高中物理练习电磁波 相对论简介

电磁波相对论简介本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，试卷满分为100分．考试时间为90分钟．第Ⅰ卷(选择题，共40分)一、选择题(本题共10小题，每题4分，共40分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号)1．关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是( )A．均匀变化的电场在它的周围产生均匀变化的磁场B．电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且与波的传播方向垂直C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播D．只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波解析：根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电场在它的周围产生稳定的磁场，故选项A是错误的．因电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的．且与波的传播方向垂直，所以电磁波是横波，故选项B是正确的．电磁波可以在真空中传播，故选项C 是错误的．只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场，就在周期性变化的电场周围产生同周期变化的磁场，周期性变化的磁场周围产生同周期变化的电场，这样由近及远传播，形成了电磁波，故选项D是正确的．答案：BD2．下列说确的是( )A．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一B．拍摄玻璃橱窗的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度C．光在介质中的速度大于光在真空中的速度D．变化的电场一定产生变化的磁场；变化的磁场一定产生变化的电场解析：由相对论的知识知，A对；拍摄玻璃窗的物品时，在镜头前加一个偏振片是为了滤去反射光而不是增加透射光的强度，B错；光在任何介质中的传播速度都比真空中小，C 错；由麦克斯韦的电磁理论，变化的电场一定产生磁场，但不一定产生变化的磁场，如随时间均匀变化的电场产生稳定的磁场，同样，变化的磁场不一定产生变化的电场．答案：A3．“风云”二号卫星发送回地面的红外云图是由卫星上设置的可以接收云层辐射的红外线的感应器完成的，云图上的黑白程度是由辐射红外线的云层的温度高低决定的，这是利用了红外线的( )A．穿透性B．热效应C．可见性D．化学效应解析：红外线是不可见光，人眼无法觉察到，所以C选项错误．它的波长长，频率低，穿透能力较弱，A选项错误．它的主要作用是热效应，物体温度越高，向外辐射的红外线越强，正是利用这一性质得到大气层遥感图的，故B选项正确，D选项错误．答案：B4．下列说法符合实际的是( )A．医院里常用X射线对病房和手术室消毒B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒C．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力D．在人造卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力解析：紫外线有杀菌消毒的作用，红外线的主要效应是热效应，且红外线的波长长，易衍射，穿透云雾烟尘的能力强．答案：BD5．关于电磁波谱，下列说确的是( )A．伦琴射线是高速电子流射到固体上，使固体原子的层电子受到激发而产生的B．γ射线是原子的层电子受激发产生的C．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线D．紫外线比紫光更容易发生衍射现象解析：在电磁波中，无线电波是振荡电路产生的；红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发产生的；伦琴射线是原子层电子受激发产生的；γ射线是原子核受激发后产生的．从无线电波到γ射线，频率逐渐增大，波长逐渐减小，而波长越长，越容易发生衍射现象，因此，紫光比紫外线更容易发生衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象．答案：A6．太中包含的某种紫外线的频率为f1，VCD影碟机中读取光盘数字信号的红色激光的频率为f2，人体透视使用的X光的频率为f3，则下列结论正确的是( ) A．这三种频率的大小关系是f1<f2<f3B．紫外线是原子的层电子受激发产生的C．红色激光是原子的外层电子受激发产生的D．X光是原子核受激发产生的解析：根据电磁波谱中各种电磁波产生的原理可知，紫外线，红色激光(属于可见光)是原子的外层电子受激发产生的，X光是原子的层电子受激发产生的，则C选项正确，B，D 选项错误．答案：C7．图1是一个水平放置的玻璃圆环形的小槽，槽光滑，槽的宽度和深度处处相同，现将一个直径略小于槽宽的带正电的小球放在槽中，让它获得一个初速度v0，与此同时，有一个变化的磁场垂直穿过玻璃环形小槽外径所对应的圆面积，磁感应强度的大小跟时间成正比例增大，方向竖直向下，设小球在运动过程中电荷量不变，则( )图1A．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大C．磁场力对小球做了功D．小球受到的磁场力大小与时间成正比解析：由麦克斯韦电磁场理论可知，磁感应强度随时间均匀增大时，将产生一个恒定的感应电场，由楞次定律可知，此电场方向与小球初速度方向相同，由于小球带正电，电场力对小球做正功，小球的速度逐渐增大，向心力也随着增大，故A选项错误，B选项正确．洛伦兹力对运动电荷不做功，C选项错误．带电小球所受洛伦兹力F＝qBv，随着速度的增大而增大，同时B与t成正比，则F与t不成正比，故D选项错误．答案：B8．爱因斯坦提出了质能方程，揭示了质量与能量的关系，关于质能方程，下列说确的是( )A．质量和能量可以相互转化B．当物体向外释放能量时，其质量必定减少，且减少的质量Δm与释放的能量ΔE满足ΔE＝Δmc2C．如果物体的能量增加了ΔE，那么它的质量相应减少Δm，并且ΔE＝Δmc2D．mc2是物体能够放出能量的总和解析：由质能方程可知，能量与质量之间存在着一定的必然对应的关系，而不能认为质量就是能量，能量就是质量，能量与质量是两个不同的概念．只有在核反应过程中，对应着质量的减少，才有能量释放出来．答案：B9．如果你以接近于光速的速度朝某一星体飞行，如图2所示，你是否可以根据下述变化发觉自己是在运动( )图2A．你的质量在增加B．你的心脏跳动在慢下来C．你在变小D．你永远不能由自身的变化知道你的速度解析：相对论的基本概念是：当你被关在一个封闭的房子中时，你绝对无法知道房子是否在做匀速运动．当房子突然停止运动时，在其中的人是能够感知这一点的；当房子突然开始运动时，其部的人也能有感觉；当房子旋转时，关在其部的人也能说出它在转动．但如果房子是在做匀速直线运动．即没有任何加速度，则在其部的人就无法知道房子是否在移动．即使房子有一个窗户，你从窗户向外看，看见某些东西在朝你移动，但你仍说不出是你的房子在向这些东西移动，还是这些东西在向你的房子移动．答案：D10．沿铁道排列的两电杆正中央安装一闪光装置，光信号到达一电杆称为事件1，到达另一电杆称为事件 2.从地面上的观察者和向右运动的车厢中的观察者看来，两事件是( )A．在地面观察者看来，事件1先发生；从车厢中观察者看来，事件2与事件1同时发生B．在地面观察者看来，事件2先发生；从车厢中观察者看来，事件2与事件1同时发生C．在地面观察者看来，事件1、2同时发生；从车厢中观察者看来，事件2比事件1后发生D．在地面观察者看来，事件1、2同时发生；从车厢中观察者看来，事件2比事件1先发生图3解析：从地面上的观察者看来，光源在两根电杆的正中央，光信号向两电杆传播的速度相同，因此，光信号同时到达两电杆．从运动车厢中的观察者看来，运动车厢是个惯性系，地面和电杆都在向左运动(如图3所示)，光信号向左右两侧传播速度相同(光速不变原理)．在光信号向两侧传播的过程中，地面及两个电杆都向左运动了一段距离，所以光信号先到达电杆2，后到达电杆1.答案：D第Ⅱ卷(非选择题，共60分)二、填空题(本题共2小题，每题8分，共16分)11．中国成功发射和回收了“神舟”号系列飞船，标志着中国运载火箭的技术水平已跻身于世界前列．(1)图4中A为某火箭发射场，B为山区，C为城市，发射场正在进行某型号火箭的发射试验，该火箭起飞时质量为2.20×105 kg，起飞推力为2.75×106 N，火箭发射塔高100 m，则该火箭起飞时的加速度大小为__________m/s2；在火箭推力不变的情况下，若不考虑空气阻力及火箭质量的变化，火箭起飞后，经____________ s飞离火箭发射塔．图4(2)为了传播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号，已知传播无线电广播所用的电磁波的波长为550 m ，而传输电视信号所用的电磁波的波长为0.566 m ，为了不让山区挡住信号传播，使城市居民能收听和收看火箭发射实况，必须通过建在山顶上的转发站来转发__________(填“无线电广播信号”或“电视信号”)，这是因为：____________.解析：(1)设火箭起飞的加速度大小为a ，则由牛顿第二定律有F －mg ＝ma 得a ＝2.5 m/s 2.设火箭起飞后经t 时间飞离发射塔，由匀变速直线运动规律有s ＝at 22，t ＝4 5 s ＝8.94 s.(2)电视信号波长短，沿直线传播，易受山坡阻挡，不易传播．答案：(1)2.5 8.94(2)电视信号；见解析12．(2011·模拟)“世界物理年”决议的作出是与爱因斯坦的相对论时空观有关．一个时钟，在它与观察者有不同相对速度的情况下，时钟的频率是不同的，它们之间的关系如图5所示．由此可知，当时钟和观察者的相对速度达到0.6c (c 为真空中的光速)时，时钟的周期大约为________．在日常生活中，我们无法察觉时钟周期的变化的现象，是因为观察者相对于时钟的运动速度________．若在高速运行的飞船上有一只表，从地面上观察，飞船上的一切物理、化学过程和生命过程都变__________(填“快”或“慢”)了．图5解析：根据图中数据可知，当时钟和观察者的相对速度达到0.6c时，对应时钟的频率为0.4 Hz，则周期为2.5 s．日常生活中，我们无法察觉是因为运动速度远小于光速c.在高速运行状态，时钟变慢．答案：2.5 s 远小于光速c慢三、计算题(本题共4小题，13、14题各10分，15、16题各12分，共44分，计算时必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13．(2010·模拟)如图6所示为某雷达的荧光屏，屏上标尺的最小刻度对应的时间为2×10－4s．雷达天线朝时，屏上的波形如图甲；雷达天线朝西方时，屏上的波形如图乙．问：雷达在何方发现了目标？目标与雷达相距多远？图6答案：西方300 km14．人马星座α星是离太阳系最近的恒星，它距地球4.3×1016m.设有一宇宙飞船自地球往返于人马星座α星之间．若宇宙飞船的速度为0.999c，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多少时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多少？解析：以地球上的时钟计算Δt ＝x v ＝2×4.3×10160.999×3×108 s ＝2.87×108 s ＝9年 若以飞船上的时钟计算：因为Δt ＝Δt ′/1－v /c2， 所以得Δt ′＝Δt 1－v /c 2＝2.87×108×1－0.9992s ＝1.28×107 s ＝0.4年．答案：9年 0.4年 15．(1)冥王星绕太阳公转的线速率为4.83×103 m/s ，求其静止质量为运动质量的百分之几？(2)星际火箭以0.8c 的速率飞行，其静止质量为运动质量的多少倍？解析：(1)设冥王星的静止质量为m 0，运动质量为m ，由公式m ＝m 01－v c2可得 m 0m ＝m 0m 01－ 4.83×1033.0×1082×100%＝99.9999%.(2)设星际火箭的静止质量为m ′0，运动质量为m ′，则m ′0m ′＝m 0m 01－0.8c c2＝0.6.答案：(1)99.9999% (2)0.6倍16．目前电能都是通过电网采用有线方式传输的．人们一直梦想能无线传输电能，梦想在日常生活中实现无线充电，甚至不用电池．现在，一个科学研究小组在实验室中取得了可喜的进展，也许，人类的这一梦想不久就能实现．(1)实现无线传输能量，涉及能量的________、传播和接收．(2)科学家曾经设想通过高耸的天线塔，以无线电波的形式将电能输送到指定地点，但一直没有在应用层面上获得成功，其主要原因是这类无线电波( )A ．在传输中很多能量被吸收B ．在传播中易受山脉阻隔C ．向各个方向传输能量D ．传输能量易造成电磁污染(3)如果像无线广播那样通过天线塔输送电能，接收器获得的功率P 和它到天线塔的距离R 相关，实验测得P 和R 的部分数据如下表：R (m)1 2 4 5 x 10①上表中的②根据表中的数据可归纳出P和R之间的关系为________．(4)为研究无线传输电能，某科研小组在实验室试制了无线电能传输装置，在短距离点亮了灯泡，如图7.实验测得，接在乙线圈上的电器获得的电能为输入甲线圈电能的35%.图7①若用该装置给充电功率为10 W的电池充电，则损失的功率为________ W.②若给甲线圈接入电压为220 V的电源，测得该线圈中的电流为0.195 A．这时，接在乙线圈上的灯泡恰能正常发光，则此灯泡的功率为________ W.(5)由于在传输过程中能量利用率过低，无线传播电能还处于实验室阶段．为早日告别电线，实现无线传输电能的工业化，还需解决一系列问题，请提出至少两个问题．________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 解析：(1)像电磁波一样，无线传输能量也需要发射、传播和接收的过程．(2)电磁波可以向各个方向传播，而电能的输送需要定向传播．(3)由表中的前三组数据和最后一组数据可以看出PR2＝1600.将R＝5带入上式得P＝64，所以y＝64；将P＝25带入得R＝8，所以x＝8.(4)①由题意知，输电效率为η＝35%，则P总＝P/η＝28.6 W.所以损失的功率为P损＝P总－P＝28.6－10＝18.6 W.②甲线圈输入功率为P总＝UI＝220×0.195＝42.9 W，所以，乙线圈得到的功率，即灯泡的功率为P＝P总η＝42.9 W×35%＝15.0 W.(5)因为在无线传输过程中，电磁波向各个方向传播是均等的，无法有效地控制方向性，所以为了更多地接收到电磁波，就需要接收仪器和发射点之间有较短的距离及接收器需有很大的体积．同时，向空间辐射较多的电磁波，对人体有害．答案：(1)发射(2)C (3)①8 64 ②PR2＝1600(4)①18.6 ②15.0 (5)仪器体积过大、对人体有伤害，传输距离太短等。