【走向高考】2022屆高三物理人教版一輪復習習題：選修3-4-第3講電磁場-電磁波-相對論

選考內(nèi)容選修3-4第3講一、選擇題1．(2022·四川理綜)電磁波已廣泛運用于很多領(lǐng)域。下列關(guān)于電磁波的說法符合實際的是()A．電磁波不能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象B．常用的遙控器通過發(fā)出紫外線脈沖信號來遙控電視機C．依據(jù)多普勒效應可以推斷遙遠天體相對于地球的運動速度D．光在真空中運動的速度在不同慣性系中測得的數(shù)值可能不同[答案]C[解析]只要是波就產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，A錯誤；常用的遙控器是發(fā)出紅外線來遙控電視機的，B錯誤；多普勒效應可推斷物體的相對運動速度，C正確；由愛因斯坦相對論學問知，光在任何慣性系中的速度都相同，D錯誤。2．(2022·江蘇蘇州模擬)對相對論的基本生疏，下列說法正確的是()A．相對論認為：真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的B．愛因斯坦通過質(zhì)能方程闡明白質(zhì)量就是能量C．在高速運動的飛船中的宇航員會發(fā)覺飛船中的時鐘與他觀看到的地球上的時鐘走得同樣快D．我們發(fā)覺豎直向上高速運動的球在水平方向上長度變短了[答案]A[解析]真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的，選項A正確；愛因斯坦通過質(zhì)能方程闡明白質(zhì)量與能量的聯(lián)系，但不能認為質(zhì)量就是能量，選項B錯誤；依據(jù)相對論，可知運動的時鐘變慢，選項C錯誤；豎直向上高速運動的球在水平方向上長度不變，沿運動方向上的長度才會變短，選項D錯誤。3．(2022·江蘇南京模擬)關(guān)于狹義相對論的說法，不正確的是()A．狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B．狹義相對論認為在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運動無關(guān)C．狹義相對論只涉及無加速運動的慣性系D．狹義相對論任何狀況下都適用[答案]D[解析]狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，選項A正確；狹義相對論認為在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c(光速不變原理)，與光源的運動無關(guān)，選項B正確；狹義相對論只涉及無加速運動的慣性系，故選項C正確而D錯誤。4．(2022·長春模擬)如圖所示，一根10m長的梭鏢以光速穿過一根10m長的管子，A．梭鏢收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B．管子收縮變短，因此在某些位置上，梭鏢從管子的兩端伸出來C．兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個位置，管子恰好遮住梭鏢D．全部這些都與觀看者的運動狀況有關(guān)[答案]D[解析]假如你是在相對于管子靜止的參考系中觀看運動著的梭鏢，那么梭鏢看起來就比管子短，在某些位置梭鏢會完全處在管子內(nèi)部。然而當你和梭鏢一起運動時，你看到的管子就縮短了，所以在某些位置，你可以看到梭鏢兩端都伸出管子，假如你在梭鏢和管子之間運動，運動的速度是在梭鏢運動的方向上，而大小是其一半，那么梭鏢和管子都相對于你運動，且速度的大小一樣；你看到這兩樣東西都縮短了，且縮短的量相同，所以你看到的一切都是相對的，依靠于你的參考系。5．(2022·上海五校聯(lián)考)假設地面上有一火車以接近光速的速度運行，車內(nèi)站立著一個中等身材的人，站在路旁邊的人觀看車里的人，觀看的結(jié)果是()A．這個人是一個矮胖子 B．這個人是一個瘦高個子C．這個人矮但不胖 D．這個人瘦但不高[答案]D[解析]人是站著的，路旁的人觀看到的車內(nèi)的人沿車運動的方向上的長度(打算胖瘦)變短了，所以人變瘦。但人在垂直于車運動方向上的長度(打算身高)不變。6．(2022·安徽理綜)英國物理學家麥克斯韋認為，磁場變化時會在空間激發(fā)感生電場。如圖所示，一個半徑為r的絕緣細圓環(huán)水平放置，環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強磁場B，環(huán)上套一帶電荷量為＋q的小球。已知磁感應強度B隨時間均勻增加，其變化率為k，若小球在環(huán)上運動一周，則感生電場對小球的作用力所做功的大小是()A．0 B．eq\f(1,2)r2qkC．2πr2qk D．πr2qk[答案]D[解析]感生電場是渦旋場，電荷在運動過程中，電場力始終做功。由U＝eq\f(ΔB,Δt)S＝kπr2可知電場強度E＝eq\f(U,d)＝eq\f(kπr2,2πr)運動一周電場力做功W＝qE2πr＝πr2qk，D選項正確。7．(2022·江蘇南通質(zhì)檢)應用麥克斯韋的電磁理論推斷下列表示電場產(chǎn)生磁場(或磁場產(chǎn)生電場)的關(guān)系圖象中(每個選項中的上圖是表示變化的場，下圖是表示變化的場產(chǎn)生的另外的場)，正確的是()[答案]BC[解析]A圖中的上圖磁場是穩(wěn)定的，由麥克斯韋的電磁理論可知四周空間不會產(chǎn)生電場，A圖中的下圖是錯誤的。B圖中的上圖是均勻變化的電場，應當產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，下圖的磁場是穩(wěn)定的，所以B圖正確。C圖中的上圖是振蕩的磁場，它能產(chǎn)生同頻率的振蕩電場，且相位相差eq\f(π,2)，C圖是正確的。D圖的上圖是振蕩的電場，在其四周空間產(chǎn)生振蕩的磁場，但是下圖中的圖象與上圖相比較，相位相差π，故不正確，所以只有B、C兩圖正確。8．(2022·浙江衢州高三模擬)下列說法正確的是()A．手機通話時放射的無線電波都是經(jīng)過調(diào)制的B．當敵機靠近時，戰(zhàn)機攜帶的雷達接收反射波的頻率小于其放射頻率C．當變壓器的鐵芯不閉合時，其原、副線圈的電壓比不等于其匝數(shù)比D．LC振蕩電路中產(chǎn)生隨時間t按i＝asinbt的規(guī)律變化的振蕩電流時，放射的電磁波的波長為eq\f(2πc,b)(c為真空中的光速)[答案]ACD[解析]調(diào)制就是把信號加載到載波中的過程，所以A正確；依據(jù)多普勒效應，波源和觀看者相互靠近時，觀看者接收的頻率要高于放射頻率，所以B錯誤；鐵芯不閉合時，由于漏磁現(xiàn)象，會造成穿過兩個線圈的磁通量不相等，故C正確；依據(jù)b＝eq\f(2π,T)和λ＝cT可知，放射的電磁波波長λ＝eq\f(2πc,b)，故D正確。二、非選擇題9．(2022·湖北武漢部分學校高三調(diào)研)一枚靜止時長30m的火箭以0.6c的速度從觀看者的身邊拂過，火箭上的人測得火箭的長度為________m，觀看者測得火箭的長度為________m[答案]3024[解析]依據(jù)相對論原理，火箭上的人測得火箭的長度不變，仍為30m。觀看者測得火箭的長度為l＝l0eq\r(1－\f(v,c)2)＝30eq\r(1－0.62)m＝24m。10．“世界物理年”決議的作出與愛因斯坦的相對論時空觀有關(guān)。一個時鐘，在它與觀看者有不同相對速度的狀況下，時鐘的頻率是不同的，它們之間的關(guān)系如圖所示。由此可知，當時鐘和觀看者的相對速度達到0.6c(c為真空中的光速)時，時鐘的周期大約為________。在日常生活中，我們無法察覺時鐘周期性變化的現(xiàn)象，是由于觀看者相對于時鐘的運動速度________。若在高速運行的飛船上有一只表，從地面上觀看，飛船上的一切物理、化學過程和生命過程都變________(填“快”或“慢”)了[答案]2.5s遠小于光速c慢[解析]依據(jù)題圖中數(shù)據(jù)可知，當時鐘和觀看者的相對速度達到0.6c時，對應時鐘的頻率為0.4Hz，則周期為2.5s。日常生活中，我們無法察覺是由于運動速度遠小于光速c11．(2022·長沙模擬)(1)某火箭在地面上的長度為L0，放射后它在地面四周高速(約0.3c)飛過，關(guān)于地面上的人和火箭中的人觀看到的現(xiàn)象，以下說法正確的是________A．下方地面上的人觀看到火箭上的時間進程變快了B．下方地面上的人觀看到火箭變短了C．火箭上的人觀看到火箭變短了D．火箭上的人看到下方地面上的全部物體都變短了(2)在一飛船上測得飛船的長度為100m，高度為10m。當飛船以0.60c的速度從你身邊經(jīng)過時，按你的測量，飛船有多高、多長[答案](1)B(2)10m80m[解析](1)由時間間隔的相對性知，下方地面上的人觀看到火箭上的時間進程變慢了，A錯；由長度的相對性知，下方地面上的人觀看到火箭變短了，火箭上的人觀看到火箭長度沒變，B對，C錯，火箭上的人看到在垂直運動方向上，物體的長度不變，D錯。(2)由于長度收縮只發(fā)生在運動方向上，與運動垂直的方向上沒有這種效應，故測得的飛船的高度仍為原來的高度10m。設飛船原長為l0，觀測到飛船的長度為l，則依據(jù)尺縮效應有l(wèi)＝l0eq\r(1－\f(v,c)2)＝100×eq\r(1－\f(0.60c,c)2)m＝80m。12．依據(jù)有關(guān)規(guī)定，工作場所受到的電磁輻射強度(單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的電磁輻射能量)不得超過0.50W/m2。若某小型無線通訊裝置的電磁輻射功率是1W，那么在距離該通訊裝置多遠以外是符合規(guī)定的平安區(qū)域？(已知球面面積為S＝4πR2)[答案]0.40m[解析]設以半徑為R的圓以外是平安區(qū)。由于eq\f(P,4πR2)＝0.50W/m2，所以eq\f(1,4×3.14×R2)＝0.5。解之得R＝0.40m。13．爭辯高空宇宙射線時，發(fā)覺了一種不穩(wěn)定的基本粒子，稱為介子，質(zhì)量約為電子質(zhì)量的273倍，它帶有一個電子電荷量的正電荷或負電荷，稱為π＋或π－，若參考系中π±介子處于靜止，它們的平均壽命為τ＝2.56×10－8s，設π±介子以0.9c的速率運動，求(1)在試驗室參考系中觀測到的該粒子的平均壽命。(2)在試驗室參考系中觀測到該粒子運動的平均距離。(3)該粒子運動時的動能。[答案](1)5.87×10－8s(2)15.85m(3)2.89×10－11J[解析](1)粒子運動時，在和粒子相對靜止的參考系中，粒子的壽命仍為τ＝2.56×10－8s，而此時試驗室中觀測到的壽命τ′應比τ大，滿足τ′＝eq\f(τ,\r(1－\f(v,c)2))＝eq\f(2.56×10－8,\r(1－0.92))s＝5.87×10－8s(2)平均距離：d＝vτ′＝0.9×3×108×5.87×10－8m＝(3)粒子的靜止質(zhì)量m0＝273×9.1×10－31kg＝2.48×10－粒子的動能為Ek＝mc2－m0c2＝(eq\f(m0,\r(1－\f(v,c)2))－m0)c2＝3.21×10－28×9×1016J＝2.89×10－11J14．雷達測距防撞把握系統(tǒng)(Distronic，簡稱DTR)是用脈沖電磁波來測定目標的位置和速度的設備。某機場引導雷達發(fā)覺一架飛機正向雷達正上方勻速飛來，已知該雷達顯示屏上相鄰刻度線之間的時間間隔為1.0×10－4s，某時刻雷達顯示屏上顯示的波形如圖甲所示，A脈沖為放射波，B脈沖為目標反射波，經(jīng)t＝170s后雷達向正上方放射和被反射的波形如圖