《第十一章 电磁感应 电磁波》试卷及答案-高中物理高二第二学期-沪科版-2024-2025学年

《第十一章电磁感应电磁波》试卷(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、在闭合回路中，当磁通量发生变化时，会产生感应电流。以下哪种情况下，感应电流的方向符合右手定则？A.磁通量增加，磁场方向垂直于回路平面进入B.磁通量减少，磁场方向垂直于回路平面进入C.磁通量增加，磁场方向垂直于回路平面离开D.磁通量减少，磁场方向垂直于回路平面离开2、关于电磁波，以下哪个说法是正确的？A.电磁波不能在真空中传播B.电磁波的传播速度与频率无关C.电磁波在空气中的传播速度比在真空中小D.电磁波的波长、频率和传播速度之间的关系为c=λf，其中c为光速3、在闭合回路中，当导体棒以一定速度垂直于磁场方向运动时，回路中会产生：A.热效应B.电流C.电势差D.磁通量4、电磁波在真空中传播的速度与以下哪个因素无关：A.波长B.频率C.介质的电磁性质D.发射源的能量5、在闭合回路中，当磁通量发生变化时，回路中产生的电动势称为：A.静电感应电动势B.动生电动势C.电磁感应电动势D.电容电动势6、电磁波在真空中的传播速度是：A.3米/秒B.3千米/秒C.3×10^8米/秒D.3×10^4千米/秒7、一个闭合线圈在磁场中以一定的速度向磁场中运动，下列说法中正确的是（）A.若线圈平面与磁场方向垂直，则线圈中感应电动势为零B.若线圈平面与磁场方向平行，则线圈中感应电流方向与线圈运动方向相反C.若线圈平面与磁场方向成一定角度，则线圈中感应电动势最大D.线圈在磁场中运动时，磁通量变化率越大，感应电动势越大二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、在下列哪些情况下，会产生感应电流？A.闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动B.闭合电路的一部分导体在磁场中做顺磁感线运动C.闭合电路的一部分导体在磁场中做匀速直线运动D.闭合电路的一部分导体在磁场中做圆周运动2、下列关于电磁波的说法中，正确的是？A.电磁波可以在真空中传播B.电磁波的速度与介质有关C.电磁波的速度与频率有关D.电磁波的传播不需要介质3、一个闭合电路中的导体以速度v垂直切割一个均匀磁场B，导体中的感应电动势E为：A.E=BvlB.E=BlvC.E=vBlD.E=Bv/l三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题：（1）小明同学在实验室进行了一个关于电磁感应的实验，他将一根闭合的导体线圈放在一个固定的磁场中，并缓慢地移动一根条形磁铁。他观察到线圈中产生了感应电流。请根据电磁感应的原理，解释为什么线圈中会产生感应电流。（2）在上述实验中，小明将磁铁沿不同的方向移动，发现感应电流的方向发生了变化。请分析感应电流方向变化的原因。（3）小明为了进一步探究电磁感应现象，将一个条形磁铁沿水平方向在闭合导体线圈中做切割磁感线运动。请分析在这种情况下，感应电流的方向与磁铁运动方向的关系。第二题：已知一个闭合线圈在磁场中以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴旋转。旋转过程中，磁感应强度B随时间变化的关系为B=B0sin(ωt)，其中B0为磁感应强度的最大值，ω为角频率，t为时间。（1）求线圈在t=0时产生的感应电动势E。（2）若线圈匝数为n，求t=π/ω时，线圈中的平均感应电动势E’。（3）假设线圈的总电阻为R，求t=π/ω时，线圈中的平均感应电流I。第三题：为了探究电磁感应现象，小明同学设计了以下实验装置：一个闭合电路，其中包含一个金属棒和一个磁铁。金属棒的一端固定，另一端可以自由滑动。当金属棒在磁场中滑动时，电路中会产生感应电流。请回答以下问题：（1）当金属棒向右滑动时，电路中的感应电流的方向是怎样的？请用右手定则判断。（2）如果将金属棒的滑动方向改为向左滑动，感应电流的方向将如何变化？（3）假设金属棒在磁场中匀速滑动，此时电路中的感应电流大小与哪些因素有关？（4）如果将金属棒从磁场中抽出，电路中是否还会产生感应电流？为什么？第四题：一个长直导线通有电流I，电流方向向上。现有一矩形线圈，其一边与导线平行，另一边垂直于导线。线圈以速度v向右平移，进入导线产生的磁场中。已知导线产生的磁场方向垂直纸面向里。求线圈进入磁场后，其感应电动势的方向和大小。第五题：实验探究电磁感应现象在一个铁芯上绕有两个线圈L1和L2，L1通以交流电流，L2是开路的。请设计一个实验步骤，用来探究以下问题：（1）当L1中的交流电流变化时，L2中是否会产生感应电流？（2）如果L2中产生感应电流，那么感应电流的方向如何确定？（3）改变L1中交流电流的频率，观察L2中感应电流的变化情况。实验步骤：将L1接入交流电源，L2保持开路状态。观察并记录L2中的电流表指针是否偏转。若指针偏转，用右手螺旋定则判断感应电流的方向。改变交流电源的频率，重复步骤2和3。请根据上述实验步骤，回答以下问题：（1）在实验过程中，你观察到电流表指针发生了怎样的变化？请说明原因。（2）如何利用右手螺旋定则确定L2中感应电流的方向？（3）根据实验结果，分析交流电流频率对L2中感应电流的影响。《第十一章电磁感应电磁波》试卷及答案一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、在闭合回路中，当磁通量发生变化时，会产生感应电流。以下哪种情况下，感应电流的方向符合右手定则？A.磁通量增加，磁场方向垂直于回路平面进入B.磁通量减少，磁场方向垂直于回路平面进入C.磁通量增加，磁场方向垂直于回路平面离开D.磁通量减少，磁场方向垂直于回路平面离开答案：A解析：根据法拉第电磁感应定律和楞次定律，当磁通量增加时，感应电流的方向会使得它产生的磁场抵抗原磁通量的增加。根据右手定则，拇指指向磁通量增加的方向（进入回路平面），四指弯曲的方向即为感应电流的方向。因此，答案是A。2、关于电磁波，以下哪个说法是正确的？A.电磁波不能在真空中传播B.电磁波的传播速度与频率无关C.电磁波在空气中的传播速度比在真空中小D.电磁波的波长、频率和传播速度之间的关系为c=λf，其中c为光速答案：D解析：电磁波是一种横波，可以在真空中传播（选项A错误）。电磁波的传播速度与介质有关，但在真空中，其速度为光速c，且在真空中传播速度是恒定的（选项B和C错误）。电磁波的波长λ、频率f和传播速度c之间的关系为c=λf，这是电磁波的基本特性之一。因此，答案是D。3、在闭合回路中，当导体棒以一定速度垂直于磁场方向运动时，回路中会产生：A.热效应B.电流C.电势差D.磁通量答案：B解析：根据法拉第电磁感应定律，当导体棒在磁场中运动，切割磁感线时，会在回路中产生感应电流。因此，正确答案是B。4、电磁波在真空中传播的速度与以下哪个因素无关：A.波长B.频率C.介质的电磁性质D.发射源的能量答案：D解析：电磁波在真空中的传播速度是一个常数，等于光速，约为3×5、在闭合回路中，当磁通量发生变化时，回路中产生的电动势称为：A.静电感应电动势B.动生电动势C.电磁感应电动势D.电容电动势答案：C解析：根据法拉第电磁感应定律，当闭合回路中的磁通量发生变化时，会在回路中产生电动势，这种电动势称为电磁感应电动势。因此，正确答案是C。6、电磁波在真空中的传播速度是：A.3米/秒B.3千米/秒C.3×10^8米/秒D.3×10^4千米/秒答案：C解析：根据物理学中的基本常数，电磁波在真空中的传播速度是一个已知的常数，即光速，大约是3×10^8米/秒。因此，正确答案是C。7、一个闭合线圈在磁场中以一定的速度向磁场中运动，下列说法中正确的是（）A.若线圈平面与磁场方向垂直，则线圈中感应电动势为零B.若线圈平面与磁场方向平行，则线圈中感应电流方向与线圈运动方向相反C.若线圈平面与磁场方向成一定角度，则线圈中感应电动势最大D.线圈在磁场中运动时，磁通量变化率越大，感应电动势越大答案：D解析：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁通量变化率成正比。因此，当线圈在磁场中运动时，磁通量变化率越大，感应电动势越大。选项D正确。选项A和B的描述与实际情况不符，选项C虽然线圈平面与磁场方向成一定角度时感应电动势最大，但并非一定正确。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、在下列哪些情况下，会产生感应电流？A.闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动B.闭合电路的一部分导体在磁场中做顺磁感线运动C.闭合电路的一部分导体在磁场中做匀速直线运动D.闭合电路的一部分导体在磁场中做圆周运动答案：AD解析：感应电流的产生需要满足两个条件：闭合电路和导体在磁场中做切割磁感线运动。选项A和D满足这两个条件，因此会产生感应电流。选项B和C中，导体在磁场中做顺磁感线运动或匀速直线运动，没有切割磁感线，所以不会产生感应电流。2、下列关于电磁波的说法中，正确的是？A.电磁波可以在真空中传播B.电磁波的速度与介质有关C.电磁波的速度与频率有关D.电磁波的传播不需要介质答案：AD解析：电磁波是一种能够在真空中传播的波动，因此选项A正确。电磁波的速度与介质有关，这是麦克斯韦方程组中的一个重要结论，因此选项B错误。电磁波的速度与频率无关，这是电磁波的基本特性之一，因此选项C错误。电磁波的传播不需要介质，这也是电磁波的一个重要特性，因此选项D正确。3、一个闭合电路中的导体以速度v垂直切割一个均匀磁场B，导体中的感应电动势E为：A.E=BvlB.E=BlvC.E=vBlD.E=Bv/l答案：A解析：根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动时，会在导体中产生感应电动势。感应电动势E的大小与导体切割磁场的速度v、导体的长度l以及磁场的强度B成正比。因此，正确答案是E=Bvl。选项B、C和D都忽略了导体长度l的影响，因此不正确。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题：（1）小明同学在实验室进行了一个关于电磁感应的实验，他将一根闭合的导体线圈放在一个固定的磁场中，并缓慢地移动一根条形磁铁。他观察到线圈中产生了感应电流。请根据电磁感应的原理，解释为什么线圈中会产生感应电流。（2）在上述实验中，小明将磁铁沿不同的方向移动，发现感应电流的方向发生了变化。请分析感应电流方向变化的原因。（3）小明为了进一步探究电磁感应现象，将一个条形磁铁沿水平方向在闭合导体线圈中做切割磁感线运动。请分析在这种情况下，感应电流的方向与磁铁运动方向的关系。答案：（1）根据电磁感应的原理，当闭合导体线圈中的磁通量发生变化时，会在导体中产生感应电动势，从而产生感应电流。（2）感应电流方向的变化是由于磁铁沿不同方向移动时，导体线圈中磁通量变化的方向不同，根据楞次定律，感应电流的方向会与磁通量变化的方向相反。（3）在这种情况下，感应电流的方向与磁铁运动方向的关系是：当磁铁沿导体线圈运动时，感应电流的方向始终与磁铁运动方向垂直。这是由法拉第电磁感应定律和右手定则决定的。解析：（1）电磁感应原理：当磁通量发生变化时，会在闭合导体中产生感应电动势，从而产生感应电流。（2）楞次定律：感应电流的方向总是阻碍原磁通量的变化，即感应电流的方向与磁通量变化的方向相反。（3）法拉第电磁感应定律：感应电动势的大小与磁通量变化率成正比。右手定则：将右手掌心放在闭合导体线圈上，四指指向磁感线的方向，拇指指向感应电流的方向。第二题：已知一个闭合线圈在磁场中以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴旋转。旋转过程中，磁感应强度B随时间变化的关系为B=B0sin(ωt)，其中B0为磁感应强度的最大值，ω为角频率，t为时间。（1）求线圈在t=0时产生的感应电动势E。（2）若线圈匝数为n，求t=π/ω时，线圈中的平均感应电动势E’。（3）假设线圈的总电阻为R，求t=π/ω时，线圈中的平均感应电流I。答案：（1）线圈在t=0时，磁感应强度B=B0sin(ωt)=B0sin(0)=0。因此，此时线圈中的感应电动势E=0。解析：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E=-dΦ/dt，其中Φ为磁通量。当t=0时，磁通量Φ=B0Acos(ωt)=B0Acos(0)=B0A。因为磁通量没有变化（dΦ/dt=0），所以感应电动势E=0。（2）t=π/ω时，磁感应强度B=B0sin(ωt)=B0sin(ω(π/ω))=B0sin(π)=0。但由于线圈在旋转过程中磁通量的变化，仍然会产生感应电动势。磁通量Φ=B0Acos(ωt)=B0Acos(ω(π/ω))=B0Acos(π)=-B0A。感应电动势E=-dΦ/dt=-d(-B0A)/dt=B0Aω。因此，t=π/ω时，线圈中的平均感应电动势E’=(E+0)/2=B0Aω/2。解析：由于磁通量在t=π/ω时变化了一个周期，感应电动势也是周期性的。平均感应电动势是感应电动势在一个周期内的平均值。（3）t=π/ω时，线圈中的平均感应电流I=E’/R=(B0Aω/2)/R。解析：根据欧姆定律，电流I=E/R，其中E是感应电动势，R是电阻。将平均感应电动势E’代入公式，得到平均感应电流I。第三题：为了探究电磁感应现象，小明同学设计了以下实验装置：一个闭合电路，其中包含一个金属棒和一个磁铁。金属棒的一端固定，另一端可以自由滑动。当金属棒在磁场中滑动时，电路中会产生感应电流。请回答以下问题：（1）当金属棒向右滑动时，电路中的感应电流的方向是怎样的？请用右手定则判断。（2）如果将金属棒的滑动方向改为向左滑动，感应电流的方向将如何变化？（3）假设金属棒在磁场中匀速滑动，此时电路中的感应电流大小与哪些因素有关？（4）如果将金属棒从磁场中抽出，电路中是否还会产生感应电流？为什么？答案：（1）当金属棒向右滑动时，根据右手定则，感应电流的方向是逆时针方向。（2）如果金属棒向左滑动，感应电流的方向将变为顺时针方向。（3）电路中的感应电流大小与金属棒的滑动速度、金属棒的长度以及磁场的强度有关。（4）如果将金属棒从磁场中抽出，电路中不会产生感应电流，因为电磁感应现象的产生需要磁场的变化。解析：（1）根据右手定则，当金属棒向右滑动时，拇指指向金属棒的运动方向，四指弯曲指向磁场方向，此时手掌所指的方向即为感应电流的方向，即逆时针方向。（2）改变金属棒的滑动方向，磁场方向不变，但根据右手定则，感应电流的方向会随之改变，变为顺时针方向。（3）感应电流的大小由法拉第电磁感应定律给出，即感应电动势与磁通量变化率的乘积成正比，因此与金属棒的滑动速度、长度以及磁场的强度有关。（4）电磁感应现象的产生依赖于磁场的变化，当金属棒从磁场中抽出时，磁场没有变化，因此不会产生感应电流。第四题：一个长直导线通有电流I，电流方向向上。现有一矩形线圈，其一边与导线平行，另一边垂直于导线。线圈以速度v向右平移，进入导线产生的磁场中。已知导线产生的磁场方向垂直纸面向里。求线圈进入磁场后，其感应电动势的方向和大小。答案：感应电动势的方向：根据楞次定律，感应电流的方向总是要阻碍引起它的磁通量的变化。因此，当矩形线圈进入磁场时，感应电动势的方向将使感应电流产生一个磁场，该磁场方向与导线电流产生的磁场方向相反。由于导线电流产生的磁场垂直纸面向里，感应电流将产生一个垂直纸面向外的磁场，从而感应电动势的方向为从线圈下边到上边。感应电动势的大小：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E的大小等于磁通量变化率ΔΦ/Δt。磁通量Φ等于磁感应强度B与穿过的面积A的乘积，即Φ=B*A。当线圈进入磁场时，穿过线圈的磁通量会发生变化。由于磁场是均匀的，我们可以使用以下公式计算感应电动势的大小：E=B*v*L其中，B是磁感应强度，v是线圈的平移速度，L是线圈进入磁场部分的长度。解析：确定导线电流产生的磁场方向：根据右手螺旋定则，右手握住导线，大拇指指向电流方向，四指环绕的方向即为磁场的方向。在本题中，电流方向向上，因此磁场方向垂直纸面向里。分析线圈进入磁场时的磁通量变化：由于线圈进入磁场时，其面积A与磁场B的乘积发生变化，因此磁通量Φ也会发生变化。应用楞次定律确定感应电动势的方向：由于导线电流产生的磁场垂直纸面向里，为了阻碍这种变化，感应电流将产生一个磁场，其方向垂直纸面向外。应用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小：根据上述分析，感应电动势E等于磁感应