《第13章 电磁感应与电磁波初步》章末复习及单元测试卷

《第十三章电磁感应与电磁波初步》章末复习【体系构建】【核心速填】1．磁场(1)发现：奥斯特发现了电流的磁效应。(2)性质：对放入磁场的磁体或电流有力的作用。(3)磁感线：为形象描述磁场引入的假想线，可以描述磁场的强弱和方向。(4)可以用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向。(5)磁感应强度的定义式：B＝eq\f(F,Il)。(6)磁通量：Φ＝B·S。2．电磁感应现象及应用(1)法拉第探索电磁感应现象。(2)产生感应电流的条件：闭合电路的磁通量发生变化。3．电磁波及其应用(1)麦克斯韦的电磁场理论：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。(2)麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在。(3)电磁波在真空中的传播速度c＝3.0×108m/s。4．能量量子化(1)热辐射：一切物体都在辐射电磁波。(2)热辐射规律：温度越高，热辐射中波长较短的成分越强。(3)普朗克能量子假设：ε＝hν。(4)能级：原子处于一系列不连续的能量状态中，在最低能级最稳定，由高能级向低能级跃迁时放出光子。电场线与磁感线的比较1．相似之处(1)电场线和磁感线都是为了形象地描述场而引入的假想的曲线，实际上并不存在。(2)电场线和磁感线都是用来描述场的强弱和方向的，电场线和磁感线切线方向分别表示了电场和磁场的方向。(3)电场线和磁感线都不能相交。因为如果相交，在相交点就会出现两个切线方向，与电场和磁场中某一确定点的场的方向是唯一的相矛盾。2．电场线和磁感线的显著区别：电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷，是非闭合的曲线，而磁感线是闭合的曲线。【例1】(多选)关于电场线和磁感线的概念，以下说法正确的是()A．电场线和磁感线都是不封闭的曲线B．沿着磁感线的方向，磁场越来越弱C．任意两条电场线或磁感线都不能相交D．电场线和磁感线的疏密都表示场的强弱CD[电场线和磁感线都是为了形象描述场而引入的模型，由于曲线的切线方向表示场的方向，所以不可能相交，其疏密都反映场的强弱，所以B错误，C、D正确；电场线不闭合，而磁感线是闭合的，在条形磁铁外部，磁感线由N极到S极；在条形磁铁内部由S极到N极，故A错误．]1．磁场中某区域的磁感线，如图所示，则()A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＞BbB．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba<BbC．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大D．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小B[根据磁感线的疏密程度可以判断出a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＜Bb，即B正确；同一通电导线放在a、b处时的位置(即放入时与磁感线的方向)不确定，则其受安培力的大小就不一定。]安培定则的应用——电流磁场的判断应用安培定则时要分清是直线电流还是环形电流。(1)判断直线电流周围的磁场：伸直的大拇指方向——电流方向四指弯曲方向——周围磁感线环绕方向。(2)判断环形电流周围的磁场：四指弯曲方向——电流方向伸直的大拇指方向——环形电流中心磁场方向。(3)判断载流螺线管的磁场：四指弯曲方向——电流方向伸直的大拇指方向——载流螺线管中心磁场方向。【例2】如图为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是()A．①③B．②③C．①④D．②④C[电流产生磁场的磁感线方向可以用安培定则来判定。对直线电流：手握导线，大拇指指向电流方向，四指指向磁感线的环绕方向，据此判定知①对，②错；对环形电流：四指指电流方向，大拇指指向中心轴线的磁感线方向，所以③错，④对。判断时注意立体图形的俯视方向，所以选项C正确。]2．如图所示，带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上原小磁针最后平衡的位置是()A．N极竖直向上 B．N极竖直向下C．N极沿轴线向左 D．N极沿轴线向右D[金属环匀速旋转时，形成的电流方向与旋转方向相反，由安培定则可以判断轴线上磁场的方向向右，则小磁针N极静止时的指向向右。]对磁感应强度的理解1．通过实验归纳得出，电流方向跟磁场垂直时，电流受到的安培力最大为F＝BIl，平行放置时安培力为零。一般情况下，电流受到的安培力介于零和最大值之间，所以F＝BIl只适用于电流与磁场方向垂直的情况。2．磁感应强度由磁场本身决定，跟在该位置放入的导体长度l、电流I的大小及受到磁场的作用力均无关，与放不放通电导体也无关。3．不能根据公式B＝eq\f(F,Il)说B与F成正比，与Il成反比。4．由公式B＝eq\f(F,Il)计算B时，通电直导线必须垂直于磁场放入，如果小段通电导线平行放入磁场，其所受安培力F为零，但不能说该处磁感应强度B为零。【例3】关于磁感应强度，下列说法正确的是()A．匀强磁场中的磁感应强度可以这样测定：测出一段通电导线放在磁场中受到的安培力F，及该导线的长度l、通过的电流I，则B＝eq\f(F,Il)B．通电导线在某处不受安培力的作用，则该处的磁感应强度一定为零C．B＝eq\f(F,Il)只是定义式，磁感应强度是磁场本身的属性，与放不放通电导线无关D．通电导线所受安培力的方向就是磁感应强度的方向思路点拨：①公式B＝eq\f(F,Il)是磁感应强度的定义式，而不是决定式。②磁感应强度的方向就是该点小磁针N极受力方向。C[根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电导线”，只有在这个方向上导线所受的安培力才最大，故A错误；当通电导线与磁场方向平行时，不受安培力作用，故B错误；在磁场源稳定的情况下，磁场内每一点的磁感应强度是唯一确定的，与放入该处的检验电流无关，C正确；由左手定则可确定，安培力的方向与磁感应强度的方向垂直，故D错误。]3．关于磁感应强度，下列说法正确的是()A．由B＝eq\f(F,Il)可知，B与F成正比，与Il成反比B．通电导线放在磁场中的某点，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该点的磁感应强度就为零C．通电导线受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场(即B＝0)D．磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关D[磁感应强度B＝eq\f(F,Il)是定义式，用来量度某处的磁感应强度，但磁感应强度是由磁场本身的性质决定的，与放入的通电导线无关；当通电导线与磁场方向平行时受磁场力为零，但不能说明B＝0，故选项A、B、C均错，只有选项D正确。]麦克斯韦的电磁场理论1．麦克斯韦总结了人们对电磁规律的研究成果，大胆预言了电磁场的存在，完整建立了电磁场理论。其理论的根本：变化的磁场(电场)产生电场(磁场)；均匀变化的磁场(电场)产生稳定的电场(磁场)；周期性变化的磁场(电场)产生周期性变化的电场(磁场)。赫兹的实验验证了麦克斯韦的电磁场理论。2．周期性变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。【例4】(多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是()ABCDBCD[A图中的上图磁场是恒定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知周围空间不会产生电场，A是错误的；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图中的磁场是稳定的，所以B正确；C图中的上图是振荡的磁场，它能产生同频率的振荡电场，C图是正确的；D图中的上图是振荡的电场，在其周围空间产生振荡的磁场，故D正确。][一语通关](1)变化的磁场在周围空间产生电场，变化的电场在周围空间产生磁场。(2)周期性变化的磁场在周围空间产生同频率变化的电场，周期性变化的电场在周围空间产生同频率变化的磁场。4．下列有关电磁场理论的说法正确的是()A．任何磁场都能在空间产生电场B．变化的磁场一定能产生变化的电场C．非均匀变化的电场能产生变化的磁场D．在电磁场中，变化的电场和变化的磁场是分立的C[根据麦克斯韦电磁场理论，稳定的磁场不产生电场，变化的磁场产生电场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场，周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，反之也对，所以选项A、B错，选项C对；而电磁场的电场和磁场是不可分割的整体，选项D错。]《第十三章电磁感应与电磁波初步》单元测试卷(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530nm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6.63×10-34J·s,光速为3×108m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约是()A.2.3×10-18W B.3.8×10-19WC.7.0×10-10W D.1.2×10-18W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=Et,式中E=6ε,又ε=hν=hc可解得P=6×6.63×10-34×3×108答案A2.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B3.π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C4.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>ΦbB.Φa=ΦbC.Φa<ΦbD.条件不足,无法判断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C5.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=ΔΦ2C.ΔΦ1<ΔΦ2 D.无法确定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C6.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)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D7.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AD8.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<v2C.v2=2v1 D.v1=v2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ABC9.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=FILB.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=FIL只是定义式,它的大小取决于场源及磁场中的位置,与F、I、LD.磁场是客观存在的物质解析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=FIL,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=F答案CD10.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=Fq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=F答案AC11.(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13B0和12B0,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712BB.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为112BC.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为112BD.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为712B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=-B03。对b点有,B1b-B2b-B0=-B02,联立以上方程解得B1a=B1b=7B012,B2答案AC12.(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∶3D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为3∶3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=2Fcos60°=F,方向与L2、L3所在平面平行;L2受合力F2=2Fcos60°=F,方向与L1、L3所在平面平行;L3所受合力F3=2Fcos30°=3F,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.(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(选填“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。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.(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?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则磁通量的变化量为ΔΦ=|Φ2-Φ1|=2BScosθ。答案2BScosθ15.(10分)磁场中放一与磁场方向垂直的电流元,通入的电流是2.5A,导线长10cm,它受到的磁场力为5×10-2N。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5A时,这一点的磁感应强度是多大?(3)如