频率都不变，故A错误；根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，且电场、磁场均与传播方向垂直，电磁波是横波，故B正确；发射无线电波时需要对电磁波进行调制，而接收时则需要进行解调，故C错误；射电望远镜接收的是电磁波，故D错误。5．已知LC振荡电路(如图甲所示)中电容器极板1上的电荷量随时间变化的曲线如图乙所示，则()A．a、c两时刻电路中电流最大，方向相同B．a、c两时刻电容器的电场能最大C．b、d两时刻电路中电流最小，方向相反D．b、d两时刻线圈的磁场能最小答案：B解析：由图乙可知，a、c两时刻电容器极板上的电荷量最大，由LC振荡电路中电磁振荡规律可知，此时电路中电流为零，电容器的电场能最大，故A错误，B正确；b、d两时刻电容器极板上的电荷量为零，此时电路中电流最大，线圈的磁场能最大，故C、D错误。6．无线电广播的中波段波长范围为187～560m，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104Hz，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＝eq\f(c,f)，知f＝eq\f(c,λ)，其中c＝3×108m/s。当λ＝187m时，f1＝1.60×106Hz；当λ＝560m时，f2＝0.536×106Hz。则n＝eq\f(f1－f2,Δf)＝eq\f(1.60×106－0.536×106,104)个＝106个，四个选项中与106比较接近的是选项C。7.麦克斯韦在前人研究的基础上，创造性地建立了经典电磁场理论，进一步揭示了电现象与磁现象之间的联系。他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。以平行板电容器为例：圆形平行板电容器在充、放电的过程中，板间电场发生变化，产生的磁场相当于一连接两板的板间直导线通以充、放电电流时所产生的磁场。如图所示，若某时刻连接电容器的导线具有向上的电流，则下列说法中正确的是()A．电容器正在充电B．两平行板间的电场强度E在减小C．该变化电场产生顺时针方向(俯视)的磁场D．两极板间电场最强时，板间电场产生的磁场达到最强答案：A解析：电容器内电场强度方向向上，下极板带正电，根据电流的方向，正电荷正在流向下极板，因此电容器处于充电过程，电容器的带电量越来越多，内部电场强度越来越大，A正确，B错误；根据题意，该变化电场产生的磁场可等效成向上的电流产生的磁场，根据右手螺旋定则可知，该变化的电场产生的磁场沿逆时针方向(俯视)，C错误；当两极板间电场最强时，电容器充电完毕，回路的电流最小，因此产生的磁场最弱，D错误。8．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慢C．真空中甲波比乙波更容易绕过障碍物D．甲波与乙波有可能发生干涉答案：AC解析：所有频率的电磁波在真空中的传播速度都为c＝3×108m/s，B错误；由图可知，甲、乙波的波长都比可见光波长长，由c＝λf可得，甲、乙波的频率都比可见光的频率小，故A正确；波长越长的波越容易发生衍射，甲波波长比乙波长，所以真空中甲波比乙波更容易发生衍射从而绕过障碍物，C正确；甲波与乙波频率不同，两者之间不能发生干涉，D错误。9．在如图甲所示的电路中，电感线圈的直流电阻可忽略不计，闭合开关S后一段时间电路达到稳定状态。t＝0时刻断开开关S，LC振荡电路中产生电磁振荡，LC振荡电路随时间t变化的规律如图乙所示(其纵轴表示的物理量未标出)。下列说法正确的是()A．图乙可以表示电感线圈中的电流随时间变化的图像B．图乙可以表示电容器所带电荷量随时间变化的图像C．t＝eq\f(T,4)时刻，磁场能最大D．将自感系数L和电容C同时增大为原来的2倍，电磁振荡的频率变为原来的eq\f(1,2)答案：BD解析：根据题意可知，S闭合电路稳定时，电容器不带电，t＝0时刻断开开关S，电感线圈与电容器构成振荡电路，电感线圈中的电流从S闭合时的值开始减小，对电容器充电，电容器所带电荷量从零开始增加，磁场能转化为电场能，当t＝eq\f(T,4)时，线圈中的电流减为零，电容器所带电荷量达到最大，此时，磁场能为零，电场能最大，随后电容器放电，所带电荷量减小，电感线圈中的电流反向增加，故图乙可以表示电容器所带电荷量随时间变化的图像，但不能表示电感线圈中的电流随时间变化的图像，A、C错误，B正确；电磁振荡的频率为f＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,2π\r(LC))，将自感系数L和电容C同时增大为原来的2倍，则电磁振荡的频率变为原来的eq\f(1,2)，故D正确。10．一个LC振荡电路中，线圈的自感系数为L，电容器的电容为C，从电容器上电压达到最大值Um开始计时，则()A．至少经过πeq\r(LC)，磁场能达到最大B．至少经过eq\f(1,2)πeq\r(LC)，磁场能达到最大C．在eq\f(1,2)πeq\r(LC)时间内，电路中的平均电流是eq\f(2Um,π)eq\r(\f(C,L))D．在eq\f(1,2)πeq\r(LC)时间内，电容器放电量为CUm答案：BCD解析：LC振荡电路的周期T＝2πeq\r(LC)，电容器上电压最大时，开始放电，经eq\f(1,2)πeq\r(LC)＝eq\f(T,4)时间，放电结束，此时电容器的电荷量为零，电路中电流最大，磁场最强，磁场能最大，A错误，B正确；电容器上电压最大时，电荷量为Q＝CUm，故在eq\f(1,2)πeq\r(LC)时间内，电容器的放电量为CUm，所以平均电流为I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(CUm,\f(1,2)π\r(LC))＝eq\f(2Um,π)eq\r(\f(C,L))，C、D正确。第Ⅱ卷(非选择题，共50分)二、填空题(本题共2小题，共16分)11．(8分)(1)某时刻LC回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如图甲所示，则这时电容器正在________(填“充电”或“放电”)，电流大小正在________(填“增大”或“减小”)。(2)已知电容器极板所带电荷量随时间变化的关系如图乙所示，那么由这个振荡电路激发的电磁波的波长为________m。答案：(1)充电减小(2)1.2×103解析：(1)由安培定则可知回路中的电流方向为逆时针方向，而由电容器极板间电场方向可知上极板带正电，所以这时电容器正在充电；因为充电过程电场能增加，磁场能减少，所以电流大小正在减小。(2)由q­t图像可知振荡周期T＝4×10－6s，f＝eq\f(1,T)＝2.5×105Hz，则由这个振荡电路激发的电磁波的波长λ＝eq\f(c,f)＝eq\f(3.0×108,2.5×105)m＝1.2×103m。12．(8分)如图所示，感应圈G上装两根带有球形电极的铜管a、b构成发射天线，两球的间隙约0.5cm。将一根导线弯成环状，导线两端安装两个小金属球，其间留有空隙，将导线环固定到绝缘支架B上并靠近感应圈放置。让感应圈工作，当电火花在铜管a、b上两个金属球间跳动时，支架B上导线环两端的两个小球间也有电火花跳动。据此回答下列问题：(1)人类历史上，首先捕捉到电磁波的科学家是________。(2)对于这一实验现象的解释如下，请完成其中的填空。①感应圈本质上是一个变压器，它利用________的原理将低压交流电变成数千伏的高电压，由于铜管a、b上两球间的电压很高，间隙中电场________，空气分子被电离，从而形成一个导电通路。②当电火花在铜管a、b上的两个金属球间跳动时，必定建立了一个迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以________的形式在空间快速传播。当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出________，击穿导线环中的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花。③在此实验中，感应圈及铜管构成了电磁波的________，导线环构成了电磁波的________。答案：(1)赫兹(2)①电磁感应(或互感)很强②电磁波感应电动势③发射器接收器三、论述计算题(本题共3小题，共34分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13．(10分)在LC振荡电路中，线圈的自感系数L＝2.5mH，电容器的电容C＝4μF。设t＝0时，电容器两极板间电压最高，则在t＝9.0×10－3s时，通过线圈的电流是增大还是减小，电容器是处于充电过程还是放电过程？答案：逐渐减小充电解析：由LC回路周期公