高中人教版 (2019)第十三章 电磁感应与电磁波初步综合与测试达标测试

第十三章　电磁感应与电磁波初步

注意事项

1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。

2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。

一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　

1.(2021湖南常德一中高二月考)下列叙述错误的是 (　　)

A.一切物体都在辐射电磁波

B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关

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

D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波

2.(2021江苏镇江高二期中)如图所示,通电直导线右边有一个矩形线框,线框平面与直导线共面。若将线框逐渐远离通电导线,则穿过线框的磁通量将              (　　)

A.逐渐增大　　　B.逐渐减小

C.先增大后减小　　　D.先减小后增大

3.取两根完全相同的长导线,用其中一根绕成如图(a)所示的螺线管,当该螺线管中通以大小为I的电流时,测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B。若将另一根长导线对折后绕成如图(b)所示的螺线管,并通以大小也为I的电流,则在螺线管内中部的磁感应强度大小为              (　　)

A.0.5B　　　B.B　　　C.2B　　　D.0

4.(2021吉林高二学业考试模拟)如图所示,环形导线中通有逆时针方向的电流I,则该环形导线轴线上的磁场方向为              (　　)

A.垂直纸面向里　　　

B.垂直纸面向外

C.水平向右　　　

D.水平向左

5.(2021江苏常熟中学高二期中)通电长直导线的磁感线分布如图所示,面积相等的线圈S1、S2所在平面与导线垂直,关于通过线圈S1、S2的磁通量Φ1、Φ2,下列分析正确的是              (　　)

A.Φ1>Φ2　　　

B.Φ1<Φ2

C.Φ1与Φ2相等,但不为0

D.Φ1与Φ2均为0

6.(2021天津八中高二月考)下列各图中,已标出电流I及电流所产生磁场的磁感应强度B的方向,其中正确的是              (　　)

A.直线电流　　　B.直线电流

C.通电螺线管　　　D.环形电流

7.(2021福建厦门六中高二期中)如图所示,矩形线圈面积为S=1.0 m2,放在足够宽的磁感应强度为B=2.0 T 的匀强磁场中,开始处于水平位置a,磁场与线圈平面夹角θ=53°。现让矩形线圈绕其一边顺时针转动到竖直位置b,再转到与磁感线垂直的位置c。则由位置a到位置c的过程中,矩形线圈中的磁通量改变了              (　　)

A.0.4 Wb　　　

B.0.8 Wb

C.3.2 Wb　　　

D.3.6 Wb

8.(2021湖北华师一附中高二期中)1820年4月,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。已知通电长直导线周围某点的磁感应强度B=k,即磁感应强度B与导线中的电流I成正比、与该点到导线的距离r成反比。如图所示,两根平行长直导线相距x0,分别通以大小不等、方向相同的电流,已知I1>I2。规定磁场方向垂直纸面向里为正,在0~x0区间内磁感应强度B随x变化的图线可能是图中的              (　　)

二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)

9.(2021辽宁东北育才中学高二月考)下列关于电磁波的说法正确的是 (　　)

A.只要电场和磁场发生变化,就能产生电磁波

B.电磁波的传播需要介质

C.停止发射电磁波,发射出去的电磁波仍能独立存在

D.电磁波具有能量,电磁波传播时伴随着能量向外传递

10.(2021湖北黄石二中高二期中)关于电磁波的应用,下列说法正确的是 (　　)

A.微波炉不是利用电磁波来工作的

B.微波炉是利用电磁波的能量来快速加热食物的

C.雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的

D.夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的

11.(2021河南科技大学附中高二期中)如图所示,甲、乙、丙、丁四幅图中,八个相同的磁铁都处于静止状态,其中甲、乙中的弹簧都处于伸长状态,则              (　　)

A.对地面压力最大的是丁

B.对地面压力最小的是甲

C.甲、乙对地面的压力相等

D.丙、丁对地面的压力相等

12.(2021江西宜春中学高二期中)如图所示,两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流。a、O、b在M、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到O点的距离均相等。下列说法正确的是　              (　　)

A.O点的磁感应强度不为零

B.a、b两点的磁感应强度大小相等、方向相反

C.c、d两点的磁感应强度大小相等、方向相同

D.a、c两点的磁感应强度方向不同

三、非选择题(本题共6小题,共60分)

13.(6分)(2021天津一中高二期中)如图为“探究感应电流产生的条件”的实验装置。

(1)请在图中用实线将所缺的导线补接完整。根据你的连线,在闭合开关S前,滑动片P应置于滑动变阻器的　　　　(选填“最左端”“中间”或“最右端”); 

(2)在完成“探究感应电流产生的条件”这一实验后,接下来继续使用这一实验装置进行“研究磁通量变化时感应电流的方向”这一实验。闭合开关S,使A放置在B线圈中保持静止,减小滑动变阻器接入电路中的阻值,观察到灵敏电流计G的指针向左偏转。根据这一现象判断,当A线圈相对B线圈向上运动时,灵敏电流计的指针　　　　(选填“向左”或“向右”)偏转。 

14.(8分)(2021湖北武钢三中高二期中)图中虚线框内存在一沿水平方向且与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的磁场力,来测量磁场的磁感应强度大小。所用部分器材已在图中给出,其中D为位于纸面内的U形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长,E为直流电源,R为电阻箱,A为电流表,S为开关。此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。

(1)在图中画线连接成实验电路图。

(2)完成下列主要实验步骤中的填空。

①按图接线。

②保持开关S断开,在托盘内加入适量细沙,使D处于平衡状态,然后用天平称出细沙的质量m1。

③闭合开关S,调节R的值使电流大小适当,在托盘内重新加入适量细沙,使D　　　　　　　　,然后读出　　　　,并用天平称出此时细沙的质量m2。 

④用米尺测量D的底边长度L。

(3)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B=　　　　。 

15.(10分)(2021江西九江一中高二期中)小灯泡的功率P=1 W,设其发出的光向四周均匀辐射,平均波长λ=10-6 m,求在距离d=1.0×104 m处,每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1 cm2的球面上的光子数是多少?(h=6.63×10-34 J·s,结果保留三位有效数字)

16.(10分)(2021湖北武汉汉阳一中高二月考)如图所示,有一个垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=0.8 T,磁场有明显的圆形边界,圆心为O,半径为1 cm。现在纸面内先后放上圆形线圈,圆心均在O处,A线圈半径为1 cm,20匝;D线圈半径为2 cm,10匝;C线圈半径为0.5 cm,1匝;问:

(1)在磁感应强度B减少为0.4 T的过程中,A和D中的磁通量改变了多少?

(2)在磁场转过30°角的过程中,C中的磁通量改变了多少?(结果保留两位有效数字)

17.(12分)(2021广西南宁三中高二期中)如图所示,磁感应强度大小为B的匀强磁场仅存在于边长为2L的正方形范围内,左右各一半面积的范围内,磁场方向相反,有一个电阻为R、边长为L的正方形导线框abcd,沿垂直磁感线方向以速度v匀速通过磁场。从ab边进入磁场算起,画出穿过线框的磁通量Φ随时间t变化的图像。(要求写出分析过程)

18.(14分)(2021湖北夷陵中学高二月考)如图所示,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3垂直纸面放置,三根导线及坐标原点恰好位于边长为a的正方形的四个顶点上,L1与L2中的电流均为2I,方向均垂直于纸面向外,L3中的电流为I,方向垂直纸面向里。已知电流为I的长直导线产生的磁场中,距离导线r处的磁感应强度B=k(式中k为常量)。求原点O处的磁感应强度B的大小和方向。

答案全解全析

第十三章　电磁感应与电磁波初步

1.B　根据热辐射及黑体定义知A、D正确;根据热辐射和黑体辐射的特点知一般材料的物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错误,C正确。

2.B　通电导线产生稳定的磁场,离导线越远,磁场越弱,磁感线越疏,根据Φ=B·S,当线框逐渐远离通电导线时,穿过线框的磁通量将逐渐减小。故选B。

3.D　将长导线对折后绕成题图(b)所示的螺线管,根据安培定则,由于两根导线中电流方向相反,产生等大反向的两个磁场,相互抵消,所以磁感应强度为零,故D正确。

4.B　由安培定则可知,该环形导线轴线上的磁场方向为垂直纸面向外。故选B。

5.D　线圈S1、S2所在平面与导线垂直,根据安培定则可知,通电直导线的磁场与S1、S2所在平面平行,由Φ=B·S可知,Φ1与Φ2均为0,故A、B、C均错误,D正确。

6.D　由安培定则可知,电流垂直纸面向外的直导线周围的磁场分布为逆时针的同心圆,A错误;向上的电流左侧磁场应向外,右侧向里,B错误;通电螺线管内部磁场方向向右,C错误;环形电流由右方流入,由安培定则可知,内部磁感线向上,D正确。

7.D　开始时在a位置,穿过线框的磁通量为Φ=BS sin 53°=2.0×1.0×0.8 Wb=1.6 Wb;在c位置时,线圈与磁感线垂直,磁通量大小为Φ'=BS=2.0×1.0 Wb=2.0 Wb。由题图可知,线圈在c位置时的磁通量与在a位置时的磁通量穿过线圈的方向相反,磁通量的变化量ΔΦ=Φ'+Φ=1.6 Wb+2.0 Wb=3.6 Wb,故选D。

8.A　由安培定则可知,左侧通电导线中的电流在该导线右侧产生的磁场方向垂直纸面向里,而右侧通电导线中的电流在该导线左侧产生的磁场方向垂直纸面向外,故在0~x0区间内磁场方向先为正后为负,在两根导线中间某位置磁感应强度为零,根据通电长直导线周围某点的磁感应强度B=k和I1>I2可知,在的位置磁场方向为正,故A正确。

9.CD　要想产生电磁波,变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的,选项A错误;电磁波可以在真空中传播,选项B错误;电磁波可以脱离“波源”而独立存在,选项C正确;电磁波具有能量,电磁波传播的过程,也就是能量向外传递的过程,选项D正确。

10.BCD　微波是电磁波的一部分,食物分子在微波的作用下剧烈震动,内能增大,温度升高,达到加热的目的,故A错误,故B正确;雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的,故C正确;不同温度的物体发出的红外线特征不同,夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的,故D正确。

11.BD　设磁铁的质量为m,根据同种磁极相互排斥、异种磁极相互吸引,图甲中磁铁对地面的压力小于mg,图乙中磁铁对地面的压力大于mg,但小于2mg,图丙、丁中磁铁对地面的压力都等于2mg,故B、D项正确。

12.AC　a、b、c、d四点的磁感应强度均为两长直导线在各点的磁感应强度的叠加,由安培定则可知,两导线在O点产生的磁感应强度的方向相同,合磁感应强度竖直向下,不为零,A正确;由对称性可知,a、b两点,c、d两点的磁感应强度大小和方向均相同,B错误,C正确;a、c两点的磁感应强度均垂直于a、b连线竖直向下,方向相同,D错误。

13.答案　(1)图见解析(2分)　最左端(2分)

(2)向右(2分)

解析　(1)如图所示

由图可以看出,滑动变阻器采用限流式接法接入电路中,开关闭合之前,要将滑动变阻器的阻值调到最大,即调到最左端。

(2)减小滑动变阻器接入电路中的阻值,流过A线圈的电流增大,穿过B线圈的磁通量增大。灵敏电流计的指针向左偏转。当A线圈相对B线圈向上运动时,穿过B线圈的磁通量减小,则灵敏电流计的指针向右偏转。

14.答案　(1)见解析(2分)

(2)重新处于平衡状态(2分)　电流表的示数I(2分)

(3)(2分)

解析　(1)如图所示

(2)本题考查了磁场力作用下物体的平衡,利用平衡条件求解磁感应强度,故应使D重新处于平衡状态;两次细沙的重力之差与D的底边所受磁场力相等,磁场力与电流大小有关,故还需读出电流表的示数I。

(3)两次细沙的重力之差与D的底边所受磁场力相等,即BIL=|m2-m1|g,所以磁感应强度B=。

15.答案　　4.00×105(个)

解析　每秒钟小灯泡发出的能量为E=Pt=1 J(2分)

1个光子的能量ε=hν== J=1.989×10-19 J(2分)

小灯泡每秒钟辐射的光子数

n==≈5.03×1018(个) (2分)

距离小灯泡d的球面面积为S=4πd2=4π×(1.0×104)2 m2=1.256×109 m2=1.256×1013 cm2              (2分)

每秒钟落在1 cm2的球面上的光子数为N==≈4.00×105(个)。 (2分)

16.答案　(1)1.256×10-4 Wb　1.256×10-4 Wb

(2)8.4×10-6 Wb

解析　(1)对A线圈Φ1=Bπ,Φ2=B2π (2分)

故磁通量的改变量|Φ2-Φ1|=(0.8-0.4)×3.14×(1×10-2)2 Wb=1.256×10-4 Wb(2分)

对D线圈,|Φ2-Φ1|=1.256×10-4 Wb(2分)

(2)对C线圈,Φ1'=Bπ

磁场转过30°,线圈在垂直磁场方向上的投影面积为π cos 30°,

则Φ2'=Bπ cos 30° (2分)

故磁通量的改变量

|Φ2'-Φ1'|=Bπ(1-cos 30°)=8.4×10-6 Wb(2分)

17.答案　见解析

解析　线框穿过磁场的过程可分为三个阶段,进入磁场阶段(只有ab边在磁场中)、在磁场中运动阶段(ab、cd两边都在磁场中)、离开磁场阶段(只有cd边在磁场中)。

(1)线框进入磁场阶段:在0~时间内,线框进入磁场中的面积线性增加,S=Lvt,全部进入磁场时穿过线框的磁通量为Φ=BS=BL2;

(2)线框在磁场中运动阶段:在~时间内,穿过线框的磁通量逐渐减小为零;

(3)线框在磁场中运动阶段:在~时间内,穿过线框的磁通量反向增加,最后为BL2;

(4)线框离开磁场阶段:在~时间内,穿过线框的磁通量逐渐减小,最后为零。

Φ-t图像如图所示:

18.答案　　方向沿x轴负方向

解析　根据安培定则,画出三根导线分别在O点的磁场方向,如图所示,设L1在O点产生的磁感应强度大小为B1,则有B1=k=,方向沿x轴负方向              (2分)

设L2在O点产生的磁感应强度大小为B2,则有B2=k=,方向与x轴负方向成45°角              (2分)

设L3在O点产生的磁感应强度大小为B3,则有B3=k,方向沿y轴正方向 (2分)

先将B2正交分解,则沿x轴负方向的分量大小

B2x= cos 45°= (2分)

沿y轴负方向的分量大小

B2y= sin 45°= (2分)

故x轴方向的合磁感应强度大小Bx=B1+B2x=,方向沿x轴负方向

y轴方向的合磁感应强度大小By=-B2y+B3=0 (2分)

故最终的合磁感应强度大小B=Bx=,方向沿x轴负方向。 (2分)