人教版（2019）高中物理必修第三册 第十三章 电磁感应与电磁波初步 单元测试（原卷＋解析卷）

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第十三章 《电磁感应与电磁波初步》单元测试班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________（考试时间：75分钟 试卷满分：100分）单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）1．关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是（　　）A．变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场B．各种频率的电磁波在真空中以相同的速度传播C．电磁波和机械波都要依赖于介质才能传播D．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在并通过实验进行了证实【答案】B【详解】A．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场一定在周围空间产生磁场，但不一定产生变化的磁场，非均匀变化的电场才在周围空间产生变化的磁场，故A错误；B．根据麦克斯韦电磁场理论，各种频率的电磁波在真空中以相同的速度传播，故B正确；C．电磁波不依赖于介质就能传播，但机械波只能在介质中传播，故C错误；D．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，而赫兹通过实验进行了证实，故D错误。故选B。2．下列说法正确的是（　　）A．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射B．只有温度高的物体才会有热辐射C．电磁波是一种物质，不能在真空中传播D．一个物体所具有的能量是非量子化的，可以是一个任意值【答案】A【详解】A．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，A正确；B．任何物体都会有热辐射，B错误；C．电磁波是一种物质，能在真空中传播，C错误；D．一个物体所具有的能量是量子化的，是一个非连续值，D错误；故选A。3．中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图所示。结合上述材料，下列说法正确的是（　　）A．地磁场的磁感线不闭合B．地理南、北极与地磁场的南、北极重合C．地磁南极在地理北极附近D．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行【答案】C【详解】A．地磁场的磁感线是闭合的，在地球外部从N极到S极，内部从S极到N极，选项A错误；BC．地理南、北极与地磁场的南、北极并不重合，地磁南极在地理北极附近，选项B错误，C正确；D．只有在地球赤道上方位置的地磁场方向才与地面平行，选项D错误。故选C。4．如图所示为磁场中的两条磁感线，A、B、C为磁场中的三个点，其中A、C在同一条直线磁感线上，下列关于A、B、C三点所在处磁场的强弱的说法正确的是（    ）A．A处的磁场比B处的强 B．A处的磁场比B处的弱C．A、B、C三点处的磁场方向相同 D．无法比较A、B处的磁场强弱【答案】A【详解】ABD．磁感线疏的地方磁场弱，密的地方磁场强，故由题图可知A处的磁场比B处的强，故A正确，BD错误；C．磁场的方向为磁感线的切线方向，A、C所在处的磁场方向相同，B点的磁场方向未知，故C错误。故选A。5．某兴趣小组设计了一辆“电磁感应车”，在一个车架底座上固定了一块塑料板，板上固定了线圈和红、绿两个二极管，装置和连成的电路如图甲所示。用强磁铁插入和拔出线圈，电流传感器记录了线圈中电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　）A．在时刻，线圈中的电流最大B．当磁铁从线圈左端插入时，小车将会向左运动C．乙图显示了磁铁先后两次插入和拔出线圈的过程D．若插入线圈的磁铁磁性足够强，红、绿两个二极管会同时发光【答案】C【详解】A．由图可知在时刻，线圈中的电流不是最大，故A错误；B．当磁铁从线圈左端插入时，靠近线圈，导致穿过的磁通量变大，根据楞次定律，则有感应电流产生，小车为阻碍磁铁靠近，小车将对磁铁有向左的力，同时小车受到向右的力，向右运动，故B错误；C．一次插入和拔出线圈的过程线圈中磁通量变化情况相反，所以电流方向变化一次，乙图显示了磁铁先后两次插入和拔出线圈的过程，故C正确；D．由于发光二极管具有单向导电性，把两个发光二极管极性相反地并联起来，并与线圈串联，两个发光二极管不会同时发光，故D错误。故选C。6．如图所示为三根平行直导线的截面图，若它们的电流大小都相同，方向垂直纸面向里，且如果AB=AC=AD，则A点的磁感应强度的方向为（　　）A．沿AB方向 B．沿AD方向 C．沿AC方向 D．沿DA方向【答案】B【详解】根据右手螺旋定则可知，B处的通电直导线在A点所产生的磁场方向，沿AC方向，C处的通电直导线在A点所产生的磁场方向，沿AD方向，D处的通电直导线在A点所产生的磁场方向，沿CA方向，且磁感应强度的大小均相等，所以A点合磁感应强度的方向沿AD方向。故选B。7．如图所示，我国的探月卫星在进入地月转移轨道时，由于卫星姿势的改变，卫星中一边长为的正方形导线框由水平方向转至竖直方向，此处磁场磁感应强度，方向如图所示，则下列说法正确的是(，)（    ）A．在水平位置时，穿过线框的磁通量的大小为B．在竖直位置时，穿过线框的磁通量的大小为C．该过程中穿过线框的磁通量的变化量的大小是D．该过程中穿过线框的磁通量的变化量的大小是【答案】C【详解】在水平位置时穿过线框的磁通量为在竖直位置时穿过线框的磁通量为磁通量的变化量的大小为故ABD错误，C正确。故选C。多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）8．如图所示，水平面上固定着两金属导轨，导体棒a、b也固定不动，与导轨构成回路，回路正上方的条形磁铁做下列运动时，一定能使回路产生感应电流的是（　　）A．磁铁静止不动 B．磁铁靠近导体棒C．磁铁远离导体棒 D．磁铁向右平移【答案】BCD【详解】A．磁铁静止不动，则穿过回路的磁通量不变，不会产生感应电流，选项A错误；B．磁铁靠近导体棒，穿过回路的磁通量增加，则会产生感应电流，选项B正确；C．磁铁远离导体棒，穿过回路的磁通量减小，则会产生感应电流，选项C正确；D．磁铁向右平移，穿过回路的磁通量减小，则会产生感应电流，选项D正确。故选BCD。9．两完全相同的通电圆线圈1、2平行放置，两圆线圈的圆心O1、O2的连线与圆面垂直，O为O1、O2的连线的中点，如图所示。当两圆线圈中通以方向、大小均相同的恒定电流时，O1点的磁感应强度的大小为B1；若保持线圈1中的电流以及线圈2中的电流大小不变，仅将线圈2中电流方向反向，O1点的磁感应强度的大小为B2。令线圈1中的电流在O2点和O点产生的磁感应强度大小分别为B3、B4，则下列关系中一定正确的有（　　）A． B．C． D．【答案】BD【详解】当两圆环中电流方向相同时（设俯视逆时针方向的电流），则设两圆环在O1点产生的磁场方向相同均向上，设大小分别为B11和B21，则O1点的磁感应强度的大小为①仅将线圈2中电流方向反向，O1点的磁感应强度的大小为②①②两式相减解得根据对称性可知线圈1中的电流在O2点产生的磁场的磁感应强度大小为由①②两式相加可得因线圈1中的电流在O1点的磁感应强度B11一定大于在O点的磁感应强度B4，则故选BD。10．如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一面积为S的闭合矩形金属线框abcd，用绝缘轻质细杆将其悬挂在O点，并可绕O点左右摆动。现让金属线框从图示右侧位置l由静止释放，在摆动到左侧位置3的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且金属线框始终垂直纸面，图中金属线框位于位置1时，它与竖直方向的夹角为45°，金属线框位于位置2时，金属线框与磁场方向平行，金属线框位于位置3时，它与竖直方向的夹角为30°，下列说法正确的是（　　）A．穿过金属线框的磁通量先变小后变大B．金属线框位于位置1时，穿过线框的磁通量为C．金属线框位于图示中间位置2时，穿过线框的磁通量为BSD．金属线框位于位置3时，穿过线框的磁通量为【答案】AB【详解】A．由位置1运动到位置2的过程中，线框在磁场中的有效面积减小，穿过线框的磁通量减小，由位置2向右运动到位置3时，线框在磁场中的有效面积增大，穿过线框的磁通量增大。故A正确；B．位于位置1时，线框在磁场中的有效面积为故穿过线框的磁通量为故B正确；C．位于位置2时，线框与磁场方向平行，故线框在磁场中的有效面积为0，故穿过线框的磁通量为0，故C错误；D．位于位置3时，线框在磁场中的有效面积为故穿过线框的磁通量为故D错误。故选AB。三、非选择题（本题共5小题，共54分。请按题目要求作答）11．（8分）逆向思维是一种重要的思想方法，在这种思想方法的引领下，许多重要的科学定律被发现。“电生磁，磁生电”这种逆向互生的关系，体现了物理学中的一种对称美。请思考：(1)1831年，物理学家法拉第用如图所示的实验，成功发现了磁生电现象，当开关始终处于闭合状态时，a线圈中 （选填“有”或“无”）感应电流产生，当开关闭合或断开瞬间，a线圈中 （选填“有”或“无”）感应电流产生。(2)如图是某兴趣小组研究磁生电现象所准备的器材。请你协助该小组完成如下工作，用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路 ，将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路，并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量，使副线圈回路产生感应电流的三种方式：① ；② ；③ 。【答案】(1) 无 有(2) 见解析 见解析 见解析【详解】（1）[1][2]当开关始终处于闭合状态时，因穿过a线圈的磁通量不变，所以无感应电流产生。闭合开关瞬间，穿过a线圈的磁通量突然增大，所以有感应电流产生。断开开关瞬间，穿过a线圈的磁通量突然减小，所以有感应电流产生。（2）[1]实物连接如图所示。①[2]将原线圈A插入副线圈B中，合上（或断开）开关瞬间；②[3]合上开关后，将原线圈A插入副线圈B中或从副线圈B中抽出；③[4]合上开关，将原线圈A插入副线圈B后，移动滑动变阻器的滑片。12．（8分）甲、乙、丙三位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素。(1)如图（a），甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转，下列操作中同样能使指针向右偏转的有______。A．闭合开关B．开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动C．开关闭合时将A 线圈从 B线圈中拔出(2)图b中，当磁铁向下插入线圈，灵敏电流表指针向 偏转（“左”或“右”）(3)为确切判断B线圈中的感应电流方向，通过观察灵敏电流计 方向和 方向的关系；(4)丙同学设计了如图（c）所示的装置来判断感应电流的方向。他先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极进行确认，某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转，说明此时黑表笔的是二极管的 （选填“正极”或“负极”）。 实验操作时将磁铁插入线圈时，只有灯 （选填“C”或“D”）短暂亮起。【答案】(1)C(2)左(3) 灵敏电流计指针偏转方向 电流流入方向(4) 负极 C【详解】（1）断开开关时，线圈A中电流迅速减小，则线圈B中磁通量减小，出现感应电流，使灵敏电流计指针向右偏转；为了同样使指针向右偏转，应减小B线圈中的磁通量或增加B线圈中反向的磁通量；A．闭合开关， A线圈中的电流突然增大，则线圈B中的磁通量增大，故A错误；B．开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动，A线圈中的电流增大，则线圈B中的磁通量增大，故B错误；C．开关闭合时将A线圈从线圈B中拔出，则B线圈中的磁通量减小，故C正确。故选C。（2）图b中，当磁铁向下插入线圈，线圈B中的磁通量增大，灵敏电流计指针向左偏转；（3）[1] [2]判断感应电流具体流向，应先查明灵敏电流计指针偏转方向与电流流入方向的关系；（4）[1]欧姆挡指针没有偏转时，说明二极管的负极与电源正极相连，根据多用电表红进黑出的操作原则，此时黑表笔接触的是二极管的负极；[2] 当磁铁插入线圈时，线圈中出现如图所示方向的电流灯C短暂亮起。13．（8分）如图所示是边长的正方形金属框，匀强磁场区域右边界与水平线间的夹角匀强磁场磁感应强度，方向垂直纸面向外，图示位置点位于边的中点。(1)求图示位置穿过金属框的磁通量；(2)若将金属框以为轴，向纸面外转动，求磁通量的变化量【答案】(1)(2)【详解】（1）图示位置穿过金属框的磁通量为（2）若将金属框以为轴，向纸面外转动后，穿过金属框的磁通量为磁通量的变化量为14．（12分）如图所示，在直角三角形ABC的A点和B点分别固定一垂直纸面的无限长通电直导线，其中A点处导线中电流强度为，方向垂直纸面向外，，已知通电直导线形成的磁场在空间某点处的磁感应强度，k为比例系数，r为该点到导线的距离，I为导线中的电流强度。今测得C点的磁场沿BC方向向右，求：（1）A、B点处导线电流在C点产生的磁感应强度大小之比；（2）B点处导线中电流的方向和大小。【答案】（1）2:1；（2）垂直纸面向里，【详解】（1）C点的磁场沿BC方向向右，根据安培定则分别表示两导线在C点形成的磁感应强度如图所示得（2）根据安培定则，B点处导线中电流方向垂直纸面向里，根据题意根据几何关系又得15．（18分）环形电流周围有磁场，根据电磁学理论可知，半径为R、电流强度为I的环形电流中心处的磁感应强度大小，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，在一个竖直放置一半径为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q，且d