2024-2025学年高中物理人教版必修三单元测试：第十三章 电磁感应与电磁波初步（含解析）

2024-2025学年高中物理人教版必修三单元测试：第十三章电磁感应与电磁波初步

一、单选题1．利用如图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压与入射频率ν之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e，则()A.普朗克常量为B.该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大C.若用频率是的光照射该金属，则最大初动能为D.若要测该金属的遏止电压，则电源右端为负极2．图示为几种金属的逸出功和氢原子能级图。现有大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，结合图表信息可知()金属钨钙钾铷4.543.202.252.13A.铷的极限频率大于钙的极限频率B.氢原子跃迁时对外辐射连续光谱C.氢原子辐射的光有3种频率能使钨发生光电效应D.氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能减小3．在带电量为的金属球的电场中，为测量球附近某点的电场强度E，现在该点放置一带电量为的点电荷，点电荷受力为F，则该点的电场强度()A. B. C. D.4．随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术（简称5G）意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相比，对于5G使用的频率更高的电磁波，下列说法正确的是()A.不能发生干涉现象B.光子能量更大C.波长更大，更容易发生衍射现象D.传播速度更大，相同时间传递的信息量更大5．下列说法不正确的是()A.图甲中的探雷器是利用地磁场进行探测的B.图乙中扼流圈是利用电感器对交流的阻碍作用C.图丙中磁电式仪表的线圈绕在铝框骨架上，是为了增加电磁阻尼作用D.图丁中火灾报警器利用烟雾对光的散射来工作，属于光电式传感器的应用6．“北斗三号”采用星载氢原子钟，其精度比“北斗二号”的星载铷原子钟提高一个数量级。如图所示为氢原子的部分能级图，以下判断正确的是()A.处于能级的氢原子可以辐射任意频率的光子B.欲使处于基态的氢原子被激发，可用的光子照射C.当氢原子从的状态跃迁到的状态时，要吸收光子D.用能级跃迁到能级辐射出的光照射金属铂（逸出功为）时不能发生光电效应7．随着智能手机的发展电池低容量和手机高耗能之间的矛盾越来越突出手机无线充电技术间接解决了智能手机电池不耐用的问题。如图所示，当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。电磁感应的首次发现者为()A.爱因斯坦 B.法拉第 C.洛伦兹 D.密立根8．无限长导线，均通以恒定电流I。直线部分和坐标轴接近重合，弯曲部分是以坐标原点O为圆心的相同半径的一段圆弧，已知直线部分在原点O处不形成磁场，则图乙中O处磁感应强度和图甲中O处磁感应强度相同的是()A. B.C. D.二、多选题9．如图甲所示，单匝矩形线圈的左半部分位于具有理想边界（图中虚线）的匀强磁场中，绕中轴线按图示方向匀速转动产生交流电，与磁场边界重合。图乙中a、b端接入的电压和图甲中线圈产生的感应电动势相同，理想变压器原、副线圈接入电路的匝数可分别通过滑动触头调节。图乙中L是小灯泡，均为滑动变阻器。下列说法正确的是()A.图甲线圈中一半时间有电流，一半时间无电流B.将上移，同时将下移可使灯泡L的亮度减小C.仅将右移可使灯泡L的亮度减小D.仅将右移可使灯泡L的亮度增大10．法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示。软铁环上绕有M、N两个线圈，下列判断正确的是()A.开关断开前，软铁环中的磁场为逆时针方向B.开关断开前，软铁环中的磁场为顺时针方向C.开关断开的瞬间，电流表中电流的方向为D.开关断开的瞬间，电流表中电流的方向为11．如图所示，两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E，导轨平面与水平面间的夹角，金属杆ab垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好。整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中。当磁场方向垂直导轨平面向上时，金属杆ab刚好处于静止状态，要使金属杆能沿导轨向下运动，可以采取的措施是()A.增大磁感应强度BB.调节滑动变阻器滑片向下滑动C.增大导轨平面与水平面间的夹角θD.将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变12．如图甲所示是目前市面上流行的手摇手机充电器，它体型小，携带方便，可以在紧急状态下给手机临时充电，其示意图如图乙所示。若某人摇动手柄给手机充电时，其内部线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，下列说法正确的是()A.线圈转动的快慢程度会影响感应电动势的最大值B.当线圈转到图乙所示位置时，电流方向将发生改变C.若从图乙位置开始计时，线圈中的电流瞬时值表达式为D.当线圈转到图乙所示位置时，穿过线圈磁通量的变化率最大三、填空题13．如图所示，在水平向右的匀强电场中，将带电荷量为的点电荷由A点沿直线移至B点，电场力做功，已知A、B间的距离为0.05m直线AB与电场线的夹角θ为37°，，AB两点间电势差_______V，该匀强电场的电场强度大小为E=_______V/m14．泉州是雷电多发地区，安装避雷针可以保护建筑物免遭雷击。某次雷电过程中，有大小为I的电流竖直向上通过一长度为L的避雷针。已知泉州地区地磁场的磁感应强度大小为B，方向与水平向北方向的夹角为θ，斜向地面，则此时该避雷针受到地磁场的作用力大小为_________，方向水平向_________（选填“东”或“西”）。四、计算题15．如图所示，空间有一xOy直角坐标系，其第Ⅰ象限内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，第Ⅳ象限内存在沿y轴正方向的匀强电场。一质量为m、电荷量为的粒子从y轴上的P点以某一初速度垂直进入磁场，方向与y轴正方向成角。粒子从x轴上进入匀强电场时，速度方向与x轴负方向也成角，最后从y轴上的Q点垂直y轴飞出电场。已知P点到坐标原点O的距离为d，不计带电粒子的重力。求：（1）磁感应强度B与电场强度E的大小；（2）粒子从P点运动到Q点所用的时间t。（3）粒子在电场中运动的过程动量变化量的大小。16．如图所示，空间存在范围足够大、沿x轴负方向的匀强电场（图中未画出），一质量为m、带电荷量为的带电粒子从坐标原点O沿y轴正方向以速度射出，带电粒子恰好经过点，不计粒子受到的重力及空气阻力。（1）求匀强电场的电场强度大小E；（2）若将匀强电场换为垂直平面向里的匀强磁场，带电粒子仍恰好经过A点，求匀强磁场的磁感应强度大小B。17．如图所示，匝数匝的矩形线圈，线圈总电阻，边长为cm，cm。外电路电阻，匀强磁场磁感应强度的大小，线圈绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转动。试求：（1）电路中感应电动势的最大值；（2）从此位置开始转过的过程中，通过电阻R的电荷量q；（3）在时间内R上消耗的电能；（取）（4）从此位置开始计时，线圈ab边所受安培力的瞬时值表达式（取垂直于纸面向里为安培力的正方向）。18．用如图甲所示的电路研究光电管的特性，入射光频率为ν，光电管A、K两极的电势差为.如图乙所示，在坐标系中，阴影部分表示能产生光电流的ν和的取值范围.已知普朗克常量为h，电子电荷量为e及乙图中的.（1）求光电管K极材料的逸出功；（2）求图乙中B点对应的光电子到达A极板时的最大动能；（3）图甲中使用一激光发生器发射频率为的入射光束，假设K极板吸收的光子数是入射总光子数的η倍，电流表示数最大值为，求该激光发生器的最小功率P；（4）若用与K极板相同的材料制成阴极射线管的阴极，求该阴极射线管的最小工作电压.

参考答案1．答案：C解析：A.由爱因斯坦光电效应方程有在光电管中减速，根据动能定理有联立解得知题图乙图线的斜率则普朗克常量该金属的逸出功为故A错误；B.金属的逸出功与入射光的频率无关，故B错误；C.若用频率是的光照射该金属，则最大初动能为故C正确；D.要测该金属的遏止电压，应加反向电压，电源右端为正极，故D错误。故选C。2．答案：C解析：A.由表格数据可知铷的逸出功小于钙的逸出功，故铷的极限频率小于钙的极限频率，A错误；B.原子的发射光谱为线状谱，故氢原子跃迁时对外辐射不连续的光谱，B错误；C.大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，对外辐射光子的能量分别有，，，，，，发生光电效应的条件是，可知氢原子辐射的光有3种频率能使钨发生光电效应，C正确；D.设电子绕氢原子核运动的轨道半径为r，质子和电子的电荷量大小均为e，电子的质量为m，由库仑力提供向心力可得，解得电子的动能为，氢原子辐射光子后，电子从外轨道跃迁到内轨道，轨道半径变小了，故电子动能增大了，D错误；故选C。3．答案：B解析：试探电荷会引起金属球上电荷的重新分布。同种电荷相互排斥，使得金属球上的电荷远离放置的点电荷，导致此时的电场强度降低。此时的场强为，故原来该点的电场强度应大于该值。B选项正确。4．答案：B解析：A.电磁波是横波，具有波的特性，能发生干涉现象，故A错误；B.根据可知5G使用的电磁波的光子能量更大，故B正确；C.根据可知5G使用的电磁波的波长更小，更不易发生衍射现象，故C错误；D.与4G相比，对于5G使用的频率更高的电磁波，在空气中传播速度相同，相同时间传递的信息量更大，故D错误。故选B。5．答案：A解析：A.图甲中的探雷器是利用涡流的磁效应工作的，故A错误，符合题意；B.图乙中扼流圈是利用电感器对交流的阻碍作用，故B正确，不符合题意；C.图丙中磁电式仪表的线圈绕在铝框骨架上，是为了增加电磁阻尼作用，故C正确，不符合题意；D.图丁中火灾报警器利用烟雾对光的散射来工作，属于光电式传感器的应用，故D正确，不符合题意。故选A。6．答案：B解析：处于能级的大量氢原子只能辐射出等于能极差能量频率的光子，所以能级的大量氢原子最多可以辐射3种频率的光子，故A错误；1能级与2能级的能量之差为，所以可用的光子照射使处于基态的氢原子可以被激发，故B正确；当氢原子从的状态跃迁到的状态时，从高能级往低能级跃迁要辐射光子，故C错误；用能级跃迁到能级辐射出的光的能量为，该光子的能量大于金属铂的逸出功，所以去照射金属铂（逸出功为）时能发生光电效应，故D错误。7．答案：B解析：电磁感应的首次发现者是法拉第，故选B。8．答案：A解析：由题意可知，图甲中O处磁感应强度的大小是其中一段在O点的磁场大小2倍，方向垂直纸面向里；A.根据右手螺旋定则可知，左上段与右下段的通电导线产生的磁场叠加为零，则剩余的两段通电导线产生的磁场大小是其中一段的在O点磁场的2倍，且方向垂直纸面向里，故A正确；B.同理，四段通电导线在O点的磁场是其中一段在O点的磁场的4倍，方向是垂直向里，故B错误；C.由上分析可知，右上段与左下段产生磁场叠加为零，则剩余两段产生磁场大小是其中一段在O点产生磁场的2倍，方向垂直纸面向外，故C错误；D.与C选项分析相同，四段在O点的磁场是其中一段在O点产生磁场的2倍，方向垂直纸面向外，故D错误；故选A。9．答案：BD解析：线圈绕轴转动，始终有一半处于磁场中，线圈中一直有电流，A错误。将上移，同时将下移，会使变压器输出电压变小，灯泡L亮度减小，B正确。仅将右移，副线圈电路总电阻变小，电流变大，L中电流变大，灯泡亮度增大，C错误。仅将右移，副线圈电路总电阻变大，电流变小，两端的电压变小，灯泡两端的电压变大，灯泡亮度增大，D正确。10．答案：BC解析：AB.开关断开前，线圈M的电流由上端流向下端，根据右手定则可判断出软铁环中的磁场方向为顺时针方向，故A错误，B正确；CD.开关断开的瞬间，铁环中顺时针方向的磁场突然减小，根据楞次定律，则线圈N中将感应出由方向的感应电流，故C正确，D错误。故选BC。11．答案：CD解析：A.金属杆ab刚好处于静止状态，根据平衡条件可得增大磁感应强度B，安培力增大，金属棒将沿导轨向上运动，A错误；B.调节滑动变阻器滑片向下滑动，其接入阻值减小，电流增大，安培力增大，金属棒将沿导轨向上运动，B错误；C.增大导轨平面与水平面间的夹角θ，导致金属棒将沿导轨向下运动，C正确；D.将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变，安培力将沿导轨向下，金属棒将沿导轨向下运动，D正确。故选CD。12．答案：AD解析：A.线圈转动的越快，通过线圈的磁通量变化的越快，由电磁感应定律可知，线圈产生的感应电动势越大，由闭合电路欧姆定律可知，回路中的电流越大，反之越小，因此线圈转动的快慢程度会影响回路中的电流大小，A正确；B.当线圈转到中性面，即线圈平面与磁感线垂直时，电流方向将发生改变，B错误；C.若从图乙位置开始计时，此时线圈中的电流最大，则有线圈中的电流瞬时值表达式为C错误；D.当线圈转到图乙所示位置时，线圈中的电流最大，穿过线圈磁通量的变化率最大，D正确。故选AD。13．答案：20；500解析：根据电势差的定义公式有根据14．答案：；西解析：15．答案：（1）（2）（3）解析：（1）粒子在第Ⅰ象限做匀速圆周运动，在第Ⅳ象限做类斜抛运动，运动轨迹如图所示。在磁场中，由几何关系得由牛顿第二定律，得联立解得在电场中，有联立解得（2）粒子在磁场中的运动周期粒子在磁场中的运动时间粒子从P点运动到Q点所用的时间联立解得（3）对粒子在电场中的运动过程，由动量定理，得解得16．答案：（1）（2）解析：（1）由题意可知，带电粒子做类平抛运动经过A点，粒子加速度为由类平抛知识可知联立解得（2）根据洛伦兹力提供向心力，结合几何关系有联立解得17．答案：（1）（2）0.1C（3）67500J（4）解析：（1）感应电动势的最大值