2024版高中同步新教材必修第三册（人教版）物理 第十三章 电磁感应与电磁波初步 综合拔高练

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综合拔高练五年高考练考点1　安培定则的应用1.(2020北京,8)如图所示,在带负电荷的橡胶圆盘附近悬挂一个小磁针。现驱动圆盘绕中心轴高速旋转,小磁针发生偏转。下列说法正确的是              (　　)A.偏转原因是圆盘周围存在电场B.偏转原因是圆盘周围产生了磁场C.仅改变圆盘的转动方向,偏转方向不变D.仅改变圆盘所带电荷的电性,偏转方向不变考点2　磁感应强度的叠加2.(2021全国甲,16)两足够长直导线均折成直角,按图示方式放置在同一平面内,EO与O'Q在一条直线上,PO'与OF在一条直线上,两导线相互绝缘,通有相等的电流I,电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时,所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B,则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为              (　　)A.B、0　　　B.0、2B　　　C.2B、2B　　　D.B、B3.(2021福建,6)如图,四条相互平行的细长直导线垂直坐标系xOy平面,导线与坐标平面的交点为a、b、c、d四点。已知a、b、c、d为正方形的四个顶点,正方形中心位于坐标原点O,e为cd的中点且在y轴上;四条导线中的电流大小相等,其中过a点的导线的电流方向垂直坐标平面向里,其余导线电流方向垂直坐标平面向外。则              (　　)A.O点的磁感应强度为0B.O点的磁感应强度方向由O指向cC.e点的磁感应强度方向沿y轴正方向D.e点的磁感应强度方向沿y轴负方向4.(2020浙江7月选考,9)特高压直流输电是国家重点能源工程。如图所示,两根等高、相互平行的水平长直导线分别通有方向相同的电流I1和I2,I1>I2。a、b、c三点连线与两根导线等高并垂直,b点位于两根导线间的中点,a、c两点与b点距离相等,d点位于b点正下方。不考虑地磁场的影响,则              (　　)A.b点处的磁感应强度大小为0B.d点处的磁感应强度大小为0C.a点处的磁感应强度方向竖直向下D.c点处的磁感应强度方向竖直向下5.(2018课标Ⅱ,20)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,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B0B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B06.(2022全国乙,18)安装适当的软件后,利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图,在手机上建立直角坐标系,手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量,每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知              (　　)测量序号Bx/μTBy/μTBz/μT1021-4520-20-463210-454-210-45A.测量地点位于南半球B.当地的地磁场大小约为50 μTC.第2次测量时y轴正向指向南方D.第3次测量时y轴正向指向东方考点3　电磁感应现象7.(2020课标Ⅱ,14)管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示,圆管通过一个接有高频交流电源的线圈,线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流,电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为              (　　)A.库仑　　　B.霍尔　　　C.洛伦兹　　　D.法拉第考点4　电磁波、能量量子化8.[2019江苏单科,12(3)]在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=6.4×10-7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s。计算结果保留一位有效数字)9.[2020江苏,13B(3)]国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一。在探月任务中,“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波,该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来,反射波回到“玉兔二号”的时间差为Δt。已知电磁波在月壤层中传播的波长为λ,求该月壤层的厚度d。   三年模拟练应用实践1.(2023广东潮州彩塘中学期末)如图所示是一部侦探小说中一个窃听电话的示意图,窃听者把并排的两根电话线分开,在其中一根电话线的旁边铺设一条两端分别跟耳机相连接的导线,导线与电话线是绝缘的。下列叙述正确的是　              (　　)A.不能窃听到电话,因为电话线的电流太小B.可以窃听到电话,因为电话中的电流随声音的变化而变化,穿过耳机电路的磁通量发生变化引起感应电流C.不能窃听到电话,因为电话线与耳机是绝缘的D.可以窃听到电话,因为电话中的电流是恒定电流,在耳机的电路上引起感应电流2.(2022浙江杭州期中)在实验精度要求不高的情况下,可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度。具体做法是:在一根南北方向放置的直导线的正下方10 cm处放一个罗盘,导线没有通电时罗盘的指针(小磁针的N极)指向北方;当给导线通入电流时,发现罗盘的指针偏转一定角度,根据偏转角度即可测定电流磁场的磁感应强度。现已测出此地的地磁场水平分量B0=5.0×10-5 T,通电后罗盘指针停在北偏东60°的位置(如图所示),由此测出该通电直导线在其正下方10 cm处产生磁场的磁感应强度大小约为              (　　)A.5.0×10-5 T　　　 B.1.0×10-4 TC.8.66×10-5 T　　　D.7.07×10-5 T3.(2023江苏宿迁泗阳摸底)磁场的高斯定理指出通过磁场中任一闭合曲面的总磁通量恒等于零。如图所示为一金属球壳的俯视图,CD过球心O,AB不过球心,在球心O的右侧放置一小磁针,则下列说法正确的是              (　　)A.C、D两点处的磁感应强度方向相反B.若磁针沿CD运动,球壳上有感应电流产生C.球壳上单位面积的磁通量处处大小相等D.AB左右两侧球壳上的磁通量大小相等4.(2023山东东营广饶一中月考)如图,在圆心为O的圆周上固定着三根互相平行的长直导线A、B、C,三根导线中通入的电流大小相同,其中导线A中的电流垂直于圆平面向外,导线B、C中的电流垂直于圆平面向里,三根导线在圆周上的点与圆心O的连线互成120°角,空间内还存在一个方向与圆平面平行、磁感应强度大小为B0的匀强磁场(未画出),O点的磁感应强度为零。如果撤去匀强磁场和导线A,则O点的磁感应强度的大小和方向分别为              (　　)A.,垂直于OA方向向左B.,沿OA方向向下C.,垂直于OA方向向左D.,沿OA方向向下5.(2022浙江“5+1”联盟联考)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边为轴,导线框向外匀速转动,试求导线框转动120°时,穿过导线框的磁通量。(2)若导线框沿x轴正方向以速度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,试推导穿过导线框的磁通量随导线框位移变化的函数关系式,并画出穿过导线框的磁通量随导线框位移变化的图像。迁移创新6.(2021北京八中高三期中改编)在高中阶段,对“通量”的定义采用的是简单化处理方法并辅以形象化物理模型进行理解。(1)“磁通量”就是一种常见的“通量”。如图1所示,空间存在水平向右的匀强磁场,磁感应强度大小为B。一个面积为S的矩形线圈与竖直面间的夹角为θ,试求穿过该矩形线圈的磁通量Φ。(2)“电通量”也是一种常见“通量”。在定义“电通量”时只需要把“磁通量”中的磁感应强度B替换为电场强度E即可。已知静电力常量为k,请同学们充分运用类比的方法解决以下问题:a.如图2所示,空间存在正点电荷Q,以点电荷为球心作半径为R的球面。试求通过该球面的电通量ΦE1。b.上述情况映射的是静电场中“高斯定理”,“高斯定理”可以从库仑定律出发得到严格证明。“高斯定理”可表述为:通过静电场中任一闭合曲面的电通量等于闭合曲面内所含电荷量Q与4πk的乘积,即ΦE=4πkQ;试根据“高斯定理”证明:一个半径为R的均匀带电球体(或球壳)在外部产生的电场,与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同,球外各点的电场强度也是E=k(r>R),式中r是球心到该点的距离,Q为整个球体所带的电荷量。 
答案与分层梯度式解析综合拔高练五年高考练1.B2.B3.BD4.C5.AC6.BC7.D1.B　带负电荷的橡胶圆盘转动起来后,可以视为产生了环形电流,进而在周围产生磁场,从而使小磁针发生偏转,故B正确,A错误。仅改变圆盘转动方向或仅改变圆盘所带电荷的电性,均可改变环形电流的方向,进而改变周围磁场的方向,小磁针受力偏转的方向也就随之改变,故C、D错误。2.B　根据题意,可把两根直角导线拆分后重新组合,看作两根分别沿POF方向和EO'Q方向、相互垂直的长直导线,利用右手螺旋定则判断可知,两条导线在M点产生磁场的磁感应强度大小相等,方向相反,因此M点处的磁感应强度为0;两条导线在N点产生磁场的磁感应强度大小相等,方向相同,因此N点处的磁感应强度大小为2B,故选项B正确,A、C、D错误。3.BD　由题知,四条导线中的电流大小相等,且到O点的距离相等,故四条导线在O点产生磁场的磁感应强度大小相等,根据右手螺旋定则可知,四条导线中的电流在O点产生磁场的磁感应强度方向如图所示:由图可知,Bb与Bc大小相等、方向相反,相互抵消,Ba与Bd等大同向,可知O点的磁感应强度方向由O指向c,其大小不为零,A错误,B正确。 a、b处导线在e点产生磁场的磁感应强度大小相等,c、d处导线在e点产生磁场的磁感应强度大小相等,根据右手螺旋定则可知,四条导线中的电流在e点产生磁场的磁感应强度方向如图所示:由图可知Bc'与Bd'大小相等、方向相反,互相抵消;而Ba'与Bb'大小相等,方向如图所示,可知e点的磁感应强度方向沿y轴负方向,C错误,D正确。4.C　把实际情境转化为如图所示的结构示意图。根据安培定则可知两通电导线在b点产生的磁场方向,根据电流在周围产生磁场的特点,可知B1>B2,A错误;根据安培定则及电流在周围产生磁场的特点,可画出d点处的磁感应强度为B1'和B2',如图所示,由平行四边形定则可知合磁感应强度不为0,B错误;同理,两通电导线在a点产生磁场的磁感应强度为B1″和B2″,如图所示,故a点的合磁感应强度方向竖直向下,C正确;两通电导线在c点产生磁场的磁感应强度为B1‴和B2‴,如图所示,故c点的合磁感应强度方向竖直向上,D错误。5.AC　由安培定则判定,L1中的电流在a、b两点产生的磁场方向垂直纸面向里,L2中的电流在a、b两点产生的磁场方向分别垂直于纸面向里和向外;设L1和L2中的电流在a、b两点产生的磁场的磁感应强度大小分别为B1和B2,由磁感应强度的矢量叠加原理可得,B0-B1-B2=B0,B0+B2-B1=B0,解得B1=B0,B2=B0,故A、C项正确。6.BC　表格中的Bz数据都是负的,表明Bz方向竖直向下,则测量地点位于北半球,A错误,当地的磁感应强度为两个方向磁感应强度的矢量和,大小约为50 μT,B正确;当地的磁感应强度的水平分量指向北方,第二次测量时By为负值,表明此次测量时y轴正向指向南方,C正确;第3次测量时Bx为正值,表明此次测量时x轴正向指向北方,此时y轴正向指向西方,D错误。思路分析　解答本题可按以下思路进行序号关键信息关系1每次测量时z轴正向保持竖直向上,四次测量沿z轴的磁场的磁感应强度均为负值垂直于地球表面的磁场方向为z轴负方向,竖直向下,因此测量地点位于北半球2第1次测量,Bx=0,By>0第1次测量时,y轴指向北方,x轴指向东方3第2次测量,Bx=0,By<0第2次测量时,y轴指向南方,x轴指向西方4第3次测量,Bx>0,By=0第3次测量时,x轴指向北方,y轴指向西方5第4次测量,Bx<0,By=0第4次测量时,x轴指向南方,y轴指向东方7.D　焊接过程中利用电磁感应产生的涡流将材料熔化,发现电磁感应规律的是法拉第,故D选项正确。8.答案　5×1016解析　光子能量ε=hν=,光子数目n=,代入数据得n=5×1016。9.答案　解析　电磁波的传播速度v=fλ根据题意2d=vΔt解得d=
三年模拟练1.B2.C3.D4.A  1.B　可以窃听到电话,因为通话时电话将声音信号转化为电信号,电流随声音的变化而变化,从而在电话线附近产生变化的磁场,穿过耳机电路的磁通量发生变化引起感应电流,在耳机中电信号再转化为声音信号。选B。2.C　罗盘处的各个分磁感应强度与合磁感应强度关系如图所示,地磁场水平分量B0=5.0×10-5 T,根据三角函数关系可得tan 60°=,故有B1=B0 tan 60°=8.66×10-5 T,A、B、D错误,C正确。3.D　由图可知小磁针的左侧为N极,结合磁场方向的特点可知,C、D两点的磁感应强度方向都水平向左,A错误;若磁针沿CD运动,球壳上总的磁通量始终为0,无感应电流产生,B错误;由于球壳上各点到小磁针的距离不都相同,球壳上单位面积的磁通量不是处处大小相等,C错误;根据题意可知,AB左右两侧球壳上的磁通量大小相等,D正确。4.A　三根导线内的电流大小相同,与O点间的距离也相同,则三根导线在O点产生的磁感应强度大小相等,设为B1,根据安培定则和平行四边形定则,B、C两导线在O点产生的合磁感应强度大小为B1,方向垂直于OA向左,A导线在O点产生的磁感应强度大小也为B1,方向与B、C两导线在O点产生的合磁感应强度同向,则三根导线在O点产生的合磁感应强度大小为2B1,加上磁感应强度大小为B0的匀强磁场后O点的合磁感应强度为零,则2B1=B0,解得B1=;撤去匀强磁场和导线A,则B、C两导线在O点产生的合磁感应强度大小为,方向为垂直于OA方向向左,A正确。5.答案　(1)BL2　(2)见解析解析　(1)导线框转动120°时,与磁场方向夹角为30°,则穿过导线框的磁通量Φ=BL2 sin 30°=BL2(2)从ab边进入磁场算起,位移为0~L时导线框在左侧磁场,有Φ1=BLx位移为L~2L时,ab边进入右侧磁场,cd边在左侧磁场,则有Φ2=-BL(x-L)+BL(2L-x)即Φ2=3BL2-2BLx位移为2L~3L时,导线框在右侧磁场,有Φ3=-BL(3L-x)=BLx-3BL2位移大于3L时,Φ=0作出磁通量随导线框位移变化的图像如图所示6.答案　(1)BS cos θ　(2)a.4πkQ　b.见解析解析　(1)当面积为S的矩形线圈与竖直面的夹角为θ时,线圈在垂直磁场方向的投影面积为S cos θ,则磁通量Φ=BS cos θ。(2)a.根据点电荷的场强公式,求得球面上各处的电场强度大小为E=k由于球面上各处电场强度方向都与球面垂直,故通过球面的电通量为ΦE1=ES=k·4πR2=4πkQb.证明:过距离球心r的点作一球面,根据对称性可知该球面上各点场强大小相等,方向处处与球面垂直。设各点的电场强度大小为E,通过该球面的电通量为ΦE,则有ΦE=ES=4πr2E由高斯定理知ΦE=4πkQ所以有4πr2E=4πkQ化简得E=k这就是球心处的点电荷Q在r处产生的场强。迁移创新　本题以磁通量为素材,将磁通量的定义以及计算方法,迁移到“电通量”,应用类比的方法求出“电通量”。