單元綜合測試十四(電磁波相對論簡介)本試卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分，試卷滿分為100分．考試時間為90分鐘．第Ⅰ卷(選擇題，共40分)一、選擇題(本題共10小題，每題4分，共40分．有的小題只有一個選項正確，有的小題有多個選項正確，把正確選項前的字母填在題后的括號內)1．關于電磁場和電磁波，下列說法中正確的是()A．均勻變化的電場在它的周圍產生均勻變化的磁場B．電磁波中每一處的電場強度和磁感應強度總是互相垂直的，且與波的傳播方向垂直C．電磁波和機械波一樣依賴于介質傳播D．只要空間中某個區域有振蕩的電場或磁場，就能產生電磁波解析：根據麥克斯韋電磁場理論可知，均勻變化的電場在它的周圍產生穩定的磁場，故選項A是錯誤的．因電磁波中每一處的電場強度和磁感應強度總是互相垂直的．且與波的傳播方向垂直，所以電磁波是橫波，故選項B是正確的．電磁波可以在真空中傳播，故選項C是錯誤的．只要空間中某個區域有振蕩的電場或磁場，就在周期性變化的電場周圍產生同周期變化的磁場，周期性變化的磁場周圍產生同周期變化的電場，這樣由近及遠傳播，形成了電磁波，故選項D是正確的．答案：BD2．下列說法正確的是()A．光速不變原理是狹義相對論的兩個基本假設之一B．拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以增加透射光的強度C．光在介質中的速度大于光在真空中的速度D．變化的電場一定產生變化的磁場；變化的磁場一定產生變化的電場解析：由相對論的知識知，A對；拍攝玻璃窗內的物品時，在鏡頭前加一個偏振片是為了濾去反射光而不是增加透射光的強度，B錯；光在任何介質中的傳播速度都比真空中小，C錯；由麥克斯韋的電磁理論，變化的電場一定產生磁場，但不一定產生變化的磁場，如隨時間均勻變化的電場產生穩定的磁場，同樣，變化的磁場不一定產生變化的電場．答案：A3．“風云”二號衛星發送回地面的紅外云圖是由衛星上設置的可以接收云層輻射的紅外線的感應器完成的，云圖上的黑白程度是由輻射紅外線的云層的溫度高低決定的，這是利用了紅外線的()A．穿透性 B．熱效應C．可見性 D．化學效應解析：紅外線是不可見光，人眼無法覺察到，所以C選項錯誤．它的波長長，頻率低，穿透能力較弱，A選項錯誤．它的主要作用是熱效應，物體溫度越高，向外輻射的紅外線越強，正是利用這一性質得到大氣層遙感圖的，故B選項正確，D選項錯誤．答案：B4．下列說法符合實際的是()A．醫院里常用X射線對病房和手術室消毒B．醫院里常用紫外線對病房和手術室消毒C．在人造衛星上對地球進行拍攝是利用紫外線有較好的分辨能力D．在人造衛星上對地球進行拍攝是利用紅外線有較好的穿透云霧煙塵的能力解析：紫外線有殺菌消毒的作用，紅外線的主要效應是熱效應，且紅外線的波長長，易衍射，穿透云霧煙塵的能力強．答案：BD5．關于電磁波譜，下列說法正確的是()A．倫琴射線是高速電子流射到固體上，使固體原子的內層電子受到激發而產生的B．γ射線是原子的內層電子受激發產生的C．在電磁波譜中，最容易發生衍射現象的是γ射線D．紫外線比紫光更容易發生衍射現象解析：在電磁波中，無線電波是振蕩電路產生的；紅外線、可見光、紫外線是原子外層電子受激發產生的；倫琴射線是原子內層電子受激發產生的；γ射線是原子核受激發后產生的．從無線電波到γ射線，頻率逐漸增大，波長逐漸減小，而波長越長，越容易發生衍射現象，因此，紫光比紫外線更容易發生衍射現象，無線電波最容易發生衍射現象．答案：A6．太陽光中包含的某種紫外線的頻率為f1，VCD影碟機中讀取光盤數字信號的紅色激光的頻率為f2，人體透視使用的X光的頻率為f3，則下列結論正確的是()A．這三種頻率的大小關系是f1<f2<f3B．紫外線是原子的內層電子受激發產生的C．紅色激光是原子的外層電子受激發產生的D．X光是原子核受激發產生的解析：根據電磁波譜中各種電磁波產生的原理可知，紫外線，紅色激光(屬于可見光)是原子的外層電子受激發產生的，X光是原子的內層電子受激發產生的，則C選項正確，B，D選項錯誤．答案：C7．圖1是一個水平放置的玻璃圓環形的小槽，槽內光滑，槽的寬度和深度處處相同，現將一個直徑略小于槽寬的帶正電的小球放在槽中，讓它獲得一個初速度v0，與此同時，有一個變化的磁場垂直穿過玻璃環形小槽外徑所對應的圓面積，磁感應強度的大小跟時間成正比例增大，方向豎直向下，設小球在運動過程中電荷量不變，則()圖1A．小球受到的向心力大小不變B．小球受到的向心力大小不斷增大C．磁場力對小球做了功D．小球受到的磁場力大小與時間成正比解析：由麥克斯韋電磁場理論可知，磁感應強度隨時間均勻增大時，將產生一個恒定的感應電場，由楞次定律可知，此電場方向與小球初速度方向相同，由于小球帶正電，電場力對小球做正功，小球的速度逐漸增大，向心力也隨著增大，故A選項錯誤，B選項正確．洛倫茲力對運動電荷不做功，C選項錯誤．帶電小球所受洛倫茲力F＝qBv，隨著速度的增大而增大，同時B與t成正比，則F與t不成正比，故D選項錯誤．答案：B8．愛因斯坦提出了質能方程，揭示了質量與能量的關系，關于質能方程，下列說法正確的是()A．質量和能量可以相互轉化B．當物體向外釋放能量時，其質量必定減少，且減少的質量Δm與釋放的能量ΔE滿足ΔE＝Δmc2C．如果物體的能量增加了ΔE，那么它的質量相應減少Δm，并且ΔE＝Δmc2D．mc2是物體能夠放出能量的總和解析：由質能方程可知，能量與質量之間存在著一定的必然對應的關系，而不能認為質量就是能量，能量就是質量，能量與質量是兩個不同的概念．只有在核反應過程中，對應著質量的減少，才有能量釋放出來．答案：B9．如果你以接近于光速的速度朝某一星體飛行，如圖2所示，你是否可以根據下述變化發覺自己是在運動()圖2A．你的質量在增加B．你的心臟跳動在慢下來C．你在變小D．你永遠不能由自身的變化知道你的速度解析：相對論的基本概念是：當你被關在一個封閉的房子中時，你絕對無法知道房子是否在做勻速運動．當房子突然停止運動時，在其中的人是能夠感知這一點的；當房子突然開始運動時，其內部的人也能有感覺；當房子旋轉時，關在其內部的人也能說出它在轉動．但如果房子是在做勻速直線運動．即沒有任何加速度，則在其內部的人就無法知道房子是否在移動．即使房子有一個窗戶，你從窗戶向外看，看見某些東西在朝你移動，但你仍說不出是你的房子在向這些東西移動，還是這些東西在向你的房子移動．答案：D10．沿鐵道排列的兩電桿正中央安裝一閃光裝置，光信號到達一電桿稱為事件1，到達另一電桿稱為事件2.從地面上的觀察者和向右運動的車廂中的觀察者看來，兩事件是()A．在地面觀察者看來，事件1先發生；從車廂中觀察者看來，事件2與事件1同時發生B．在地面觀察者看來，事件2先發生；從車廂中觀察者看來，事件2與事件1同時發生C．在地面觀察者看來，事件1、2同時發生；從車廂中觀察者看來，事件2比事件1后發生D．在地面觀察者看來，事件1、2同時發生；從車廂中觀察者看來，事件2比事件1先發生圖3解析：從地面上的觀察者看來，光源在兩根電桿的正中央，光信號向兩電桿傳播的速度相同，因此，光信號同時到達兩電桿．從運動車廂中的觀察者看來，運動車廂是個慣性系，地面和電桿都在向左運動(如圖3所示)，光信號向左右兩側傳播速度相同(光速不變原理)．在光信號向兩側傳播的過程中，地面及兩個電桿都向左運動了一段距離，所以光信號先到達電桿2，后到達電桿1.答案：D第Ⅱ卷(非選擇題，共60分)二、填空題(本題共2小題，每題8分，共16分)11．中國成功發射和回收了“神舟”號系列飛船，標志著中國運載火箭的技術水平已躋身于世界前列．(1)圖4中A為某火箭發射場，B為山區，C為城市，發射場正在進行某型號火箭的發射試驗，該火箭起飛時質量為2.20×105kg，起飛推力為2.75×106N，火箭發射塔高100m，則該火箭起飛時的加速度大小為__________m/s2；在火箭推力不變的情況下，若不考慮空氣阻力及火箭質量的變化，火箭起飛后圖4(2)為了傳播火箭發射的實況，在發射場建立了發射臺用于發射廣播與電視信號，已知傳播無線電廣播所用的電磁波的波長為550m，而傳輸電視信號所用的電磁波的波長為0.566m，為了不讓山區擋住信號傳播，使城市居民能收聽和收看火箭發射實況，必須通過建在山頂上的轉發站來轉發__________(填“無線電廣播信號”或“電視信號”解析：(1)設火箭起飛的加速度大小為a，則由牛頓第二定律有F－mg＝ma得a＝2.5m/s設火箭起飛后經t時間飛離發射塔，由勻變速直線運動規律有s＝eq\f(at2,2)，t＝4eq\r(5)s＝8.94s.(2)電視信號波長短，沿直線傳播，易受山坡阻擋，不易傳播．答案：(1)2.58.94(2)電視信號；見解析12．(2011·鎮江模擬)“世界物理年”決議的作出是與愛因斯坦的相對論時空觀有關．一個時鐘，在它與觀察者有不同相對速度的情況下，時鐘的頻率是不同的，它們之間的關系如圖5所示．由此可知，當時鐘和觀察者的相對速度達到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的變化的現象，是因為觀察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，從地面上觀察，飛船上的一切物理、化學過程和生命過程都變__________(填“快”或“慢”)了圖5解析：根據圖中數據可知，當時鐘和觀察者的相對速度達到0.6c時，對應時鐘的頻率為0.4Hz，則周期為2.5s．日常生活中，我們無法察覺是因為運動速度遠小于光速c.在高速運行狀態，時鐘變慢答案：2.5s遠小于光速c慢三、計算題(本題共4小題，13、14題各10分，15、16題各12分，共44分，計算時必須有必要的文字說明和解題步驟，有數值計算的要注明單位)13．(2010·廣州模擬)如圖6所示為某雷達的熒光屏，屏上標尺的最小刻度對應的時間為2×10－4s．雷達天線朝東方時，屏上的波形如圖甲；雷達天線朝西方時，屏上的波形如圖乙．問：雷達在何方發現了目標？目標與雷達相距多遠？圖6答案：西方30014．人馬星座α星是離太陽系最近的恒星，它距地球4.3×1016m.設有一宇宙飛船自地球往返于人馬星座α星之間．若宇宙飛船的速度為0.999c，按地球上的時鐘計算，飛船往返一次需多少時間？如以飛船上的時鐘計算解析：以地球上的時鐘計算Δt＝eq\f(x,v)＝eq\f(2×4.3×1016,0.999×3×108)s＝2.87×108s＝9年若以飛船上的時鐘計算：因為Δt＝Δt′/eq\r(1－v/c2)，所以得Δt′＝Δteq\r(1－v/c2)＝2.87×108×eq\r(1－0.9992)s＝1.28×107s＝0.4年．答案：9年0.4年15．(1)冥王星繞太陽公轉的線速率為4.83×103m/s(2)星際火箭以0.8c的速率飛行，其靜止質量為運動質量的多少倍解析：(1)設冥王星的靜止質量為m0，運動質量為m，由公式m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v,c)2))可得eq\f(m0,m)＝eq\f(m0,\f(m0,\r(1－\f(4.83×103,3.0×108)2)))×100%＝99.9999%.(2)設星際火箭的靜止質量為m′0，運動質量為m′，則eq\f(m′0,m′)＝eq\f(m0,\f(m0,\r(1－\f(0.8c,c)2)))＝0.6.答案：(1)99.9999%(2)0.6倍16．目前電能都是通過電網采用有線方式傳輸的．人們一直夢想能無線傳輸電能，夢想在日常生活中實現無線充電，甚至不用電池．現在，一個科學研究小組在實驗室中取得了可喜的進展，也許，人類的這一夢想不久就能實現．(1)實現無線傳輸能量，涉及能量的________、傳播和接收．(2)科學家曾經設想通過高聳的天線塔，以無線電波的形式將電能輸送到指定地點，但一直沒有在應用層面上獲得成功，其主要原因是這類無線電波()A．在傳輸中很多能量被吸收B．在傳播中易受山脈阻隔C．向各個方向傳輸能量D．傳輸能量易造成電磁污染(3)如果像無線廣播那樣通過天線塔輸送電能，接收器獲得的功率P和它到天線塔的距離R相關，實驗測得P和R的部分數據如下表：R(m)1245x10P(W)1600400100y2516①上表中的x＝________，y＝________.②根據表中的數據可歸納出P和R之間的關系為________．(4)為研究無線傳輸電能，某科研小組在實驗室試制了無線電能傳輸裝置，在短距離內點亮了燈泡，如圖7.實驗測得，接在乙線圈上的電器獲得的電能為輸入甲線圈電能的35%.圖7①若用該裝置給充電功率為10W的電池充電，則損失的功率為________W.②若給甲線圈接入電壓為220V的電源，測得該線圈中的電流為0.195A．這時，接在乙線圈上的燈泡恰能正常發光，則此燈泡的功率為________(5)由于在傳輸過程中能量利用率過低，無線傳播電能還處于實驗室階段．為早日告別電線，實現無線傳輸電能的工業化，還需解決一系列問