高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步综合与测试课后练习题

第十三章测评

(时间:60分钟　满分:100分)

一、选择题(本题共12个小题,每题4分,共48分。1~6是单选题,7~12是多选题,多选、错选均不得分,漏选得2分)

1.人眼对绿光较为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时,只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10-34 J·s,光速为3×108 m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约是(　　)

A.2.3×10-18 W B.3.8×10-19 W

C.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W

2.如图所示,圆环上带有大量的负电荷,当圆环沿顺时针方向转动时,a、b、c三枚小磁针都要发生转动,以下说法正确的是(　　)

A.a、b、c的N极都向纸里转

B.b的N极向纸外转,而a、c的N极向纸里转

C.b、c的N极都向纸里转,而a的N极向纸外转

D.b的N极向纸里转,而a、c的N极向纸外转

3.指南针是我国古代的四大发明之一。当指南针静止时,其N极指向如图中虚线(南北向)所示,若某一条件下该指南针静止时N极指向如图实线(N极指向北偏东)所示。则以下判断正确的是(　　)

A.可能在指南针上面有一导线东西放置,通有由东向西的电流

B.可能在指南针上面有一导线东西放置,通有由西向东的电流

C.可能在指南针上面有一导线南北放置,通有由北向南的电流

D.可能在指南针上面有一导线南北放置,通有由南向北的电流

4.如图所示,两个同心圆形线圈a、b在同一平面内,其半径大小关系为ra>rb,条形磁铁穿过圆心并与圆面垂直,则穿过两线圈的磁通量Φa、Φb间的大小关系为(　　)

A.Φa>Φb

B.Φa=Φb

C.Φa<Φb

D.条件不足,无法判断

5.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量,如图所示,通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面,第一次将线框由位置1平移到位置2,第二次将线框绕cd边翻转到位置2,设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2,则(　　)

A.ΔΦ1>ΔΦ2 B.ΔΦ1=ΔΦ2

C.ΔΦ1<ΔΦ2 D.无法确定

6.如图所示,矩形闭合线圈abcd竖直放置,OO'是它的对称轴,通电直导线AB与OO'平行,且AB、OO'所在平面与线圈平面垂直,如要在线圈中产生感应电流,可行的做法是(　　)

A.AB中电流I逐渐增大

B.AB中电流I先增大后减小

C.AB正对OO',逐渐靠近线圈

D.线圈绕OO'轴逆时针转动90°(俯视)

7.在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是(　　)

A.将线圈与电流表组成一闭合回路,让磁铁穿过线圈观察电流表的变化

B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化

C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化

D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化

8.在匀强磁场中有两条平行的金属导轨,磁场方向与导轨平面垂直,导轨上有两条可沿导轨自由移动的导体棒ab、cd,导体棒ab、cd的运动速度分别为v1、v2,如图所示,ab棒上有电流通过,则可能有(　　)

A.v1>v2 B.v1<v2

C.v2=2v1 D.v1=v2

9.下列说法正确的是(　　)

A.磁场中某点的磁感应强度可以这样测定:把一小段通电导线放在该点时,受到的磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I的乘积的比值B=,即磁场中某点的磁感应强度

B.通电导线在某点不受磁场力的作用,则该点的磁感应强度一定为零

C.磁感应强度B=只是定义式,它的大小取决于场源及磁场中的位置,与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关

D.磁场是客观存在的物质

10.下列说法中正确的是(　　)

A.电荷在某处不受静电力的作用,则该处的电场强度为零

B.一小段通电导线在某处不受磁场力的作用,则该处磁感应强度一定为零

C.把一个试探电荷放在电场中的某点,它受到的静电力与试探电荷电荷量的比值表示该点电场的强弱

D.把一小段通电导线放在磁场中某处,它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流乘积的比值表示该处磁场的强弱

11.(2018·全国卷Ⅱ)如图,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电流方向向左,L2中的电流方向向上;L1的正上方有a、b两点,它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为B0,方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0和B0,方向也垂直于纸面向外。则(　　)

A.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0

B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0

C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0

D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0

12.(2017·全国卷Ⅰ)如图,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反,下列说法正确的是              (　　)

A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直

B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直

C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶

D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为∶1

二、实验题(12分)

13.(1)(4分)1831年,物理学家法拉第用如图所示的实验,成功发现了磁生电现象,开关始终处于闭合状态时,a线圈中　　　　　(选填“有”或“无”)感应电流产生,开关闭合或断开瞬间,a线圈中　　　　　(填“有”或“无”)感应电流产生。 

(2)(8分)下图是某兴趣小组研究磁生电现象所需的器材。

请你协助该小组完成如下工作。用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路,将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路,并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量,使副线圈回路产生感应电流的三种方式:

①　; 

②　; 

③　。 

三、计算题(本题共4个小题,共40分)

14.

(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,平面abcd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的变化量是多少?

15.(10分)磁场中放一与磁场方向垂直的电流元,通入的电流是2.5 A,导线长10 cm,它受到的磁场力为5×10-2 N。问:

(1)这个位置的磁感应强度是多大?

(2)如果把通电导线中的电流增大到5 A时,这一点的磁感应强度是多大?

(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力,是否可以肯定这里没有磁场。

16.(10分)已知山东某地地面处的地磁场水平分量约为3×10-5 T,山东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附近的轴线上,如图所示。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)

17.(12分)如图所示,ab、cd为两根相距2 m的平行金属导轨,水平放置在竖直向下的匀强磁场中,通以5 A的电流时,质量为0.36 kg的金属棒MN沿导轨做匀速运动;当棒中电流增大到8 A时,棒能获得2 m/s2的加速度。已知金属棒受到的磁场力方向水平,求匀强磁场的磁感应强度的大小。

参考答案

一、选择题(本题共12个小题,每题4分,共48分。1~6是单选题,7~12是多选题,多选、错选均不得分,漏选得2分)

1.解析因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。所以察觉到绿光所接收的最小功率P=,式中E=6ε,又ε=hν=h,

可解得P= W≈2.3×10-18 W。

答案A

2. 解析由于圆环带负电荷,故当圆环沿顺时针方向转动时,等效电流的方向为逆时针,由安培定则可判断环内磁场方向垂直纸面向外,环外磁场方向垂直纸面向内,磁场中某点的磁场方向即是放在该点的小磁针静止时N极的指向,所以b的N极向纸外转,a、c的N极向纸里转。

答案B

3. 解析若指南针静止时N极指向北偏东方向,则有一指向东的磁场,由安培定则知,可能在指南针上面有一导线南北放置,通有由北向南的电流,故C正确。

答案C

4. 解析条形磁铁内部的磁感线全部穿过a、b两个线圈,而外部磁感线穿过线圈a的比穿过线圈b的要多,穿过线圈a磁通量的代数和要小,故选项C正确。

答案C

5.解析设闭合线框在位置1时的磁通量为Φ1,在位置2时的磁通量为Φ2,直线电流产生的磁场在位置1处比在位置2处要强,故Φ1>Φ2。将闭合线框从位置1平移到位置2,磁感线是从闭合线框的同一面穿过的,所以ΔΦ1=|Φ2-Φ1|=Φ1-Φ2;将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2,磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过,所以ΔΦ2=|(-Φ2)-Φ1|=Φ1+Φ2(以原来穿过的方向为正方向,则后来从另一面穿过的方向为负方向)。故正确选项为C。

答案C

6.解析由于通电直导线AB与OO'平行,且AB、OO'所在平面与线圈平面垂直。AB中无论电流如何变化,或AB正对OO'靠近线圈或远离线圈,线圈中磁通量均为零,不能在线圈中产生感应电流,选项A、B、C错;线圈绕OO'轴逆时针转动90°(俯视),穿过闭合线圈的磁通量变化,线圈中产生感应电流,选项D正确。

答案D

7. 解析产生感应电流必须满足的条件:①电路闭合;②穿过闭合电路的磁通量要发生变化。选项B电路闭合,但磁通量不变,不能产生感应电流,故选项B不能观察到电流表的变化,A能观察到电流表的变化;选项C满足产生感应电流的条件,也能产生感应电流,但是等我们从一个房间到另一个房间后,电流表中已没有电流,故选项C也不能观察到电流表的变化;选项D满足产生感应电流的条件,能产生感应电流,可以观察到电流表的变化,所以选AD。

答案AD

8.解析对于匀强磁场来说,磁通量Φ=BS,根据题中条件,当穿过闭合电路中磁场的有效面积S发生变化时才有Φ的变化。因此应有v1≠v2,这时存在着v1>v2与v1<v2,所以A、B、C都有可能。

答案ABC

9. 解析A选项考查的是磁感应强度的定义,只有当通电导线与磁场方向垂直时才有B=,A错误;B选项中,当通电导线与磁场平行时,不受磁场力,此时,磁感应强度不一定为零,B错误;C选项中,B=是定义式,磁场强弱取决于场源及磁场中的位置,C正确;磁场与电场一样,都是客观存在的物质,D正确。

答案CD

10. 解析把电荷放入某处,如果电荷没有受到静电力的作用,则该处不存在电场或该处的电场强度为零,故A正确;把通电直导线放入某处,如果放置的方向不合适,即使有磁场存在,通电直导线也可能不受磁场力的作用,故B错误;由电场强度的定义式E=知,电场强度等于试探电荷受到的静电力F与所带电荷量q的比值,故C正确;磁感应强度的定义式B=的成立是有条件的,即通电直导线要与磁场方向垂直,否则不成立,故D错误。

答案AC

11.解析设L1在a、b点产生的磁感应强度分别为B1a、B1b,L2在a、b点产生的磁感应强度分别为B2a、B2b,根据安培定则可知,B1a=B1b,方向均垂直纸面向里;B2a=B2b,B2a方向垂直纸面向里,B2b方向垂直纸面向外;根据题意,对a点有,B1a+B2a-B0=-。对b点有,B1b-B2b-B0=-,联立以上方程解得B1a=B1b=,B2a=B2b=,选项A、C正确。

答案AC

12.解析利用同向电流相互吸引,异向电流相互排斥,受力分析如下

设任意两导线间作用力大小为F,则

L1受合力F1=2Fcos 60°=F,方向与L2、L3所在平面平行;

L2受合力F2=2Fcos 60°=F,方向与L1、L3所在平面平行;

L3所受合力F3=2Fcos 30°=F,方向与L1、L2所在平面垂直;故选B、C。

答案BC

二、实验题(12分)

13.解析(1)开关始终闭合时,因穿过a线圈的磁通量不变,所以无感应电流产生。开关闭合瞬间穿过a线圈的磁通量突然增大,所以有感应电流产生。开关断开瞬间,穿过a线圈的磁通量突然减小,所以有感应电流产生。

(2)实物连接如图所示。①原线圈A插入副线圈B后,合上(或断开)开关瞬间;②合上开关后,将原线圈A插入副线圈B或从副线圈B中抽出;③合上开关,将原线圈A插入副线圈B后,移动滑动变阻器的滑片。

答案(1)无　有　(2)见解析。

三、计算题(本题共4个小题,共40分)

14.解析开始时穿过线圈平面的磁通量为Φ1=BScos θ。

后来穿过线圈平面的磁通量为Φ2=-BScos θ

则磁通量的变化量为ΔΦ=|Φ2-Φ1|=2BScos θ。

答案2BScos θ

15. 解析(1)由磁感应强度的定义式得

B==0.2 T。

(2)磁感应强度B是由磁场和空间位置(点)决定的,和导线的长度L、电流I的大小无关,所以该点的磁感应强度还是0.2 T。

(3)不可以。如果通电导线在磁场中某处不受磁场力,则有两种可能:①该处没有磁场;②该处有磁场,但通电导线与磁场方向平行。

答案(1)0.2 T　(2)0.2 T　(3)不可以

16.解析接通电源后,小磁针N极指向是地磁场和螺线管磁场的合磁场的方向,由此可判定螺线管的磁场在小磁针处方向水平向右,由安培定则判断螺线管导线绕向如答案图所示。

由题意知地磁场水平分量By=3×10-5 T,设通电螺线管产生的磁场为Bx。由图知=tan 60°得Bx=3×10-5× T≈5×10-5 T。

答案　5×10-5 T

17.解析设磁感应强度为B,金属棒与轨道间的动摩擦因数为μ,金属棒的质量为m,金属棒在磁场中的有效长度L=2 m。当棒中的电流I1=5 A时,金属棒所受到的磁场力与轨道对棒的滑动摩擦力平衡,金属棒做匀速直线运动。由平衡条件可得

BI1L=μmg ①

当金属棒中的电流I2=8 A时,棒做加速运动,加速度大小为a,根据牛顿第二定律得

BI2L-μmg=ma ②

将①代入②得B== T=0.12 T。

答案0.12 T