《第三節(jié) 電磁波的傳播和接收》（同步訓(xùn)練）高中物理選擇性必修第二冊-滬科版-2024-2025學(xué)年

《第三節(jié)電磁波的傳播和接收》同步訓(xùn)練(答案在后面)一、單項選擇題（本大題有7小題，每小題4分，共28分）1、電磁波在真空中傳播的速度是多少（c），其值接近于多少米每秒（m/s）？A、1.0×10^8m/sB、2.997×10^8m/sC、3.0×10^8m/sD、3.1×10^8m/s2、下列哪種介質(zhì)不可能傳播電磁波？A、空氣B、水C、金屬D、真空3、電磁波傳播的基本特性之一是從一種介質(zhì)傳入另一種介質(zhì)時，其（）A.速度不變B.頻率不變C.波長不變D.能量個別變化4、關(guān)于電磁波的傳播特性，以下哪種說法是錯誤的？（）A.電磁波可以在真空中傳播B.電磁波在介質(zhì)中的傳播速度小于在真空中的傳播速度C.電磁波可以隨心所欲地傳播到任何方向D.電磁波的傳播頻率在不同介質(zhì)中不變5、關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()A.電磁波在真空中的傳播速度約為340B.光波、無線電波、X射線都屬于電磁波C.電磁波只能傳遞聲音信號，不能傳遞圖象信號D.閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場中作切割磁感線運動時，在導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電磁波6、下列關(guān)于電磁波的說法正確的是()A.電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率有關(guān)B.周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波C.電磁波在傳播過程中可以發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象D.利用電磁波傳遞信息時都需要通過調(diào)制過程7、關(guān)于電磁波的傳播特性，下列說法正確的是：A.電磁波只能在真空中傳播B.電磁波的傳播速度與介質(zhì)無關(guān)C.電磁波傳播時電場方向與磁場方向垂直且同時垂直于傳播方向D.電磁波在不同介質(zhì)中傳播時頻率會發(fā)生變化二、多項選擇題（本大題有3小題，每小題6分，共18分）1、下列關(guān)于電磁波傳播的特點，正確的有：A、電磁波可以在真空中傳播B、電磁波的傳播速度與介質(zhì)種類無關(guān)C、電磁波的傳播速度在真空中最快D、電磁波的波長與頻率成正比2、關(guān)于無線電波的接收過程，以下描述正確的是：A、天線接收無線電波并將其轉(zhuǎn)換成電信號B、調(diào)諧器用于選擇所需頻率的無線電波C、解調(diào)器將調(diào)制信號還原為原始信息D、放大器用于放大接收到的微弱信號3、關(guān)于電磁波的傳播和接收，下列說法正確的是（）。A.電磁波的傳播速度恒定，且等于光速。B.電磁波在真空中自由傳播時，其頻率越高，傳播速度越大。C.電磁波的接收需要發(fā)射天線和接收天線之間的線性極化匹配。D.微波爐利用電磁波的加熱原理，通過非線性極化來加熱食物。三、非選擇題（前4題每題10分，最后一題14分，總分54分）第一題題干：已知某單色光的頻率為5×10^14Hz，光在真空中的傳播速度為3×10^8m/s，請計算該單色光的波長。第二題題目：一廣播電臺發(fā)射的電磁波頻率為98.3MHz，假設(shè)該電臺信號在空氣中傳播速度為光速（c=3×10^8m/s），試求該電磁波的波長，并解釋為什么廣播電臺通常使用調(diào)頻（FM）而不是調(diào)幅（AM）來傳輸音樂和語音信號。第三題已知一無線電波的頻率為3×10^8Hz，波長為30m，求該無線電波的波速。第四題題目：一長為1米的金屬桿AB，其中間點C固定在一可繞轉(zhuǎn)軸O旋轉(zhuǎn)的絕緣桿上。AB桿可以自由旋轉(zhuǎn)。在距離O點0.5米處放置一個點電荷Q，使得它與AB桿的下端A構(gòu)成一個等勢面。若要使金屬桿AB在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時保持平衡，應(yīng)該在何處放置一個大小相等、符號相反的電荷-q，并使得系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)？分析與解答：1.理想化模型及其電場分析：金屬桿AB在電場下可以理想化為一個導(dǎo)體，且假設(shè)小范圍內(nèi)可視為均勻帶電。由于金屬桿能夠旋轉(zhuǎn)且要求達到一平衡狀態(tài)，可考慮整體系統(tǒng)的臨界條件和靜電力。2.設(shè)定電荷分布及平衡狀態(tài)：點電荷Q在O點距離A端0.5米，從而在A處和B(1米)形成等勢面，這意味著兩者電勢需相等。假設(shè)-q電荷位置為D，距離0.5米。3.靜電力平衡條件：金屬桿AB在接收到Q和-q的交互作用力下保持靜止，從電磁學(xué)角度理解，各部分所產(chǎn)生的靜電力的合力為零。平衡狀態(tài)下，對桿的合外力和力矩都應(yīng)為零?？紤]到具體力矩平衡分析：由于等勢面條件，電勢的非對稱性為不單純的基礎(chǔ)條件，需綜合考慮電場強度變化。4.具體電場力分析：設(shè)定-q電荷對AB桿的效果，特別是當-q處于特別位置時的力矩如何影響整體平衡。根據(jù)庫侖定律理解，設(shè)-q的X軸距離為x，-q電荷與點電荷Q之間的作用力會使得旋轉(zhuǎn)動力矩相衡。在0.5米處插入-q會與Q力矩形成平衡，由于幾何與對稱性設(shè)置下，使得系統(tǒng)能保持平衡而無需更復(fù)雜的計算。5.結(jié)論：-q電荷應(yīng)放置在與金屬桿A端相同的水平位置距O點為0.5米處。即在C點即可滿足平衡條件，可避免復(fù)雜的力矩計算，這一放置保持了系統(tǒng)的對稱性，從而達到靜力平衡狀態(tài)。第五題以下四個選項中，關(guān)于電磁波傳播和接收的說法錯誤的是：A.電磁波可以在真空中傳播，不需要介質(zhì)。B.無線電波的波長越長，其頻率越低，穿透能力越強。C.電視天線接收的電磁波強度與其距離發(fā)射臺的距離有關(guān)。D.手機接收到的信號越強，其通話質(zhì)量越好。請選擇正確的答案?！兜谌?jié)電磁波的傳播和接收》同步訓(xùn)練及答案解析一、單項選擇題（本大題有7小題，每小題4分，共28分）1、電磁波在真空中傳播的速度是多少（c），其值接近于多少米每秒（m/s）？A、1.0×10^8m/sB、2.997×10^8m/sC、3.0×10^8m/sD、3.1×10^8m/s答案：C解析：電磁波在真空中傳播的速度即為光速c，其值為大約3.0×10^8m/s。2、下列哪種介質(zhì)不可能傳播電磁波？A、空氣B、水C、金屬D、真空答案：C解析：電磁波可以在真空中和一些介質(zhì)中傳播，包括空氣和水，但在金屬中會迅速衰減，因為金屬材料中的自由電子可以吸收和散射電磁波，使電磁波在金屬中幾乎不能傳播。3、電磁波傳播的基本特性之一是從一種介質(zhì)傳入另一種介質(zhì)時，其（）A.速度不變B.頻率不變C.波長不變D.能量個別變化答案：B解析：電磁波在從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，其頻率保持不變，而速度和波長會根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)（如折射率）發(fā)生變化。能量也會隨之變化，但頻率不變是其基本特性之一。4、關(guān)于電磁波的傳播特性，以下哪種說法是錯誤的？（）A.電磁波可以在真空中傳播B.電磁波在介質(zhì)中的傳播速度小于在真空中的傳播速度C.電磁波可以隨心所欲地傳播到任何方向D.電磁波的傳播頻率在不同介質(zhì)中不變答案：C解析：選項A是正確的，電磁波可以在真空中傳播；選項B是正確的，電磁波在介質(zhì)中的傳播速度確實小于在真空中的傳播速度；選項C是錯誤的，電磁波的傳播是有方向性的，不是隨心所欲的；選項D是正確的，電磁波的傳播頻率在不同介質(zhì)中是不變的。因此，錯誤的選項是C。5、關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()A.電磁波在真空中的傳播速度約為340B.光波、無線電波、X射線都屬于電磁波C.電磁波只能傳遞聲音信號，不能傳遞圖象信號D.閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場中作切割磁感線運動時，在導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電磁波答案：B解析：A選項，電磁波在真空中的傳播速度約為3×108B選項，根據(jù)電磁波的譜可知，光波、無線電波、X射線都屬于電磁波，故B正確；C選項，電磁波作為信息的載體，廣泛應(yīng)用于傳遞各種信號，包括聲音信號和圖象信號，故C錯誤；D選項，閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場中作切割磁感線運動時，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，而變化的電流會產(chǎn)生電磁波，但這里的電流不是變化的電流，是恒定的，故不能產(chǎn)生電磁波，故D錯誤。6、下列關(guān)于電磁波的說法正確的是()A.電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率有關(guān)B.周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波C.電磁波在傳播過程中可以發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象D.利用電磁波傳遞信息時都需要通過調(diào)制過程答案：B；C；D解析：A選項，電磁波在真空傳播速度與頻率無關(guān)，都相同，故A錯誤；B選項，周期性變化的電場和周期性變化的磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波，故B正確；C選項，波均能發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象，故電磁波在傳播過程中可以發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象，故C正確；D選項，利用電磁波傳遞信息時都需要通過調(diào)制過程，將低頻信號加到高頻電磁波上，故D正確。7、關(guān)于電磁波的傳播特性，下列說法正確的是：A.電磁波只能在真空中傳播B.電磁波的傳播速度與介質(zhì)無關(guān)C.電磁波傳播時電場方向與磁場方向垂直且同時垂直于傳播方向D.電磁波在不同介質(zhì)中傳播時頻率會發(fā)生變化答案：C解析：電磁波能夠在真空中傳播，也能在各種介質(zhì)中傳播，因此選項A錯誤。電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速度會有所不同，其傳播速度v、波長λ和頻率f之間的關(guān)系遵循公式v=λf，其中頻率f在電磁波從一個介質(zhì)進入另一個介質(zhì)時不發(fā)生變化，改變的是波速v和波長λ，故選項B和D錯誤。而電磁波傳播時確實表現(xiàn)出電場方向、磁場方向以及傳播方向三者相互垂直的特點，即所謂的橫波性質(zhì)，所以選項C正確。二、多項選擇題（本大題有3小題，每小題6分，共18分）1、下列關(guān)于電磁波傳播的特點，正確的有：A、電磁波可以在真空中傳播B、電磁波的傳播速度與介質(zhì)種類無關(guān)C、電磁波的傳播速度在真空中最快D、電磁波的波長與頻率成正比答案：A、C、D解析：A、電磁波可以在真空中傳播，這是電磁波與機械波（如聲波）的一個顯著區(qū)別。B、電磁波的傳播速度與介質(zhì)種類有關(guān)，例如在空氣中傳播速度略低于在真空中的速度。C、電磁波在真空中的傳播速度最快，約為3×D、根據(jù)電磁波的基本公式c=λf（其中c是光速，λ2、關(guān)于無線電波的接收過程，以下描述正確的是：A、天線接收無線電波并將其轉(zhuǎn)換成電信號B、調(diào)諧器用于選擇所需頻率的無線電波C、解調(diào)器將調(diào)制信號還原為原始信息D、放大器用于放大接收到的微弱信號答案：A、B、C、D解析：A、天線是接收無線電波的設(shè)備，它將無線電波轉(zhuǎn)換成電信號。B、調(diào)諧器的作用是選擇接收特定頻率的無線電波，以避免干擾。C、解調(diào)器的作用是將調(diào)制在無線電波上的信號還原成原始信息，例如聲音或圖像信號。D、放大器用于增強接收到的信號，使其達到可處理的強度。因此，關(guān)于無線電波的接收過程，選項A、B、C、D都是正確的。3、關(guān)于電磁波的傳播和接收，下列說法正確的是（）。A.電磁波的傳播速度恒定，且等于光速。B.電磁波在真空中自由傳播時，其頻率越高，傳播速度越大。C.電磁波的接收需要發(fā)射天線和接收天線之間的線性極化匹配。D.微波爐利用電磁波的加熱原理，通過非線性極化來加熱食物。答案：D解析：A.電磁波的傳播速度在真空中等于光速c=B.電磁波在真空中的傳播速度是恒定的，與頻率無關(guān)，故B錯誤。C.電磁波的接收通常要求接收天線的極化與發(fā)射天線的極化相匹配，以實現(xiàn)最佳接收效果，但這里指的是線性極化匹配，不完全正確，因為電磁波接收到后仍然可以經(jīng)過天線中頻轉(zhuǎn)化等過程，轉(zhuǎn)換成與天線上符合的極化形式，故C的說法不夠準確。D.微波爐確實使用微波（頻率約2.45GHz的電磁波）來加熱食物。微波的能量能夠使食物中的水分子極化，進而產(chǎn)生摩擦使分子振動，從而加熱食物，這是微波爐的工作原理，故D正確。三、非選擇題（前4題每題10分，最后一題14分，總分54分）第一題題干：已知某單色光的頻率為5×10^14Hz，光在真空中的傳播速度為3×10^8m/s，請計算該單色光的波長。答案：波長=光速/頻率波長=3×10^8m/s/5×10^14Hz波長=6×10^-7m解析：本題考查了電磁波的傳播速度、頻率和波長之間的關(guān)系，通過公式c=λf可以計算得到。根據(jù)公式，波長等于光速除以頻率。在本題中，已知光速為3×10^8m/s，頻率為5×10^14Hz，帶入公式計算，得到波長為6×10^-7m。這是電磁波的一種基本特性，在通信、雷達等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。第二題題目：一廣播電臺發(fā)射的電磁波頻率為98.3MHz，假設(shè)該電臺信號在空氣中傳播速度為光速（c=3×10^8m/s），試求該電磁波的波長，并解釋為什么廣播電臺通常使用調(diào)頻（FM）而不是調(diào)幅（AM）來傳輸音樂和語音信號。答案：1.波長計算：已知：頻率f=98.3?波長λ可以通過公式λ=代入數(shù)據(jù)得λ2.調(diào)頻（FM）與調(diào)幅（AM）的區(qū)別：調(diào)頻（FrequencyModulation,FM）是指載波的頻率隨調(diào)制信號的變化而變化的一種調(diào)制方式。它對噪聲和干擾有較強的抵抗能力，因此音質(zhì)較好，適合傳輸高質(zhì)量的音樂和語音信號。調(diào)幅（AmplitudeModulation,AM）則是指載波的幅度隨調(diào)制信號的變化而變化。由于AM容易受到電離層反射等自然因素的影響以及人為的干擾，所以其信號質(zhì)量不如FM穩(wěn)定，尤其是在傳輸音樂等對音質(zhì)要求較高的內(nèi)容時。解析：1.波長計算的具體步驟：根據(jù)給定的數(shù)據(jù)，我們可以直接利用公式λ=將c和f的值代入公式，我們得到λ=因此，該廣播電臺發(fā)射的電磁波波長大約為3.05米。2.調(diào)頻（FM）與調(diào)幅（AM）的選擇理由：廣播電臺選擇調(diào)頻（FM）而非調(diào)幅（AM）來傳輸音樂和語音信號的主要原因是FM能夠提供更好的音質(zhì)。FM信號不易受干擾，能夠保持較穩(wěn)定的傳輸質(zhì)量，即使在信號強度較低的情況下也能保證清晰度。相比之下，AM信號雖然覆蓋范圍更廣，但由于易受外界干擾，特別是在城市環(huán)境中，建筑物和其他電子設(shè)備可能對其產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致音質(zhì)下降。此外，AM的音頻帶寬也較窄，不能很好地傳達音樂中的細節(jié)。綜上所述，對于追求高音質(zhì)的音樂和語音廣播，調(diào)頻（FM）是更為合適的選擇。第三題已知一無線電波的頻率為3×10^8Hz，波長為30m，求該無線電波的波速。答案：無線電波的波速為9×10^8m/s。解析：1.根據(jù)波速、波長和頻率的關(guān)系公式：c=λf，其中c為波速，λ為波長，f為頻率。2.將已知數(shù)據(jù)代入公式中，得：c=30m×3×10^8Hz。3.計算得波速c=9×10^8m/s。第四題題目：一長為1米的金屬桿AB，其中間點C固定在一可繞轉(zhuǎn)軸O旋轉(zhuǎn)的絕緣桿上。AB桿可以自由旋轉(zhuǎn)。在距離O點0.5米處放置一個點電荷Q，使得它與AB桿的下端A構(gòu)成一個等勢面。若要使金屬桿AB在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時保持平衡，應(yīng)該在何處放置一個大小相等、符號相反的電荷-q，并使得系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)？分析與解答：1.理想化模型及其電場分析：金屬桿AB在電場下可以理想化為一個導(dǎo)體，且假設(shè)小范圍內(nèi)可視為均勻帶電。由于金屬桿能夠旋轉(zhuǎn)且要求達到一平衡狀態(tài)，可考慮整體系統(tǒng)的臨界條件和靜電力。2.設(shè)定電荷分布及平衡狀態(tài)：點電荷Q在O點距離A端0.5米，從而在A處和B(1米)形成等勢面，這意味著兩者電勢需相等。假設(shè)-q電荷位置為D，距離0.5米。3.靜電力平衡條件：金屬桿AB在接收到Q和-q的交互作用力下保持靜止，從電磁學(xué)角度理解，各部分所產(chǎn)生的靜電力的合力為零。平衡狀態(tài)下，對桿的合外力和力矩都應(yīng)為零?？紤]到具體力矩平衡分析：由于等勢面條件，電勢的非對稱性為不單純的基礎(chǔ)條件，需綜合考慮電場強度變化。4.具體