2019-2020学年高中物理第十四章电磁波1电磁波的发现2电磁振荡课后检测含解析新人教版选修3-4

2019-2020学年高中物理第十四章电磁波1电磁波的发现2电磁振荡课后检测含解析新人教版选修3-4

‎1　电磁波的发现 2　电磁振荡 记一记 电磁波的发现 电磁振荡知识体系 ‎1个理论——麦克斯韦电磁场理论 ‎1个区别——电磁波与机械波的区别 ‎1个电路——振荡电路 ‎2个公式——周期公式：T＝2π，‎ 频率公式：f＝ 辨一辨 ‎1.在变化的磁场周围一定会产生变化电场，在变化的电场周围一定会产生变化磁场．(×)‎ ‎2．电磁波不能在真空中传播．(×)‎ ‎3．电磁波是横波．(√)‎ ‎4．LC振荡电路的电容器放电完毕时，回路中磁场能最小，电场能最大．(×)‎ ‎5．LC振荡电路中，电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板充满负电荷为止，这一段时间为一个周期．(×)‎ ‎6．要提高LC振荡电路的振荡频率，可以减小电容器极板的正对面积．(√)‎ 想一想 ‎1.变化的磁场一定产生变化的电场吗？‎ 提示：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．‎ ‎2．电磁场与静电场、静磁场相同吗？‎ 提示：不同．电磁场是动态的，并且电场和磁场不可分割；静电场、静磁场单独存在．‎ ‎3．在LC振荡电路一次全振动的过程中，电容器充电几次？它们的充电电流方向相同吗？‎ 提示：充电两次，充电电流方向不相同．‎ ‎4．在电磁振荡的过程中，电场能与磁场能相互转化，什么时候磁场能最大？‎ 提示：放电刚结束时，电场能全部转化成了磁场能．‎ 思考感悟：　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　练一练 ‎1.下列说法中正确的是(　　)‎ - 8 -‎ A．任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场 B．任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场 解析：根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场．故C项正确．‎ 答案：C ‎2．(多选)下列关于电磁波的说法中，正确的是(　　)‎ A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播 B．电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×‎108m/s C．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短 D．只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波 解析：电磁波在真空中的传播速度为光速c＝3.0×‎108m/s，且c＝λf，从一种介质进入另一种介质，频率不变，但速度、波长会变化．电磁波仍具有波的特征，电磁波只有在真空中的速度才为3.0×‎108 m/s，在其他介质中的传播速度小于3.0×‎108m/s，只有交变的电场和磁场才能产生电磁波．‎ 答案：AC ‎3．(多选)在LC回路中，电容器两端的电压随时间t变化的关系如图所示，则(　　)‎ A．在时刻t1，电路中的电流最大 B．在时刻t2，电路中的磁场能最大 C．从时刻t2至t3，电路中的电场能不断增大 D．从时刻t3至t4，电容器的带电荷量不断增大 解析：电磁振荡中的物理量可分为两组：①电容器带电荷量q、极板间电压u、电场强度E及电场能为一组；②自感线圈中的电流i、磁感应强度B及磁场能为一组．同组物理量的大小变化规律一致，同增、同减、同为最大或同为零．异组物理量的大小变化规律相反，若q、E、u等物理量按 正弦规律变化，则i、B等物理量必按余弦规律变化．根据上述分析由题图可以看出，本题正确选项为A、D.‎ 答案：AD ‎4．如图所示为振荡电路在某一时刻的电容器带电情况和电感线圈中的磁感线方向情况．由图可知，电感线圈中的电流正在________(填“增大”“减小”或“不变”)．如果电流的振荡周期为T＝10－4 s，电容C＝250μF，则线圈的自感系数L＝________H.‎ 解析：根据磁感线方向，应用安培定则可判断出电流方向，从而可知电容器在充电，电流会越来越小．‎ 根据振荡电流的周期公式T＝2π，‎ 得L＝＝ H≈10－6 H.‎ - 8 -‎ 要点一 电磁波 ‎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：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恒定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场．‎ 答案：D ‎2．如图所示是空间磁感应强度B随时间t的变化图象，在它周围空间产生的电场中的某一点场强E应(　　)‎ A．逐渐增强 B．逐渐减弱 C．不变 D．无法确定 解析：由题图可知，磁场均匀增强，根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场产生恒定的电场，故场强E不变，C项正确．‎ 答案：C ‎3．某电路中电场随时间变化的图象如下列各图所示，能发射电磁波的电场是(　　)‎ 解析：图A中电场不随时间变化，不会产生磁场；图B和图C中电场都随时间做均匀的变化，只能在周围产生恒定的磁场，也不会产生和发射电磁波；图D中电场随时间做不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而这磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场，能发射电磁波．‎ 答案：D ‎4．(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是(　　)‎ A．机械波和电磁波，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，而且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：机械波由振动产生；电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生，机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定，电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，B、C、D三项正确．‎ 答案：BCD 要点二 电磁振荡 - 8 -‎ ‎5.要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是(　　)‎ A．增大电容器两极板的间距 B．升高电容器的充电电压 C．增加线圈的匝数 D．在线圈中插入铁芯 解析：LC振荡电路中产生的振荡电流的频率f＝，要想增大频率，应该减小电容C，减小线圈的自感系数L，再根据C＝，增大电容器两极板的间距，电容减小，A项正确；升高电容器的充电电压，电容不变，B项错误；增加线圈的匝数、在线圈中插入铁芯，自感系数增大，故C、D两项错误．‎ 答案：A ‎6．在LC回路中发生电磁振荡时，以下说法正确的是(　　)‎ A．电容器的某一极板，从带最多的正电荷放电到这一极板充满负电荷为止，这一段时间为一个周期 B．当电容器放电完毕瞬间，回路中的电流为零 C．提高充电电压，极板上带更多的电荷时，能使振荡周期变大 D．要提高振荡频率，可减小电容器极板间的正对面积 解析：电容器某一极板从带最多的正电荷到带最多的负电荷这段时间，电容器完成了放电和反向充电过程，时间为半个周期，A项错误；电容器放电完毕瞬间，电路中电场能最小，磁场能最大，故电路中的电流最大，B项错误；振荡周期仅由电路本身决定，与充电电压等无关，C项错误；提高振荡频率，就是减小振荡周期，可通过减小电容器极板正对面积减小电容C，达到增大振荡频率的目的，D项正确．‎ 答案：D ‎7．(多选)如图所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯泡D正常发光，现突然断开S，并开始计时，能正确反映电容器a极板上电荷量q及LC回路中电流i(规定顺时针方向为正)随时间变化的图象是(图中q为正值表示a极板带正电)(　　)‎ 解析：S断开前，电容器C短路，线圈中电流从上到下，电容器不带电；S断开时，线圈L中产生自感电动势，阻碍电流减小，给电容器C充电，此时LC回路中电流i沿顺时针方向(正向)最大；给电容器充电过程，电容器带电荷量最大时(a板带负电)，线圈L中电流减为零．此后，LC回路发生电磁振荡形成交变电流．综上所述，B、C两项正确．‎ 答案：BC ‎8．(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则(　　)‎ A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电 C．若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电 D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b - 8 -‎ 解析：若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a，电场能增大，上极板带负电，A、B两项正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，C项正确，D项错误．‎ 答案：ABC 基础达标 ‎1.建立了完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是(　　)‎ A．法拉第 B．奥斯特 C．赫兹 D．麦克斯韦 解析：麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，D项正确．‎ 答案：D ‎2．下列关于电磁波的说法，正确的是(　　)‎ A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波 B．电场随时间变化时，一定产生电磁波 C．做变速运动的电荷会产生电磁波 D．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 解析：只有变化的电场和磁场，才能激发电磁波，而稳定的电场和磁场不能产生电磁波，A项错误；均匀变化的电场，产生恒定的磁场，但是恒定的磁场不能产生电场，故不能产生电磁波，B项错误；做变速运动的电荷会在空间产生变化的电磁场，形成电磁波，C项正确；赫兹证实了电磁波的存在，D项错误．‎ 答案：C ‎3．(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关 B．恒定电流能够在周围空间产生恒定的磁场 C．恒定电场能够在周围空间产生恒定的磁场 D．均匀变化的电场能够在周围空间产生恒定的磁场 解析：变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路电场仍然存在，A项正确；电场按其是否随时间变化分为恒定电场和变化的电场(如运动电荷形成的电场)，恒定电场不产生磁场，只有变化的电场周围空间才存在对应磁场，故C项错误，D项正确；恒定电流周围存在恒定磁场，B项正确．‎ 答案：ABD ‎4．关于电磁波，下列叙述中正确的是(　　)‎ A．电磁波在真空中的传播速度远小于真空中的光速 B．电磁波可以发生衍射现象 C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播 D．随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息 解析：电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光速，故A项错误；电磁波属于波的一种，能够发生衍射现象等波特有的现象，故B项正确；电磁波能在真空中传播，而机械波依赖于介质传播，不能在真空中传播，故C、D两项错误．‎ 答案：B ‎5．在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感应电场的是(　　)‎ - 8 -‎ 解析：A中磁场不变，则不会产生电场，故A项错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B项错误；C中磁场随时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C项正确；D中磁场随时间做非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D项错误．‎ 答案：C ‎6．如图所示的LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向如图，且正在增大，则此时(　　)‎ A．A板带正电 B．线圈L两端电压在增大 C．电容器C正在充电 D．电场能正在转化为磁场能 解析：电路中的电流正在增大，说明电容器正在放电，C项错误；电容器放电时，电流从带正电的极板流向带负电的极板，则A板带负电，A项错误；电容器放电，电容器两板间的电压减小，线圈两端的电压减小，B项错误；电容器放电，电场能减少，电流增大，磁场能增大，电场能正在转化为磁场能，D项正确．‎ 答案：D ‎7．在LC振荡电路中，电容器放电时间的长短决定于(　　)‎ A．充电电压的大小 B．电容器带电荷量的多少 C．放电电流的大小 D．电容C和电感L的数值 解析：电容器放电一次经历四分之一个周期，而周期T＝2π，T是由振荡电路的电容C和电感L决定的，与充电电压、带电荷量、放电电流等无关．‎ 答案：D ‎8．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场可以产生电场．当产生的电场的电场线如图所示时，可能是(　　)‎ A．向上方向的磁场在增强 B．向上方向的磁场在减弱 C．向上方向的磁场先增强，然后反向减弱 D．向上方向的磁场先减弱，然后反向增强 解析：在电磁感应现象的规律中，当通过一个闭合电路的磁通量发生变化时，电路中就有感应电流产生，电路中并没有电源，电流的产生是由于磁场的变化造成的．麦克斯韦把以上的观点推广到不存在闭合电路的情况，即变化的磁场产生电场．判断电场与磁场变化的关系仍可利用楞次定律，只不过是用电场线方向代替了电流方向．向上方向的磁场增强时，感应电流的磁场阻碍原磁场的增强而方向向下，根据安培定则知感应电流方向如题图中E的方向所示，A项正确，B项错误；同理，当磁场反向即向下的磁场减弱时，也会得到如题图中E的方向，C项正确，D项错误．‎ 答案：AC ‎9．有关电磁波和声波，下列说法错误的是(　　)‎ A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质 B．由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大 C．电磁波是横波，声波也是横波 - 8 -‎ D．由空气进入水中传播时，电磁波的波长变短，声波的波长变长 解析：电磁波本身就是一种物质，它的传播不需要介质，而声波的传播需要介质，A项正确；电磁波由空气进入水中时，传播速度变小，但声波在水中的传播速度比其在空气中大，B项正确；电磁波的传播方向与E、B的方向都垂直，是横波，而声波是纵波，C项错误；电磁波由空气进入水中传播时，波速变小，波长变短，而声波由空气进入水中传播时，波速变大，波长变长，D项正确．‎ 答案：C ‎10．在LC振荡电路中，用以下的哪种方法可以使振荡频率增大一倍(　　)‎ A．自感L和电容C都增大一倍 B．自感L增大一倍，电容C减小一半 C．自感L减小一半，电容C增大一倍 D．自感L和电容C都减小一半 解析：据LC振荡电路频率公式f＝，当L、C都减小一半时，f增大一倍，故D项正确．‎ 答案：D 能力达标 ‎11.手机A的号码为12345670002，手机B的号码为12345670008，用手机A拨打手机B时，手机B发出响声并且显示屏上显示手机A的号码为12345670002.若将手机A置于一透明真空罩中，用手机B拨打手机A，则手机A(　　)‎ A．发出响声，并显示B的号码为12345670008‎ B．不发出响声，但显示B的号码为12345670008‎ C．不发出响声，但显示B的号码为12345670002‎ D．既不发出响声，也不显示号码 解析：电磁波可以在真空中传播，而声波的传播则需要介质，当手机B拨打手机A时(A置于一透明真空罩中)，A能显示B的号码，不能发出响声，B项正确．‎ 答案：B ‎12．如图所示的电路中，电容器的电容C＝1 μF，线圈的自感系数L＝0.1 mH，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，经过t＝3.14×10－5 s，油滴的加速度是多少？当油滴的加速度为何值时，LC回路中的振荡电流有最大值？(g取‎10 m/s2，π取3.14，研究过程中油滴不与极板接触)‎ 解析：当S拨至a时，油滴受力平衡，显然油滴带负电，有mg＝q……①，当S拨至b后，LC回路中有振荡电流，振荡周期为T＝2π＝2×3.14× s＝6.28×10－5 s，当t＝3.14×10－5 s时，电容器恰好反向充电结束，两极板间场强与t＝0时等大反向．由牛顿第二定律得q＋mg＝ma……②，联立①②式解得a＝‎20 m/s2，当振荡电流最大时，电容器处于放电完毕状态，两极板间无电场，油滴仅受重力作用，此时有mg＝ma′，解得a′＝‎10 m/s2.即当油滴的加速度为‎10 m/s2时，LC回路中的振荡电流有最大值．‎ 答案：‎20 m/s2　当a＝‎10 m/s2时LC回路中的振荡电流有最大值 - 8 -‎ ‎13．如图所示振荡电路中，电感L＝300 μH，电容C的范围为270～25 pF，求：‎ ‎(1)振荡电流的频率范围；‎ ‎(2)若电感L＝10 mH，要产生周期T＝0.02 s的振荡电流，应配制多大的电容？‎ 解析：(1)由f＝得：‎ fmax＝ Hz≈1.8×106 Hz.‎ fmin＝ Hz≈0.56×106 Hz.‎ 所以频率范围为0.56×106～1.8×106 Hz.‎ ‎(2)由T＝2π得：C＝＝ F≈1×10－‎3 F.‎ 答案：(1)0.56×106 Hz～1.8×106 Hz ‎(2)1×10－‎‎3 F - 8 -‎