电磁波 相对论简介

第十四章 电磁波 相对论简介
课时作业39 电磁波
时间：45分钟 满分：100分
一、选择题(8×8′＝64′)
1．(2010·天津高考)下列关于电磁波的说法正确的是( )
A ．均匀变化的磁场能够在空间产生电场
B ．电磁波在真空和介质中传播速度相同
C ．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
D ．电磁波在同种介质中只能沿直线传播
解析：电磁波在真空中传播速度最大，为c ＝3×108 m/s ，在介质中传播速度v ＝c n
，n 为介质折射率，选项B 错误；均匀变化的电场或磁场，不能产生电磁波，选项C 错误；电磁波在均匀介质中沿直线传播，选项D 错误．
答案：A
2．关于电磁波，下列说法中正确的是( )
A ．在真空中，频率越高的电磁波速度越大
B ．在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大
C ．电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变
D ．只要发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波立即消失
解析：电磁波在真空中的传播速度都是光速，与频率、能量无关，而在介质中的传播速度要小于在真空中的传播速度．一旦电磁波形成了，电磁场就会向外传播，当波源的电磁振荡停止了，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会消失．
答案：C
3．关于γ射线，以下说法中正确的是( )
A ．比伦琴射线频率更高，穿透能力更强
B ．用来检测金属材料内部伤痕、裂缝、气孔等
C ．利用γ射线穿透力强制成金属测厚计来检测金属板的厚度
D ．“γ刀”是利用了γ射线的强穿透能力
解析：由于γ射线是一种比X 射线波长更短的电磁波，γ射线的能量极高，穿透能力比X 射线更强，也可用于金属探伤等，所以选项A 、B 、C 正确．
答案：ABC
4．关于电磁波，以下说法正确的是()
A．电磁波是能量存在的一种方式
B．电磁波能够传递能量
C．电磁波不是真实的物质
D．微波炉就是用微波的能量来煮饭烧菜的
解析：场是一种看不见，摸不着，但真实存在的客观物质，电磁波是电磁场在周围空间中传播而形成的，所以也是一种客观物质，答案C错误．
答案：ABD
5．关于红外线的以下说法中正确的是()
A．不同的物体辐射红外线的波长和强度不同，可以在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射
B．利用红外线的热效应对物体进行烘干
C．利用红外线波长较长，容易发生衍射的特点进行远距离摄影和高空摄影
D．利用不同物体辐射红外线的波长和强度的不同可以对物体进行远距离探测
解析：由于红外线是一种光波，一切物体都在不停地对外辐射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射性强一些．由于红外线的热效应，可用来烘干，又由于坦克、舰艇、人体等一切物体都在不停地发射红外线，并且不同的物体所辐射的红外线，其波长和强度不同，故在夜间或浓雾天气可通过红外线探测器来接收信号，并用电子仪器对接收到的信号进行处理，或用对红外线敏感的照相底片进行远距离摄影和高空摄影，就可察知物体的形状和特征．所以选项中的A、B、C、D正确．
答案：ABCD
6．关于电磁波的发射，下列说法中正确的是()
A．各种频率的电磁振荡都能辐射电磁波，只是辐射的能量所占振荡总能量的比例不同罢了，振荡周期越大，越容易辐射电磁波
B．为了有效向外辐射电磁波，振荡电路必须采用开放电路，同时提高振荡频率
C．为了有效向外辐射电磁波，振荡电路不需采用开放电路，但要提高振荡频率
D．提高振荡频率和电路开放是发射电磁波的必要手段，振荡电路开放的同时，其振荡频率也随之提高
解析：电磁波的发射应该采用开放电路，同时频率越高，发射范围越大．
答案：B
7．一种电磁波入射到半径为1 m的孔上，可发生明显的衍射现象，这种波属于电磁波谱的区域是()
A．γ射线B．可见光
C．无线电波D．紫外线
解析：根据发生明显的衍射现象的条件可知障碍物或孔的尺寸和波长相差不多或比波长还要小．电磁波谱中无线电波的波长范围大约在104～10－2 m，而红外线的波长范围大约在10－1～10－6m，可见光、紫外线、γ射线的波长更短．故只有无线电波才能发生明显的衍射现象．即选C.
答案：C
8．雷达是用来对目标进行定位的现代化定位系统．海豚也具有完善的声呐系统，它能在黑暗中准确而快速地捕捉食物，避开敌害，远远优于现代化的无线电系统．
(1)海豚的定位是利用了自身发射的()
A．电磁波B．红外线
C．次声波D．超声波
(2)雷达的定位是利用自身发射的()
A．电磁波B．红外线
C．次声波D．光线
解析：(1)海豚能发射超声波，它是一种频率高于2×104 Hz的声波，它的波长非常短，因而能定向发射，而且在水中传播时因能量损失小，要比无线电波和光波传得远．海豚就是靠自身发出的超声波的回声来在混浊的水里准确确定远处的小鱼位置而猛冲过去吞食，选
D.
(2)雷达是一个电磁波的发射和接收系统．因而是靠发射电磁波来定位的，选A.
答案：(1)D(2)A
二、计算题(3×12′＝36′)
图1
9．20世纪80年代初，科学家发明了硅太阳能电池，如果在太空中设立太阳能电站卫星，可24 h发电，且不受昼夜气候影响．如图1所示，利用微波——电能转换装置将电能转换成微波向地面发送，电站卫星最佳位置在离地1100 km的赤道上空，微波定向性很好，飞机通过微波区不会发生意外，但微波对飞鸟是致命的，可在地面接收站附近装上保护网或驱逐音响，不让飞鸟通过．预计在21世纪初地球上空将升起电站卫星．(地球半径R＝6400 km)
(1)太阳能电池将实现哪种转换()
A．光能——微波B．光能——内能
C．光能——电能D．电能——微波
(2)在1100 km 高空电站卫星速度约为( )
A ．3.1 km/s
B ．7.2 km/s
C ．7.9 km/s
D ．11.2 km/s
(3)微波指( )
A ．超声波
B ．次声波
C ．电磁波
D ．机械波 (4)飞机外壳对微波的哪种作用使飞机安全无恙( )
A ．反射
B ．吸收
C ．干涉
D ．衍射
(5)微波对飞鸟是致命的，这是因为微波的( )
A ．电离作用
B ．穿透作用
C ．生物电作用
D ．产生强涡流
(6)若太阳能收集板的硅片每片面积为4 cm 2，可提供电能50 mW ，巨大的收集板电池面
积为5000 km 2，其发电功率是多少？
解析：(1)硅光电池已作为人造地球卫星的电源，它是实现光能——电能转化的装置．
(2)卫星电站绕地球做圆周运动，v ＝
G M r ，即v ∝1r
， 根据上式求得v ＝7.2 km/s.
(3)微波属于电磁波．
(4)微波波长短，它的衍射、干涉很难形成，反射特别显著，也称直线波，金属能反射电磁波，因而不受影响
(5)微波是频率很高的电磁波，在生物体内可引起涡流，由于电站的功率很大，相应地涡流产生的热量足以将鸟热死．
(6)太阳能电池板的发电功率为
P ＝5000×1010
4
×50×10－3 W ＝6.25×108 kW . 答案：(1)C (2)B (3)C (4)A (5)D
(6)6.25×108 kW
10．某雷达工作时，发射电磁波的波长λ＝20 cm ，每秒脉冲数n ＝5000个；每个脉冲持续的时间t ＝0.0002 s ，问电磁波的振荡频率为多少？最大的侦察距离是多少？
解析：电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c ，由波速、波长和频率三者间的关系可求得频率，根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，即可求得侦察距离，为此反射波必须在后一个发射波发射前到达雷达接收器．可见，雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲间隔时间内传播距离的一半．由c ＝λf 可得电磁波的振荡频率f ＝1.5×109 Hz
电磁波在雷达发射相邻两个脉冲间隔时间内传播的距离为s ＝cΔt ≈6×104 m
所以雷达的最大侦察距离s ′＝s 2
＝3×104 m ＝30 km. 答案：1.5×109 Hz 30 km
11．一次某雷达站正在观察一架飞机的飞行，若飞机正向雷达站飞来，从某时刻雷达站发出电磁波到接收到反射回来的电磁波，历时200 μs ，隔4 s 后再观察，从发出电磁波到接收到反射回来的电磁波历时186 μs ，求飞机飞行速度的大小．
解析：第一次发射电磁波时飞机离雷达站距离为
x 1＝ct 1/2＝3×104 m ，
第二次发射电磁波时飞机离雷达站距离为
x 2＝ct 2/2＝2.79×104 m ，
故飞机的飞行速度为
v ＝(x 1－x 2)/t ＝3×104－2.79×1044
m/s ＝525 m/s. 答案：525 m/s。