第五章 初识电磁场和电磁波 作业 高中物理新鲁科版必修第三册（2022年） 练习

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第5章   初识电磁场和电磁波1．如图所示，可自由转动的小磁针上方有一根长直导线，开始时二者在纸面内平行放置。当导线中通以如图所示电流I时，发现小磁针的N极向里，S极向外，停留在与纸面垂直的位置上。这一现象说明(　B　)A．小磁针感知到了电流周围的电场B．小磁针处磁场方向垂直纸面向里C．小磁针处磁场方向垂直纸面向外D．若把小磁针移走，该处就没有磁场了【解析】电流在导线周围产生了磁场，小磁针N极的指向为磁场的方向，所以B正确，A、C错误；该处的磁场与通电电流有关，与小磁针无关，所以D错误。2．(2019·江苏省淮安市高二上学期期末)如图所示，将磁铁悬挂于放有铁屑的甘油中，便可模拟磁铁周围磁感线的形状，该现象可以说明(　C　)A．磁感线是真实存在的B．甘油中没有铁屑的地方就没有磁场C．磁铁周围的磁场分布情况D．将铁屑换成铜屑也可达到相同的实验效果【解析】磁感线是为了描述磁场而引入的，它并不客观存在；而磁场是真实存在的，没有铁屑的地方也有磁场。故A、B错误；磁铁悬挂于放有铁屑的甘油中，便可模拟磁铁周围磁感线的形状，而磁感线可以描述磁场分布情况，故C正确；磁场对铁屑有力的作用对铜屑没有力作用，故D错误。3．(2020·福建省厦门外国语学校高二下学期期中)以下关于电磁场理论和电磁波的有关说法正确的是(　B　)A．变化的电场周围一定产生电磁波B．电磁波由真空中进入某种介质传播时，波长会变短C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，法拉第用实验验证了电磁波的存在D．电磁波在介质中以光速传播【解析】均匀变化的电场产生恒定的磁场，只有周期性变化的电场才能形成周期性变化的磁场，再通过开放电路才会释放电磁波，故A错误；电磁波由真空进入介质传播时，波速变小，结合v＝λf，可知，波长将变短，故B正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故C错误；电磁波在介质中的传播速度小于光速，故D错误。4．(2019·福州市八县(市)协作校高二上学期期末)下列关于电场强度E、磁感应强度B的叙述正确的是(　A　)A．电场中某点的场强在数值上等于单位电荷受到的电场力B．电场中某点的场强方向就是检验电荷在该点所受电场力的方向C．磁感应强度的方向就是通电导线在磁场中所受磁场力的方向D．根据定义式B＝，磁场中某点的磁感应强度B与F成正比，与IL成反比【解析】根据场强的定义式E＝可知场强在数值上等于单位电荷受到的电场力，故A正确；电场中某点的场强方向就是正检验电荷在该点所受电场力的方向，与负检验电荷在该点所受电场力的方向相反，B错误；磁场中小磁针N极的受力方向表示磁场的方向，磁场方向与电流受安培力的方向垂直，C错误；磁感应强度是描述磁场的强弱的物理量，是由磁场本身决定的，与试探电流的大小、长度以及试探电流受到的安培力的大小都无关，D错误。5．图中已标出电流及电流磁场的方向，其中正确的是(　D　)【解析】判断电流与电流磁场的方向利用的是安培定则，大拇指指向直导线电流方向，四指指向磁感线方向，选项A、B错误；对于螺丝管和环形电流，四指弯曲方向为电流方向，大拇指指向内部磁场方向，故选项C错误，选项D正确。6．两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体表面的光子数与第二束光在相同时间内打在物体表面的光子数之比为5∶4，则这两束光的光子能量和波长之比分别为(　D　)A．4∶5　4∶5　　　　　　 　B．5∶4　4∶5C．5∶4　5∶4　　 　D．4∶5　5∶4【解析】两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打在物体表面的光子数之比5∶4，根据E＝NE0可得两束光光子能量之比为4∶5；再根据E0＝hν＝h知，光子能量与波长成反比，故两束光子波长之比为5∶4，选项D正确。7．(2020·江苏卷，13)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有(　AB　)A．杀菌用的紫外灯B．拍胸片的X光机C．治疗咽喉炎的超声波雾化器D．检查血流情况的“彩超”机【解析】紫外灯的频率高，能量强，所以用于杀菌，属于电磁波的应用，A正确； X光的穿透能力较强，所以用于拍胸片，属于电磁波的应用，B正确；超声波雾化器是超声波的应用，与电磁波无关，C错误；彩超属于超声波的应用，与电磁波无关，D错误。故选AB。8．如图所示，用导线做成的圆形或矩形回路与一直导线构成几种位置组合，哪几种组合中，切断直导线中电流时，闭合回路中会有感应电流产生(　BD　)【解析】切断直导线中电流时，B、D选项中矩形回路中磁通量减少，会产生感应电流，A、C选项中矩形回路中磁通量始终为零，不会产生感应电流，故选B、D。9．美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特由于发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性而获得诺贝尔物理学奖。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法正确的是    (　ACD　)A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波B．微波和声波一样都只能在介质中传播C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假设【解析】根据电磁波谱可知A正确；微波是电磁波，可在真空中传播，B错误；由热辐射、物理学史知识可知C、D正确。10.南极考察队队员在地球南极附近用弹簧测力计竖直悬挂一未通电的螺线管，如图所示，下列说法正确的是(　AC　)A．若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧测力计示数将减小B．若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大C．若将b端接电源正极，a端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大D．不论螺线管通电情况如何，弹簧测力计示数均不变【解析】地球等效处理为一个大磁铁，地理南极相当于磁铁的N极，因而在南极附近地磁场方向近似竖直向上，如图所示。再利用安培定则确定通电螺线管在周围产生的磁场方向，再根据“同名磁极相斥，异名磁极相吸”原理判定螺线管与地球之间的作用情况。11．(8分)一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置，线圈平面与竖直方向成θ角，将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量变化的大小为__2BScosθ__。【解析】开始时穿过线圈平面的磁通量为Φ1＝BScosθ，后来穿过线圈平面的磁通量为Φ2＝－BScosθ，则磁通量变化的大小为ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BScosθ。12．(10分)在研究电磁感应现象的实验中所用的器材如图所示。它们是：①电流计　②直流电源　③带铁芯的线圈A　④线圈B⑤开关　⑥滑动变阻器(1)试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线)。(2)怎样才能使线圈B中有感应电流产生？试举出三种方法。【答案】(1)如图所示(2)①闭合开关　②断开开关　③开关闭合时移动滑动变阻器滑片【解析】(1)使线圈A与开关、直流电源、滑动变阻器串联，线圈B与电流计连成闭合回路；(2)只要能使穿过线圈B的磁通量发生变化，就可以使线圈B中产生感应电流。13．(9分)已知北京地面处的地磁场水平分量约为3×10－5 T，某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验。他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上，如下图所示。小磁针静止时N极指向y轴正方向，当接通电源后，发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角的方向。请在图上标明螺线管导线的绕向，并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度大小。(保留一位有效数字)【答案】如图，5×10－5 T【解析】接通电源后，小磁针N极指向是地磁场和螺线管的磁场的叠加磁场的方向，由此可判是通电螺线管在坐标原点处产生的磁场沿x轴正方向，由安培定则即可确定螺线管导线的绕向。设螺线管在小磁针处产生的磁场为Bx，则有：tan 60°＝。即Bx＝Bytan 60°＝3×10－5×T≈5×10－5 T。14．(10分)纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面。将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官。糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果。一台功率为10 W氩激光器，能发出波长λ＝500 nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要2×10－3J的能量，则(1)每次“点焊”视网膜的时间是多少？(2)在这段时间内发出的激光光子的数量是多少？【答案】(1)2×10－4s　(2)5×1015个【解析】(1)已知激光器的功率P＝10 W，每次“点焊”需要的能量E＝2×10－3J，根据E＝Pt得每次“点焊”视网膜的时间是t＝＝s＝2×10－4s；(2)设每个光子的能量为E0，则E0＝hν＝h，在这段时间内发出的激光光子的数量n＝＝＝(个)≈5×1015(个)15．(11分)如图所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器——电流天平，某同学在实验室里，用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度，他测得的数据记录如下，请你算出通电螺线管中的磁感应强度B。已知：CD段导线长度为4×10－2 m，天平平衡时钩码重力为4×10－5 N，通过导线的电流为0.5 A。【答案】2.0×10－3 T【解析】由题意知，I＝0.5 A，G＝4×10－5 N，l＝4×10－2 m。电流天平平衡时，导线所受磁场力的大小等于钩码的重力，即F＝G。由磁感应强度的定义式B＝得B＝＝ T＝2.0×10－3 T所以，通电螺线管中的磁感应强度为2.0×103 T。16．(12分)如图所示，王亚平进行“太空授课”时，与地面同学通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果地面上有两个手持卫星电话的人通过同步卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话？(已知地球的质量为6.0×1024 kg，地球半径为6.4×106 m，引力常量为6.67×10－11 N·m2·kg－2≈423)【解析】王亚平与同学之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的，设同步卫星高度为H，由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，即＝m(R＋H)，H＝－R≈3.6×107 m，则一方讲话另一方听到所需的最少时间是t＝＝0.24 s。【答案】电磁波传递信息也是需要时间的；0.24 s