高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步综合与测试完整版课件ppt

第十三章测评

(时间:60分钟　满分:100分)

一、选择题(本题共12个小题,每题4分,共48分。1~8是单选题,9~12是多选题,多选、错选均不得分,漏选得2分)

1.人眼对绿光较为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时,只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10-34 J·s,光速为3×108 m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约是(　　)

A.2.3×10-18 W B.3.8×10-19 W

C.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W

解析因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。所以察觉到绿光所接收的最小功率P=,式中E=6ε,又ε=hν=h,

可解得P= W=2.3×10-18 W。

答案A

2.如图所示,圆环上带有大量的负电荷,当圆环沿顺时针方向转动时,a、b、c三枚小磁针都要发生转动,以下说法正确的是(　　)

A.a、b、c的N极都向纸里转

B.b的N极向纸外转,而a、c的N极向纸里转

C.b、c的N极都向纸里转,而a的N极向纸外转

D.b的N极向纸里转,而a、c的N极向纸外转

解析由于圆环带负电荷,故当圆环沿顺时针方向转动时,等效电流的方向为逆时针,由安培定则可判断环内磁场方向垂直纸面向外,环外磁场方向垂直纸面向内,磁场中某点的磁场方向即是放在该点的小磁针静止时N极的指向,所以b的N极向纸外转,a、c的N极向纸里转。

答案B

3.(2020上海高三二模)如图所示的磁感线分布情况,以O点(图中白点)为坐标原点,沿Z轴正方向,磁感应强度B大小的变化最有可能为(　　)

解析磁感线的疏密表示磁感应强度B的大小,所以从题图中可以看出,从O点沿着Z轴向上的过程中,磁感应强度B先减小再增大,所以C正确,A、B、D错误。

答案C

4.(2020浙江高二期中)如图所示,两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2,且I1>I2;a,b两点对称分布在两导线两侧,磁感应强度分别是Ba和Bb,F1和F2分别为电流I1和I2受到的安培力,则(　　)

A.F1<F2 B.F1>F2

C.Ba<Bb D.Ba>Bb

解析两导线之间的作用力是相互作用力,总是等大反向,即F1=F2,选项A、B错误;根据右手螺旋定则知两电流在a、b两点产生的磁感应强度方向相反,由于I1>I2,故Ba>Bb,选项C错误,D正确。

答案D

5.(2020上海高二期末)如图所示,面积为S、匝数为N的闭合线圈abcd水平放置,与匀强磁场B夹角θ=45°。现将线圈以ab边为轴顺时针转动90°,则线圈在初、末位置磁通量的改变量的绝对值为(　　)

A.0 B.BS

C.NBS D.NBS

解析两次情况下磁感线穿过线圈的面不同,设初位置时穿过线圈的磁通量为正,则初位置时Φ1=(Bsin θ)S=BS,末位置时Φ2=(-Bcos θ)S=-BS,则初、末位置磁通量的改变量的绝对值为ΔΦ=|Φ2-Φ1|=BS,故B正确,A、C、D错误。

答案B

6.如图所示,矩形闭合线圈abcd竖直放置,OO'是它的对称轴,通电直导线AB与OO'平行,且AB、OO'所在平面与线圈平面垂直,如要在线圈中产生感应电流,可行的做法是(　　)

A.AB中电流I逐渐增大

B.AB中电流I先增大后减小

C.AB正对OO',逐渐靠近线圈

D.线圈绕OO'轴逆时针转动90°(俯视)

解析由于通电直导线AB与OO'平行,且AB、OO'所在平面与线圈平面垂直。AB中无论电流如何变化,或AB正对OO'靠近线圈或远离线圈,线圈中磁通量均为零,不能在线圈中产生感应电流,选项A、B、C错;线圈绕OO'轴逆时针转动90°(俯视),穿过闭合线圈的磁通量变化,线圈中产生感应电流,选项D正确。

答案D

7.在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到电流表的变化的是(　　)

A.将线圈与电流表组成一闭合回路,让磁铁穿过线圈观察电流表的变化

B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化

C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化

D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,待电路稳定后,观察电流表的变化

解析产生感应电流必须满足的条件:①电路闭合;②穿过闭合电路的磁通量要发生变化。选项B电路闭合,但磁通量不变,不能产生感应电流,故选项B不能观察到电流表的变化,A能观察到电流表的变化;选项C满足产生感应电流的条件,也能产生感应电流,但是等我们从一个房间到另一个房间后,电流表中已没有电流,故选项C也不能观察到电流表的变化;选项D电路稳定后不满足产生感应电流的条件,不可以观察到电流表的变化,所以选A。

答案A

8.在匀强磁场中有两条平行的金属导轨,磁场方向与导轨平面垂直,导轨上有两条可沿导轨自由移动的导体棒ab、cd,导体棒ab、cd的运动速度分别为v1、v2,如图所示,ab棒上有电流通过,则不可能有(　　)

A.v1>v2 B.v1<v2

C.v2=2v1 D.v1=v2

解析对于匀强磁场来说,磁通量Φ=BS,根据题中条件,当穿过闭合电路中磁场的有效面积S发生变化时才有Φ的变化,因此应有v1≠v2,所以A、B、C都有可能,D不可能。

答案D

9.下列说法正确的是(　　)

A.磁场中某点的磁感应强度可以这样测定:把一小段通电导线放在该点时,受到的磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I的乘积的比值B=,即磁场中某点的磁感应强度

B.通电导线在某点不受磁场力的作用,则该点的磁感应强度一定为零

C.磁感应强度B=只是定义式,它的大小取决于场源及磁场中的位置,与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关

D.磁场是客观存在的物质

解析A选项考查的是磁感应强度的定义,只有当通电导线与磁场方向垂直时才有B=,A错误;B选项中,当通电导线与磁场平行时,不受磁场力,此时,磁感应强度不一定为零,B错误;C选项中,B=是定义式,磁场强弱取决于场源及磁场中的位置,C正确;磁场与电场一样,都是客观存在的物质,D正确。

答案CD

10.(多选)如图所示,直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者相距较远,其磁场互不影响,当开关S闭合后,小磁针北极N(黑色一端)指示的磁场方向正确的是(小磁针a平放在与AB垂直的平面上)(　　)

A.a B.b C.c D.d

解析为了便于判断小磁针N极的指向是否正确,可先根据安培定则画出有关磁场中经过小磁针的磁感线及其方向,如图所示。根据安培定则,对于通电直导线AB,磁感线是以导线AB上各点为圆心的同心圆,且都在跟导线垂直的平面上,其方向是逆时针方向,显然小磁针a标示错误。通电螺线管C内部的磁感线是由左向右,外部的磁感线是由右向左,故b标示正确,c标示错误。对电磁铁D(与蹄形磁铁相似),由安培定则可知,电磁铁的左端为N极,右端为S极,可见小磁针d标示正确。因此正确选项为B、D。

答案BD

11.(2018·全国卷Ⅱ)如图,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电流方向向左,L2中的电流方向向上;L1的正上方有a、b两点,它们相对于L2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B0,方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0和B0,方向也垂直于纸面向外。则(　　)

A.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0

B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0

C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0

D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0

解析设L1在a、b点产生的磁感应强度分别为B1a、B1b,L2在a、b点产生的磁感应强度分别为B2a、B2b,根据安培定则可知,B1a=B1b,方向均垂直纸面向里;B2a=B2b,B2a方向垂直纸面向里,B2b方向垂直纸面向外;根据题意,对a点有,B1a+B2a-B0=-。对b点有,B1b-B2b-B0=-,联立以上方程解得B1a=B1b=,B2a=B2b=,选项A、C正确。

答案AC

12.(2017·全国卷Ⅰ)如图,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反,下列说法正确的是(　　)

A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直

B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直

C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶

D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为∶1

解析利用同向电流相互吸引,异向电流相互排斥,受力分析如下

设任意两导线间作用力大小为F,则

L1受合力F1=2Fcos 60°=F,方向与L2、L3所在平面平行;

L2受合力F2=2Fcos 60°=F,方向与L1、L3所在平面平行;

L3所受合力F3=2Fcos 30°=F,方向与L1、L2所在平面垂直;故选B、C。

答案BC

二、实验题(本题共2个小题,每题6分,共12分)

13.(2020北京顺义高二期中)绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按如图所示方法连接,判断在以下各情况中,线圈Ⅱ中是否有感应电流产生。

①闭合开关S的瞬间　　　　　　　　　。 

②保持开关S闭合时　　　　　　　　　。 

③断开开关S的瞬间　　　　　　　　　。 

④开关S闭合且将滑动变阻器R0的滑动端向左滑动时　　　　　　。(以上各空均填“有”或“无”) 

解析①闭合开关S的瞬时,穿过线圈Ⅱ的磁通量变化,有感应电流产生;②保持开关S闭合时,穿过线圈Ⅱ的磁通量不变,没有感应电流产生;③断开开关S的瞬时,穿过线圈Ⅱ的磁通量发生变化,有感应电流产生;④开关S闭合且将滑动变阻器R0的滑动端向左滑动时,穿过线圈Ⅱ的磁通量发生变化,有感应电流产生。

答案①有　②无　③有　④有

14.(2020北京门头沟一模)某同学用如图所示的实验器材来探究产生感应电流的条件。

(1)图中已经用导线将部分器材连接,请补充完成图中实物间的连线。

(2)若连接好实验电路并检查无误后,闭合开关的瞬间,观察到电流计指针发生偏转,说明线圈　　　(填“A”或“B”)中有了感应电流。开关闭合后,他还进行了其他两项操作,发现也产生了感应电流,请写出两项可能的操作: 

①　; 

②　。 

解析(1)本实验中线圈A与电源相连,通过调节滑动变阻器使线圈A中的磁通量发生变化,从而使线圈B产生电磁感应现象,故线圈B应与检流计相连,如图所示:

(2)闭合开关的瞬间,观察到电流计指针发生偏转,说明线圈B中有了感应电流;

线圈B中产生感应电流的原因是其磁通量发生变化,则可能的操作:①将滑动变阻器的滑片快速滑动;

②将线圈A(或铁芯)快速抽出。

答案(1)见解析　(2)B　见解析

三、计算题(本题共4个小题,每题10分,共40分)

15.一磁感应强度为B的匀强磁场,方向水平向右,一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置,平面abcd与竖直方向成θ角,将abcd绕ad轴转180°角,则穿过线圈平面的磁通量的变化量是多少?

解析开始时穿过线圈平面的磁通量为Φ1=BScos θ。

后来穿过线圈平面的磁通量为Φ2=-BScos θ

则磁通量的变化量为ΔΦ=|Φ2-Φ1|=2BScos θ。

答案2BScos θ

16.磁场中放一与磁场方向垂直的电流元,通入的电流是2.5 A,导线长10 cm,它受到的磁场力为5×10-2 N。问:

(1)这个位置的磁感应强度是多大?

(2)如果把通电导线中的电流增大到5 A时,这一点的磁感应强度是多大?

(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力,是否可以肯定这里没有磁场。

解析(1)由磁感应强度的定义式得

B==0.2 T

(2)磁感应强度B是由磁场和空间位置(点)决定的,和导线的长度L、电流I的大小无关,所以该点的磁感应强度还是0.2 T。

(3)不可以。如果通电导线在磁场中某处不受磁场力,则有两种可能:①该处没有磁场;②该处有磁场,但通电导线与磁场方向平行。

答案(1)0.2 T　(2)0.2 T　(3)不可以

17.如图所示,固定于水平面上的金属框架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所在的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形。为使MN棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B应怎样随时间t变化?请推导出这种情况下B与t的关系式。

解析要使MN棒中不产生感应电流,应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化,在t=0时刻,穿过线圈平面的磁通量Φ1=B0S=B0l2

设t时刻的磁感应强度为B,此时磁通量为Φ2=Bl(l+vt)

由Φ1=Φ2,得B=。

答案B=

18.如图所示,ab、cd为两根相距2 m的平行金属导轨,水平放置在竖直向下的匀强磁场中,通以5 A的电流时,质量为0.36 kg的金属棒MN沿导轨做匀速运动;当棒中电流增大到8 A时,棒能获得2 m/s2的加速度。已知金属棒受到的磁场力方向水平,求匀强磁场的磁感应强度的大小。

解析设磁感应强度为B,金属棒与轨道间的动摩擦因数为μ,金属棒的质量为m,金属棒在磁场中的有效长度L=2 m。当棒中的电流I1=5 A时,金属棒所受到的磁场力与轨道对棒的滑动摩擦力平衡,金属棒做匀速直线运动。由平衡条件可得

BI1L=μmg ①

当金属棒中的电流I2=8 A时,棒做加速运动,加速度大小为a,根据牛顿第二定律得

BI2L-μmg=ma ②

将①代入②得B== T=0.12 T。

答案0.12 T