人教版物理必修三————
同步分层精练(二十三) 电磁波的发现及应用 能量量子化
第一级：物理观念——学考达标
1.下列说法不正确的是 ( )
A.光是一种电磁波
B.电磁波是一种物质
C.爱因斯坦提出了相对论时空观
D.麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在
2.(2025·安徽黄山阶段检测)下列说法正确的是 ( )
A.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射
B.只有温度高的物体才会有热辐射
C.电磁波是一种物质,不能在真空中传播
D.一个物体所具有的能量是非量子化的,可以是一个任意值
3.与传统的热传导测温仪相比,红外线测温仪具有操作简单、防交叉感染、测温效率高等特点,下列说法正确的是 ( )
A.当人体温度超过37 ℃时才向外辐射红外线
B.红外线属于电磁波,其波长小于紫外线的波长
C.红外线测温仪是依据人体温度越高辐射的红外线强度越大来测体温的
D.红外线测温仪工作原理跟传统水银体温计工作原理一样,都是利用热胀冷缩原理
4.如图所示是医生用计算机辅助某种射线断层摄影(简称“CT”)检查身体的情况,这种能穿透身体的射线是 ( )
A.X射线 B.红外线
C.紫外线 D.可见光
5.关于黑体与黑体辐射,下列说法正确的是 ( )
A.热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波
B.黑体是黑色的
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,与材料的种类及表面状况无关
D.煤烟很接近黑体,如置于阳光下照射,煤烟温度会不断上升
6.已知某单色光的波长为λ,在真空中光速为c,普朗克常量为h,则该单色光的能量子ε的值为 ( )
A.h B.
C. D.以上均不正确
7.电磁波在日常生活中有着广泛的应用。下列说法正确的是 ( )
A.微波炉加热食物是利用了红外线的热作用
B.红外线应用在遥感技术中,是利用了它穿透本领强的特性
C.医院用X射线进行透视,是因为它是各种电磁波中穿透能力最强的
D.利用紫外线灭菌消毒,是因为紫外线具有较高的能量
8.(2025·江苏镇江阶段检测)使用蓝牙耳机接听手机来电,信号传输示意图如图所示。蓝牙通信的电磁波 ( )
A.是蓝光
B.波长比手机通信的电磁波长
C.在真空中的传播速度大小为340 m/s
D.能在真空中传播
9.如图所示,共享单车打通了公共交通的“最后一公里”,方便了居民出行。共享单车上的定位技术,可以给单车精准定位。单车在被骑行过程中车内电池自行充电,满足定位和自动开锁等过程中的用电。用户仅需用手机上的客户端软件(APP)扫描二维码,即可自动开锁,骑行时手机APP上能实时显示单车的位置,骑行到指定的停车区域时才可以顺利还车;还车关锁后APP就显示计时、计价、里程等信息。根据以上信息,下列说法正确是 ( )
A.单车是利用电磁感应原理实现充电的
B.单车和手机之间是利用声波传递信息的
C.单车某个时刻的位置是主要借助用户手机确定的
D.由手机APP上的显示信息,可求出骑行的平均速度
第二级：科学思维与探究——选考进阶
10.(2025·合肥阶段检测)“中国天眼”的强大观测能力结合创新的分析方法,能够深入刻画宇宙间的神秘爆发信号,有望最终揭示其起源。如图所示是中国天眼FAST——500 m口径球面射电望远镜,天眼接收的射电波工作波长在分米到米的范围,真空中的光速c=3.0×108 m/s,下列说法正确的是 ( )
A.天眼接收的射电波是电磁波,麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
B.天眼只能在白天晴朗的天气工作
C.天眼接收的射电波的频率区间为108~109 Hz
D.电磁波是一种物质,具有能量,电磁波的传播需要介质
11.(2025·山东德州阶段检测)对于下列实验和生活用品,说法正确的是 ( )
A.甲图中,两根通电方向相反的长直导线相互排斥,是通过电场实现的
B.乙图中,若在ab的两端接上大小和方向发生周期性变化的电流,则接在cd端的电流表会有偏转
C.丙图中,微波炉加热食物,微波是一种电磁波,微波具有可连续变化的能量
D.奥斯特利用丁图实验装置发现了电磁感应现象
12.(2025·江苏南京期中)为防范和打击利用无线电技术手段进行考试作弊行为,确保普通高考公平顺利进行,各市无线电管理处周密部署,多措并举,全力以赴确保高考期间无线电安全。关于电磁波的特性,下列说法正确的是 ( )
A.X射线有显著的化学作用,医院可用来杀菌消毒,也可用于进行人体透视
B.红外线波长短,分辨率高,侦察上可用红外线拍摄指纹照片
C.雷达发出或接收的电磁波受天气影响,在浓雾天能见度低的黑夜不能使用
D.空间站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
13.如图所示是现在市场上常用来激光打标的355 nm 紫外纳秒固体激光器,该激光器单光子能量高,能直接打断某种材料的分子键,使之从材料表面脱离。据此判断,打断该材料分子键需要的能量约为(取普朗克常量 h=6.6×10-34 J·s,真空中光速c=3×108 m/s ( )
A.10-22 J B.10-19 J
C.10-16 J D.10-13 J
14.(多选)某光源放出波长为500~600 nm的各种光子,若已知该光源的发光功率为1 mW,则它每秒钟发射的光子数可能是(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s) ( )
A.2.0×1015 B.3.0×1015
C.2.6×1015 D.1.5×1015
（解析）同步分层精练(二十三)
1.选D 赫兹用实验证实了电磁波的存在,其余选项表述正确,故选D。
2.选A 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,A正确;任何物体都会有热辐射,B错误;电磁波是一种物质,能在真空中传播,C错误;一个物体所具有的能量是量子化的,是一个非连续值,D错误。
3.选C 无论人体温度高低都会向外辐射红外线,故A错误;红外线属于电磁波,其波长大于紫外线的波长,故B错误;红外线测温仪是依据人体温度越高辐射的红外线强度越大来测体温的,故C正确,D错误。
4.选A X射线具有较强的穿透能力,在医学上常用来检查身体,A正确。
5.选C 任何物体在任何温度下都会发生热辐射,A错误;黑体可以辐射电磁波,不一定是黑色的,B错误;黑体是一种理想模型,其辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,与其他因素无关,C正确;煤烟的温度不会持续上升,因为能量不断被吸收的同时,还伴随着能量的辐射,最终将趋于平衡,D错误。
6.选A 由光速与频率、波长的关系可得出光的频率ν=,能量子ε=hν=h,故A正确。
7.选D 微波炉加热食物是利用微波进行加热的,A错误;红外遥感技术是基于一切物体都在辐射红外线,用红外探测器接收物体发出的红外线,然后进行分析,从而得知被测物体的信息,B错误;γ射线的穿透能力比X射线的强,C错误;紫外线具有较高的能量,足以破坏细胞核中的物质,从而进行灭菌消毒,D正确。
8.选D 蓝牙通信的电磁波频率不在可见光频率范围内,不是蓝光,故A错误;蓝牙通信的电磁波频率比手机通信的电磁波频率大,由公式c=λf可知,其波长比手机通信的电磁波短,故B错误;电磁波在真空中的传播速度为 3.0×108 m/s,故C错误,D正确。
9.选A 单车在被骑行过程中车内电池自行充电,是通过安装在轮轴处的发电机实现的,所以单车是利用电磁感应原理实现充电的,故A正确;单车和手机之间是利用电磁波传递信息的,故B错误;由题意可知单车某个时刻的位置主要是借助单车上的定位系统确定的,故C错误;由手机APP上的显示信息,可知时间和里程(即路程),而无法得知位移,所以只能求出骑行的平均速率,不能求出平均速度,故D错误。
10.选C 第一个用实验的方法证实电磁波的科学家是赫兹,麦克斯韦只是预言了电磁波的存在,故A错误;中国天眼接收来自宇宙的射电波信号,射电波是一种波长更长、频率更低的电磁波,可以穿透云层、星云等天体物质,所以中国天眼在任何天气下都可以正常运行,不受白天黑夜的影响,故B错误;根据题意知天眼接收的射电波工作波长在分米到米的范围,由f=,得射电波的频率区间为108~109 Hz,故C正确;电磁波的本质是电场和磁场的交替变化,在空间中以波的形式传播,不需要通过物质介质来传递能量,故D错误。
11.选B 题图甲中,通电直导线周围产生磁场,则两根通电方向相反的长直导线相互排斥,是通过磁场实现的,A错误;题图乙中,若在ab的两端接上大小和方向发生周期性变化的电流,则穿过线圈的磁场不断变化,磁通量不断变化,cd线圈中产生感应电流,接在cd端的电流表会有偏转,B正确;题图丙中,微波炉加热食物,微波是一种电磁波,微波的能量是不连续的,是量子化的,C错误;奥斯特利用题图丁实验装置发现了电流的磁效应,D错误。
12.选D X射线没有显著的化学作用,不能用来杀菌消毒,但X射线有较强的穿透能力,能用来进行人体透视,故A错误;侦察上用紫外线拍摄指纹照片,因为紫外线波长短,分辨率高,故B错误;电磁波的使用不受天气影响,故雷达在能见度低的黑夜使用,故C错误;红外线的热作用很强,有较好的穿透云雾烟尘的能力,可以制成热谱仪、红外线夜视仪等等,所以在空间站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,故D正确。
13.选B 打断该材料分子键需要的能量为该激光器单光子能量,则该激光的光子能量为ε=hν=≈5.5×10-19 J ,故选B。
14.选BC 每秒内该光源发光的能量E光源=Pt=1×10-3 J,而波长为λ的光子的能量为E光子=,则每秒钟发射的光子数为n==,代入数据解得2.5×1015
1.选D 法拉第首先发现了电磁感应现象,A错误;麦克斯韦建立了电磁场理论,赫兹通过实验证实了电磁波的存在,B错误;安培提出了分子电流假说,成功揭示了磁现象来源于运动电荷这一本质,C错误;普朗克把能量子引入物理学,破除了“能量连续变化”的观念,D正确。
2.选C 发现导线正下方小磁针的N极向纸内转动,可知导线下方产生了垂直纸面向里的磁场,根据右手螺旋定则可知,导线中的电流方向从a到b,故选C。
3.选B 当磁感线与闭合回路垂直时,磁感应强度越大,磁通量越大,当磁感线与闭合回路平行时,磁通量为零,可知磁感应强度越大,磁通量不一定越大,故A错误;发生电磁感应现象,则磁通量一定发生变化,故B正确;电磁感应现象最先是由法拉第通过实验发现的,故C错误;在匀强磁场中,当磁感线与线圈成一定夹角时,线圈面积S越大,磁通量Φ越大,当磁感线与线圈平行时,磁通量Φ为零,可知线圈面积S越大,磁通量Φ不一定越大,故D错误。
4.选D 根据麦克斯韦电磁场理论可知,均匀变化的电场产生稳定的磁场,A错误;电磁波按波长从短到长顺序排列依次是:γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波,B错误;γ射线的穿透本领比X射线更强,C错误;电磁波在真空中的传播速度等于光速,D正确。
5.选B 两根金属棒ab和cd以相同的速度匀速运动,若断开开关S,两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化,则ab中无感应电流,故A、C错误;若闭合开关S,两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量发生变化,则ab中有感应电流,故B正确,D错误。
6.选A A线圈接通瞬间,在铁环中产生磁场,使得穿过线圈B的磁通量增加,在线圈B中产生感应电流,保持开关闭合,穿过线圈A、B的磁通量不再发生变化,所以线圈B中不再有感应电流,即小磁针偏转一下随即复原,故A正确,B错误;当开关断开,A线圈中的电流中断瞬间,使得穿过线圈B的磁通量减小,在线圈B中产生感应电流,小磁针会偏转,线圈A电流减为零后穿过线圈A、B的磁通量不再变化,所以线圈B中不再有感应电流,小磁针偏转一下后随即复原,故C、D错误。
7.选A 在题图所示位置,穿过线圈的磁通量大小为Φ0=BS,当线圈从题图示位置转过30°时,穿过线圈的磁通量大小Φ=BScos 30°=BS,故A正确;当线圈从题图示位置转过90°时,穿过线圈的磁通量大小为零,故B错误;当线圈从题图示位置转过180°时,穿过线圈的磁通量大小为Φ1=-BS,穿过线圈的磁通量的变化量大小为=2BS,故C错误;当线圈从题图示位置转过360°时,穿过线圈的磁通量大小为Φ2=BS,穿过线圈的磁通量的变化量大小为=0,故D错误。
8.选ACD 导线中的电流I逐渐增大,穿过线圈的磁通量改变,线圈中产生感应电流,故A符合题意;线圈以速度v1沿导线方向运动,穿过线圈的磁通量不变,线圈中不产生感应电流,故B不符合题意;线圈以速度v2远离导线向右移动,穿过线圈的磁通量改变,线圈中产生感应电流,故C符合题意;线圈以AB边为轴由题图示位置向纸内转过90°,穿过线圈的磁通量改变,线圈中产生感应电流,故D符合题意。
9.选BC 闭合开关S的瞬间,穿过线圈乙的磁通量不发生变化,电流表G中没有感应电流,故A错误,B正确;闭合开关S后,滑动变阻器的滑片向左滑,滑动变阻器接入电路的电阻增大,电流减小,则穿过线圈乙的磁通量减小,电流表G中有感应电流,故C正确;闭合开关S,滑动变阻器的滑片静止不动,电流不变,穿过线圈乙的磁通量不发生变化,电流表G中无感应电流,故D错误。
10.选AD 电磁波的能量子为ε=hν=h,则电磁波波长越长,其能量子的能量越小,故A正确;根据麦克斯韦的电磁场理论可知,周期性变化的磁场或电场,其周围产生电磁波,故B错误;电磁波在真空中或空气中传播的速度v=3.0×108 m/s,空间站到地球表面的距离s=4×105 m,电磁波从空间站传播到地面的时间为t== s≈0.001 3 s,故C错误;麦克斯韦提出了电磁场理论,1886年,赫兹通过实验捕捉到电磁波,从而证明了电磁波的存在,故D正确。
11.解析:(1)电荷的正与负、吸引与排斥、加速度相等的匀加速和匀减速运动、作用力与反作用力等。
(2)开关始终处于闭合状态时,因穿过a线圈的磁通量不变,所以无感应电流产生;开关闭合或断开瞬间,穿过a线圈的磁通量发生变化,所以有感应电流产生。
答案:(1)见解析 (2)无 有
12.解析:(1)实验时,通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来判断电路中是否产生感应电流。
(2)题图甲所示电路是闭合电路,灵敏电流计的指针发生偏转,说明电路中产生了感应电流;题图丙所示电路是断开的,灵敏电流计的指针没有偏转,说明电路中没有产生感应电流;由此可知,产生感应电流的一个条件是电路要闭合。要得出产生感应电流的另一个条件是闭合导体回路的磁通量发生变化,这就要求两次实验中一次使闭合导体回路的磁通量发生变化,另一次使闭合导体回路的磁通量不发生变化,由此可以确定要选用题图甲和乙。
(3)在题图甲中,电路是闭合的,若AB棒不动,磁体运动,利用运动和静止的相对性可以确定,导体回路的磁通量发生变化,具备了感应电流产生的两个条件,所以电路中有电流产生。
答案:(1)灵敏电流计的指针是否偏转 (2)闭合 甲和乙 (3)有
13.解析:(1)2 s末磁场的磁感应强度
B2=(2+3×2)T=8 T,
由Φ=BSsin θ知,
2 s末穿过线框的磁通量
Φ2=B2Ssin θ=8×(0.1)2× Wb=4×10-2 Wb。
(2)第3 s内磁感应强度的变化量ΔB=3 T,
所以ΔΦ=ΔBSsin θ=3×(0.1)2× Wb=1.5×10-2 Wb。
答案:(1)4×10-2 Wb (2)1.5×10-2 Wb
14.解析:根据题意可知,该紫外激光每个光子的能量为E0=
则该紫外激光所含光子数n=
代入数据解得n≈4.22×1021个。
答案:4.22×1021个
15.解析:(1)导体棒从O位置以v=0.2 m/s的速度向右做匀减速运动,有2ax=v2
解得导体棒的位移为x==0.02 m
则导体棒停止运动时,导体棒PQ与框架围成的回路磁通量的大小Φ=BS=B×x2=5×10-5 Wb。
(2)根据题图2可知,在t=1.5 s时刻,磁场的磁感应强度为B1.5=1.0 T
则t=1.5 s时,导体棒PQ与框架围成的回路磁通量的大小Φ'=B1.5S=B1.5×x2=2×10-4 Wb。
(3)由题图2可知B随t的变化满足B=kt+B0
代入数据解得B=0.5t+0.25(T)
则t=3.5 s时刻的磁感应强度为B3.5=2 T
则t=3.5 s时,导体棒PQ与框架围成的回路磁通量的大小Φ″=B3.5S=B3.5×x2=4×10-4 Wb
所以从t=1.5 s到t=3.5 s的过程中,回路中磁通量的变化量ΔΦ=Φ″-Φ'=2×10-4 Wb。
答案:(1)5×10-5 Wb (2)2×10-4 Wb (3)2×10-4 Wb
