新人教版高中物理选择性必修第二册课时练17电磁振荡电磁场与电磁波含解析

电磁振荡　电磁场与电磁波

　　(25分钟·60分)

一、选择题(本题共6小题，每题6分，共36分)

1．关于电磁波，下列说法中正确的是(　　)

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3×108 m/s

C．电磁波由真空进入某种介质传播时，波长将变长

D．电磁波只能在真空中传播

【解析】选A。电磁波是交替变化的电磁场由发生区域向远处的传播，在真空中的传播速度是3×108 m/s。在其他介质中的传播速度小于3×108 m/s。电磁波在传播的过程中，频率f不变，由v＝λf可知传播速度变小时，波长变短，故B、C、D均错误。

2．(2021·东城区高二检测)2021年我国全面进入万物互联的商用网络新时代，即5G时代。所谓5G是指第五代通信技术，采用3 300～5 000 MHz(1 M＝106)频段的无线电波。现行的第四代移动通信技术4G，其频段范围是1 880～2 635 MHz。未来5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 Gbps(bps为bitspersecond的英文缩写，即比特率、比特/秒)，是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是(　　)

A．4G信号和5G信号都是纵波

B．4G信号更容易发生衍射现象

C．4G信号和5G信号相遇能产生稳定干涉现象

D．5G信号比4G信号在真空中的传播速度快

【解析】选B。电磁波均为横波，选项A错误；因5G信号的频率更高，则波长小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，选项B正确；两种不同频率的波不能发生干涉，选项C错误；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，选项D错误。故选B。

　　　【加固训练】

(多选)无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车，国内外各大企业正在紧密布局发展之中。其核心设备是各种车载传感器，如图像传感器(可见光和红外摄像头)、超声波雷达、激光雷达以及毫米波雷达。以下关于各种光和波的说法正确的是(　　)

A．超声波和毫米波一样都能在真空中传播

B．红外线的光子能量比可见光的小

C．真空中激光的传播速度比毫米波的大

D．可见光能发生偏振现象，而超声波不能

【解析】选B、D。毫米波可以在真空中传播，而超声波不能在真空中传播，故A错误；红外线的频率比可见光的小，所以红外线的光子能量比可见光的小，故B正确；真空中激光的传播速度与毫米波的速度相等，故C错误；可见光是横波，所以能发生偏振现象，而超声波是纵波，所以不能发生偏振现象，故D正确。故选B、D。

3．LC振荡电路中，在电容器充电完毕但未开始放电的瞬间，下述说法正确的是(　　)

A．线圈中的电流最大

B．电容器两极板间的电场能最强

C．线圈中的磁场能最强

D．电容器极板上的电荷量为零

【解析】选B。电容器充电完毕但未开始放电的瞬间，振荡电流为零，磁场能为零，电容器极板上的电荷量最多，电场能最强，故B正确。

4.如图所示的LC振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向向上，且电路的电流正在增强，则此时(　　)

A．a点电势比b点高

B．电容器两极板间场强正在减小

C．电容器中储存的电场能正在增大

D．线圈中感应电动势正在增大

【解析】选B。磁场方向向上，说明回路中电流是顺时针的；电路的电流正在增强，说明电容器正在放电。所以下极板带正电，上极板带负电，a点电势比b点低，故A错误；由于电流正在增强，知电容器在放电，则电容器两极板间电荷量减小，电压减小，场强正在减小，电路中电场能正在减小，故B正确，C错误；电容器放电电流增加逐渐变慢，线圈中感应电动势正在减小，故D错误。故选B。

5. (2021·三亚高二检测)LC振荡电路中，电容器两端的电压u随时间t变化的关系如图所示，由图线可知(　　)

A．在t1时刻，电路中的电流最大

B．在t2时刻，电路中磁场能最小

C．在t2～t3时间内，电容器的电场能不断增大

D．在t3～t4时间内，电容器的电量不断增大

【解析】选C。在t1时刻，LC回路中电容器两极板间的电压最大，电场能最大，磁场能为零，对应电流为零，A错误；在t2时刻，电压为零，电场能为零，磁场能最大，B错误；在t2～t3时间内，电容器两极板间电压增大，电场能不断增大，C正确；在t3～t4时间内，电压变小，电容器的电荷量不断减小，D错误。故选C。

6．(2021·菏泽高二检测)要增大LC振荡电路的频率，可采取的办法是(　　)

A．增大电容器两极板正对面积

B．减少极板所带的电荷量

C．在线圈中放入软铁棒

D．减少线圈匝数

【解析】选D。由LC振荡电路的频率公式f＝和平行板电容器电容公式C＝知，当增大电容器两极板正对面积时，C增大，f减小。减少极板所带的电荷量，不影响C，即f不变。在线圈中放入软铁棒，L增大，f减小。减少线圈匝数，L减小，f增大。故选D。

二、计算题(本题共2小题，共24分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要标明单位)

7．(12分)(2020·江苏高考)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”任务团队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Δt。已知电磁波在月壤层中传播的波长为λ，求该月壤层的厚度d。

【解析】电磁波在月壤层中的传播速度满足v＝λf

根据题意可知2d＝v·Δt

解得月壤层厚度为d＝Δt。

答案：Δt

8. (12分)如图所示，线圈L的自感系数为25 mH，电阻为零，电容器C的电容为40 μF，灯泡D的规格是“4 V　2 W”。开关S闭合后，灯泡正常发光，S断开后，LC中产生振荡电流。若从S断开开始计时，求：

(1)当t＝×10－3 s时，电容器的右极板带何种电荷；

(2)当t＝π×10－3 s时，LC回路中的电流大小。

【解析】 (1)S断开后，LC中产生振荡电流，

振荡周期为T＝2π＝2π s＝2π×10－3 s，则t＝×10－3 s＝时，电容器充电完毕，右极板带正电荷。

(2)开关S闭合后，灯泡正常发光时电路中的电流I＝＝ A＝0.5 A，

当t＝π×10－3 s＝时，LC回路中的电流反向达到最大，即I＝0.5 A。

答案：(1)正电荷　(2)0.5 A

　(15分钟·40分)

9. (6分)(多选)(2020·重庆高二检测)如图所示的LC振荡回路，当开关S转向右边发生振荡后，下列说法中正确的是(　　)

A．振荡电流达到最大值时，电容器上的电荷量为零

B．振荡电流达到最大值时，磁场能最大

C．振荡电流为零时，电场能为零

D．振荡电流相邻两次为零的时间间隔等于振荡周期的一半

【解析】选A、B、D。由LC电路电磁振荡的规律知，振荡电流最大时，即是电容器放电刚结束时，电容器上电荷量为零，A正确；回路中电流最大时螺线管中磁场最强，磁场能最大，B正确；振荡电流为零时充电结束，极板上电荷量最大、电场能最大，C错误；由图可知电流相邻两次为零的时间间隔恰好等于半个周期，D正确。

　　　【加固训练】

(多选)LC振荡电路在t1和t2时刻自感线圈中磁感线方向和电容器中极板带电情况如图所示，若t2－t1＝，则(　　)

A.在t1时刻电容器正充电

B．在t2时刻电容器两极板间电场正在增强

C．在t1时刻电路中电流正在增大

D．在t2时刻自感线圈中磁场正在增强

【解析】选B、C。由t2－t1＝知t2－t1＝，从题图可看出t1、t2两个时刻自感线圈处的电流都是从左向右穿过自感线圈，t1时刻与电容器放电电流方向相同，故电容器处于放电状态，只要是放电，振荡电流就是增大的，A错误，C正确；t2时刻，电流从左向右通过自感线圈，与电容器放电电流方向相反，所以t2时刻电容器在充电，随着极板上电荷增多，两极板间电场增强，B正确；又由于充电过程振荡电流总是减小的，故线圈中磁场也减弱，D错误。

10．(6分)如图所示是一个水平放置的圆环形玻璃小槽，槽内光滑，槽宽度和深度处处相同。现将一直径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它受绝缘棒打击后获得一初速度v0。与此同时，有一变化的磁场垂直穿过圆环形玻璃小槽外径所对应的圆面积，磁感应强度B的大小跟时间成正比，方向竖直向下。设小球在运动过程中所带电荷量不变，那么(　　)

A．小球受到的向心力大小不变

B．小球受到的向心力大小不断增加

C．洛伦兹力对小球做了功

D．小球受到的洛伦兹力大小与时间成正比

【解析】选B。根据麦克斯韦电磁场理论可知，磁感应强度随时间线性增大时将产生稳定的感应电场，根据楞次定律可知感应电场的方向与小球运动方向相同，因小球带正电，故电场力对小球做正功，其速率增大，向心力的大小(m)随之增大，A错误，B正确。带电小球所受的洛伦兹力F＝qBv，因为速率v随时间逐渐增大，且B∝t，故F与t不成正比，故D错误。因洛伦兹力对运动电荷不做功，故C错误。

11．(6分)(多选)已知一理想的LC振荡电路中电流变化规律与单摆振动的变化规律同步，若在电容器开始放电时计时，则(　　)

A．单摆势能最大时，LC振荡电路中的电场能最大，磁场能为零

B．单摆速度逐渐增大时，LC振荡电路中的电场能逐渐减小，磁场能逐渐增大

C．单摆动能最大时，LC振荡电路的电容器刚放完电，电场能为零，电路中电流为零

D．单摆速度逐渐减小时，LC振荡电路的电容器处于充电过程，电路中电流逐渐增大

【解析】选A、B。由电场能为零时，磁场能达到最大，电路中电流最大，判断C错误；又因为电容器处于充电过程，电路中电流逐渐减小，所以D错误。对于A、B，首先要明确电路中的电流与单摆的速度相对应，则一个周期内的变化情况如表：

由表可知，第一组同步变化的是电流、磁场能和速度、动能；第二组同步变化的是电场能和单摆的势能。故A、B正确。

12．(22分)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，显然带负电；所以mg＝。

当S拨至b时，LC回路中有电流，其振荡周期为

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，由牛顿第二定律得，＋mg＝ma

以上式子联立，代入数据解得a＝20 m/s2。

当振荡电流最大时，两极板间无电场，油滴仅受重力作用，所以mg＝ma′，a′＝g＝10 m/s2

答案：20 m/s2　10 m/s2