电磁感应与电磁波初步单元测试-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

密○封○装○订○线密○封○装○订○线密○封○装○订○线密○封○装○订○线密封线内不要答题姓名班级考号姓名班级考号密○封○装○订○线密○封○装○订○线密封线内不要答题第十三章电磁感应与电磁波初步全卷满分100分考试用时90分钟一、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.英国科学家麦克斯韦在前人研究电磁现象的基础上,建立了完整的电磁场理论。下列说法正确的是()A.电磁波是一种物质B.电磁波可以传递信息,但不能传递能量C.遥控器发出的红外线波长和医院CT中的X射线波长相同D.变化的电场产生磁场,变化的磁场不能产生电场2.我国高铁技术、北斗卫星导航系统、5G通信技术,目前处于世界领先水平。与4G相比,5G具有“更高网速、低延时、低功率海量连接、通信使用的电磁波频率更高”等特点。与4G相比,5G使用的电磁波()A.波长更长B.能量子的能量更小C.能量子的能量更大D.传播速度更快3.我国拥有世界上最大的单口径射电望远镜,被称为“天眼”。如图所示,“天眼”的“眼眶”所围圆面积为S,其所在处地磁场的磁感应强度大小为B,与“眼眶”平面垂直、平行的分量分别为B1、B2,则()A.穿过“眼眶”的磁通量大小为BSB.穿过“眼眶”的磁通量大小为B2SC.在地球自转180°的过程中,穿过“眼眶”磁通量的变化量为0D.在地球自转180°的过程中,穿过“眼眶”磁通量的变化量为2B1S4.如图所示,在直角三角形abc中,∠c=30°,d是ac的中点,在b、c两点放有垂直纸面的直导线,导线中通有大小相等、方向向外的恒定电流,则此时d点的磁感应强度的方向为()A.竖直向上B.竖直向下C.水平向右D.水平向左5.下列给出了四幅与感应电流产生相关的情景图,判断正确的是()A.图甲,水平直导线中电流逐渐减小时,其正下方的水平金属圆形线圈中有感应电流B.图乙,正方形金属线圈以虚线为轴匀速转动时,线圈中无感应电流C.图丙,矩形导线框以其任何一条边为轴转动时,线框中都有感应电流产生D.图丁,正方形导线框加速离开同一平面内的条形磁体时,线框中无感应电流产生6.市面上有一种有趣的磁浮玩具,打开电源后,磁性玩偶会稳定地漂浮起来,其内部构造如图所示,其中滑动变阻器接入电路的阻值可改变,则下列说法正确的是()A.该玩具的电源必须是交流电源B.a端应接电源正极C.软铁内的磁感线朝向上方D.滑动变阻器的滑片向下滑动,玩偶的高度会上升7.如图所示,通以相同电流的两根直导线平行放置在水平桌面上且关于虚线对称,一矩形线圈abcd从A位置运动到关于虚线对称的B位置过程中,下列说法正确的是()A.在B位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下B.在A位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向上C.从A到B穿过线圈的磁通量先减小再增大D.从A到B穿过线圈的磁通量一直增大8.如图所示为棱长为d的正方体,O为DE上的一点,OE=13d,在FE、ND两棱放置足够长的直导线,通有大小相等的电流I,电流方向如图所示。已知一根足够长直导线通过的电流一定时,其周围磁场的磁感应强度B大小与到直导线的距离r成反比(B=kIr,式中k为常量)。图中O、QA.52∶2B.C.1∶3D.3∶1二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)9.红外测温枪与传统的热传导测温仪器相比,具有响应时间短、测温效率高、操作方便、防交叉感染(不用接触被测物体)的特点。下列说法中正确的是()A.红外测温枪利用了一切物体都在不停地辐射红外线,而且辐射红外线的强度与温度有关,温度越高,辐射红外线强度就越大B.高温物体辐射红外线,低温物体不辐射红外线C.红外线也属于电磁波,其波长比红光长D.爱因斯坦最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点10.2021年7月4日,我们在电视中看到航天员汤洪波走出离地面高约为400km的中国空间站,标志着我国空间站航天员首次出舱活动取得圆满成功。航天员出舱的画面是通过电磁波传输到地面接收站的。下列关于电磁波的说法正确的是()A.电磁波波长越长,其能量子的能量越小B.只要空间某处的电场或磁场发生变化,就会在其周围产生电磁波C.汤洪波出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014sD.赫兹通过实验捕捉到电磁波,并证实了麦克斯韦的电磁场理论11.以下关于磁场、电磁感应现象的说法正确的是()A.图甲中闭合开关S瞬间,与线圈P连接的电流计的指针发生偏转B.图乙中电流方向如图所示,则铁环中心O点的磁场垂直纸面向外C.图丙中当电流从B流入时小磁体向下运动,则小磁体下端为N极D.图丁中水平圆环从M向L运动的过程中,穿过圆环的磁通量先增大后减小12.如图甲所示,面积为S的单匝矩形闭合线圈abcd在匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO'匀速转动,匀强磁场的磁感应强度大小为B,穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的关系如图乙所示。下列说法正确的是()A.在t=T8时,穿过线圈的磁通量大小为1B.在t=T4时,C.线圈从图甲所示的位置转过60°,穿过线圈的磁通量大小为32D.在t=T4时刻和t=3T4三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(6分)如图为“探究感应电流产生的条件”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)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)某广播电台的发射功率为10kW,发射的是在空气中波长为187.5m的电磁波,则:(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光速c=3×108m/s)(结果均保留2位有效数字)(1)该电台每秒从天线发射多少个能量子?(2)若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的,求在离天线2.5km处、直径为2m的球状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率。16.(10分)某校物理兴趣小组用图示装置估测磁体附近的磁感应强度。他们将一小磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上,如图甲所示(小磁针未画出)。小磁针静止时N极指向处于水平面内xOy坐标系中的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30°角的方向,其俯视图如图乙所示,已知该实验所在地面处地磁场的磁感应强度的水平分量为3×10-5T。(1)请在图上标明螺线管导线的绕向;(2)求该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度的大小(画出必要的矢量示意图;计算结果保留3位有效数字)。17.(12分)如图所示,abcd是边长L=20cm的正方形金属框,匀强磁场区域右边界MP与水平线MN间的夹角θ=45°,磁感应强度B=0.01T,方向垂直纸面向外,磁场区域范围足够大,此时M点位于cd边的中点。(1)求图示位置穿过金属框的磁通量Φ;(2)若将金属框以bc为轴,向纸面外转动180°,求磁通量的变化量ΔΦ;(3)以线框处于图示位置为计时起点,线框向左以速度v=0.2m/s做匀速直线运动,在b点进入磁场之前,要使线框中不产生感应电流,则磁感应强度B随时间t变化的关系式是什么?18.(14分)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,方向垂直于纸面向里。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=kIr(式中k为常量)。求原点O处的磁感应强度B参考答案1.A2.C3.C4.A5.D6.B7.C8.B9.AC10.AD11.AD12.BC13.答案(1)图见解析(2分)最左端(2分)(2)向右(2分)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)|m2-15.答案(1)9.4×1030(2)3.8×10234.0×10-4W解析(1)每个能量子的能量ε=hν=ℎcλ=6.63×10-则电台每秒发射能量子数N=Ptε≈9.4×1030(2分(2)设球状天线每秒接收能量子数为n,以电台发射天线为球心,半径为R的球面积S=4πR2(1分)而球状天线的有效接收面积S'=πr2(1分)所以n=NS'S=Nr24接收功率P收=nεt≈4.0×10-4W(2分16.答案(1)图见解析(2)见解析解析(1)由于小磁针的北极指向磁感应强度的方向,未接通电源时,小磁针静止时N极指向处于水平面内xOy坐标系中的y轴正方向,可知地磁场的磁感应强度的水平分量沿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30°角的方向,可得螺线管在小磁针处产生的磁感应强度沿x轴正方向,故螺线管的右端为N极,根据安培定则作出螺线管导线的绕向如图所示。(5分)(2)设该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度为Bx,由题意知地磁场的磁感应强度的水平分量为By=3×10-5T,小磁针处合磁感应强度B与y轴正方向成30°角,如图所示(2分)根据矢量合成法则可得tan30°=BxBy解得Bx=1.73×10-5T(1分)17.答案(1)5×10-5Wb(2)-4×10-4Wb(3)Bt=0.解析(1)以图示位置磁感线穿过金属框的方向为正方向,有效面积为S=12×L则穿过金属框的磁通量Φ=BS=18BL2=5×10-5Wb(2分(2)若将金属框以bc为轴,向纸面外转动180°,有效面积为S'=L2-12×L穿过金属框的磁通量Φ'=-BS'=-7BL2则磁通量的变化量ΔΦ=Φ'-Φ=-4×10-4Wb(2分)(3)要使线框中不产生感应电流,穿过线框的磁通量不发生变化,则经任意时间t,线框运动的位移为x=vt(1分)穿过金属框的磁通量为Φt=BtSt=Bt×12x+线框中不产生感应电流,有Φt=Φ(1分)可得磁感应强度B随时间t变化的关系式是Bt=0.01(18.答案3kIa方向沿解析根据安培定则,画出三根导线分别在O点的磁场方向,如图所示,设L1在