第十四章　电磁波B综合拓展一遍过（2020一遍过·物理选修3-4RJ）

第十四章电磁波,物理选修3-4RJ,一、选择题(每小题6分,共24分)1.2019山东青岛二中期中考试下列说法正确的是()A.麦克斯韦证实了电磁波的存在B.在医学上常用红外线来杀菌消毒C.LC振荡电路中当电容器的电荷量最大时,线圈中的电流最大D.调幅和调频是电磁波调制的两种方法,答案,1.D【解题思路】麦克斯韦提出变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场,电场和磁场交替产生向外传播,形成电磁波,而赫兹证实了电磁波的存在,故A错误。紫外线能杀菌,根据紫外线能杀菌制成了杀菌的紫光灯,故B错误。LC振荡电路中电容器的电荷量不断增加,说明电容器在充电,磁场能正在向电场能转化,当电荷量达到最大时,充电完毕,则充电电流减为零,故C错误。在无线电波的发射中,需要把低频信号搭载到高频载波上,调制有两种方式:一种是使高频载波的振幅随信号而改变,这种调制方式称为调幅;一种是使高频载波的频率随信号而改变,这种调制方式称为调频,故D正确。,2.(多选)2019山东师范大学附中期中考试关于电磁波的发射和接收,下列说法正确的是()A.为了使振荡电路有效地向空间辐射能量,必须是闭合电路B.为了使振荡电路有效地向外辐射能量,必须是开放电路C.当接收电路的固有频率与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D.要使电视机的屏上有图像,必须要有检波过程,答案,2.BCD【解题思路】为了有效地向空间辐射能量,必须是开放电路,故A错误,B正确;当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时,发生电谐振,接收电路中产生的振荡电流最强,故C正确;将信号从电磁波上下载下来的过程称为解调,又称为检波,故D正确。,3.2019浙江台州中学期末考试某个智能玩具的声响开关与LC电路中的电流有关,如图所示为玩具内的LC振荡电路部分。已知线圈自感系数L=2.510-3H,电容器电容C=4F,在电容器开始放电时(取t=0),上极板带正电,下极板带负电,则()A.LC振荡电路的周期T=10-4sB.当t=10-4s时,电容器上极板带正电C.当t=310-4s时,电路中电流方向为顺时针D.当t=310-4s时,电场能正转化为磁场能,答案,3.C【解题思路】由公式T=2=210-4s,故A错误;电容器先放电再反向充电,当t=10-4s=2时,电容器上极板带负电,故B错误;当t=310-4s时,4t2,电容器处于反向充电过程,所以电流方向为顺时针,磁场能正在转化为电场能,故C正确,D错误。,4.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C构成的LC振荡电路,公交卡上的读卡机(刷卡时“嘀”地响一声的机器)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,4.B【解题思路】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,才发生共振,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,IC卡内的线圈L中产生感应电流,给电容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。,二、非选择题(共16分)5.最近两年,有无线充电功能的手机越来越多,电能无线传输技术也受到了人们越来越多的关注。一个科学研究小组在实验室中试制了无线电能传输装置。(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:上表中的x=,y=。根据表中的数据可归纳出P和R之间的关系为。,(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,接在乙线圈上的电器获得的电能为输入甲线圈电能的35%。若用该装置给充电功率为10W的电池充电,则损失的功率为W。(结果保留3位有效数字)若给甲线圈接入电压为220V的电源,测得该线圈中的电流为0.195A。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。(结果保留2位有效数字)(5)由于在传输过程中能量利用率过低,无线传播电能还处于实验室阶段。为早日告别电线,实现无线传输电能的工业化,还需解决一系列问题,请提出至少两个问题。,答案,5.【参考答案】(1)发射(1分)(2)C(2分)(3)8(2分)64(2分)PR2=1600(3分)(4)18.6(2分)15(2分)(5)见解析(2分)【解题思路】(1)像电磁波一样,无线传输能量也需要发射、传播和接收的过程。(2)电磁波可以向各个方向传播,而电能的输送需要定向传播。(3)由表中的前三组数据和最后一组数据可以看出PR2=1600。将R1=5代入上式得P1=64,所以y=64。将P2=25代入得R2=8,所以x=8;(4)由题意知,输电效率为=35%,P=10W,则P总=P/=28.6W。所以损失的功率为P损=P总-P=18.6W。甲线圈输入功率为P总=UI=2200.195W=42.9W。所以乙线圈得到的功率,即灯泡的功率为P灯=P总=42.935%W=15W。(5)如何解决电能的单向传输问题;如何解决电能传输过程的能量损失问题等等。,物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。本章通过学习电磁振荡及电磁波的发射、传播和接收,理解电磁场的物质性,体会科学对技术的推动作用以及科技对人类生活和社会发展的影响。拓展试题主要是电磁振荡和电磁波的应用。,1.2019湖南醴陵市第一中学期中考试,“物理观念”素养如图所示是医生用计算机辅助某种射线断层摄影(简称“CT”)检查身体的情景,这种能穿透身体的射线是()A.X射线B.红外线C.紫外线D.可见光,答案,1.A【解题思路】X射线具有较强的穿透能力,常在医疗上用来检查身体;红外线能制成热谱仪、夜视仪,还有遥控器等。紫外线能杀菌,可制成消毒灯,还具有荧光效应,能制成验钞机;红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫属于可见光,可见光的穿透性还不及紫外线,A选项符合题意。,2.(多选)2019湖北荆门龙泉中学期中考试,“科学思维”素养关于电磁波及其应用,下列说法正确的是()A.麦克斯韦首先通过实验证实了电磁波的存在B.电磁波是横波且能够发生干涉和衍射现象C.电磁波的接收要经过调谐和调制两个过程D.微波能使食物中的水分子热运动加剧,从而实现加热的目的E.红外线是一种光波,在军事、医疗、勘测,甚至日常生活中都有广泛的应用,答案,2.BDE【解题思路】赫兹首先通过实验证实了电磁波的存在,故A错误;电磁波的振动方向与传播方向相互垂直,因此为横波,干涉和衍射现象是波特有的现象,故B正确;调制是电磁波发射过程中的操作,故C错误;微波能使食物中的水分子热运动加剧,从而加热食物,这就是微波炉的工作原理,故D正确;生物体和非生物体都可以辐射红外线,因此红外遥感技术应用十分广泛,在军事、医疗、勘测,甚至日常生活中都有广泛的应用,故E正确。,3.(多选)“科学推理”素养一个根据LC振荡电路的工作原理设计而成的电子表,每天比北京时间快2分钟,则其原因可能是()A.电池用的时间长了,内阻变大B.电路中电容器的电容变小了C.线圈的自感系数变小了D.电路中电容器的电容变大了,答案,3.BC【解题思路】由LC回路的周期T=2可知,电子表的周期由线圈的自感系数和电容器的电容共同决定,与其他因素无关。电子表走得快,说明其周期减小,则线圈的自感系数或电容器的电容变小了,BC正确。,4.2019浙江诸暨中学期中考试,“科学推理”素养把两个分别发红光、绿光的发光二极管并联起来,再接入如图所示的电路中,电路中的电容器的电容C和线圈的自感系数L比较大,回路的振荡周期为2s,设法让电容器带上足够的电荷,再闭合开关S,若通过电感中线圈的电流变化如图甲所示(设通过线圈的电流方向自上而下为正),则对闭合开关S后的过程,下列说法正确的是()A.绿光的发光二极管始终不发光B.红光、绿光的发光二极管交替发光,且每次发光的时间为2sC.绿光支路的电流变化如图乙所示D.绿光支路的电流变化如图丙所示,答案,4.C【解题思路】电路中的电容器的电容C和线圈的自感系数L比较大,且满足T=2=2s,此回路的振荡周期为2s,由题中电路图和题图甲知,两灯将交替发光,时间各为半个周期,即1s,电流为正时,绿灯亮,电流为负时红灯亮,故C正确,ABD错误。,5.“科学推理”素养2017年10月10日,中国科学院国家天文台宣布,科学家利用被誉为“天眼”的世界最大单口径射电望远镜500米口径球面射电望远镜(FAST)探测到数十个优质脉冲星候选体,其中两颗已通过国际认证。这是中国人首次利用自己独立研制的射电望远镜发现脉冲星。脉冲星是中子星的一种,为会发出周期性脉冲信号的星体。与地球相似,脉冲星也在自转着,并且有磁场,其周围的磁感线分布如图所示。脉冲是脉冲星的高速自转而形成的,只能沿着磁轴方向从两个磁极区辐射出来;脉冲星每自转一周,地球就接收到一次它辐射的脉冲。结合上述材料,下列说法正确的是()A.脉冲信号属于机械波B.脉冲星的磁轴与自转轴重合C.脉冲的周期等于脉冲星的自转周期D.所有的中子星都可以发出脉冲信号,答案,5.C【解题思路】脉冲信号属于电磁波,若为机械波,则传播需要介质,无法传播到地球,故A错误;根据题图可知脉冲星的磁轴与自转轴并不重合,故B错误;根据题意,脉冲星每自转一周,地球就接收到一次它辐射的脉冲,则可得脉冲的周期等于脉冲星的自转周期,故C正确;根据题中信息,脉冲星是中子星的一种,为会发出周期性脉冲信号的星体,说明并不是所有的中子星都可以发出脉冲信号,故D错误。,6.“科学推理”素养如图所示,线圈的自感系数L=25mH,电阻为零,电容器的电容C=40F,灯泡D的规格是“4V2W”。开关S闭合后,灯泡正常发光