人教版（江苏专用）高中物理必修第三册第十三章电磁感应与电磁波初步综合拔高练含答案

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综合拔高练高考练考点1　电流的磁效应　地磁场1.(多选题)(2022福建,5)奥斯特利用如图所示实验装置研究电流的磁效应。一个可自由转动的小磁针放在白金丝导线正下方,导线两端与一伏打电池相连。接通电源瞬间,小磁针发生了明显偏转。奥斯特采用控制变量法,继续研究了导线直径、导线材料、电池电动势以及小磁针位置等因素对小磁针偏转情况的影响。他能得到的实验结果有(　　)A.减小白金丝直径,小磁针仍能偏转B.用铜导线替换白金丝,小磁针仍能偏转C.减小电源电动势,小磁针一定不能偏转D.小磁针的偏转情况与其放置位置无关2.(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3.(多选题)(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(　　)A.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2　磁感应强度的叠加4.(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、B5.(多选题)(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6.(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.(2021浙江1月选考,2)2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果,构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”,它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子,下列说法正确的是(　　)A.是计算机运算的一种程序B.表示运算速度的一个单位C.表示微观世界的不连续性观念D.类似于质子、中子的微观粒子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。模拟练应用实践1.(2024广东东莞外国语学校期中)2023年9月21日,“天宫课堂”第四课正式开讲,这是中国航天员首次在梦天实验舱内进行授课。宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中记载:“以磁石磨针锋,则能指南”。进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布示意图如图甲所示。以下关于磁场的说法正确的是(　　)　　A.从空间站向地面传输信息采用的电磁波是麦克斯韦预言并通过实验验证存在的B.将中国古代的四大发明之一司南置于赤道,据甲图可知,磁勺尾(S极)静止时指向北方C.环形导线通电方向如图乙所示,小磁针最后静止时N极指向为垂直于纸面向外D.丙图中,放在通电螺线管外部(线圈外部)的小磁针,静止时N极水平向右2.(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3.(2024河南郑州期中)如图甲所示,条形磁铁固定在水平桌面上,以条形磁铁的右端点为原点,中轴线为x轴建立一维坐标系。将一个灵敏的小磁针放置在x轴上不同的位置,小磁针稳定后北极与x轴之间的夹角记为θ,实验测得 sin θ与x之间的关系如图乙所示,已知该处的地磁场的方向水平,磁感应强度大小为B0,下列说法正确的是(　　)　A.条形磁铁的右端为S极B.条形磁铁在x0处产生的磁场的磁感应强度大小为3B0C.条形磁铁在x0处产生的磁场的磁感应强度大小为3B03D.x越大,小磁针N极的指向与地磁场方向的夹角越大4.(2023浙江“9+1”联盟联考)在同一平面内有互相绝缘的三根无限长通电直导线ab、cd、ef围成一个等边三角形,通过三根导线的电流大小相等,方向如图所示。O点为等边三角形的中心,M、N两点分别为O点关于导线ab、cd的对称点。已知O点的磁感应强度大小为B1,M点的磁感应强度大小为B2,则下列说法正确的是(　　)A.B1大于B2B.M点磁场方向垂直纸面向内C.N点磁感应强度与O点磁感应强度大小相等D.若仅撤去导线ef,则M点的磁感应强度大小为B1+B225.(2024江苏泰州联盟五校期中)如图所示,足够长的金属框架MON与足够长的导体棒DE构成回路,处在匀强磁场中且与磁场方向垂直,∠MON=45°,DE垂直于ON。(1)若匀强磁场的磁感应强度大小为B0=0.2 T,DE从O点出发,以v0=0.5 m/s的速度向右匀速运动4 s,求回路中磁通量的变化量;(2)在图中,若回路面积从S0=2 m2变到S1=12 m2,同一时间内匀强磁场的磁感应强度大小B从B0=0.2 T变到B1=1.0 T,求回路中磁通量的变化量;(3)若开始时匀强磁场的磁感应强度大小为B0=0.2 T,DE从O点右侧1 m处出发,向右以v1=1 m/s的速度匀速运动,且闭合回路中没有感应电流产生,求磁感应强度大小B随时间t变化的表达式。迁移创新6.(2024北京海淀期末)环形电流周围有磁场,根据电磁学理论可知,半径为R、电流为I的环形电流中心处的磁感应强度大小B=KIR,其中K为已知常量。电流的本质是电荷的定向运动,电流可以产生磁场意味着运动的电荷也可以产生磁场。(1)氢原子核外电子以速率v绕核做圆周运动,轨道半径为r,电子电荷量为e,求该“分子电流”在圆心处的磁感应强度大小B1。(2)如图甲所示,在一个竖直放置半径为r、电阻为R、匝数为n的圆形线圈的圆心O处,有一个可以绕竖直轴在水平面内转动的小磁针。线圈未通电流时,小磁针稳定后指向地磁场水平分量方向。调整线圈方位,使其与静止的小磁针在同一个竖直平面内,并通入电流,小磁针偏转了θ角。已知仪器所在处地磁场的磁感应强度水平分量大小为Be,求线圈两端的电压。(3)有人用电流观点解释地磁成因:在地球内部的古登堡面附近集结着绕地轴转动的管状电子群,转动的角速度为ω,该电子群形成的电流产生了地磁场。如图乙所示,为简化问题,假设古登堡面的半径为R,电子均匀分布在距地心R、直径为d的管道内,管道内单位长度电荷量为q,且d≪R,求此管状电子群在地心处产生的磁感应强度大小B2。答案与分层梯度式解析综合拔高练高考练1.AB　减小导线直径,仍存在电流,其产生的磁场仍能使小磁针偏转,选项A正确;白金丝换成铜导线,仍存在电流,产生的磁场仍能使小磁针偏转,选项B正确;减小电源电动势,只要导线中有电流,小磁针还是会发生偏转,选项C错误;通电导线产生的磁场与地磁场叠加后,合磁场方向与空间位置有关,小磁针在不同位置时其偏转情况可能不同,选项D错误。2.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。3.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50μT,B正确;当地的磁感应强度的水平分量指向北方,第2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。4.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。5.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。6.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。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.C　量子由普朗克最早提出,在物理学中表示微观世界的不连续性观念,故C正确。9.答案　fλΔt2解析　电磁波的传播速度v=fλ根据题意2d=vΔt解得d=fλΔt2模拟练1.C　从空间站向地面传输信息利用的是电磁波,电磁波由麦克斯韦预言,赫兹通过实验验证存在,A错误;地磁的南极在地理的北极附近,地磁的北极在地理的南极附近,所以赤道处的地磁场应指向北方,所以将司南置于赤道处,静止时磁勺尾(S极)指向南方,B错误;题图乙中,根据安培定则可知环形通电导线内部的磁场方向垂直纸面向外,所以小磁针静止时N极指向为垂直于纸面向外,C正确;题图丙中,根据安培定则可知,螺线管外部的磁感线指向左,所以放在通电螺线管外部(线圈外部)的小磁针静止时N极水平向左,D错误。2.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。3.C　根据题意可知,当x趋向于无穷大时,小磁针北极所指的方向为地磁场的方向,由题图可知,x趋向无穷大时,sinθ趋向于1,θ趋向于90°,即小磁针北极所指的方向与x轴垂直;当x非常小时,小磁针的N极沿x轴正方向,可知条形磁铁的右端为N极,A、D错误。根据题图乙可知,在x0处有sinθ=32,故小磁针稳定后北极与x轴之间的夹角θ=60°,设条形磁铁在x0处产生的磁感应强度大小为B条,则tanθ=B0B条,解得B条=3B03,B错误,C正确。4.C　设三根通电导线在O点产生的磁感应强度大小均为B,cd、ef在M点产生的磁感应强度大小均为B',根据安培定则可知,ab、cd在O点的磁场反向,ef在O点的磁场垂直纸面向外;三根通电导线在M处的磁场均垂直纸面向外,则B1=B,B2=B+2B',则B1小于B2,A、B错误;ab、cd在N点的磁场垂直纸面向内,ef在N点的磁场垂直纸面向外,则N点磁感应强度大小为BN=B=B1,则N点磁感应强度与O点磁感应强度大小相等,C正确;撤去导线ef,ab、cd在M点的磁场均垂直纸面向外,则M点的磁感应强度大小为BM=B+B',又B'=B2-B2=B2-B12,得BM=B1+B'=B1+B22,D错误。5.答案　(1)0.4Wb　(2)11.6Wb　(3)B=0.2(1+t)2(T)解析　(1)DE在O点时回路面积为0,则磁通量为0,导体棒以v0=0.5ms的速度向右匀速运动4s,通过的位移x=v0t=2m由于∠MON=45°,因此此时回路的面积S=x22=2m2则此时回路中的磁通量等于磁通量的变化量,有ΔΦ=B0S=0.4Wb(2)初态磁通量Φ1=B0S0=0.4Wb末态的磁通量Φ2=B1S1=12Wb回路中磁通量的变化量ΔΦ'=Φ2-Φ1=11.6Wb(3)闭合回路三角形的直角边长x=x0+v1t=1+t闭合回路中没有感应电流产生,磁通量不变,则B0·12x02=B·12x2解得B=0.2(1+t)2(T)6.答案　(1)Kev2πr2　(2)BerRtanθnK　(3)Kqω解析　(1)设电子绕核做圆周运动的周期为T,氢原子核外电子以速率v绕核做圆周运动,则T=2πrv等效的“分子电流”大小为I=eT分子电流I在圆心处的磁感应强度大小B1=KIr联立可得B1=Kev2πr2(2)由题意知,线圈平面与地磁场水平分量方向平行,又待测电流在圆心O处产生的磁感应强度方向垂直于线圈平面,则BO与Be方向垂直,即地磁场磁感应强度的水平分量Be与BO的关系如图所示则BO=Betanθ,且BO=KnIOr联立得IO=BertanθnK则线圈两端的电压U=IOR解得U=BerRtanθnK(3)设管状电子群的总电荷量为Q,其转动的周期为T1=2πω定向转动所形成的等效电流为I1=QT1由于管道内单位长度电荷量为q,则Q=2πRq管状电流I1在圆心处的磁感应强度大小B2=KI1R联立可得B2=Kqω知识迁移　解答本题的关键是要读懂题意,会构建环形电流模型,利用等效思想求解环形电流的大小,进而利用题中信息求解圆心处的磁感应强度;且能运用类比思想,求解管状电流在圆心处产生的磁感应强度。测量序号Bx/μTBy/μTBz/μT1021-4520-20-463210-454-210-451.AB2.B3.BC4.B5.BD6.C7.D8.C1.C2.D3.C4.C