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物理选择性必修二4.4 电磁波谱同步练习（优生加练）
一、选择题
1． 第五代移动通信技术简称5G，5G应用3300MHz~5000MHz频段的无线电波传送信号，5G将帮助世界开启万物互联新时代。下列关于电磁波谱的说法正确的是（　　）
A．红外线的波长比无线电波的波长更长
B．遥控器是利用无线电波工作的
C．X 射线的频率比射线的频率小
D．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒
【答案】C
【知识点】电磁波谱；电磁波的应用
【解析】【解答】A、红外线的波长比无线电波的波长短，故A错误；
B、遥控器是利用红外线工作的，故B错误；
C、根据光谱分布规律可知，X射线的频率比γ射线的频率小，故C正确；
D、医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，故D错误。
故答案为：C。
【分析】熟练掌握光谱分布规律即电磁波在生活中的应用。红外线的波长比无线电波的波长短，遥控器是利用红外线工作的，X射线的频率比γ射线的频率小，常用紫外线对病房和手术室进行消毒。
2．小物通过视频号“胜哥课程”观看了载人飞船成功返回地面的视频。返回舱返回过程中，有一段时间通讯与地面会严重失效，甚至完全中断，这种现象称为黑障。形成黑障的直接原因最有可能的是（　　）
A．返回舱周围形成的高温等离子层
B．返回舱的金属外壳外部产生静电屏蔽
C．返回舱在返回过程出现的失重现象
D．返回舱进入对流层后受大气的扰动
【答案】A
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】飞船在返回时以极高速度进入大气层，由于飞船和空气摩擦会产生高温2000℃，高温使周围的空气电离形成等离子体，屏蔽电磁波从而地面人员无法得知飞船的实时状况，而在接近地面时，虽然大气密度大，但由于飞船速度下降，所以相对运动产生的热量小，所以温度降低，在太空虽然高速运动，但是由于没有大气，所以不会摩擦生热而不会产生屏蔽。
故选A。
【分析】信号屏蔽主要是飞船高速运动，与大气摩擦高温产生等离子体，从而屏蔽电磁波信号。
3．下列关于电磁波的说法中不正确的是（　　）
A．常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机
B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应
C．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究
D．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征
【答案】B
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】A、常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机，故A正确，不符合题意；
B、食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高，内能增加，不是利用红外线来加热，故B错误，符合题意；
C、天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究，故C正确，不符合题意；
D、遥感技术中利用红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征，故D正确，不符合题意。
故答案为：B。
【分析】熟练掌握电磁波的产生及其发生、传播与接收。熟练掌握电磁波在生活中的应用以及其工作原理。
4． 5G网络使用的无线电波通信频率是以上的超高频段和极高频段，比目前通信频率在间的特高频段的4G网络拥有更大的带宽和更快的传输速率，如图所示5G网络的传输速率是4G网络的倍。与4G网络相比（　　）
A．5G信号的频率更小
B．5G信号的传播速度超过光速
C．5G信号相同时间内能传递更大的信息量
D．5G信号不属于无线电波，它的波长小于可见光
【答案】C
【知识点】电磁波的周期、频率与波速；电磁波的应用
【解析】【解答】AC、5G信号的频率更大，可知5G信号的光子能量更大，故5G信号相同时间内能传递更大的信息量，故A错误，C正确；
B、任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，所以5G信号的传播速度等于光速，故B错误；
D、5G信号属于无线电波，它的波长大于可见光，故D错误。
故答案为：C。
【分析】频率越大，光子能量越大，相同时间内传递的信息量越大。任何电磁波在真空中的传播速度均为光速。无线电波的波长大于可见光。
5． 目前，我国已进入全面5G时代。5G，即第五代移动通信技术，采用3300~5000MHz频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术，1880~2635MHz频段）技术而言，具有极大的带宽、容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比（　　）
A．需要更多的通信基站 B．更适合长距离传输
C．在真空中的传播速度更快 D．更不容易被障碍物阻挡
【答案】A
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】C、5G信号和4G信号都是电磁波，在真空中传播速度等于光速，故C错误；
AD、根据题意可知，5G信号频率更高，波长更短，4G信号频率更低，波长更长，更容易发生明显衍射，即5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡，需要建设更密集的基站，故A正确，D错误；
B、近距离数据传输也就是指移动网络数据信号可以不经过移动信号基站，而是直接实现设备与设备之间的通信传输，5G信号更适合近距离数据传输，故B错误。
故答案为：A。
【分析】电磁波在真空中传播速度等于光速，频率越低，波长越长，越容易发生明显衍射，越不容易被障碍物阻挡，所需的基站越少，越适合长距离传输。
6．行车安全越来越被人们所重视，现在许多车企都在汽车上配置有主动刹车系统（AEB）。该系统主要分为控制模块、测距模块和制动模块，利用微波雷达、图像识别技术和红外摄像头，可以将道路的图像和路况实时传递给控制模块，在紧急情况下，由车载微处理器发出控制命令，自动采取制动措施，保证车辆安全。微波的波长范围在0.001~10m，下列说法正确的是（　　）
A．产生微波的LC振荡电路中，要想增大震荡周期，可以增大电容器的电容C
B．微波只能在空气中传播而不能在真空中传播
C．微波遇到障碍物时，只能发生反射现象而不能发生衍射现象
D．微波遇到障碍物时，只能发生衍射现象而不能发生反射现象
【答案】A
【知识点】电磁波的发射、传播与接收；电磁波的应用；LC振荡电路分析
【解析】【解答】A.产生微波的LC振荡电路中，根据可知要想增大振荡周期，可以增大电容器的电容C，A符合题意；
B.微波是电磁波，它的传播可以不需要传播介质，它既可以在空气中传播，也可以在真空中传播，B不符合题意；
CD.微波遇到障碍物时，既可以发生衍射现象也可以发生反射现象，微波雷达就是利用微波遇到障碍物时能发生反射现象这一性质工作的，CD不符合题意。
故答案为：A。
【分析】根据LC电磁振荡电路的周期公式分析；微波是电磁波，传播不需要介质；任何波都能发生干涉、衍射和反射现象。
7．现代人们的生活各处都与电磁波息息相关。下列关于电磁波的说法正确的是（　　）
A．温度高于0℃的物体才会发射出红外线
B．X射线的穿透性强于紫外线
C．手机通讯使用的电磁波频率大于可见光的频率
D．麦克斯韦通过实验证明了电磁波的存在
【答案】B
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】A．物体在任何温度下都能辐射红外线，A不符合题意；
B．X射线的穿透性强于紫外线，B符合题意；
C．手机通讯使用的电磁波波长大于可见光的波长，则手机通讯使用的电磁波频率小于可见光的频率，C不符合题意；
D．赫兹通过实验证明了电磁波的存在，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】物体在任何温度下都能辐射红外线；射线的穿透性大小要掌握记忆清楚，X射线的穿透性强于紫外线；知道手机通讯使用的电磁波波长与可见光的波长大小关系，在根据得出频率大小关系； 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证明了电磁波的存在。
8．下列说法正确的是（　　）
A．自然界里遵循能量守恒定律的一切现象都可以自发发生
B．手机无线充电利用的是电流的热效应技术
C．雷达是利用次声波进行测距、定位的仪器
D．光子的能量表明了光既具有波动性，又具有粒子性
【答案】D
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】A．自然界的一切自发过程，能量的转化都具有方向性，A不符合题意；
B．手机无线充电利用的是电磁感应技术，B不符合题意；
C．雷达是利用电磁波中的微波的反射和接收来进行测距、定位的仪器，C不符合题意；
D．光子的能量 表明了光既具有波动性，又具有粒子性，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】自然界一切自发过程，能量的转化都具有方向性；无线充电技术使用电磁感应技术；雷达是利用电磁波中的微波的反射和接收来进行测距、定位的仪器。
9．光刻机利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体，提高分辨率，如图所示。若浸没液体的折射率为1.65，当不加液体时光刻胶的曝光波长为193nm，则加上液体后（　　）
A．紫外线进入液体后波长变短，光子能量增加
B．传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的
C．紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射，能提高分辨率
D．在液体中的曝光波长约为117nm
【答案】D
【知识点】电磁波的周期、频率与波速；电磁波的应用
【解析】【解答】D．紫外线在液体中的波长
D符合题意；
A．紫外线进入液体频率不变，根据 可知光子能量不变，根据D选项分析可知波长变短，A不符合题意；
B．设传播 距离，在真空中的时间
在液体中所需的时间
B不符合题意；
C．由A选项分析可知紫外线在液体中波长变短，更不容易发生衍射，C不符合题意。
故答案为：D。
【分析】利用折射率的大小可以求出波长的大小；利用紫外线的频率不变可以判别光子能量不变；利用传播的距离和传播的速度可以求出传播所花的时间；利用波长变短则更不容易发生衍射现象。
10．下列说法正确的是（　　）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关
B．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
C．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波的波长也相等
【答案】A
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】A．普朗克通过研究黑体辐射，可知黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料种类及表面状况无关，A符合题意；
B．医院用X光进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透能力较强的，γ射线穿透能力最强，B不符合题意；
C．一切物体都不停地向外辐射电磁波，温度越高的物体辐射电磁波较强而已，C不符合题意；
D．由 ，
可知，动能相同的质子和电子，其动量不同，故其波长也不相同，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】γ射线穿透能力最强；一切物体都在向外辐射电磁波；利用动能相同结合质量的大小可以比较粒子动量的大小，利用动量的大小可以比较波长的大小。
11．在我们的生产生活中很多应用都与电磁波有关，则下列说法正确的是（　　）
A．验钞机检验钞票真伪体现了紫外线的荧光作用
B．X射线和射线都可以探测金属构件内部的缺陷，X射线还可以摧毁病变细胞，治疗某些癌症
C．红外线的显著作用是热效应，温度较低的物体不能辐射红外线
D．麦克斯韦预言了电磁波并在实验室证实了电磁波的存在
【答案】A
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】A．验钞机检验钞票真伪体现了紫外线的荧光作用，A符合题意；
B．X射线是一种波长比紫外线还短的电磁波，它的穿透力很强。在工业上可用于检查工件内部是否有砂眼、裂纹等缺陷；医学上可用来透视人体，检查体内的病变和骨骼情况。γ射线是比X射线波长更短的电磁波，其穿透能力比X射线更强，因此工业上常用来进行探伤；医学上，则利用其强穿透能力来杀死病态细胞，治疗癌症等疾病，B不符合题意；
C．红外线的显著作用是热效应，任何物体都能辐射红外线，C不符合题意；
D．麦克斯韦预言了电磁波，赫兹在实验室证实了电磁波的存在，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】γ射线能量比较大，工业上主要用来金属探伤；任何物体都可以辐射红外线；赫兹利用实验验证了电磁波的存在。
12．关于电和磁的情景中，下列说法正确的是（　　）
图（a） 图（b） 图（c） 图（d）
A．图（a）是工厂静电除尘装置的示意图，A、B两端接直流高压电源后，则金属丝与管壁间的电场可视为匀强电场
B．图（b）是研究电磁感应的实验，若开关一直接通，小螺线管A插入大螺线管B 中不动，则滑动变阻器阻值匀速滑动时无感应电流，加速滑动时有感应电流
C．图（c）是微波炉，利用微波加热食物，微波是一种电磁波，具有可以连续变化的能量
D．图（c）是手机无线充电的原理，若将交流电接入送电线圈中，可以对手机进行充电
【答案】D
【知识点】电磁感应的发现及产生感应电流的条件；匀强电场；电磁波的应用
【解析】【解答】A．如图（a）所示，金属丝与管壁间的电场是非匀强电场，故A错误；
B．如图（b）所示，开关一直接通，小螺线管A插入大螺线管B中不动，只要移动滑片，电路中的电流就发生变化，A产生的磁场就发生变化，B中的磁通量会发生变化，电路中就有感应电流，故B错误；
C．如图（c）所示，微波炉来加热食物，微波是一种电磁波，微波的能量是不连续的，是量子化的，故C错误；
D．如图（d）所示，电磁感应式无线充电的原理是通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电，故D正确。
故答案为：D。
【分析】微波是一种电磁波，微波的能量是不连续的，是量子化的。闭合回路中磁通量会发生变化，电路中就有感应电流。
13．下列说法中正确的是（　　）
A．红外测温仪根据人体发射红外线的强弱来判断体温高低
B．相同频率的机械波和电磁波叠加时也能发生干涉现象
C．雷电时发出的声光从空气传入水中波长均减小
D．各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线
【答案】A
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】A、红外测温仪根据人体发射红外线的强弱来判断物体温度的高度，A正确。
B、只有相同频率的机械波或相同频率的电磁波叠加时才可以发生干涉现象，机械波和电磁波之间不能发生干涉现象，B错误。
C、雷电发出的声波进入水中后波长增大，光波进入水中后，波长减小。C错误。
D、 γ射线 的频率最高，波长最短，最不容易发生干涉和衍射现象，D错误。
故答案为：A
【分析】根据机械波和电磁波的特点以及波长，频率和波速之间的关系分析求解。
14．下列有关说法正确的是（　　）
A．电磁炉使用时应接直流电源
B．在无线电技术中，使接收电路中产生电谐振的过程叫做解调
C．医院里常用X射线照射病房和手术室进行消毒
D．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波，进行天体物理研究
【答案】D
【知识点】电磁波的发射、传播与接收；电磁波的应用
【解析】【解答】A．电磁炉只能在交变电流下才能正常工作，如果给电磁炉使用直流电源，电磁炉不可以正常工作，A项错误；
B．在无线电技术中，使接收电路中产生电谐振的过程叫做调谐，而不是解调，B项错误；
C．X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体；对人体有辐射，不能用来消毒，C项错误；
D．射电望远镜接收天体辐射的无限电波来工作。所以，天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波，进行天体物理研究，D项正确。
故答案为：D。
【分析】电磁炉只能在交变电流下才能正常工作，接收电路中产生电谐振的过程叫做调谐，X射线都有很高的穿透本领。
15．下列关于电磁波的说法正确的是（　　）
A．射线能在磁场中偏转，穿透力较强，可用来进行人体透视
B．紫外线有很强的荧光效应，可用于防伪
C．麦克斯韦建立了电磁场理论并证实了电磁波的存在
D．红外体温计是依据体温计发射红外线来测量体温的
【答案】B
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】A． 射线穿透力较强，可用来进行人体透视，但不带电，不能在磁场中偏转，A不符合题意；
B．紫外线有很强的荧光效应，可用于防伪，B符合题意；
C．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，C不符合题意；
D．红外体温计是依据人体发射红外线来测量体温的，不是体温计发射红外线，D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】X射线不带电所以不能在磁场中偏转；赫兹利用实验证实了电磁波的存在；红外体温计是依据人体发射红外线来测量体温的。
二、多项选择题
16．红外测温门在疫情防控中发挥了重要作用，它使用了一种传感器，当它感应到有人走近时会自动对人测温，如果体温低于37.3℃门会自动打开。下列说法中正确的是（　　）
A．当人体温低于37.3℃时不会向外辐射红外线
B．人的体温越高，测温门测量时接收到的最强辐射越强
C．该测温门感应到人体辐射的电磁波比可见光的波长短
D．该测温门上使用的传感器是将接收到的红外信号转化为电信号
【答案】B,D
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】A．当人体温低于37.3℃时会向外辐射红外线，因为所有物体都向外辐射红外线，A不符合题意；
B．温度越高，辐射越强，人的体温越高，测温门测量时接收到的最强辐射越强，B符合题意；
C．红外线的波长比可见光的长，C不符合题意；
D．该测温门上使用的传感器是将接收到的红外信号转化为电信号进行处理，D符合题意。
故答案为：BD。
【分析】所有物体都会向外辐射红外线；红外线的波长大于可见光的波长。
17．各种电磁波在日常生活和生产中被应用。下列关于电磁波的说法中，正确的是
A．频率越大的电磁波，在真空中的传播速度越大
B．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线
C．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是射线
D．医院里常用射线对病房和手术室进行消毒
【答案】B,C
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】A．电磁波在真空中的传播速度为光速，故A错误；
B．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线，故B正确；
C．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是X射线，故C正确；
D．医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，故D错误。
故答案为：BC。
【分析】电磁波在真空中的传播速度为光速；
熟练掌握各种波的运用。
18． 下面图片均涉及电磁波的广泛应用，你认为说法正确的是（　　）
A．图甲中，人类在1974年向银河系中发出对外星人的问候，是用电磁波发射的，在发射前要进行调制而不是调谐
B．图乙中，红外线夜视仪是利用了红外线热效应强的特点
C．图丙中，CT机应用人体发射红外线的原理拍摄人体组织
D．图丁中，天文学家利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究
【答案】A,B,D
【知识点】电磁波的应用
【解析】【解答】A.由分析知，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制，接收到电磁波后进行调谐，A正确；
B.利用红外线热效应强的特点制成红外线夜视仪，物体每时每刻都在辐射红外线，B正确；
C. CT机应用X射线拍摄人体组织，C错误；
D. 图丁中，天文学家利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究，D正确；
故答案为：ABD。
【分析】在电磁波发射技术中， 使载波随各种信号而改变的技术叫作调制。使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。
19．如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中，火箭升空过程中受到推进力的施力物体是大气层中的空气
B．乙图中，验钞机利用了紫外线的荧光效应
C．丙图中，浙江交通之声广播FM93发射的电磁波调制方式为调频
D．丁图中，磁电式仪表线圈的铝框骨架在指针偏转时起到了电磁阻尼的作用
【答案】B,C,D
【知识点】牛顿第三定律；涡流、电磁阻尼、电磁驱动；电磁波的发射、传播与接收；电磁波的应用
【解析】【解答】A． 甲图中，火箭升空过程中受到推进力的施力物体是燃料燃烧喷射出的高温气体，故A错误；
B． 根据紫外线具有荧光效应可知，乙图中，验钞机利用了紫外线的荧光效应，故B正确；
C． 调制方式分为调幅与调频两种，丙图中，浙江交通之声广播FM93发射的电磁波调制方式为调频，故C正确；
D． 丁图中， 磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，目的是起到电磁阻尼的作用 ，故D正确。
故选BCD。
【分析】 火箭升空过程受到推力的施力物体是燃料燃烧喷射出的高温气体；验钞机利用了紫外线的荧光作用；FM的调制方式的调频；电磁阻尼是是电磁感应现象。
20．下列说法正确的是（　　）
A．甲图：消声原理是利用了波的干涉原理
B．乙图：微波炉利用紫外线对食物加热
C．丙图：医院用“CT”检查身体，利用了γ射线穿透本领强的特性
D．丁图：“互感式”钳式电流表不能用来测量恒定电流的大小
【答案】A,D
【知识点】电磁感应的发现及产生感应电流的条件；波的干涉现象；电磁波的应用
【解析】【解答】A. 消声原理是利用了波的干涉原理，在相位上差的奇数倍，从而互相干涉抵消，A符合题意；
B. 微波炉加热食物是利用微波进行加热的，不是利用紫外线，B不符合题意；
C. 医院用“CT”检查身体，利用了射线穿透本领强的特性，C不符合题意；
D. “互感式”钳式电流表是利用电场感应原理，需要磁通量发生变化，即电流发生变化，故不能用来测量恒定电流的大小，D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】消声原理是利用了波的干涉原理， 微波炉加热食物是利用微波进行加热的；“CT”检查身体利用了射线穿透本领强；“互感式”钳式电流表是利用电场感应原理。
三、非选择题
21．小物通过视频号“胜哥课程”了解了中国高铁。
中国高铁利用“北斗”导航技术、5G通信技术等构建运营的“超强大脑”，实现了数字化、智能化的管理。具有完全自主知识产权的新一代高速列车“复兴号”投入了高铁运营。
（1）5G信号相较于4G信号采用了频率更高的无线电波，具有数据传输更快的特点。
（1）（多选）在空气中传播时，5G信号与4G信号相比　 　；
A．具有更快的传播速度 B．具有相同的传播速度
C．更容易发生衍射 D．更不容易发生衍射
（2）（多选）无线电波可由LC振荡电路产生，某时刻的电路工作状态如图所示，此时　 　。
A．电容器正在放电 B．电容器正在充电
C．线圈中磁场的方向向上 D．线圈中磁场的方向向下
E．线圈储存的磁场能正在增大 F．线圈储存的磁场能正在减小
（2）“北斗”导航系统主要由地球同步轨道卫星和中轨道卫星组成。某一地球同步轨道卫星和一颗中轨道卫星在同一平面内环绕地球做匀速圆周运动、且绕行方向相同。如图（a）所示。
（1）同步轨道卫星和中轨道卫星绕地球做圆周运动的线速度分别、，则　 　；
A． B． C．
（2）若这两颗卫星之间的距离随时间t变化的关系如图（b）所示，则中轨道卫星的运行周期　 　h。
（3）“复兴号”列车在某段长为1000m的平直轨道上行驶，其速度的平方与位移x的关系，如图所示。
（1）乘客将一水杯放置在车厢水平桌面上，在此过程中水杯里水面的形状可能是　 　；
（2）列车通过此路段所用的时间为　 　s。
（4）如图，“复兴号”动车组共8节车厢。每节车厢的质量均为m，每节动力车厢能提供的最大驱动功率相同，重力加速度为g。
（1）（计算）动车组采用4动4拖模式，依靠前面的4节动力车厢来带动整个列车运行。动车组在平直轨道上匀加速启时，若每节车厢所受阻力均为车厢所受重力的k倍，每节动力车厢提供的牵引力大小为F，求第4节车厢对第5节车厢的作用力大小；　 　
（2）若动车组在高速行驶过程中所受阻力与其速率成正比，采用4动4拖模式，最高时速可达350km/h，则改为采用1动7拖模式后，动车组的最高时速为　 　km/h。
（5）高速列车上安装有电磁制动系统，其原理可简单描述为线框进出磁场受电磁阻尼作用。某同学进行了模拟研究：用同种导线制成边长为L、质量为m的正方形线框abcd，将其放置在光滑绝缘的水平面内。线框abcd以初速度进入磁感应强度大小为B、方向竖直向下，宽度为d的匀强磁场（），测得当线框完全穿过磁场时，其速度大小为，如图所示。
（1）线框abcd刚进入磁场和刚要离开磁场时，ab两点间的电势差分别为和，则　 　；
（2）（计算）求线框abcd的电阻大小R；　 　
（3）线框abcd在进入磁场和离开磁场的过程中，线框中产生的热量分别为和，则　 　。
【答案】（1）BD；BCF
（2）A；8
（3）B；25
（4）；175
（5）6：1；；7：5
【知识点】牛顿第二定律；卫星问题；机车启动；电磁感应中的磁变类问题；电磁波的应用
【解析】 [解答]（1）（1）AB．在空气中传播时，5G信号与4G信号具有相同的传播速度，均为光速，故A错误，B正确；
CD.5G信号相较于4G信号采用了频率更高的无线电波，则5G信号的波长小于4G信号的波长，所以5G信号与4G信号更不容易发生衍射，故C错误，D正确。
故选BD。
（2）由题图可知电流方向由下极板流向上极板，且上极板带正电，则此时电容器正在充电；可知此时电容器电场能正在增大，线圈储存的磁场能正在减小；根据右手螺旋定则可知线圈中磁场的方向向上。
故选BCF。
（2）（1）、卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力可得
可得，由于同步轨道卫星半径大于中轨道卫星半径，则有
故选A。
（2）由题图可知，两卫星每隔相距最近，则有
可得中轨道卫星的运行周期为
（3）（1）、根据图像可知，列车做匀加速直线运动，加速度大小为，乘客将一水杯放置在车厢水平桌面上，设水面与水平方向的夹角为，则有，可得。可知此过程中水杯里水面的形状是一倾斜直线，且水的加速度方向与行驶方向相同。
故选B。
（2）由题图可知，，
则列车通过此路段所用的时间为
（4）（1）、以8节车厢为整体，根据牛顿第二定律可得
以后面4节车厢为整体，根据牛顿第二定律可得
联立解得第4节车厢对第5节车厢的作用力大小为
（2）若动车组在高速行驶过程中所受阻力与其速率成正比，采用4动4拖模式，最高时速可达350km/h，则有，则改为采用1动7拖模式后，则
可得动车组的最高时速为
（5）（1）、设线框abcd的电阻为，线框abcd刚进入磁场时，产生的电动势为
此时ab两点间的电势差为
线框abcd刚离开磁场时，产生的电动势为
此时ab两点间的电势差为
则有
（2）线框从进入磁场到离开磁场过程，根据动量定理可得
又，则有
联立解得线框abcd的电阻为
（3）设线框完全进入磁场时的速度大小为，则线框进入磁场过程，根据动量定理可得，线框离开磁场过程，根据动量定理可得，解得
根据能量守恒可得，
则有
[分析]一、电磁波与振荡电路
电磁波传播：真空中所有电磁波速度相同（光速 ）。
频率越高，波长越短，衍射能力越弱（越不易绕障碍）。
LC振荡电路：根据电流方向和电容器极板带电情况判断充放电状态。
电流流向正极板 → 充电；电流流出正极板 → 放电。
充电时电容器电场能增加，线圈磁场能减小。
二、卫星圆周运动规律
线速度与轨道半径：
同步卫星半径 > 中轨卫星半径 → 。
卫星相遇周期：相距最近的条件：相位差 的整数倍。
关系式：，利用图中最近时间间隔求 。
三、匀变速直线运动与图像
图像：由 知图像为直线 → 匀加速。斜率
水杯水面形状：列车匀加速，水面倾斜，加速度方向与运动方向一致 → 水面前低后高（与加速度反向）。
四、列车牵引与阻力模型
匀加速启动：整体法、隔离法求车厢间作用力。
列车总质量 ，牵引力 ，阻力
对后 4 节车厢列牛顿第二定律求第 4 节对第 5 节作用力。
功率与阻力：阻力 → 匀速时
功率一定时，最高速度
4 动 → 1 动，速度变为原来的 →
五、电磁阻尼与动量定理
线框进出磁场：进入时 ab 为电源的一部分（电动势 ），电势差 （四分之三电动势）。
离开时 cd 为电源，ab 为外电路一部分 → 电势差
动量定理求电阻：进磁场过程：，其中
出磁场过程同理，联立解得R。
热量比：能量守恒： 等，结合动量定理结果求比例。
六、易错点提醒：
电磁波速度与频率无关，误认为 5G 传播更快。
LC 振荡中电流方向与充放电判断错误。
卫星相遇时间间隔公式写错（应同向追赶）。
车厢作用力方向误判（拉力或推力）。
电磁阻尼中电势差计算忽略速度变化或电动势分配错误。
（1）（1）[1]AB．在空气中传播时，5G信号与4G信号具有相同的传播速度，均为光速，故A错误，B正确；
CD.5G信号相较于4G信号采用了频率更高的无线电波，则5G信号的波长小于4G信号的波长，所以5G信号与4G信号更不容易发生衍射，故C错误，D正确。
故选BD。
（2）[2]由题图可知电流方向由下极板流向上极板，且上极板带正电，则此时电容器正在充电；可知此时电容器电场能正在增大，线圈储存的磁场能正在减小；根据右手螺旋定则可知线圈中磁场的方向向上。
故选BCF。
（2）（1）[1]卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力可得
可得
由于同步轨道卫星半径大于中轨道卫星半径，则有
故选A。
（2）[2]由题图可知，两卫星每隔相距最近，则有
可得中轨道卫星的运行周期为
（3）（1）[1]根据图像可知，列车做匀加速直线运动，加速度大小为
乘客将一水杯放置在车厢水平桌面上，设水面与水平方向的夹角为，则有
可得
可知此过程中水杯里水面的形状是一倾斜直线，且水的加速度方向与行驶方向相同。
故选B。
（2）[2]由题图可知，，
则列车通过此路段所用的时间为
（4）（1）[1]以8节车厢为整体，根据牛顿第二定律可得
以后面4节车厢为整体，根据牛顿第二定律可得
联立解得第4节车厢对第5节车厢的作用力大小为
（2）[2]若动车组在高速行驶过程中所受阻力与其速率成正比，采用4动4拖模式，最高时速可达350km/h，则有
则改为采用1动7拖模式后，则
可得动车组的最高时速为
（5）（1）[1]设线框abcd的电阻为，线框abcd刚进入磁场时，产生的电动势为
此时ab两点间的电势差为
线框abcd刚离开磁场时，产生的电动势为
此时ab两点间的电势差为
则有
（2）[2]线框从进入磁场到离开磁场过程，根据动量定理可得
又
则有
联立解得线框abcd的电阻为
（3）[3]设线框完全进入磁场时的速度大小为，则线框进入磁场过程，根据动量定理可得
线框离开磁场过程，根据动量定理可得
解得
根据能量守恒可得，
则有
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物理选择性必修二4.4 电磁波谱同步练习（优生加练）
一、选择题
1． 第五代移动通信技术简称5G，5G应用3300MHz~5000MHz频段的无线电波传送信号，5G将帮助世界开启万物互联新时代。下列关于电磁波谱的说法正确的是（　　）
A．红外线的波长比无线电波的波长更长
B．遥控器是利用无线电波工作的
C．X 射线的频率比射线的频率小
D．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒
2．小物通过视频号“胜哥课程”观看了载人飞船成功返回地面的视频。返回舱返回过程中，有一段时间通讯与地面会严重失效，甚至完全中断，这种现象称为黑障。形成黑障的直接原因最有可能的是（　　）
A．返回舱周围形成的高温等离子层
B．返回舱的金属外壳外部产生静电屏蔽
C．返回舱在返回过程出现的失重现象
D．返回舱进入对流层后受大气的扰动
3．下列关于电磁波的说法中不正确的是（　　）
A．常用的电视机遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机
B．微波炉能快速加热食物是利用红外线具有显著的热效应
C．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波进行天体物理研究
D．遥感技术中利用了红外线探测器接收物体发出的红外线来探测被测物体的特征
4． 5G网络使用的无线电波通信频率是以上的超高频段和极高频段，比目前通信频率在间的特高频段的4G网络拥有更大的带宽和更快的传输速率，如图所示5G网络的传输速率是4G网络的倍。与4G网络相比（　　）
A．5G信号的频率更小
B．5G信号的传播速度超过光速
C．5G信号相同时间内能传递更大的信息量
D．5G信号不属于无线电波，它的波长小于可见光
5． 目前，我国已进入全面5G时代。5G，即第五代移动通信技术，采用3300~5000MHz频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术，1880~2635MHz频段）技术而言，具有极大的带宽、容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比（　　）
A．需要更多的通信基站 B．更适合长距离传输
C．在真空中的传播速度更快 D．更不容易被障碍物阻挡
6．行车安全越来越被人们所重视，现在许多车企都在汽车上配置有主动刹车系统（AEB）。该系统主要分为控制模块、测距模块和制动模块，利用微波雷达、图像识别技术和红外摄像头，可以将道路的图像和路况实时传递给控制模块，在紧急情况下，由车载微处理器发出控制命令，自动采取制动措施，保证车辆安全。微波的波长范围在0.001~10m，下列说法正确的是（　　）
A．产生微波的LC振荡电路中，要想增大震荡周期，可以增大电容器的电容C
B．微波只能在空气中传播而不能在真空中传播
C．微波遇到障碍物时，只能发生反射现象而不能发生衍射现象
D．微波遇到障碍物时，只能发生衍射现象而不能发生反射现象
7．现代人们的生活各处都与电磁波息息相关。下列关于电磁波的说法正确的是（　　）
A．温度高于0℃的物体才会发射出红外线
B．X射线的穿透性强于紫外线
C．手机通讯使用的电磁波频率大于可见光的频率
D．麦克斯韦通过实验证明了电磁波的存在
8．下列说法正确的是（　　）
A．自然界里遵循能量守恒定律的一切现象都可以自发发生
B．手机无线充电利用的是电流的热效应技术
C．雷达是利用次声波进行测距、定位的仪器
D．光子的能量表明了光既具有波动性，又具有粒子性
9．光刻机利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体，提高分辨率，如图所示。若浸没液体的折射率为1.65，当不加液体时光刻胶的曝光波长为193nm，则加上液体后（　　）
A．紫外线进入液体后波长变短，光子能量增加
B．传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的
C．紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射，能提高分辨率
D．在液体中的曝光波长约为117nm
10．下列说法正确的是（　　）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关
B．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
C．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波的波长也相等
11．在我们的生产生活中很多应用都与电磁波有关，则下列说法正确的是（　　）
A．验钞机检验钞票真伪体现了紫外线的荧光作用
B．X射线和射线都可以探测金属构件内部的缺陷，X射线还可以摧毁病变细胞，治疗某些癌症
C．红外线的显著作用是热效应，温度较低的物体不能辐射红外线
D．麦克斯韦预言了电磁波并在实验室证实了电磁波的存在
12．关于电和磁的情景中，下列说法正确的是（　　）
图（a） 图（b） 图（c） 图（d）
A．图（a）是工厂静电除尘装置的示意图，A、B两端接直流高压电源后，则金属丝与管壁间的电场可视为匀强电场
B．图（b）是研究电磁感应的实验，若开关一直接通，小螺线管A插入大螺线管B 中不动，则滑动变阻器阻值匀速滑动时无感应电流，加速滑动时有感应电流
C．图（c）是微波炉，利用微波加热食物，微波是一种电磁波，具有可以连续变化的能量
D．图（c）是手机无线充电的原理，若将交流电接入送电线圈中，可以对手机进行充电
13．下列说法中正确的是（　　）
A．红外测温仪根据人体发射红外线的强弱来判断体温高低
B．相同频率的机械波和电磁波叠加时也能发生干涉现象
C．雷电时发出的声光从空气传入水中波长均减小
D．各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线
14．下列有关说法正确的是（　　）
A．电磁炉使用时应接直流电源
B．在无线电技术中，使接收电路中产生电谐振的过程叫做解调
C．医院里常用X射线照射病房和手术室进行消毒
D．天文学家用射电望远镜接收天体辐射的无线电波，进行天体物理研究
15．下列关于电磁波的说法正确的是（　　）
A．射线能在磁场中偏转，穿透力较强，可用来进行人体透视
B．紫外线有很强的荧光效应，可用于防伪
C．麦克斯韦建立了电磁场理论并证实了电磁波的存在
D．红外体温计是依据体温计发射红外线来测量体温的
二、多项选择题
16．红外测温门在疫情防控中发挥了重要作用，它使用了一种传感器，当它感应到有人走近时会自动对人测温，如果体温低于37.3℃门会自动打开。下列说法中正确的是（　　）
A．当人体温低于37.3℃时不会向外辐射红外线
B．人的体温越高，测温门测量时接收到的最强辐射越强
C．该测温门感应到人体辐射的电磁波比可见光的波长短
D．该测温门上使用的传感器是将接收到的红外信号转化为电信号
17．各种电磁波在日常生活和生产中被应用。下列关于电磁波的说法中，正确的是
A．频率越大的电磁波，在真空中的传播速度越大
B．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线
C．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是射线
D．医院里常用射线对病房和手术室进行消毒
18． 下面图片均涉及电磁波的广泛应用，你认为说法正确的是（　　）
A．图甲中，人类在1974年向银河系中发出对外星人的问候，是用电磁波发射的，在发射前要进行调制而不是调谐
B．图乙中，红外线夜视仪是利用了红外线热效应强的特点
C．图丙中，CT机应用人体发射红外线的原理拍摄人体组织
D．图丁中，天文学家利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究
19．如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中，火箭升空过程中受到推进力的施力物体是大气层中的空气
B．乙图中，验钞机利用了紫外线的荧光效应
C．丙图中，浙江交通之声广播FM93发射的电磁波调制方式为调频
D．丁图中，磁电式仪表线圈的铝框骨架在指针偏转时起到了电磁阻尼的作用
20．下列说法正确的是（　　）
A．甲图：消声原理是利用了波的干涉原理
B．乙图：微波炉利用紫外线对食物加热
C．丙图：医院用“CT”检查身体，利用了γ射线穿透本领强的特性
D．丁图：“互感式”钳式电流表不能用来测量恒定电流的大小
三、非选择题
21．小物通过视频号“胜哥课程”了解了中国高铁。
中国高铁利用“北斗”导航技术、5G通信技术等构建运营的“超强大脑”，实现了数字化、智能化的管理。具有完全自主知识产权的新一代高速列车“复兴号”投入了高铁运营。
（1）5G信号相较于4G信号采用了频率更高的无线电波，具有数据传输更快的特点。
（1）（多选）在空气中传播时，5G信号与4G信号相比　 　；
A．具有更快的传播速度 B．具有相同的传播速度
C．更容易发生衍射 D．更不容易发生衍射
（2）（多选）无线电波可由LC振荡电路产生，某时刻的电路工作状态如图所示，此时　 　。
A．电容器正在放电 B．电容器正在充电
C．线圈中磁场的方向向上 D．线圈中磁场的方向向下
E．线圈储存的磁场能正在增大 F．线圈储存的磁场能正在减小
（2）“北斗”导航系统主要由地球同步轨道卫星和中轨道卫星组成。某一地球同步轨道卫星和一颗中轨道卫星在同一平面内环绕地球做匀速圆周运动、且绕行方向相同。如图（a）所示。
（1）同步轨道卫星和中轨道卫星绕地球做圆周运动的线速度分别、，则　 　；
A． B． C．
（2）若这两颗卫星之间的距离随时间t变化的关系如图（b）所示，则中轨道卫星的运行周期　 　h。
（3）“复兴号”列车在某段长为1000m的平直轨道上行驶，其速度的平方与位移x的关系，如图所示。
（1）乘客将一水杯放置在车厢水平桌面上，在此过程中水杯里水面的形状可能是　 　；
（2）列车通过此路段所用的时间为　 　s。
（4）如图，“复兴号”动车组共8节车厢。每节车厢的质量均为m，每节动力车厢能提供的最大驱动功率相同，重力加速度为g。
（1）（计算）动车组采用4动4拖模式，依靠前面的4节动力车厢来带动整个列车运行。动车组在平直轨道上匀加速启时，若每节车厢所受阻力均为车厢所受重力的k倍，每节动力车厢提供的牵引力大小为F，求第4节车厢对第5节车厢的作用力大小；　 　
（2）若动车组在高速行驶过程中所受阻力与其速率成正比，采用4动4拖模式，最高时速可达350km/h，则改为采用1动7拖模式后，动车组的最高时速为　 　km/h。
（5）高速列车上安装有电磁制动系统，其原理可简单描述为线框进出磁场受电磁阻尼作用。某同学进行了模拟研究：用同种导线制成边长为L、质量为m的正方形线框abcd，将其放置在光滑绝缘的水平面内。线框abcd以初速度进入磁感应强度大小为B、方向竖直向下，宽度为d的匀强磁场（），测得当线框完全穿过磁场时，其速度大小为，如图所示。
（1）线框abcd刚进入磁场和刚要离开磁场时，ab两点间的电势差分别为和，则　 　；
（2）（计算）求线框abcd的电阻大小R；　 　
（3）线框abcd在进入磁场和离开磁场的过程中，线框中产生的热量分别为和，则　 　。
答案
1．C
2．A
3．B
4．C
5．A
6．A
7．B
8．D
9．D
10．A
11．A
12．D
13．A
14．D
15．B
16．B,D
17．B,C
18．A,B,D
19．B,C,D
20．A,D
21．（1）BD；BCF
（2）A；8
（3）B；25
（4）；175
（5）6：1；；7：5
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