05-第十三章　電磁感應與電磁波初步

第十三章電磁感應與電磁波初步全卷滿分100分考試用時90分鐘一、單項選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。每小題只有一個選項符合題目要求)1.英國科學家麥克斯韋在前人研究電磁現(xiàn)象的基礎上,建立了完整的電磁場理論。下列說法正確的是()A.電磁波是一種物質B.電磁波可以傳遞信息,但不能傳遞能量C.遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院CT中的X射線波長相同D.變化的電場產(chǎn)生磁場,變化的磁場不能產(chǎn)生電場2.我國高鐵技術、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、5G通信技術,目前處于世界領先水平。與4G相比,5G具有“更高網(wǎng)速、低延時、低功率海量連接、通信使用的電磁波頻率更高”等特點。與4G相比,5G使用的電磁波()A.波長更長B.能量子的能量更小C.能量子的能量更大D.傳播速度更快3.我國擁有世界上最大的單口徑射電望遠鏡,被稱為“天眼”。如圖所示,“天眼”的“眼眶”所圍圓面積為S,其所在處地磁場的磁感應強度大小為B,與“眼眶”平面垂直、平行的分量分別為B1、B2,則()A.穿過“眼眶”的磁通量大小為BSB.穿過“眼眶”的磁通量大小為B2SC.在地球自轉180°的過程中,穿過“眼眶”磁通量的變化量為0D.在地球自轉180°的過程中,穿過“眼眶”磁通量的變化量為2B1S4.如圖所示,在直角三角形abc中,∠c=30°,d是ac的中點,在b、c兩點放有垂直紙面的直導線,導線中通有大小相等、方向向外的恒定電流,則此時d點的磁感應強度的方向為()A.豎直向上B.豎直向下C.水平向右D.水平向左5.下列給出了四幅與感應電流產(chǎn)生相關的情景圖,判斷正確的是()A.圖甲,水平直導線中電流逐漸減小時,其正下方的水平金屬圓形線圈中有感應電流B.圖乙,正方形金屬線圈以虛線為軸勻速轉動時,線圈中無感應電流C.圖丙,矩形導線框以其任何一條邊為軸轉動時,線框中都有感應電流產(chǎn)生D.圖丁,正方形導線框加速離開同一平面內(nèi)的條形磁體時,線框中無感應電流產(chǎn)生6.市面上有一種有趣的磁浮玩具,打開電源后,磁性玩偶會穩(wěn)定地漂浮起來,其內(nèi)部構造如圖所示,其中滑動變阻器接入電路的阻值可改變,則下列說法正確的是()A.該玩具的電源必須是交流電源B.a端應接電源正極C.軟鐵內(nèi)的磁感線朝向上方D.滑動變阻器的滑片向下滑動,玩偶的高度會上升7.如圖所示,通以相同電流的兩根直導線平行放置在水平桌面上且關于虛線對稱,一矩形線圈abcd從A位置運動到關于虛線對稱的B位置過程中,下列說法正確的是()A.在B位置穿過線圈的磁感線方向垂直水平面向下B.在A位置穿過線圈的磁感線方向垂直水平面向上C.從A到B穿過線圈的磁通量先減小再增大D.從A到B穿過線圈的磁通量一直增大8.如圖所示為棱長為d的正方體,O為DE上的一點,OE=13d,在FE、ND兩棱放置足夠長的直導線,通有大小相等的電流I,電流方向如圖所示。已知一根足夠長直導線通過的電流一定時,其周圍磁場的磁感應強度B大小與到直導線的距離r成反比(B=kIr,式中k為常量)。圖中O、QA.52∶2B.C.1∶3D.3∶1二、多項選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個選項中,有多項符合題目要求。全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分)9.紅外測溫槍與傳統(tǒng)的熱傳導測溫儀器相比,具有響應時間短、測溫效率高、操作方便、防交叉感染(不用接觸被測物體)的特點。下列說法中正確的是()A.紅外測溫槍利用了一切物體都在不停地輻射紅外線,而且輻射紅外線的強度與溫度有關,溫度越高,輻射紅外線強度就越大B.高溫物體輻射紅外線,低溫物體不輻射紅外線C.紅外線也屬于電磁波,其波長比紅光長D.愛因斯坦最早提出“熱輻射是一份一份的、不連續(xù)的”觀點10.2021年7月4日,我們在電視中看到航天員湯洪波走出離地面高約為400km的中國空間站,標志著我國空間站航天員首次出艙活動取得圓滿成功。航天員出艙的畫面是通過電磁波傳輸?shù)降孛娼邮照镜?。下列關于電磁波的說法正確的是()A.電磁波波長越長,其能量子的能量越小B.只要空間某處的電場或磁場發(fā)生變化,就會在其周圍產(chǎn)生電磁波C.湯洪波出艙活動的畫面從空間站傳到地面接收站最少需要約0.014sD.赫茲通過實驗捕捉到電磁波,并證實了麥克斯韋的電磁場理論11.以下關于磁場、電磁感應現(xiàn)象的說法正確的是()A.圖甲中閉合開關S瞬間,與線圈P連接的電流計的指針發(fā)生偏轉B.圖乙中電流方向如圖所示,則鐵環(huán)中心O點的磁場垂直紙面向外C.圖丙中當電流從B流入時小磁體向下運動,則小磁體下端為N極D.圖丁中水平圓環(huán)從M向L運動的過程中,穿過圓環(huán)的磁通量先增大后減小12.如圖甲所示,面積為S的單匝矩形閉合線圈abcd在勻強磁場中繞垂直磁場的軸OO'勻速轉動,勻強磁場的磁感應強度大小為B,穿過線圈的磁通量Φ隨時間t變化的關系如圖乙所示。下列說法正確的是()A.在t=T8時,穿過線圈的磁通量大小為1B.在t=T4時,C.線圈從圖甲所示的位置轉過60°,穿過線圈的磁通量大小為32D.在t=T4時刻和t=3T4三、非選擇題(本題共6小題,共60分)13.(6分)如圖為“探究感應電流產(chǎn)生的條件”實驗裝置。(1)請在圖中用實線將所缺的導線補接完整。根據(jù)你的連線,在閉合開關S前,滑片P應置于滑動變阻器的(選填“最左端”“中間”或“最右端”)。

(2)在完成“探究感應電流產(chǎn)生的條件”這一實驗后,接下來繼續(xù)使用這一實驗裝置進行“研究磁通量變化時感應電流的方向”這一實驗。閉合開關S,使A放置在B線圈中保持靜止,減小滑動變阻器接入電路中的阻值,觀察到靈敏電流計G的指針向左偏轉。根據(jù)這一現(xiàn)象判斷,當A線圈相對B線圈向上運動時,靈敏電流計的指針(選填“向左”或“向右”)偏轉。

14.(8分)圖中虛線框內(nèi)存在一沿水平方向且與紙面垂直的勻強磁場?，F(xiàn)通過測量通電導線在磁場中所受的磁場力,來測量磁場的磁感應強度大小。所用部分器材已在圖中給出,其中D為位于紙面內(nèi)的U形金屬框,其底邊水平,兩側邊豎直且等長,E為直流電源,R為電阻箱,A為電流表,S為開關。此外還有細沙、天平、米尺和若干輕質導線。(1)在圖中畫線連接成實驗電路圖。(2)完成下列主要實驗步驟中的填空。①按圖接線。②保持開關S斷開,在托盤內(nèi)加入適量細沙,使D處于平衡狀態(tài),然后用天平稱出細沙的質量m1。③閉合開關S,調節(jié)R的值使電流大小適當,在托盤內(nèi)重新加入適量細沙,使D,然后讀出,并用天平稱出此時細沙的質量m2。

④用米尺測量D的底邊長度L。(3)用測量的物理量和重力加速度g表示磁感應強度的大小,可以得出B=。

15.(10分)某廣播電臺的發(fā)射功率為10kW,發(fā)射的是在空氣中波長為187.5m的電磁波,則:(普朗克常量h=6.63×1034J·s,光速c=3×108m/s)(結果均保留2位有效數(shù)字)(1)該電臺每秒從天線發(fā)射多少個能量子?(2)若發(fā)射的能量子在以天線為球心的同一球面上的分布視為均勻的,求在離天線2.5km處、直徑為2m的球狀天線每秒接收的能量子個數(shù)以及接收功率。16.(10分)某校物理興趣小組用圖示裝置估測磁體附近的磁感應強度。他們將一小磁針放在一個水平放置的螺線管的軸線上,如圖甲所示(小磁針未畫出)。小磁針靜止時N極指向處于水平面內(nèi)xOy坐標系中的y軸正方向,當接通電源后,發(fā)現(xiàn)小磁針N極指向與y軸正方向成30°角的方向,其俯視圖如圖乙所示,已知該實驗所在地面處地磁場的磁感應強度的水平分量為3×105T。(1)請在圖上標明螺線管導線的繞向;(2)求該通電螺線管在小磁針處產(chǎn)生的磁感應強度的大小(畫出必要的矢量示意圖;計算結果保留3位有效數(shù)字)。17.(12分)如圖所示,abcd是邊長L=20cm的正方形金屬框,勻強磁場區(qū)域右邊界MP與水平線MN間的夾角θ=45°,磁感應強度B=0.01T,方向垂直紙面向外,磁場區(qū)域范圍足夠大,此時M點位于cd邊的中點。(1)求圖示位置穿過金屬框的磁通量Φ;(2)若將金屬框以bc為軸,向紙面外轉動180°,求磁通量的變化量ΔΦ;(3)以線框處于圖示位置為計時起點,線框向左以速度v=0.2m/s做勻速直線運動,在b點進入磁場之前,要使線框中不產(chǎn)生感應電流,則磁感應強度B隨時間t變化的關系式是什么?18.(14分)如圖所示,三根相互平行的固定長直導線L1、L2和L3垂直紙面放置,三根導線及坐標原點恰好位于邊長為a的正方形的四個頂點上,L1與L2中的電流均為2I,方向均垂直于紙面向外,L3中的電流為I,方向垂直于紙面向里。已知電流為I的長直導線產(chǎn)生的磁場中,距離導線r處的磁感應強度B=kIr(式中k為常量)。求原點O處的磁感應強度B答案與解析第十三章電磁感應與電磁波初步1.A2.C3.C4.A5.D6.B7.C8.B9.AC10.AD11.AD12.BC1.A電磁波是一種物質,A正確;電磁波既可以傳遞信息,也可以傳播能量,B錯誤;紅外線的波長大于X射線的波長,C錯誤;變化的電場產(chǎn)生磁場,變化的磁場產(chǎn)生電場,D錯誤。2.C由題知,與4G相比,5G通信使用的電磁波頻率更高,已知電磁波的波長與頻率的關系為λ=cf,由此可知5G使用的電磁波波長更短,A錯誤;已知能量子的能量ε=hν,則與4G相比,5G使用的電磁波能量子的能量更大,B錯誤,C正確;真空中,各頻率的電磁波的傳播速度相等,為3×108m/s,D3.C穿過某平面的磁通量Φ=BS,S為垂直磁場方向的面積,故穿過“眼眶”的磁通量大小為Φ=B1S,A、B錯誤;在地球自轉180°的過程中,“眼眶”相對地磁場靜止,穿過“眼眶”磁通量的變化量為0,C正確,D錯誤。4.A在b、c兩點放有垂直紙面的直導線,導線中通有大小相等、方向向外的恒定電流,根據(jù)安培定則可知,b、c兩點處的電流在d點產(chǎn)生的磁感應強度方向如圖所示,根據(jù)平行四邊形定則結合圖中幾何關系可知,d點的磁感應強度方向豎直向上,選A。5.D題圖甲中的金屬圓形線圈水平放置在通電直導線的正下方,則直線電流產(chǎn)生的磁場穿過線圈的磁通量為零,減小導線中的電流,穿過圓形線圈的磁通量始終為零,不會產(chǎn)生感應電流,A錯誤;題圖乙正方形金屬線圈繞豎直虛線轉動的過程中,穿過回路的磁通量發(fā)生變化,有感應電流產(chǎn)生,B錯誤;在題圖丙所示的情況下,線框以豎直邊為軸旋轉時,線框中的磁通量始終為零,不會產(chǎn)生感應電流,C錯誤;題圖丁中正方形導線框加速離開同一平面內(nèi)的條形磁體時,磁感線與平面平行,穿過回路的磁通量始終為零,線框中無感應電流產(chǎn)生,D正確。6.B由題可知,磁性玩偶穩(wěn)定地飄浮起來,且下端為S極,則通電線圈的上端為S極,根據(jù)安培定則可得,a端為電源的正極,即電源通的是直流電,A錯誤,B正確;由通電線圈的上端為S極,知軟鐵內(nèi)的磁感線朝向下方,C錯誤;若滑動變阻器的滑片向下滑動,其接入電路的電阻增大,則線圈中的電流減小,磁場減弱,玩偶的高度會下降,D錯誤。7.C根據(jù)安培定則和磁場的疊加原理可知,在兩根直導線之間虛線位置的磁感應強度為0,兩直導線之間的區(qū)域,虛線左側磁場方向向下,虛線右側磁場方向向上,可知在B位置穿過線圈的磁感線方向垂直水平面向上,在A位置穿過線圈的磁感線方向垂直水平面向下,A、B錯誤;從A到B,磁感應強度先減小后增大,則從A到B穿過線圈的磁通量先減小再增大,C正確,D錯誤。8.B兩根通電導線在Q點產(chǎn)生的磁感應強度大小均為B1=kId,且磁場方向相互垂直,所以BQ=2kId;通電導線EF在O點產(chǎn)生的磁感應強度大小為k3Id,通電導線DN在O點產(chǎn)生的磁感應強度大小為k3I2d,兩個磁場方向垂直,所以BO=352·kId,可得9.AC一切物體都在不停地輻射紅外線,而且輻射紅外線的強度與溫度有關,溫度越高,輻射紅外線的強度就越大,紅外測溫槍就是利用這一特點工作的,A正確,B錯誤;紅外線屬于電磁波,其波長比紅光長,C正確;普朗克在研究黑體輻射時,最早提出“熱輻射是一份一份的、不連續(xù)的”觀點,D錯誤。10.AD由ε=hν=hcλ可知,電磁波波長越長,其能量子的能量越小,A正確;根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論可知,均勻變化的磁場或電場周圍產(chǎn)生恒定的電場或磁場,不會產(chǎn)生電磁波,B錯誤;電磁波在真空中傳播的速度v=3.0×108m/s,空間站到地球表面的距離約為s=4×105m,則電磁波從空間站傳播到地面接收站所用的時間約為t=sv=4×1053×108s≈0.0013s,C11.AD題圖甲中,閉合開關S的瞬間,線圈M中產(chǎn)生向左的磁場,穿過線圈P的磁通量增大,產(chǎn)生感應電流,與線圈P連接的電流計的指針發(fā)生偏轉,A正確;題圖乙中,對于左、右兩個螺線管,分別由安培定則判斷得上方均為N極,下方均為S極,所以環(huán)心O處的磁場豎直向下,B錯誤;題圖丙中,當電流從B流入時,根據(jù)安培定則可知,電磁鐵上端為N極,由于小磁體向下運動,知小磁體下端為S極,C錯誤;題圖丁中,圓環(huán)向下運動的過程中,通過圓環(huán)的磁鐵內(nèi)部磁通量大于磁鐵外部磁通量,圓環(huán)在磁鐵中間時外部磁通量最小,凈磁通量最大,則穿過圓環(huán)的磁通量先增大后減小,D正確。12.BC根據(jù)題圖乙知Φ=Φmsin2πTt=BSsin2πTt,則在t=T8時,Φ=BSsin2πT×T8=22BS,A錯誤;在t=T4時,線圈轉過90°,此時磁場方向與線圈所在平面垂直,B正確;線圈從圖甲所示的位置轉過60°,穿過線圈的磁通量Φ=BSsin2πT×T6=32BS,C正確;在t=T4時刻,穿過線圈的磁通量Φ=BSsin2πT×T13.答案(1)圖見解析(2分)最左端(2分)(2)向右(2分)解析(1)連接電路如圖所示由圖可以看出,滑動變阻器采用限流式接法,開關閉合之前,要將滑動變阻器連入電路的阻值調到最大,即將滑片置于最左端。(2)減小滑動變阻器接入電路中的阻值,流過A線圈的電流增大,穿過B線圈的磁通量增大,靈敏電流計的指針向左偏轉。當A線圈相對B線圈向上運動時,穿過B線圈的磁通量減小,則靈敏電流計的指針向右偏轉。14.答案(1)見解析(2分)(2)重新處于平衡狀態(tài)(2分)電流表的示數(shù)I(2分)(3)|m2-解析(1)如圖所示(2)本題考查了磁場力作用下物體的平衡,利用平衡條件求解磁感應強度,故應使D重新處于平衡狀態(tài);兩次細沙的重力之差與D的底邊所受磁場力大小相等,磁場力與電流大小有關,故還需讀出電流表的示數(shù)I。(3)兩次細沙的重力之差與D的底邊所受磁場力大小相等,即BIL=|m2m1|g,所以磁感應強度B=|m15.答案(1)9.4×1030(2)3.8×10234.0×104W解析(1)每個能量子的能量ε=hν=?cλ=6.63×10-則電臺每秒發(fā)射能量子數(shù)N=Ptε≈9.4×1030(2分(2)設球狀天線每秒接收能量子數(shù)為n,以電臺發(fā)射天線為球心,半徑為R的球面積S=4πR2(1分)而球狀天線的有效接收面積S'=πr2(1分)所以n=NS'S=Nr24接收功率P收=nεt≈4.0×104W(2分16.答案(1)圖見解析(2)見解析解析(1)由于小磁針的北極指向磁感應強度的方向,未接通電源時,小磁針靜止時N極指向處于水平面內(nèi)xOy坐標系中的y軸正方向,可知地磁場的磁感應強度的水平分量沿y軸正方向;當接通電源后,發(fā)現(xiàn)小磁針N極指向與y軸正方向成30°角的方向,可得螺線管在小磁針處產(chǎn)生的磁感應強度沿x軸正方向,故螺線管的右端為N極,根據(jù)安培定則作出螺線管導線的繞向如圖所示。(5分)(2)設該通電螺線管在小磁針處產(chǎn)生的磁感應強度為Bx,由題意知地磁場的磁感應強度的水平分量為By=3×105T,