2024-2025学年专题13.3 电磁感应现象及应用（含答案）-高二物理举一反三系列（人教版2019必修第三册）

2024-2025学年专题13.3电磁感应现象及应用（含答案）-高二物理举一反三系列（人教版2019必修第三册）专题13.3电磁感应现象及应用【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1产生感应电流的条件】 【题型2电磁感应现象的应用】 【题型3物理史实】 【题型4磁通量的变化问题】 【题型1产生感应电流的条件】【例1】(多选)用如图所示装置探究感应电流产生的条件，线圈A通过滑动变阻器和开关S1连接到电源上，线圈B通过开关S2连接到电流计上，将线圈A套在线圈B的里面。下列说法中正确的是()A．该装置可用于探究线圈B中感应电流产生的条件B．S2处于闭合状态，在S1闭合瞬间，电流表的指针会发生偏转C．S1处于闭合状态，在S2闭合瞬间，电流表的指针会发生偏转D．两开关均处于闭合状态，电路稳定后匀速移动滑动变阻器的滑片，电流表的指针会发生偏转【变式1-1】在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是()A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化【变式1-2】下列各图所描述的物理情境中，没有感应电流的是()【变式1-3】如图所示，导线MON在中点O弯折成一定角度，OO′为其角平分线，在导线MON内通以恒定电流I，由均匀导线制成的正方形小线框L中线与OO′重合，则能在L中产生感应电流的办法是()A．增大电流IB．将L沿OO′向右匀速移动C．将L沿OO′向右加速移动D．将L向上快速移动【题型2电磁感应现象的应用】【例2】(多选)高考考生入场时，监考老师要用金属探测器对考生进行安检后才允许其进入考场，如图所示。探测器内有通电线圈，当探测器靠近任何金属材料物体时，就会引起探测器内线圈中电流变化，报警器就会发出警报；靠近非金属物体时则不发出警报。关于探测器工作原理，下列说法正确的是()A．金属探测器利用的是电磁感应现象B．金属探测器利用的是磁场对金属的吸引作用C．金属探测器利用的是静电感应现象D．金属探测器利用的是当探测器靠近金属物体时，能在金属中形成涡流，进而引起线圈中电流的变化【变式2-1】（多选）我国已经制定了登月计划,假如航天员登月后想探测月球表面是否有磁场,他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈。下列推断中正确的是()A.直接将电流表放于月球表面,看是否有示数来判断磁场有无B.将电流表与线圈组成闭合电路,使线圈沿某一方向运动,若电流表无示数,则判断月球表面无磁场C.将电流表与线圈组成闭合电路,使线圈沿某一方向运动,若电流表有示数,则判断月球表面有磁场D.将电流表与线圈组成闭合电路,使线圈分别绕两个互相垂直的轴转动,月球表面若有磁场,则电流表至少有一次示数不为零【变式2-2】物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复实验，线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是()A．线圈接在了直流电源上B．电源电压过高C．所选线圈的匝数过多D．所用套环的材料与老师的不同【变式2-3】扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌．为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示．无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是()【题型3物理史实】【例3】在物理学的发展过程中，许多科学家做出了突出贡献，下列关于科学家和他们的贡献的说法正确的是()A．牛顿开创了实验与逻辑推理相结合的研究方法，并用这种方法研究了力与运动的关系B．库仑通过研究得出了电荷间的相互作用规律，并测出了自然界的最小带电单位C．安培提出了分子电流假说，成功解释了所有磁现象来源于运动电荷这一本质D．法拉第通过大量实验发现了电磁感应现象，并总结出法拉第电磁感应定律【变式3-1】1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流的磁效应。()【变式3-2】奥斯特的实验证实了电流的周围存在磁场，法拉第经过10年的努力终于发现了利用磁场产生电流的途径，法拉第认识到必须在变化、运动的过程中才能利用磁场产生电流。法拉第当时归纳出五种情形，请说出这五种情形各是什么？【变式3-3】史料记载“1831年8月29日这一天，法拉第在接通电池的一刹那，偶然看到检流计指针动了一下，接着便回到了原位，然后就一直停住不动。……”法拉第因此发现了电磁感应现象，图4-1-1是这个实验的示意图。又有史料记载“瑞士物理学家科拉顿设计了一个利用磁铁在闭合线圈中获取电流的实验：将一块磁铁在螺线管中移动，使导线中产生感应电流。为了排除磁铁移动对检流计指针偏转的影响，他把检流计放到隔壁房间中去，用长导线把检流计和螺线管连接起来。实验开始了，科拉顿把磁铁插到线圈中去以后，就跑到隔壁房间中去，但他十分痛心地看到检流计的小磁针静止在原位。”科拉顿没能发现电磁感应现象，他的实验示意图见图4-1-2。请你分析一下，科拉顿没能看到电磁感应现象的原因是什么？【题型4磁通量的变化问题】【例4】如图所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ。在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是()A.ab向右运动，同时使θ减小B.使磁感应强度B减小，θ角同时也减小C.ab向左运动，同时增大磁感应强度BD.ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°＜θ＜90°)【变式4-1】磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通有恒定电流的直导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，设前后两次通过线框的磁通量变化大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()A．ΔΦ1＞ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1＜ΔΦ2 D．无法确定【变式4-2】如图所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ，第二次将金属框绕cd边翻转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化量大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则ΔΦ1ΔΦ2【变式4-3】如图所示，一水平放置的N匝矩形线框面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向斜向上，与水平面成30°角，现若使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的改变量的大小是多少？

专题13.3电磁感应现象及应用【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1产生感应电流的条件】 【题型2电磁感应现象的应用】 【题型3物理史实】 【题型4磁通量的变化问题】 【题型1产生感应电流的条件】【例1】(多选)用如图所示装置探究感应电流产生的条件，线圈A通过滑动变阻器和开关S1连接到电源上，线圈B通过开关S2连接到电流计上，将线圈A套在线圈B的里面。下列说法中正确的是()A．该装置可用于探究线圈B中感应电流产生的条件B．S2处于闭合状态，在S1闭合瞬间，电流表的指针会发生偏转C．S1处于闭合状态，在S2闭合瞬间，电流表的指针会发生偏转D．两开关均处于闭合状态，电路稳定后匀速移动滑动变阻器的滑片，电流表的指针会发生偏转解析：选ABD线圈B没有接电源，与电流表构成回路，可用于探究线圈B中感应电流产生的条件，A正确；S2处于闭合状态，则线圈B与电流表构成回路，在S1闭合瞬间，线圈A中电流增大，线圈A产生的磁场增强，则穿过线圈B的磁通量变大，所以线圈B中会产生感应电流，电流表的指针会发生偏转，B正确；S1处于闭合状态，线圈A中的电流不变，产生的磁场不变，穿过线圈B的磁通量不变，所以在S2闭合瞬间，线圈B中没有感应电流，电流表指针不偏转，C错误；两开关均处于闭合状态，电路稳定后匀速移动滑动变阻器的滑片，则线圈A中电流变化，线圈A产生的磁场变化，则穿过线圈B的磁通量变化，所以线圈B中会产生感应电流，电流表的指针会发生偏转，故D正确。【变式1-1】在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是()A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化解析：选D只形成闭合回路，回路中的磁通量不变化，不会产生感应电流，A、B错误；线圈中插入条形磁铁瞬间回路中磁通量有变化，电流表有变化，磁铁不动后电流表无变化，C错误；给线圈通电或断电瞬间，通过闭合回路的磁通量变化，会产生感应电流，能观察到电流表的变化，D正确。【变式1-2】下列各图所描述的物理情境中，没有感应电流的是()解析：选A开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流；磁铁向铝环A靠近，穿过铝环A的磁通量在增大，铝环A中产生感应电流；金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流；铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的无数辐条切割磁感线，与外电路构成闭合回路，产生感应电流。故选A。【变式1-3】如图所示，导线MON在中点O弯折成一定角度，OO′为其角平分线，在导线MON内通以恒定电流I，由均匀导线制成的正方形小线框L中线与OO′重合，则能在L中产生感应电流的办法是()A．增大电流IB．将L沿OO′向右匀速移动C．将L沿OO′向右加速移动D．将L向上快速移动解析：选D根据右手螺旋定则可知，穿过正方形线框的磁通量为零，增大电流，磁通量不变，A错误；将线框沿OO′向右运动，穿过正方形线框的磁通量始终为零，无感应电流产生，B、C错误；将L向上快速移动，穿过正方形线框的磁通量发生变化，会有感应电流产生，D正确。【题型2电磁感应现象的应用】【例2】(多选)高考考生入场时，监考老师要用金属探测器对考生进行安检后才允许其进入考场，如图所示。探测器内有通电线圈，当探测器靠近任何金属材料物体时，就会引起探测器内线圈中电流变化，报警器就会发出警报；靠近非金属物体时则不发出警报。关于探测器工作原理，下列说法正确的是()A．金属探测器利用的是电磁感应现象B．金属探测器利用的是磁场对金属的吸引作用C．金属探测器利用的是静电感应现象D．金属探测器利用的是当探测器靠近金属物体时，能在金属中形成涡流，进而引起线圈中电流的变化解析：选AD线圈通电后会产生磁场，当有金属物体进入磁场时，通过金属物体横截面的磁通量发生变化，金属物体内部会产生涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，由此判断是否有金属物体，静电感应现象是带电体靠近导体时使导体感应起电，故A、D正确。【变式2-1】（多选）我国已经制定了登月计划,假如航天员登月后想探测月球表面是否有磁场,他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈。下列推断中正确的是()A.直接将电流表放于月球表面,看是否有示数来判断磁场有无B.将电流表与线圈组成闭合电路,使线圈沿某一方向运动,若电流表无示数,则判断月球表面无磁场C.将电流表与线圈组成闭合电路,使线圈沿某一方向运动,若电流表有示数,则判断月球表面有磁场D.将电流表与线圈组成闭合电路,使线圈分别绕两个互相垂直的轴转动,月球表面若有磁场,则电流表至少有一次示数不为零答案:CD解析:只要线圈中能产生感应电流,电流表有示数,则说明月球上一定有磁场。如果没有电流,只能说明线圈中的磁通量没有发生变化,需要变换转动轴或运动方向再试。如果线圈分别绕两个互相垂直的轴转动,当空间有磁场时,至少会有一次产生感应电流,C、D正确。【变式2-2】物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复实验，线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是()A．线圈接在了直流电源上B．电源电压过高C．所选线圈的匝数过多D．所用套环的材料与老师的不同解析：选D无论实验用的是交流电还是直流电，闭合开关S的瞬间，穿过套环的磁通量均增加，只要套环的材料是导体，套环中就能产生感应电流，套环就会跳起。如果套环是用塑料做的，则不能产生感应电流，也就不会受安培力作用而跳起。选项D正确。【变式2-3】扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌．为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示．无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右振动的衰减最有效的方案是()答案A解析感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化．在A图中，系统振动时，紫铜薄板随之上下及左右振动，在磁场中的部分有时多有时少，磁通量发生变化，产生感应电流，受到安培力，阻碍系统的振动；在B图中，只有紫铜薄板向左振动才产生感应电流，而上下振动无感应电流产生；在C图中，无论紫铜薄板上下振动还是左右振动，都不会产生感应电流；在D图中，只有紫铜薄板左右振动才产生感应电流，而上下振动无感应电流产生，故选项A正确，B、C、D错误．【题型3物理史实】【例3】在物理学的发展过程中，许多科学家做出了突出贡献，下列关于科学家和他们的贡献的说法正确的是()A．牛顿开创了实验与逻辑推理相结合的研究方法，并用这种方法研究了力与运动的关系B．库仑通过研究得出了电荷间的相互作用规律，并测出了自然界的最小带电单位C．安培提出了分子电流假说，成功解释了所有磁现象来源于运动电荷这一本质D．法拉第通过大量实验发现了电磁感应现象，并总结出法拉第电磁感应定律解析：选C伽利略开创了实验与逻辑推理相结合的研究方法，并用这种方法研究了力与运动的关系，A错误；库仑通过研究得出了电荷间的相互作用规律，密立根测出了自然界的最小带电单位，B错误；安培提出了分子电流假说，成功解释了所有磁现象来源于运动电荷这一本质，C正确；法拉第发现了电磁感应现象，但法拉第电磁感应定律不是法拉第总结出来的，D错误。【变式3-1】1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流的磁效应。(√)【变式3-2】奥斯特的实验证实了电流的周围存在磁场，法拉第经过10年的努力终于发现了利用磁场产生电流的途径，法拉第认识到必须在变化、运动的过程中才能利用磁场产生电流。法拉第当时归纳出五种情形，请说出这五种情形各是什么？解析法拉第把能引起感应电流的实验现象归纳为五类：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。它们都与变化和运动有关。【变式3-3】史料记载“1831年8月29日这一天，法拉第在接通电池的一刹那，偶然看到检流计指针动了一下，接着便回到了原位，然后就一直停住不动。……”法拉第因此发现了电磁感应现象，图4-1-1是这个实验的示意图。又有史料记载“瑞士物理学家科拉顿设计了一个利用磁铁在闭合线圈中获取电流的实验：将一块磁铁在螺线管中移动，使导线中产生感应电流。为了排除磁铁移动对检流计指针偏转的影响，他把检流计放到隔壁房间中去，用长导线把检流计和螺线管连接起来。实验开始了，科拉顿把磁铁插到线圈中去以后，就跑到隔壁房间中去，但他十分痛心地看到检流计的小磁针静止在原位。”科拉顿没能发现电磁感应现象，他的实验示意图见图4-1-2。请你分析一下，科拉顿没能看到电磁感应现象的原因是什么？答：科拉顿没能看到电磁感应现象的原因是因为电磁感应现象是在变化或运动的过程中出现的，当科拉顿赶到隔壁房间去时，检流小磁针已经动过了，所以他没能看到电磁感应现象。【题型4磁通量的变化问题】【例4】如图所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ。在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是()A.ab向右运动，同时使θ减小B.使磁感应强度B减小，θ角同时也减小C.ab向左运动，同时增大磁感应强度BD.ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°＜θ＜90°)答案A解析设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ＝BScosθ，S增大，θ减小，cosθ增大，则Φ增大，A正确；B减小，θ减小，cosθ增大，Φ可能不变，B错误；S减小，B增大，Φ可能不变，C错误；S增大，B增大，θ增大，cosθ减小，Φ可能不变，D错误。【变式4-1】磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通有恒定电流的直导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，设前后两次通过线框的磁通量变化大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()A．ΔΦ1＞ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1＜ΔΦ2 D．无法确定解析：选C第一次将线框由位置1平移到位置2，磁感线从线框的同一侧穿入，ΔΦ1为前后两位置磁通量的绝对值之差。第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，磁感线从线框的不同侧穿入，ΔΦ2为前后两位置磁通量的绝对值之和。故ΔΦ1＜ΔΦ2，C正确。【变式4-2】如图所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ，第二次将金属框绕cd边翻转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化量大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则ΔΦ1ΔΦ2解析设金属框在位置Ⅰ的磁通量为Φ1，金属框在位置Ⅱ的磁通量为ΦⅡ，由题可知：ΔΦ1＝|ΦⅡ－ΦⅠ|，ΔΦ2＝|－ΦⅡ－ΦⅠ|，所以金属框的磁通量变化量大小ΔΦ1<ΔΦ2．【变式4-3】如图所示，一水平放置的N匝矩形线框面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向斜向上，与水平面成30°角，现若使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的改变量的大小是多少？解析Φ是标量，但有正负之分，在计算ΔΦ＝Φ2－Φ1时必须注意Φ2、Φ1的正负，要注意磁感线从线框的哪一面穿过，此题中在开始位置磁感线从线框的下面穿进，在末位置磁感线从线框的另一面穿进．若取转到末位置时穿过线框方向为正方向，则Φ2＝eq\f(\r(3),2)BS，Φ1＝－eq\f(1,2)BS，因穿过多匝线圈的磁通量的大小与匝数无关，故ΔΦ＝eq\f(\r(3)＋1,2)BS.

专题13.4电磁波的发现及应用【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1电磁场问题】 【题型2电磁波的产生】 【题型3电磁波的特点】 【题型4电磁波谱】 【题型5电磁波的应用】 【题型6物理史实及电磁波的危害防止】 【题型7电磁波的波长和频率的关系】 【题型1电磁场问题】【例1】关于电磁场理论，下列说法正确的是()A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场解析：选D根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才能产生变化的磁场，周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场，故D正确。【变式1-1】(多选)(2020·广东深圳市第二次统测)电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A.图(a)中利用了发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电B.图(b)中给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热C.图(c)中如果线圈B不闭合，S断开将不会产生延时效果D.图(d)中给电子感应加速器通以恒定电流时，被加速的电子获得恒定的加速度答案AC解析电流流过发射线圈会产生变化的磁场，当接收线圈靠近该变化的磁场时就会产生感应电流给手机充电，即利用发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电，故A正确；恒定的电流激发恒定的磁场，穿过金属锅的磁通量不变，不会发生电磁感应现象，没有涡流产生，故B错误；如果线圈不闭合，则B线圈中会有电磁感应现象，但不产生感应电流，故不会产生延时效果，故C正确；给电子感应加速器通以恒定电流时产生的磁场不变，即磁通量不变，则不会产生感生电场，则不能加速电子，故D错误。【变式1-2】关于电磁场和电磁波的正确说法是（）A．电场和磁场总是相互联系的，它们统称为电磁场B．电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波C．电磁波传播速度总是3×108m/sD．电磁波是一种物质，不能在真空中传播【答案】B【详解】A．变化的电场和变化的磁场是相互联系的不可分割的统一整体，统称为电磁场，选项A错误；B．电磁场由发生的区域向远处传播形成电磁波，选项B正确；C．电磁波在真空中的传播速度总是3×108m/s，在其它介质中的传播速度小于3×108m/s，选项C错误；D．电磁波是一种以波的形式存在的物质，可以不需要介质在真空中传播，选项D错误。故选B。【变式1-3】下列四个选项中的四种磁场变化情况，能产生如图所示电场的是（）A． B．C． D．【答案】B【详解】由图可知，产生的电场为稳定的电场，由麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的磁场才能产生稳定的电场。故选B。【题型2电磁波的产生】【例2】某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示，能发射电磁波的是()解析：选D由麦克斯韦电磁场理论知，当空间出现恒定的电场时(如题图A)，由于它不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场时(如题图B、C)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会在较远处激发出电场，故也不会产生电磁波；只有周期性变化的电场(如题图D)，才会激发出周期性变化的磁场，它又激发出周期性变化的电场……如此交替的产生磁场和电场，便会形成电磁波，故D正确。【变式2-1】（多选）梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子会在空中产生电磁波，该电磁波（）A．是由于电荷运动产生的B．不能在真空中传播C．只能沿着梳子摇动的方向传播D．在空气中的传播速度约为【答案】AD【详解】A．梳子带电后，摇动梳子，电荷发生移动形成变化的电流，变化的电流产生变化的磁场，从而形成电磁波，故A正确；B．电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，故B错误；C．电磁波产生后，可以沿任意方向传播，故C错误；D．电磁波在真空中的传播速度等于光速，在空气中的传播速度约为，故D正确。故选AD。【变式2-2】电信网、广播电视网和互联网逐步整合成为统一的信息通信网络，这些信息都是通过电磁波来传递的。关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是（）A．变化的磁场一定能产生电磁波B．磁场一定在周围空间产生电场C．不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不均匀变化的电场D．麦克斯韦推算出电磁波传播的速度等于光速，提出了光的电磁理论：光是电磁波【答案】D【详解】A．根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的磁场周围能产生电场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，不会产生电磁波，故A错误；B．稳定的磁场在其周围不产生电场，故B错误；C．不均匀变化的电场产生变化的磁场，磁场有可能是均匀变化的；均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，故C错误；D．麦克斯韦推算出了电磁波的传播速度等于光速，提出了光的电磁理论：光是电磁波，故D正确。故选D。【变式2-3】(1)观察上面两幅图，变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗？(2)变化的磁场一定能产生电磁波吗？为什么？答案：(1)变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的。(2)不一定，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场，如果变化的磁场能产生变化的电场，变化的电场又能产生变化的磁场，才能在周围空间产生电磁波。【题型3电磁波的特点】【例3】(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是()A．机械波与电磁波本质上是一致的B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，还与电磁波的频率有关C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象解析：选BCD机械波由波源振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生；机械波传播需要介质，波速由介质决定；电磁波的传播不需要介质，波速由介质和本身频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，B、C、D正确。【变式3-1】(多选)下列说法正确的是()A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B．电磁波可以发生衍射现象和偏振现象C．简谐机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速度越大D．紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度解析：选BD电磁波在真空中的传播速度都一样，与电磁波的频率无关，A错误；一切波都可以发生衍射现象，横波具有偏振现象，电磁波属于波的一种，且是横波，故电磁波可以发生衍射现象和偏振现象，B正确；简谐机械波在给定的介质中传播时，波传播速度与介质有关，与频率无关，C错误；依据v＝eq\f(c,n)，且紫外线的折射率大于红外线，因此紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度，D正确。【变式3-2】测温是防控新冠肺炎的重要环节。在公共场所常用如图所示的测温枪为出入人员测温，测温枪是通过传感器接收红外线，得出感应温度数据，使用时只要将测温枪靠近皮肤表面，修正皮肤与实际体温的温差便能准确显示体温，下列说法正确的是()A.测温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒B.红外线是波长比紫外线长的电磁波C.红外线的穿透能力很强，接受红外线照射是会伤害身体的D.红外线的频率大于X光的频率答案B解析紫外线可用于杀菌消毒，红外线具有热效应，故A错误；由电磁波谱可知，红外线是波长比紫外线长的电磁波，故B正确；红外线的热作用很强，接受红外线照射是不会伤害身体的，故C错误；由电磁波谱可知，红外线的频率小于X光的频率，故D错误。【变式3-3】关于机械波与电磁波，下列说法中正确的是()A.机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，是受迫振动B.弹簧振子在四分之一个周期里运动的路程一定等于一个振幅C.有经验的战士可以根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹是接近还是远去D.电磁波衍射能力由强到弱的顺序是无线电波、可见光、红外线、γ射线答案AC解析机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，是受迫振动，选项A正确；弹簧振子只有从平衡位置或者离平衡位置最远处开始振动计时，在四分之一个周期里运动的路程才等于一个振幅，选项B错误；有经验的战士可以根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹是接近还是远去，这是根据多普勒效应，选项C正确；波长越大的衍射能力越强，则电磁波衍射能力由强到弱的顺序是无线电波、红外线、可见光、γ射线，选项D错误。【题型4电磁波谱】【例4】根据电磁波谱选出下列各组电磁波，其中频率互相交错重叠，且波长顺序由短到长排列的是()A．微波、红外线、紫外线B．γ射线、X射线、紫外线C．紫外线、可见光、红外线D．紫外线、X射线、γ射线解析：选B红外线与紫外线在电磁波谱中不相邻，更不会频率重叠，A错误。紫外线、可见光、红外线虽相邻，但它们三者间有明确的界线，频率也不相重叠，C错误。在电磁波谱中紫外线、X射线、γ射线有重叠，γ射线波长最短，紫外线波长最长，故B正确，D错误。【变式4-1】(多选)下列关于无线电波的叙述中，正确的是()A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波B．无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0×108m/sC．无线电波不能产生干涉和衍射现象D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短解析：选AD无线电波中长波波长有几十千米，微波中的毫米波只有几毫米，A正确；无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度3.0×108m/s，B错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C错误；无线电波由真空进入介质传播时，由于传播速度减小，由λ＝eq\f(v,f)可知波长变短，D正确。【变式4-2】关于各种电磁波的性质比较，下列说法中正确的有()A．由于红外线的波长比可见光长，所以比可见光更难发生干涉、衍射B．由于γ射线的波长太短了，所以根本无法发生干涉、衍射C．无论哪一种电磁波，在真空中的传播速度都相同D．γ射线的穿透能力最强，所以最适于用来透视人体，检查骨骼和其他病变情况解析：选C波长越长，越容易发生干涉、衍射，A错误；干涉、衍射是波特有的现象，B错误；电磁波在真空中的传播速度等于光速，C正确；X射线用来透视人体，检查骨骼等，D错误。【变式4-3】(多选)下列说法中正确的是()A．北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应C．常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来摇控电视机D．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征解析：选AD北斗导航系统是利用电磁波工作的，A正确；食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高，内能增加，B错误；常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，C错误；遥感技术中利用红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征，D正确。【题型5电磁波的应用】【例5】(多选)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有()A．杀菌用的紫外灯B．拍胸片的X光机C．治疗咽喉炎的超声波雾化器D．检查血流情况的“彩超”机解析：选AB紫外线和X光从本质上说是电磁波，A、B正确；治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的“彩超”机用的都是超声波，超声波属于机械波，C、D错误。【变式5-1】(多选)第五代移动通信技术(简称5G)是最新一代蜂窝移动通信技术，5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、大规模设备连接等。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是()A．5G和4G使用的电磁波都是横波B．5G和4G使用的电磁波在真空中的传播速度相同C．5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象D．在真空中5G使用的电磁波波长比4G的长解析：选ABC5G和4G使用的电磁波都是横波，A正确；5G和4G使用的电磁波在真空中的传播速度相同，均为3×108m/s，B正确；任何波均能发生干涉和衍射现象，故5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象，C正确；根据公式c＝λf可知，在真空中5G使用的电磁波的波长比4G的短，D错误。【变式5-2】新型冠状病毒疫情已被我国有效控制。为了战胜疫情，我们的志愿者在社区、机场等公共场所不顾个人安危，为行人量体温、查信息，严防死守，确保一方平安。志愿者使用的体温检测器通过非接触的方法感应人体的体温以此来排查新型冠状病毒的疑似感染病例。请问这种体温检测器工作时利用了哪种电磁波的特性()A．红外线 B．紫外线C．X射线 D．γ射线解析：选A红外线最显著的特性是热效应，体温检测器工作时利用的电磁波是红外线，A正确。【变式5-3】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，即使车辆离开，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：选B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的强，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)的波长长，有较好地穿透云雾的能力，故B正确。而其他选项的光不具备以上特点，故A、C、D错误。【题型6物理史实及电磁波的危害防止】【例6】在物理学发展过程中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。下列叙述符合史实的是（）A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，揭示了电和磁存在联系B．法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中会出现感应电流C．麦克斯韦从场的角度总结电与磁的联系，证实了电磁波的存在D．法拉第用实验证实了电磁波的存在，并测出电磁波与光的传播速度相同【答案】A【解析】A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，揭示了电和磁存在联系，选项A正确；B．法拉第在实验中观察到，在通有变化电流的静止导线附近的固定导线圈中会出现感应电流，选项B错误；C．麦克斯韦从场的角度总结电与磁的联系，预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项C错误；D．赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测出电磁波与光的传播速度相同，选项D错误。故选A。【变式6-1】关于电磁波，下列说法正确的是（）A．麦克斯韦不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在C．赫兹不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在D．赫兹首先预言了电磁波的存在，麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在【答案】B【详解】麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在。故选B。【变式6-2】1864年，英国科学家麦克斯韦在前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁场理论。下列说法正确的是（）A．电磁波是一种物质B．电磁波可以传递信息，但不能传递能量C．遥控器发出的红外线波长和医院CT中的X射线波长相同D．变化的电场产生磁场，变化的磁场不能产生电场【答案】A【解析】A．电磁波是一种物质，故A正确；B．电磁波既可以传递信息，也可以传播能量，故B错误；C．红外线的波长大于X射线的波长，故C错误；D．变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，故D错误。故选A。【变式6-3】电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害。《环境电磁波卫生标准》等法规规定：当电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不超过时，对人体没有任何影响。某ZZZ办公区域内采用如图所示的无线路由器，若它的电磁辐射功率是，则人体与该装置的安全距离至少为（）A． B． C． D．【答案】B【详解】设人体与该装置的安全距离至少为x，则解得x≈2.0m故选B。【题型7电磁波的波长和频率的关系】【例7】国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一、在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为。已知电磁波在月壤层中传播的波长为，求该月壤层的厚度d。【答案】【详解】电磁波的在土壤中传播速度满足根据题意可知解得土壤厚度为【变式7-1】关于电磁波的传播速度表达式c=λf，下列理解正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度随波长增大而增大B．电磁波在真空中的传播速度随频率增大而增大C．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长不变D．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大【答案】D【详解】AB．电磁波在真空中的传播速度都相同，不随波长和频率的变化而变化，选项AB错误；CD．根据当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大，选项C错误，D正确。故选D。【变式7-2】使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是：，则蓝牙通信的电磁波（）A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波短C．在真空中的传播速度大小为 D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小【答案】B【详解】A．由题意可得，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，故不可能是蓝光，故A错误；B．由图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，由可知，频率越大，波长越短，故蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波短，故B正确；CD．在真空中电磁波的传播速度大小均为故CD错误。故选B。【变式7-3】具有NFC（近距离无线通信技术）功能的两只手机在间距小于时可以通过电磁波直接传输信息，其载波频率为，电磁波在空气中的传播速度为，求该载波的波长（保留两位有效数字）。【答案】【详解】根据题意，由公式可得，该载波的波长为代入数据解得

专题13.4电磁波的发现及应用【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1电磁场问题】 【题型2电磁波的产生】 【题型3电磁波的特点】 【题型4电磁波谱】 【题型5电磁波的应用】 【题型6物理史实及电磁波的危害防止】 【题型7电磁波的波长和频率的关系】 【题型1电磁场问题】【例1】关于电磁场理论，下列说法正确的是()A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场【变式1-1】(多选)(2020·广东深圳市第二次统测)电磁感应现象在科技和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A.图(a)中利用了发射线圈和接收线圈之间的互感现象构成变压器，从而实现手机充电B.图(b)中给电磁炉接通恒定电流，可以在锅底产生涡流，给锅中食物加热C.图(c)中如果线圈B不闭合，S断开将不会产生延时效果D.图(d)中给电子感应加速器通以恒定电流时，被加速的电子获得恒定的加速度【变式1-2】关于电磁场和电磁波的正确说法是（）A．电场和磁场总是相互联系的，它们统称为电磁场B．电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波C．电磁波传播速度总是3×108m/sD．电磁波是一种物质，不能在真空中传播【变式1-3】下列四个选项中的四种磁场变化情况，能产生如图所示电场的是（）A． B．C． D．【题型2电磁波的产生】【例2】某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示，能发射电磁波的是()【变式2-1】（多选）梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子会在空中产生电磁波，该电磁波（）A．是由于电荷运动产生的B．不能在真空中传播C．只能沿着梳子摇动的方向传播D．在空气中的传播速度约为【变式2-2】电信网、广播电视网和互联网逐步整合成为统一的信息通信网络，这些信息都是通过电磁波来传递的。关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是（）A．变化的磁场一定能产生电磁波B．磁场一定在周围空间产生电场C．不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不均匀变化的电场D．麦克斯韦推算出电磁波传播的速度等于光速，提出了光的电磁理论：光是电磁波【变式2-3】(1)观察上面两幅图，变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗？(2)变化的磁场一定能产生电磁波吗？为什么？【题型3电磁波的特点】【例3】(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是()A．机械波与电磁波本质上是一致的B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，还与电磁波的频率有关C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象【变式3-1】(多选)下列说法正确的是()A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B．电磁波可以发生衍射现象和偏振现象C．简谐机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速度越大D．紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度【变式3-2】测温是防控新冠肺炎的重要环节。在公共场所常用如图所示的测温枪为出入人员测温，测温枪是通过传感器接收红外线，得出感应温度数据，使用时只要将测温枪靠近皮肤表面，修正皮肤与实际体温的温差便能准确显示体温，下列说法正确的是()A.测温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒B.红外线是波长比紫外线长的电磁波C.红外线的穿透能力很强，接受红外线照射是会伤害身体的D.红外线的频率大于X光的频率【变式3-3】关于机械波与电磁波，下列说法中正确的是()A.机械波在介质中传播时，介质中后振动的质点总是重复先振动的相邻的质点的振动，是受迫振动B.弹簧振子在四分之一个周期里运动的路程一定等于一个振幅C.有经验的战士可以根据炮弹飞行的尖叫声判断炮弹是接近还是远去D.电磁波衍射能力由强到弱的顺序是无线电波、可见光、红外线、γ射线【题型4电磁波谱】【例4】根据电磁波谱选出下列各组电磁波，其中频率互相交错重叠，且波长顺序由短到长排列的是()A．微波、红外线、紫外线B．γ射线、X射线、紫外线C．紫外线、可见光、红外线D．紫外线、X射线、γ射线【变式4-1】(多选)下列关于无线电波的叙述中，正确的是()A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波B．无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0×108m/sC．无线电波不能产生干涉和衍射现象D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短【变式4-2】关于各种电磁波的性质比较，下列说法中正确的有()A．由于红外线的波长比可见光长，所以比可见光更难发生干涉、衍射B．由于γ射线的波长太短了，所以根本无法发生干涉、衍射C．无论哪一种电磁波，在真空中的传播速度都相同D．γ射线的穿透能力最强，所以最适于用来透视人体，检查骨骼和其他病变情况【变式4-3】(多选)下列说法中正确的是()A．北斗导航系统是利用电磁波进行定位和导航的B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应C．常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来摇控电视机D．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征【题型5电磁波的应用】【例5】(多选)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有()A．杀菌用的紫外灯B．拍胸片的X光机C．治疗咽喉炎的超声波雾化器D．检查血流情况的“彩超”机【变式5-1】(多选)第五代移动通信技术(简称5G)是最新一代蜂窝移动通信技术，5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、大规模设备连接等。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是()A．5G和4G使用的电磁波都是横波B．5G和4G使用的电磁波在真空中的传播速度相同C．5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象D．在真空中5G使用的电磁波波长比4G的长【变式5-2】新型冠状病毒疫情已被我国有效控制。为了战胜疫情，我们的志愿者在社区、机场等公共场所不顾个人安危，为行人量体温、查信息，严防死守，确保一方平安。志愿者使用的体温检测器通过非接触的方法感应人体的体温以此来排查新型冠状病毒的疑似感染病例。请问这种体温检测器工作时利用了哪种电磁波的特性()A．红外线 B．紫外线C．X射线 D．γ射线【变式5-3】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，即使车辆离开，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【题型6物理史实及电磁波的危害防止】【例6】在物理学发展过程中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。下列叙述符合史实的是（）A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，揭示了电和磁存在联系B．法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中会出现感应电流C．麦克斯韦从场的角度总结电与磁的联系，证实了电磁波的存在D．法拉第用实验证实了电磁波的存在，并测出电磁波与光的传播速度相同【变式6-1】关于电磁波，下列说法正确的是（）A．麦克斯韦不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在C．赫兹不但预言了电磁波的存在，而且通过实验证实了电磁波的存在D．赫兹首先预言了电磁波的存在，麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在【变式6-2】1864年，英国科学家麦克斯韦在前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁场理论。下列说法正确的是（）A．电磁波是一种物质B．电磁波可以传递信息，但不能传递能量C．遥控器发出的红外线波长和医院CT中的X射线波长相同D．变化的电场产生磁场，变化的磁场不能产生电场【变式6-3】电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害。《环境电磁波卫生标准》等法规规定：当电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不超过时，对人体没有任何影响。某ZZZ办公区域内采用如图所示的无线路由器，若它的电磁辐射功率是，则人体与该装置的安全距离至少为（）A． B． C． D．【题型7电磁波的波长和频率的关系】【例7】国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一、在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为。已知电磁波在月壤层中传播的波长为，求该月壤层的厚度d。【变式7-1】关于电磁波的传播速度表达式c=λf，下列理解正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度随波长增大而增大B．电磁波在真空中的传播速度随频率增大而增大C．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长不变D．当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长增大【变式7-2】使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是：，则蓝牙通信的电磁波（）A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波短C．在真空中的传播速度大小为 D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小【变式7-3】具有NFC（近距离无线通信技术）功能的两只手机在间距小于时可以通过电磁波直接传输信息，其载波频率为，电磁波在空气中的传播速度为，求该载波的波长（保留两位有效数字）。

专题13.5能量量子化【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1热辐射问题】 【题型2能量子的理解与计算】 【题型3能级问题】 【题型4联系实际问题】 【题型5物理史实】 【题型1热辐射问题】【例1】“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是()A．I增大，λ增大 B．I增大，λ减小C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小【变式1-1】下列说法正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关【变式1-2】（多选）下列说法正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以有较强的辐射D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关【变式1-3】(多选)下列叙述正确的是()A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波【题型2能量子的理解与计算】【例2】蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温为37℃，它发出的最强的热辐射的波长为，根据热辐射理论，与辐射源的绝对温度的关系近似为，普朗克常量。那么老鼠发出最强的热辐射的波长和老鼠发出的这种最强的热辐射每份能量子（又叫作光子）的能量分别是（）A．

B．

C．

D．

【变式2-1】普朗克常量，光速为c，电子质量为，则在国际单位制下的单位是()A.J/s B.m C.J·m D.m/s【变式2-2】（多选）关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（）A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的【变式2-3】（多选）1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（）A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”C．能量子假说中的能量子的能量ε=hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的【题型3能级问题】【例3】(多选)下列说法正确的是()A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线【变式3-1】已知氢原子能级公式为En＝eq\f(E1,n2)，其中n为量子数。氢原子从n能级向n－1能级跃迁时释放出的能量可以使处于n能级上的氢原子电离，则n的最大值为()A.2 B.3C.2＋eq\r(2) D.4【变式3-2】（多选）关于原子光谱，下列说法正确的是（）原子光谱是不连续的由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含有那些元素【变式3-3】（多选）丹麦物理学家玻尔意识到了经典理论在解释原子结构方面的困难。在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下，他在1913年提出了自己的原子结构假说。如图为氢原子的电子轨道示意图，下列说法正确的是（）A．电子离原子核越远，原子的总能量越大，氢原子的总能量是负值B．电子从能级跃迁到能级，电子的电势能增加，动能减少C．电子从能级跃迁到能级，电子电势能的减少量大于动能的增加量D．电子从能级跃迁到能级辐射的光子的能量比电子从能级跃迁到能级吸收的光子的能量大【题型4联系实际问题】【例4】2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是（）A．是计算机运算的一种程序 B．表示运算速度的一个单位C．表示微观世界的不连续性观念 D．类似于质子、中子的微观粒子【变式4-1】（多选）某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m，功率为5.0×10-3W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，该激光器发出的A．是紫外线 B．是红外线C．光子能量约为1.3×10-18J D．光子数约为每秒3.8×1016个【变式4-2】2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm=10–9m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.6×10–34J·s，真空光速c=3×108m/s）（

）A．10–21J B．10–18J C．10–15J D．10–12J【变式4-3】红外线热像仪可以监测人的体温，当被测者从仪器前走过时，便可知道被测者的体温是多少。关于红外线热像仪测体温的原理，下列说法正确的是（）A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的体温有关C．被测者会辐射红外线，所辐射红外线的强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强，且较短波长的辐射强度大D．被测者会辐射红外线，所辐射红外线的强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强，且较长波长的辐射强度大【题型5物理史实】【例5】（多选）关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是（）A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C．能量子与电磁波的频率成正比D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的【变式5-1】（多选）2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国物理学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是（）A．微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波B．微波和声波一样都只能在介质中传播C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说【变式5-2】（多选）对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是（）A．微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波B．微波和声波一样都只能在介质中传播C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说【变式5-3】（多选）2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法正确的是（）A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体的热辐射实质上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说

专题13.5能量量子化【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1热辐射问题】 【题型2能量子的理解与计算】 【题型3能级问题】 【题型4联系实际问题】 【题型5物理史实】 【题型1热辐射问题】【例1】“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是()A．I增大，λ增大 B．I增大，λ减小C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小解析：选B根据黑体辐射规律，可知随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故人体热辐射强度I随温度的升高而增大，其极大值对应的波长减小，B正确。【变式1-1】下列说法正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关【答案】D【详解】A．任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，故A错误；BC．能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故BC错误；D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，故D正确。故选D。【变式1-2】（多选）下列说法正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以有较强的辐射D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关【答案】CD【解析】A．任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能量越多，故A错误；BC．能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故B错误，C正确；D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，故D正确。故选CD。【变式1-3】(多选)下列叙述正确的是()A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案ACD解析根据热辐射定义知，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类、表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错误，C正确；根据黑体定义知，D正确．【题型2能量子的理解与计算】【例2】蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温为37℃，它发出的最强的热辐射的波长为，根据热辐射理论，与辐射源的绝对温度的关系近似为，普朗克常量。那么老鼠发出最强的热辐射的波长和老鼠发出的这种最强的热辐射每份能量子（又叫作光子）的能量分别是（）A．

B．

C．

D．

【答案】B【详解】由题意则根据公式故选B。【变式2-1】普朗克常量，光速为c，电子质量为，则在国际单位制下的单位是()A.J/s B.m C.J·m D.m/s答案：B解析：本题考查力学单位，的单位是，B项正确。（另解：光子的动量公式，则，可见就是波长，故其单位为m。）【变式2-2】（多选）关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（）A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的【答案】AD【详解】普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的。故选AD。【变式2-3】（多选）1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（）A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”C．能量子假说中的能量子的能量ε=hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的【答案】ABC【详解】能量子假说认为，物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份能量单位，称为“能量子”，能量子的能量ε=hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量，故ABC符合题意，D不符合题意。故选ABC。【题型3能级问题】【例3】(多选)下列说法正确的是()A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线答案CD解析原子的能量是量子化的，原子从高能级向低能级跃迁时向外放出光子．光子的能量hν＝E初－E末，由于原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线，故C、D正确．【变式3-1】已知氢原子能级公式为En＝eq\f(E1,n2)，其中n为量子数。氢原子从n能级向n－1能级跃迁时释放出的能量可以使处于n能级上的氢原子电离，则n的最大值为()A.2 B.3C.2＋eq\r(2) D.4答案B解析氢原子从n能级向n－1能级跃迁时释放出的能量ΔE＝En－En－1＝eq\f(E1,n2)－eq\f(E1,（n－1）2)，由题意可知eq\f(E1,n2)－eq\f(E1,（n－1）2)≥0－eq\f(E1,n2)，由数学知识可得n≤2＋eq\r(2)或n≤2－eq\r(2)，故n的最大值应取3，故B正确，A、C、D错误。【变式3-2】（多选）关于原子光谱，下列说法正确的是（）原子光谱是不连续的由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含有那些元素解析：选ACD,原子光谱为线状谱，选项A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故选项B错误，选项C正确；对各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，选项D正确。故选ACD。【变式3-3】（多选）丹麦物理学家玻尔意识到了经典理论在解释原子结构方面的困难。在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下，他在1913年提出了自己的原子结构假说。如图为氢原子的电子轨道示意图，下列说法正确的是（）A．电子离原子核越远，原子的总能量越大，氢原子的总能量是负值B．电子从能级跃迁到能级，电子的电势能增加，动能减少C．电子从能级跃迁到能级，电子电势能的减少量大于动能的增加量D．电子从能级跃迁到能级辐射的光子的能量比电子从能级跃迁到能级吸收的光子的能量大解析：选BC,A．电子离原子核越远，原子的总能量越大，当规定离原子核无穷远处的电势能为零时，氢原子的总能量是负值，当没有规定零电势能的位置时，无法判断氢原子总能量的正负，A错误；B．电子从能级跃迁到能级，库仑力做负功，电子的电势能增加，动能减少，B正确；C．电子从能级跃迁到能级，库仑力做正功，电