【单元练】(必考题)高中物理必修3第十三章【电磁感应与电磁波初步】习题(答案解析)

一、选择题1．如图所示，光滑的水平桌面上平行放置三根长直导线a、b、c，导线中分别通有大小为、和恒定电流，已知通电长直导线在其周围空间某点产生的磁感应强度，其中I表示电流大小，r表示该点到导线的距离，k为常数，导线a、b之间的距离小于b、c之间的距离，在安培力作用下，三根导线均处于静止状态，则下列说法正确的是（）A．三根导线中电流方向均相同B．导线a中的电流一定与导线c中的电流反向C．三根导线中电流大小关系为D．三根导线中电流大小关系为C解析：CA．根据同方电流相互吸引可知，若三根导线中电流方向均相同，则a、c两导线不可能平衡，故A错误；B．导线a中的电流与导线c中的电流方向同向，导线b的电流与a、c中电流方向相反，三导线也可能平衡，故B错误；CD．对b受力分析可知由于导线a、b之间的距离小于b、c之间的距离，即导线a在b处产生的磁场比导线c在b处产生的磁场更强，则对c受力分析同理可得则故C正确，D错误。故选C。2．下列有关物理学史的说法正确的是（）A．伽利略发现了行星运动的规律B．库仑提出了库仑定律，并最早用实验测得元电荷e的数值C．奥斯特首先发现了电流的磁效应D．牛顿发现了万有引力定律，并计算出太阳与地球之间的引力大小C解析：CA．开普勒发现了行星运动的规律，提出了行星运动的三大定律，故A错误；B．库仑提出了库仑定律，密立根最早用实验测得元电荷e的数值，故B错误；C．奥斯特首先发现了电流的磁效应，故C正确；D．牛顿发现了万有引力定律，但不知道引力常量G，故无法计算出太阳与地球之间的引力大小，故D错误；故选C。3．如图为三根通电平行直导线的断面图，若它们的电流大小都相同，且，则A点的磁感应强度的方向是（）A．垂直纸面指向纸外 B．垂直纸面指向纸里C．沿纸面由A指向B D．沿纸面由A指向DD解析：D用右手螺旋定则判断通电直导线在A点上所产生的磁场方向，如图所示直导线B在A点产生磁场与直导线D在A点产生磁场方向相反，大小相等，则合磁场为零；而直导线C在A点产生磁场，方向从B指向D，即为沿纸面由A指向D。故选D。【点睛】磁感应强度既有大小,又有方向,是矢量.它的合成遵循矢量合成的平行四边形法则。4．如图所示，a、b、c三个环水平套在条形磁铁外面，其中a和b两环大小相同，c环最大，a环位于N极处，b和c两环位于条形磁铁中部，则穿过三个环的磁通量的大小是()A．c环最大，a与b环相同B．三个环相同C．b环比c环大D．a环一定比c环大C解析：C所有磁感线都从条形磁铁内部通过，且与外部磁感线方向相反，所以外部磁感线越多，磁通量越小，C正确ABD错误。故选：C。5．如图，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线，中的电流方向向左，中的电流方向向上；的正上方有两点，它们关于对称。整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为，方向垂直于纸面向外。已知两点的磁感应强度大小分别为和，方向也垂直于纸面向外，则（）A．流经的电流在点产生的磁感应强度大小为B．流经的电流在点产生的磁感应强度大小为C．流经的电流在点产生的磁感应强度大小为D．流经的电流在点产生的磁感应强度大小为B解析：B根据右手螺旋定则可知流经L1的电流在a、b点产生的磁感应强度大小方向向里，大小为B1；根据右手螺旋定则可知流经L2的电流在b点产生的磁感应强度方向向外，大小为B2；根据右手螺旋定则可知流经L2的电流在a点产生的磁感应强度方向向里，由对称性可知大小也为B2；以向外为正方向，则在a点有在b点有联立得，故选B。6．人们的现代生活越来越离不开电磁波，我国自主建立的北斗导航系统所使用的电磁波频率约为；家用微波炉所使用的电磁波频率约为；家用Wi-Fi所使用的电磁波频率约为。关于电磁波，下列说法正确的是（）A．一定不会产生偏振现象B．Wi-Fi信号与北斗导航信号叠加时，不能产生明显的干涉现象C．Wi-Fi信号比微波更容易发生衍射D．Wi-Fi信号从一个房间穿过墙壁进入另一个房间后，波长变短B解析：BA．电磁波是横波，可以发生偏振现象，故A错误；B．Wi­Fi信号与北斗导航信号由于频率不同，不能产生明显干涉现象，故B正确；C．微波的波长比Wi­Fi信号的波长要长，更容易发生衍射，故C错误；D．Wi­Fi信号从一个房间穿过墙壁进入另一个房间，同样是在空气中传播，波长不变，故D错误。故选B。7．如图所示，纸面内有平行于平面连线向右的匀强磁场，磁感应强度大小为B0，三条长直导线P、Q和M垂直纸面放置，其截面PQM在纸面内形成等边三角形、当P、Q两导线中均通有向里的电流I时，等边三角形MPQ的中心O点的磁感应强度为2B0。若M导线也通以向里的电流I，其它条件不变，则O点的磁感应强度为A．2B0 B．B0C．B0 D．B0D解析：D由题可知，当M没有通电流时P、Q两导线在O点产生的磁感应强度大小都为B，将两个磁感应强度合成，由几何关系可知它们的合磁感应强度也为B，方向水平向右，如图所示：将该合磁感应强度再与匀强磁场B0合成，由题知中心O点的磁感应强度为2B0，所以B=B0；当导线M也通以向里的电流I，则三根导线产生的合磁感应强度如图所示：由几何关系可知，三根导线产生在O点产生的磁感应强度大小相等，其中P与Q的合磁感应强度与M在O点产生的磁感应强度，大小相等，方向相反，所以在O点只有匀强磁场产生的磁感应强度，则此时O点的磁感应强度为B0，故选D。8．下列有关磁感应强度的说法中，正确的是()A．若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零B．若有一小段长为L，通以电流为I的导体，在磁场中某处受到的磁场力为F，则该处磁感应强度的大小一定是C．由定义式B＝可知，电流强度I越大，导线L越长，某点的磁感应强度就越小D．磁感应强度B＝只是定义式，它的大小取决于场源以及磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关D解析：D【解析】A．小段通电导线平行放在某处不受磁场力作用，则该处的磁感应强度不一定为零，故A错误；B．只有垂直放置时在磁场中某处受到的磁场力为F,该处磁感应强度的大小一定是，故B错误；C．磁感应强度的大小跟垂直放在磁场中的通电导线受力的大小没有关系，与通电导线电流大小也没有关系，它由磁场的性质决定，故C错误；D．磁感应强度只是定义式，它的大小取决于场源以及磁场中的位置，与F.I、L以及通电导线在磁场中的取向无关，故D正确．9．关于电场和磁场，下列说法中正确的是（）A．电场和磁场不是实际存在的，是人们想象假设出来的B．电场和磁场的观点是库仑首先提出来的，并得到物理学理论和实验的证实和发展C．磁感应强度的方向就是通电导线在磁场中所受力的方向D．电场强度是电场本身的性质，与试探电荷的电量及其所受电场力大小无关D解析：D【解析】A.电场和磁场是客观存在的，电场线和磁感线是人们想象假设出来的，故A错误；B.电场和磁场的观点是法拉第首先提出来的，并得到物理学理论和实验的证实和发展，故B错误；C.磁感应强度的方向与通电导线在磁场中所受力的方向无关，通电导线与磁场垂直时，不受安培力，故C错误；D.电场强度是电场本身的性质，与试探电荷的电量及其所受电场力大小无关，故D正确；10．在地球赤道上进行实验时，用磁传感器测得赤道上P点地磁场的磁感应强度大小为B0.将一条形磁铁固定在P点附近的水平面上，让N极指向正北方向，如图所示，此时用磁传感器测得P点的磁感应强度大小为B1；现将条形磁铁以P点为轴旋转90°，使其N极指向正东方向，此时用磁传感器测得P点的磁感应强度大小应为（可认为地磁南、北极与地理北、南极重合）（）A．B1-B0 B．B1+B2C． D．D解析：D根据题意，赤道上P点地磁场的磁感应强度大小为B0；条形磁铁N极指向正北方向时，其磁感应强度也向正北方向，故条形磁铁在P点产生的磁感应强度大小为B=B1－B0；条形磁铁N极指向正东方向时，其磁感应强度也向正东方向，此时两个分矢量垂直，故P点的合磁感应强度大小为；A.B1-B0，与结论不相符，选项A错误；B.B1+B2，与结论不相符，选项B错误；C.，与结论不相符，选项C错误；D.，与结论相符，选项D正确；二、填空题11．如图所示，条形磁铁的N极朝上，竖直处于线圈P的中央，当线圈面积变小时，通过线圈的磁通量___________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。变大解析：变大线圈P中的磁感线包括两部分，磁铁内部向上的磁感线和磁铁外部向下的磁感线，故总的磁通量为当线圈面积变小时，磁铁内部向上的磁通量不变，磁铁外部向下的磁通量由于面积的减小而减小，故总的磁通量变大。12．有一个蓄电池，不知道它的正负极。把它如图所示那样，通过电阻跟螺线管连接起来，发现小磁针的N极立即向螺线管偏转，可知螺线管___________（选填“左”或“右”）端是N极，从而可以判断___________（选填“左”或“右”）端是电池的正极。右右解析：右右[1]通过电后，发现小磁针的N极立即向螺线管偏转，可知螺线管左端是S极，右端是N极。[2]用右手握住螺线管，使大拇指指向螺线管的N极，四指环绕的方向就是电流的方向，由此可知，电流从电源右端流出、左端流入，因此，电源的右端为正极，左端为负极。13．某地地磁场磁感应强度大小为B=1.6×10-4T，与水平方向夹角为90°，一正方形线圈位于水平面内，匝数为N=10，面积S=1.5m2，则穿过线圈的磁通量为______Wb。解析：根据磁通量的公式得14．1825年，瑞士科学家科拉顿用实验探索如何产生感应电流。如图，他将“电流表”和线圈分别放在两个房间里，并用导线连成闭合回路。他用磁铁在线圈中插进或拔出进行实验时，并在两个房间之间跑来跑去，结果没有观察到感应电流。科拉顿看不到实验现象的原因是___________。后来由科学家______发现了电磁感应现象。在磁铁插进或拔出线圈的过程中磁通量发生变化闭合回路中会产生电流但等科拉顿跑到电流计面前时磁通量已不再变化因此没有观察到感应电流法拉第解析：在磁铁插进或拔出线圈的过程中，磁通量发生变化，闭合回路中会产生电流，但等科拉顿跑到电流计面前时，磁通量已不再变化，因此没有观察到感应电流法拉第[1]．在磁铁插进或拔出线圈的过程中，磁通量发生变化，闭合回路中会产生电流，但等科拉顿跑到电流计面前时，磁通量已不再变化，因此没有观察到感应电流；[2]．后来由科学家法拉第发现了电磁感应现象。15．如图所示所在通电螺丝管内部中间的小磁针，静止时N极指向右端，则电源的c端为__极，螺线管的a端为__极。正S解析：正S线管内部的小磁针的指向，可知螺线管的b端为N极，a端为S极；根据右手螺旋法则可知，电源的c端为正极。16．如图所示，三根彼此绝缘的无限长直导线的一部分ab、cd、ef构成一个等边三角形，O为三角形的中心，M、N分别为O关于导线ab、cd的对称点，当三根导线中通以大小相等，方向如图的电流时，O点磁感应强度大小为B1，M点磁感应强度的大小为B2，则N点磁感应强度的大小为________；若将导线ef中的电流撤去，而保持另两根导线中的电流不变，则N点磁感应强度的大小为________．B1（B2+B1）/2【解析】解析：B1（B2+B1）/2【解析】无限长直导线ab、cd、ef，构成一个等边三角形，且三根导线中通以大小相等、方向如图所示的电流，O为三角形的中心，且O点磁感应强度大小为B，因为直导线ab、cd关于O点对称，所以这两导线在O点的磁场为零，则磁感应强度大小B1是由直导线ef产生的，而直导线ab、ef关于N点对称，所以这两根直导线的磁场为零，因此N点的磁感应强度大小为B1．因为M点的磁感应强度为B2=Bef+Bcd+Bab，由安培定则可知，各电流在M点的磁场的方向相同，又因为Bab=B1，Bef与Bcd大小相等，故．当撤去导线ef，其余两根导线在N点的磁感应强度的方向都向里，大小为：；【点睛】此题根据通电导线周围的磁场对称性、方向性，去确定合磁场大小．且离导线越远场强越弱．磁场不但有大小而且方向，方向相同则相加，方向相反则相减.17．如图是做探究电磁感应的产生条件实验的器材．(1)在图中用实线代替导线把它们连成实验电路_____________________________．(2)由哪些操作可以使灵敏电流计的指针发生偏转（____）A．闭合开关B．断开开关C．保持开关一直闭合D．将线圈A从B中拔出(3)假设在开关闭合的瞬间，灵敏电流计的指针向左偏转，则当螺线管A向上拔出的过程中，灵敏电流计的指针向______(填“左”或“右”)偏转．ABD；右；解析：ABD；右；试题分析：（1）探究电磁感应现象实验有两套电路；电源、开关、滑动变阻器、螺线管A组成控制电路；螺旋管B与电流计组成实验电路．（2）当线圈B中有感应电流产生时，电流表指针发生偏转；根据感应电流产生的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化，分析答题．（3）根据楞次定律判断是否有感应电流产生，结合闭合开关瞬间，灵敏电流计的指针向右偏转判断将滑动变阻器的滑片向右移动的过程中，灵敏电流计的指针的偏转方向．解：（1）将电流表与大线圈B组成闭合回路，电源、开关、小线圈A组成闭合回路，电路图如图所示．（2）AB、将开关闭合或断开，导致穿过线圈的磁通量变化，产生感应电流，电流表指针偏转，故AB正确；C、保持开关一直闭合，则穿过线圈B的磁通量不变，没有感应电流产生，电流表指针偏转，故C错误；D、将螺线管A插入（或拔出）螺线管B时穿过线圈B的磁通量发生变化，线圈B中产生感应电流，电流表指针偏转，故D正确．（3）在开关闭合的瞬间，穿过线圈B的磁通量增大，灵敏电流计的指针向左偏转，则当螺线管A向上拔出的过程中，穿过线圈B的磁通量减小，灵敏电流计的指针向右偏转．故答案为（1）如图所示：（2）ABD；（3）右．【点评】探究电磁感应现象的实验有两套电路，要知道各电路的阻值与作用．本题考查了感应电流产生的条件，难度不大，是一道基础题，知道感应电流产生的条件、分析清楚图示情景即可正确解题．18．如图所示，A、B两通电直导线位于同一平面内，电流方向如图中箭头所示，则通电导线A在B处产生的磁场方向为，通电导线B的磁场对通电导线A的作用力方向是．垂直纸面向里向左解析：垂直纸面向里，向左[1]．根据右手螺旋定则得：通电直导线A中在B处的磁场方向，垂直纸面向里．[2]．根据左手定则可知，通电导线B的磁场对通电导线A的作用力方向是向左．【点评】右手螺旋定则在应用过程中容易出现错误，要加强练习，增加熟练程度，要注意与右手定则、左手定则的区别．19．一球冠处于磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，若球冠的底面大圆半径为r，磁场方向与球冠底面垂直，则穿过整个球冠的磁通量为_______________.Bπr2解析：Bπr2[1]由图可知，球冠中的磁通量即为磁感应强度与球冠在垂直磁场方向上的投影面积；即为：故磁通量为：20．如图所示，a、b都是较轻的铝环，a环闭合，b环断开，横梁可以绕中间支点自由转动，开始时整个装置静止。则：(1)条形磁铁插入a环时，横梁_____发生转动；(2)条形磁铁插入b环时，横梁_____发生转动。（选填“会”或“不会”）会不会解析：会不会(1)[1]当条形磁铁向a环靠近时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，因此a环阻碍磁铁靠近，出现转动现象。(2)[2]当条形磁铁向b环靠近时，因为b环是断开的，没有形成闭合回路，所以不产生感应电流，磁铁对b环没有安培力作用，b环将静止不动。三、解答题21．在如图所示的平面直角坐标系xoy中，第Ⅰ象限区域内有沿y轴正方向（竖直向上）的匀强电场，电场强度大小E0=50N/C；第Ⅳ象限区域内有一宽度d=0.2m、方向沿x轴正方向（水平向右）的匀强电场。质量m=0.1kg、带电荷量q=+1×10-2C的小球从y轴上P点以一定的初速度垂直y轴方向进入第Ⅰ象限后，从x轴上的A点进入第Ⅳ象限，并恰好沿直线通过该区域后从B点离开，已知P、A的坐标分别为（0，0.4m），（0.4m，0），取重力加速度g=10m/s2。求：(1)初速度v0的大小；(2)A、B两点间的电势差UAB；(3)小球经过B点时的速度大小。解析：(1)1m/s；(2)5V；(3)(1)小球进入竖直方向的匀强电场后做类平抛运动，小球带正电，受到的电场力方向竖直向上，根据牛顿第二定律，加速度a=解得a=5m/s2根据平抛运动规律，小球沿水平方向做匀速运动，有xA=v0t竖直方向有yP=at2联立得v0=xA代入数据，解得v0=1m/s(2)设水平电场的电场强度大小为E，因未进入水平电场前，带电小球做类平抛运动，所以进入电场时竖直方向的速度vy=因为小球在水平电场区域恰好做直线运动，所以合外力的方向与速度方向在一条直线上，即速度方向与合外力的方向相同，有解得E=50N/C设小球在水平电场中运动的水平距离为l=根据电势差与电场强度的关系有UAB=El解得UAB=5V(3)设小球在B点的速度大小为v，对小球运动的全过程，由动能定理，有mv2-mv=mg（yP+d）+qUAB-qE0yP解得v=m/s22．我们根据什么说电磁波是一种物质？解析：从电磁波可以脱离电荷独自存在，不需要借助媒介传播，具有能量这三个方面可以得到电磁波和实物粒子一样是一种物质，且借助仪器也可以探测到许许多多的电磁波，所以电磁波是一种物质。从电磁波可以脱离电荷独自存在，不需要借助媒介传播，具有能量这三个方面可以得到电磁波和实物粒子一样是一种物质，且借助仪器也可以探测到许许多多的电磁波，所以电磁波是一种物质。这是人们对物质认识的一个重大发现。23．电焊作业时，会产生对人体有害的电焊弧光。焊接电弧温度在时，辐射出大量频率为的电磁波。根据波长判断，它属于哪种电磁波？电焊工人作业时，需要佩戴专业的防护头盔（如图），这是为什么？解析：紫外线，紫外线能量较大，皮肤被照射时轻者会出现红肿、疼痒、脱皮，重者甚至引发癌变，还会对眼睛造成极大的伤害，会引起结膜、角膜炎，长期照射可能会引起白内障等根据可知该电磁波属于紫外线，紫外线能量较大，皮肤被照射时轻者会出现红肿、疼痒、脱皮，重者甚至引发癌变，还会对眼睛造成极大的伤害，会引起结膜、角膜炎，长期照射可能会引起白内障等，所以电焊工人作业时，需要佩戴专业的防护头盔。24．如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t=0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为L的正方形。(1)求t=0时穿过MDEN回路的磁通量；(2)为使MN棒中不产生感应电流，从t=0开