教科版高中物理必修第三册第三章电磁场与电磁波初步第四章能源与可持续发展测试含答案

第三章电磁场与电磁波初步第四章能源与可持续发展注意事项1.全卷满分100分。考试用时75分钟。2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10m/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.下列关于能量转化的说法中,错误的是()A.能量在转化过程中,有一部分能量转化为周围环境中的内能,我们无法把这些内能收集起来重新利用B.各种形式的能量在转化时,总能量是不变的C.在能源的利用过程中,能量的总量并未减少,但在可利用的品质上降低了,从便于利用的变成了不便于利用的D.各种能量在不转化时是守恒的,但在转化时是不守恒的2.下列说法正确的是()A.遥控器发出的红外线的频率比医院CT中的X射线的频率大B.磁场中某点的磁感应强度B与F成正比,与IL成反比C.电场周围总有磁场,磁场周围总有电场D.能量子与电磁波的频率成正比3.一线圈用细杆悬于P点,开始时细杆处于水平位置,释放后让线圈在如图所示的匀强磁场中运动。已知线圈平面始终与纸面垂直,则线圈由位置B到位置C的过程中,穿过线圈的磁通量()A.一直变大 B.一直变小C.先变大后变小 D.先变小后变大4.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2B1S5.如图所示,通电直导线AC的左侧O处有一小磁针(图中未画出),静止时小磁针的N极垂直纸面向里。图中D、O、E连线与导线AC垂直,下列说法正确的是()A.直导线AC中的电流方向是从A流向CB.关于直导线AC与O对称的E处的磁场与O处磁场相同C.将小磁针平移到O的左侧D处,静止时小磁针的N极垂直纸面向外D.直导线AC中的电流逐渐增大的过程中,小磁针将旋转6.一直导线通有水平向右的电流,带有绝缘外皮的金属圆环放置方式如图所示。当导线中的电流增大时,圆环能产生感应电流的是()甲乙丙丁A.甲图中直导线与圆环在同一平面内B.乙图中直导线与环面垂直C.丙图中直导线在水平圆环直径正上方且与直径平行D.丁图中直导线与圆环接触且与圆环直径重合7.如图所示,我国的探月卫星在进入地月转移轨道时,由于卫星姿势的改变,卫星中一边长为50cm的正方形导线框由水平方向转至竖直方向,此处磁场磁感应强度B=4×10-5T,方向如图所示,则下列说法正确的是(sin37°=0.6,cos37°=0.8)()A.在水平位置时,穿过线框的磁通量的大小为8.0×10-6WbB.在竖直位置时,穿过线框的磁通量的大小为6.0×10-6WbC.该过程中穿过线框的磁通量的变化量的大小是1.4×10-5WbD.该过程中穿过线框的磁通量的变化量的大小是2×10-6Wb8.空间中存在方向未知、磁感应强度大小为B0的匀强磁场,距离为2a的两直导线平行固定在绝缘水平面上,当两直导线中分别通以大小相等、方向如图所示的电流时,发现在水平面上方到两直导线的距离都为2a的P点的磁感应强度恰好为零。若仅改变其中一根通电直导线中电流的方向,则P点的磁感应强度大小变为()A.B0 B.2B0 C.2B0 D.233二、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.能源短缺和环境恶化指的是()A.煤炭和石油的开采与技术有关,在当前技术条件下,煤炭和石油的开采是有限的,这叫能源短缺B.煤炭和石油资源是有限的,短时间内不能再次生成,这叫能源短缺C.煤炭和石油具有很大的气味,在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气,使环境恶化D.大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气,改变了大气成分,使环境恶化10.如图,在垂直于纸面的范围足够大的匀强磁场中,有一个矩形线圈abcd,线圈平面与磁场垂直,O1O2与O3O4都是线圈的两个对称轴,在下列运动中,线圈中能产生感应电流的是()A.线圈向左或向右平动 B.线圈向上或向下平动C.线圈绕O1O2轴匀速转动 D.线圈绕O3O4轴变速转动11.现代社会经常要用到红外测温仪。当被测物体向外辐射红外线时,能量介于0.2eV~1.2eV之间的红外线光子方可被测温仪感知。如图为氢原子能级图,要使氢原子辐射光子可被红外测温仪捕捉,氢原子发生的跃迁可能是()A.从n=5向n=4跃迁 B.从n=3向n=5跃迁C.从n=4向n=3跃迁 D.从n=3向n=2跃迁12.如图所示,以O点为圆心的圆周上有六个等分点a、b、c、d、e、f,两根直导线垂直纸面放在a、d两点。现给导线通有大小相等、方向垂直纸面向里的电流,下列说法正确的是()A.O处磁感应强度最大 B.a、d两处磁场方向相同C.a、d两处磁场方向相反 D.b、c、e、f四点的磁感应强度大小相等三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(6分)某学习小组利用小磁针稳定后的方向来探究通电螺线管周围的磁场方向。(1)通电螺线管正上方小磁针静止时所指的方向如图所示,则螺线管下方小磁针I指向左边的是(选填“N”或“S”)极,螺线管内部小磁针II指向左边的是(选填“N”或“S”)极。

(2)根据小磁针静止时所指的方向判断,下面四图中正确的是。

A B C D14.(8分)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。

15.(8分)风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置,其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等,如图所示。(1)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。设空气密度为ρ,气流速度为v,风轮机叶片长度为r,求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm。(2)已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比。某风力发电机在风速v1=9m/s时能够输出电功率P1=540kW。我国某地区风速不低于v2=6m/s的时间每年约为5000小时。试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。16.(10分)如图所示,磁感应强度大小为B的匀强磁场仅存在于坐标系第一象限边长为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。有一个边长为L的正方形导线框abcd,开始与直角坐标系共面。(1)若导线框ab边与y轴重合,以ab为轴cd边向外匀速转动,试问导线框转动120°时,穿过导线框的磁通量。(2)若导线框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,规定刚开始时磁通量为正值,试推导线框的磁通量随坐标变化的函数关系式,并画出穿过线框的磁通量随横坐标的变化图像。17.(12分)已知通电的长直导线在周围空间某位置产生磁场的磁感应强度大小为B=kIr,其中I为电流,r为该位置到长直导线的距离,k为常数。如图所示,现有通电的两根长直导线分别固定在正方体abcd-efgh的两条边dh和hg上,彼此绝缘,电流方向分别由d流向h、由h流向g,dh中电流是hg中电流大小的一半,dh中的电流在c点产生的磁感应强度为B。不计导线的粗细,a、e两点的磁感应强度的大小分别是多少18.(16分)如图所示,足够长的金属框架MON与足够长的导体棒DE构成回路,处在匀强磁场中且与磁场垂直。(1)若B0=0.2T,DE从O点出发,向右以v0=0.5m/s的速度匀速运动4s时,回路的磁通量的变化量是多少?(2)在图中,若回路面积从S0=2m2变到S1=12m2,同一时间内B从B0=0.2T变到B1=1.0T,回路中的磁通量变化量是多少?(3)若开始时B0=0.2T,DE从O点右侧1m处出发,向右以v1=1m/s的速度匀速运动,且闭合回路中没有感应电流产生,求磁感应强度大小B随时间t变化的表达式。答案与解析第三章电磁场与电磁波初步第四章能源与可持续发展1.D2.D3.C4.C5.A6.A7.C8.B9.BD10.CD11.AC12.CD1.D根据能量守恒定律可知,无论在能量的转化还是在能量的转移过程中,能量的总量都是不变的。由能量的耗散知,在能量转化的过程中,有一部分能量转化为周围环境中的内能,而我们无法把这些内能收集起来重新利用,这表明,在能源的利用过程中,能量的总量虽然并未减少,但是在可利用的品质上降低了,从便于利用的变成不便于利用的,而自然界的总能量仍是守恒的,故选项A、B、C正确,D错误,故选D。2.D遥控器发出的红外线的频率比医院CT中的X射线的频率小,故A错误;磁场中某点的磁感应强度由磁场本身决定,与F、IL无关,故B错误;根据麦克斯韦理论可知变化的电场周围产生磁场,变化的磁场周围产生电场,故C错误;根据公式E=hν,可知能量子与电磁波的频率成正比,故D正确。3.C线圈在位置B和位置C时都不与磁场垂直,而当线圈与磁场垂直时,穿过线圈的磁通量最大,所以线圈由位置B到位置C的过程中,穿过线圈的磁通量先变大后变小,选项C正确。4.C穿过“眼眶”的磁通量大小为Φ=B1S,故A、B错误;在地球自转180°的过程中,“眼眶”相对地磁场静止,穿过“眼眶”磁通量的变化量为0,故C正确,D错误。5.A静止时小磁针的N极垂直纸面向里,即磁场方向向里,根据安培定则可知直导线AC中的电流方向是从A流向C,如图所示,故选项A正确;根据安培定则可知,关于直导线AC与O对称的E处的磁场与O处磁场方向相反,故选项B错误;D、O两点磁场方向相同,所以将小磁针平移到O的左侧D处,静止时N极依然垂直纸面向里,故选项C错误;直导线AC中的电流逐渐增大的过程中,磁场方向不变,所以小磁针不会转动,故选项D错误。6.A由于通电导线产生的磁场是以导线上各点为圆心的一系列同心圆,甲图中直导线与圆环在同一平面内,当导线中的电流增加时,穿过金属圆环的磁通量增加,根据产生感应电流的条件可知圆环中有感应电流产生;乙图中直导线与环面垂直,没有磁感线穿过圆环,因此当导线中的电流增加时,穿过金属圆环的磁通量仍为零,不会产生感应电流;丙、丁图中穿入圆环的磁感线的条数和穿出圆环的磁感线的条数相等,合磁通量为零,因此当导线中的电流增加时,穿过金属圆环的磁通量仍为零,不会产生感应电流。故选A。7.C图形剖析在水平位置时穿过线框的磁通量为Φ1=BSsin37°=4×10-5×0.52×0.6Wb=6.0×10-6Wb,在竖直位置时穿过线框的磁通量为Φ2=-BScos37°=-4×10-5×0.52×0.8Wb=-8.0×10-6Wb,磁通量的变化量的大小为ΔΦ=Φ2-Φ1=1.4×10-5知识拓展磁通量的正、负磁通量是标量,但是有正负。磁通量的正、负不代表大小,只表示磁感线是怎样穿过平面的。即若以向里穿过某面的磁通量为正,则向外穿过这个面的磁通量为负。8.B图形剖析甲乙由几何关系可知,两导线与P点的连线相互垂直,则由安培定则可知两导线在P点的磁场方向如图甲所示,可知B1=B2=B0cos45°=22B0,其中B0方向水平向左;若仅改变其中一根通电直导线中电流的方向,如图乙所示,则P点的磁感应强度大小变为B=B02+(2B19.BD煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的,这些能源短时间内不能再次生成,它们的储量是有限的,并不是取之不尽、用之不竭的,这是能源短缺;大量化石能源在使用时会排出有害气体污染空气,这是环境恶化。故B、D正确。10.CD由题意可知磁场范围足够大,线圈向左、向右、向上、向下平动时,穿过线圈的磁通量均不变,线圈中不会产生感应电流,选项A、B错误;线圈绕O1O2轴匀速转动,或者绕O3O4轴变速转动,穿过线圈的磁通量变化,线圈中会产生感应电流,选项C、D正确。11.AC从n=5向n=4跃迁时,辐射出的光子能量为(-0.54eV)-(-0.85eV)=0.31eV,在红外线光子的能量范围之内,则可被红外测温仪捕捉,选项A正确;从n=3向n=5跃迁时要吸收能量,选项B错误;从n=4向n=3跃迁时,辐射出的光子能量为(-0.85eV)-(-1.51eV)=0.66eV,在红外线光子的能量范围之内,则可被红外测温仪捕捉,选项C正确;从n=3向n=2跃迁时,辐射出的光子能量为(-1.51eV)-(-3.4eV)=1.89eV,不在红外线光子的能量范围之内,则不可被红外测温仪捕捉,选项D错误。12.CD根据安培定则知,a处电流在O点产生的磁感应强度的方向垂直a、d连线向下,d处电流在O点产生的磁感应强度的方向垂直a、d连线向上,如图甲所示,由于两导线电流大小相等,O到a、d的距离相等,所以BaO=BdO,O处磁感应强度为0,选项A错误;a处电流在d点产生的磁感应强度的方向垂直a、d连线向下,d处电流在a点产生的磁感应强度的方向垂直a、d连线向上,a、d两处磁场方向相反,选项B错误,C正确;a处电流在b点产生的磁感应强度的方向垂直a、b连线向左,d处电流在b点产生的磁感应强度的方向垂直d、b连线向上,由平行四边形定则求得b处的磁感应强度Bb,如图乙所示,同理可求得c、e、f点的磁感应强度Bc、Be、Bf,由于Bdf=Bae=Bac=Bdb,Baf=Bde=Bdc=Bab,因此Bb、Be、Bf、Bc大小相等,选项D正确。甲乙13.答案(1)S(2分)N(2分)(2)A(2分)解析(1)观察通电螺线管正上方小磁针静止时所指的方向,可知通电螺线管右端为S极,左端为N极,则螺线管下方小磁针I指向左边的是S极;因为通电螺线管内部磁场由S极指向N极,所以通电螺线管内部磁场从右向左,根据小磁针静止时N极所指的方向是该点的磁场方向,可知小磁针II指向左边的是N极。(2)由右手螺旋定则可以判断出通电螺线管右侧为N极,左侧为S极,根据小磁针静止时N极所指的方向是该点的磁场方向可得A正确。14.答案(1)图见解析(4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,要将滑动变阻器连入电路的阻值调到最大,即将滑片置于最左端。(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。15.答案(1)12πρr2v3(2)8×105kW·解析(1)风垂直流向风轮机时,提供的风能功率最大。叶片旋转面积为S=πr2单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为m=ρvS=ρv·πr2(1分)风能的最大功率可表示为Pm=12mv2(2分得出Pm=12(ρvS)v2=12πρr2v3(1(2)风力发电机的输出功率为P2=v2v13·P1=693×540最小年发电量约为W=P2t=160×5000kW·h=8×105kW·h(2分)16.答案(1)12BL(2)见解析关键点拨当ab边通过磁场区域虚线时,导线框的一部分面积在右侧磁场,一部分面积在左侧磁场,则同时有磁感线沿相反方向穿过导线框,此时应该求穿过导线框的合磁通量。解析(1)导线框转动120°时,与磁场方向夹角为60°,则磁通量Φ=BL2cos60°=12BL2(2分(2)从ab边进入磁场算起,0~L过程线框在左侧磁场,有Φ1=BLx(1分)L~2L过程,ab边进入右侧磁场,cd边在左