2024-2025年高中物理第四章電磁振蕩與電磁波1電磁振蕩2電磁場(chǎng)與電磁波檢測(cè)含解析新人教版選擇性必修2

PAGEPAGE6電磁振蕩電磁場(chǎng)與電磁波(25分鐘60分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1．在物理學(xué)中許多的物理規(guī)律、物理思想都有相像或相近的地方，則下列說(shuō)法正確的是()A．電磁振蕩和機(jī)械振動(dòng)的變更規(guī)律不同，本質(zhì)不同B．電磁振蕩和機(jī)械振動(dòng)的變更規(guī)律相同，本質(zhì)相同C．電磁振蕩和機(jī)械振動(dòng)的變更規(guī)律不同，本質(zhì)相同D．電磁振蕩和機(jī)械振動(dòng)的變更規(guī)律相同，本質(zhì)不同【解析】選D。電磁振蕩是電容器的電場(chǎng)能和線圈的磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，而機(jī)械振動(dòng)是振子的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，它們都是按正弦規(guī)律變更的，D正確。2．在LC回路產(chǎn)生電磁振蕩的過(guò)程中，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A．電容器放電完畢時(shí)刻，回路中電流最小B．回路中電流值最大時(shí)刻，回路中磁場(chǎng)能最大C．電容器極板上所帶電荷量最大時(shí)，電場(chǎng)能最大D．回路中電流值最小的時(shí)刻，電容器帶電荷量最大【解析】選A。電容器放電完畢時(shí)，帶電荷量為零，電場(chǎng)能為零，電路中的電流最大，磁場(chǎng)能最大，A錯(cuò)誤，B正確；電容器充電完畢時(shí)，帶電荷量最大，電場(chǎng)能達(dá)到最大，C正確；回路中電流值最小的時(shí)刻，磁場(chǎng)能最小，電場(chǎng)能最大，電容器帶電荷量最大，D正確。A符合題意。3．某同學(xué)對(duì)機(jī)械波和電磁波進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)出下列內(nèi)容，其中錯(cuò)誤的是()A．機(jī)械波的頻率、波長(zhǎng)和波速三者滿意的關(guān)系，對(duì)電磁波也適用B．機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象C．機(jī)械波的傳播依靠于介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播D．機(jī)械波只有橫波【解析】選D。機(jī)械波和電磁波有相同之處，也有本質(zhì)區(qū)分，但v＝λf都適用，A說(shuō)法對(duì)；機(jī)械波和電磁波都具有干涉和衍射現(xiàn)象，B說(shuō)法對(duì)；機(jī)械波的傳播依靠于介質(zhì)，電磁波可以在真空中傳播，C說(shuō)法對(duì)；機(jī)械波有橫波和縱波，而電磁波是橫波，D說(shuō)法錯(cuò)。4．關(guān)于麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論及其成就，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．變更的電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)B．變更的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)C．證明了電磁波的存在D．預(yù)見(jiàn)了真空中電磁波的傳播速度等于光速【解析】選C。選項(xiàng)A和B是電磁場(chǎng)理論的兩大支柱，所以A和B正確；麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲最早證明了電磁波的存在，C錯(cuò)誤；麥克斯韋預(yù)見(jiàn)了真空中電磁波的傳播速度等于光速，D正確。5．有一LC振蕩電路，能產(chǎn)生肯定波長(zhǎng)的電磁波，若要產(chǎn)生波長(zhǎng)比原來(lái)短一些的電磁波，可用的措施為()A．增加線圈匝數(shù)B．在線圈中插入鐵芯C．減小電容器極板正對(duì)面積D．減小電容器極板間距離【解析】選C。由于電磁波傳播過(guò)程中波速v＝λf恒定，因此欲使波長(zhǎng)λ變短，必需使頻率f上升，由于頻率f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，增加線圈匝數(shù)和在線圈中插入鐵芯，將使線圈自感系數(shù)L增大而降低頻率f；減小電容器極板間距將使電容C增大而降低頻率f；減小電容器極板正對(duì)面積將由于電容C減小而上升頻率f。可見(jiàn)，選項(xiàng)C正確。6.LC振蕩電路中，某時(shí)刻的磁場(chǎng)方向如圖所示，則()A．若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器正在充電，電流由a向bB．若磁場(chǎng)正在減弱，則電場(chǎng)能正在增大，電容器上極板帶負(fù)電C．若磁場(chǎng)正在增加，則電場(chǎng)能正在減小，電容器上極板帶負(fù)電D．若磁場(chǎng)正在增加，則電容器正在充電，電流方向由a向b【解析】選B。由安培定則可知，電流方向由b到a；若磁場(chǎng)正在減弱，可知電容器處于充電狀態(tài)，電場(chǎng)能正在增大，電流方向由b到a，所以電容器下極板帶正電，上極板帶負(fù)電，故A錯(cuò)誤，B正確；若磁場(chǎng)正在增加，可知電容器處于放電狀態(tài)，電場(chǎng)能正在減小，電流方向由b到a，所以電容器上極板帶正電，故C、D錯(cuò)誤。二、非選擇題(本題共2小題，共24分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)7．(12分)在LC振蕩電路中，若已知電容C，并測(cè)得電路的固有振蕩周期為T(mén)，即可求得電感L。為了提高測(cè)量精度，需多次變更C值并測(cè)得相應(yīng)的T值，現(xiàn)將測(cè)得的六組數(shù)據(jù)標(biāo)示在以C為橫坐標(biāo)、T2為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)紙上，即圖中用“×”表示的點(diǎn)。(1)T、L、C的關(guān)系為_(kāi)_____________；(2)依據(jù)圖中所給出的數(shù)據(jù)點(diǎn)作出T2與C的關(guān)系圖線；(3)求L值是多少？【解析】(1)由振蕩電路的周期公式T＝2πeq\r(LC)可得T2＝4π2LC。(2)如圖所示：(3)在直線上任取兩點(diǎn)，為減小誤差，所取的兩點(diǎn)間隔應(yīng)盡可能大。由T＝2πeq\r(LC)得L＝eq\f(T2,4π2C)L＝eq\f(ΔT2,4π2ΔC)，代入數(shù)據(jù)得L≈39.6mH。答案：(1)T2＝4π2LC(2)見(jiàn)解析(3)39.6mH8.(12分)如圖所示，L為一電阻可忽視的線圈，D為一燈泡，C為電容器，開(kāi)關(guān)S處于閉合狀態(tài)，燈D正常發(fā)光，現(xiàn)突然斷開(kāi)S，并起先計(jì)時(shí)，畫(huà)出反映電容器a極板上電荷量q隨時(shí)間變更的圖像(q為正值表示a極板帶正電)?！窘馕觥块_(kāi)關(guān)S處于閉合狀態(tài)時(shí)，電流穩(wěn)定，又因L電阻可忽視，因此電容器C兩極板間電壓為0，所帶電荷量為0，S斷開(kāi)的瞬間，D燈馬上熄滅，L、C組成的振蕩電路起先振蕩，由于線圈的自感作用，此后的eq\f(T,4)時(shí)間內(nèi)，線圈給電容器充電，電流方向與線圈中原電流方向相同，電流從最大漸漸減為0，而電容器極板上電荷量則由0增為最大，依據(jù)電流流向，此eq\f(T,4)時(shí)間里，電容器下極板b帶正電，所以此eq\f(T,4)時(shí)間內(nèi)，a極板帶負(fù)電，由0增為最大。答案：(15分鐘40分)9．(6分)所謂5G是指第五代通信技術(shù)，采納3300～5000MHz(1M＝106)頻段的無(wú)線電波。第四代移動(dòng)通信技術(shù)4G，其頻段范圍是1880～2635MHz。5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率(指單位時(shí)間傳送的數(shù)據(jù)量大小)可達(dá)10Gbps(bps為bitspersecond的英文縮寫(xiě)，即比特/秒)，是4G網(wǎng)絡(luò)的50～100倍。下列說(shuō)法正確的是()A．4G信號(hào)和5G信號(hào)都是縱波B．4G信號(hào)更簡(jiǎn)單發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象C．4G信號(hào)和5G信號(hào)相遇能發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象D．5G信號(hào)比4G信號(hào)在真空中的傳播速度快【解析】選B。電磁波均為橫波，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；因5G信號(hào)的頻率更高，則波長(zhǎng)小，故4G信號(hào)更簡(jiǎn)單發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)B正確；兩種不同頻率的波不能發(fā)生干涉，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；任何電磁波在真空中的傳播速度均為光速，故傳播速度相同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。10.(6分)(多選)如圖所示為L(zhǎng)C振蕩電路中電容器兩極板上的電荷量q隨時(shí)間t變更的圖線，由圖可知()A．在t1時(shí)刻，電路中的磁場(chǎng)能最小B．t1到t2電路中的電流值不斷變小C．從t2到t3電容器不斷充電D．在t4時(shí)刻，電容器的電場(chǎng)能最小【解析】選A、C、D。作出i-t圖線(圖中虛線)，i-t圖線按余弦規(guī)律變更，留意到電流大，磁場(chǎng)能大；電容器C上帶電荷量大，電場(chǎng)能大為對(duì)應(yīng)關(guān)系，不難推斷出A、C、D正確。11．(6分)(多選)在如圖所示的四種磁場(chǎng)狀況中不能產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)的是()【解析】選A、B、D。由電磁場(chǎng)理論，結(jié)合圖像，則有：A中磁場(chǎng)不變，則不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，故A錯(cuò)誤；B中磁場(chǎng)方向變更，而大小不變，則不會(huì)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，故B錯(cuò)誤；C中磁場(chǎng)隨著時(shí)間勻稱(chēng)變更，則會(huì)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，故C正確；D中磁場(chǎng)隨著時(shí)間非勻稱(chēng)變更，則會(huì)產(chǎn)生非勻稱(chēng)變更的電場(chǎng)，故D錯(cuò)誤。12.(6分)(多選)為了測(cè)量?jī)?chǔ)罐中不導(dǎo)電液體的高度，將與儲(chǔ)罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容器C置于儲(chǔ)罐中，電容器可通過(guò)開(kāi)關(guān)S與線圈L或電源相連，如圖所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)從a撥到b時(shí)，由L與C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生周期T＝2πeq\r(LC)的振蕩電流。當(dāng)罐中的液面上升時(shí)()A．電容器的電容減小B．電容器的電容增大C．LC回路的振蕩頻率減小D．LC回路的振蕩頻率增大【解析】選B、C。平行板電容器的電容C＝eq\f(εrS,4πkd)，當(dāng)液面上升時(shí)，極板間不導(dǎo)電液體的介電常數(shù)比原來(lái)的空氣的介電常數(shù)要大，電容C增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；f＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，C增大，則f減小，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。13．(16分)如圖所示的電路中，電容器的電容C＝1μF，線圈的自感系數(shù)L＝0.1mH，先將開(kāi)關(guān)S撥至a，這時(shí)電容器內(nèi)有一帶電油滴恰能保持靜止。然后將開(kāi)關(guān)S撥至b，經(jīng)過(guò)t＝3.14×10－5s，油滴的加速度大小是多少？當(dāng)油滴的加速度大小為何值時(shí)，LC回路中的振蕩電流有最大值？(g取10m/s2，π取3.14，探討過(guò)程中油滴不與極板接觸)【解析】當(dāng)S撥至a時(shí)，油滴受力平衡，明顯油滴帶負(fù)電，有mg＝eq\f(U,d)q①，當(dāng)S撥至b后，LC回路中有振蕩電流，振蕩周期為T(mén)＝2πeq\r(LC)＝2×3.14×eq\r(0.1×10－3×10－6)s＝6.28×10－5s，當(dāng)t＝3.14×10－5