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练习题

第13章  电磁感应与电磁波初步 单元检测（B卷）

一．单选题：(每题4分，共计32分)

1. 1831年8月29日，法拉第经历近十年的研究终于在一次实验中发现了电磁感应现象：把两个线圈绕在同一个铁环上（如图），一个线圈接到电源上，另一个线圈接入“电流表”，在给一个线圈通电或断电的瞬间，另一个线圈中也出现了电流。之后他设计出几十个关于电磁感应现象的实验，并把它们总结成五类情况，请结合你学习电磁感应知识判断以下哪个选项不属于这五类现象（　　）

A．恒定的电流 B．变化的磁场

C．运动的磁铁 D．在磁场中运动的导体

【答案】A

【解析】因为电磁感应现象是一个瞬间现象，只有在磁通量改变的时候才会出现，因此恒定的电流产生恒定的磁场，无法发生电磁感应现象，因此A符合题意，BCD不符合题意，故A正确，BCD错误。故选A。

2. 如图所示，一通电螺线管通有图示电流，小磁针1、2、4放在螺线管周围，小磁针3放在螺线管内部，四个小磁针静止在如图所示位置，则四个小磁针的N、S极标注正确的是(　　)

A．1  B．2  C．3  D．4

答案　B

解析　小磁针静止时的N极指向为该处的磁感线方向，根据安培定则可知通电螺线管的右端为N极，左端为S极，内部磁感线方向是从左到右，故只有小磁针2的N、S极标注正确．

3.将A、B两个磁环先后套在光滑的木支架上，并使两磁环相对的磁极极性相同，此时可以看到上方的磁环A“悬浮”在空中，如图所示，设两磁环受到的重力相等且都为G，则磁环B对木支架底座的压力F与重力G的大小关系是(　　 )

A．F＜G   B．F＝G

C．G＜F＜2G   D．F＝2G

答案　D

解析　由A、B两磁环相对的磁极极性相同，知它们之间的相互作用力是斥力．A悬浮在空中，说明A受力平衡，因此，A受到的重力和B对A的排斥力大小相等．根据牛顿第三定律，B受到A的斥力大小等于G.对B受力分析可知，B受到重力、向下的斥力和底座对B向上的支持力，B静止，所以F支＝2G，由牛顿第三定律知B对底座的压力F也为2G.

4．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，则下列说法中不正确的是（　　）

A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合

B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近

C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行

D．形成地磁场的原因可能是带负电的地球自转引起的

【答案】C

【解析】A：由图知，地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，有一定的夹角。故A项正确。

B：磁场是闭合的曲线，地球磁场从南极附近发出，从北极附近进入地球，组成闭合曲线，地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近。故B项正确。

C：由图知，地球表面有些位置的地磁场方向不与地面平行。故C项错误。

D：地球自转方向自西向东，地球的南极附近是地磁场的北极，由安培定则可知地球带负电。故D项正确。本题选不正确的，答案是C。

5.一盏灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长6.0×10－7 m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)(　　)

A．2×1015 B．2×1016

C．2×1017 D．2×1023

【答案】C

【解析】：设离灯10 m远处每平方米面积上灯照射的能量为E0，则有E0＝；设穿过的光子数为n，则有：nh＝E0；解得：n＝，代入数据，得：n＝2×1017个，故选C正确。

6.四根完全相同的长直导线互相平行，它们的截面处于一个正方形abcd的四个顶点处，导线中通有方向如图所示的电流，若每根通电导线在正方形中点处产生的磁感应强度大小均为B，则正方形中点处实际磁感应强度的大小为（   ）

A．0 B．2B C．B D．B

【答案】C

【解析】由右手螺旋定则可知，中心电场如图所示：

c导线在中心的磁场指向b，a导线在中心的磁场也指向b，b导线在中心的磁场指向a，d导线在中心的磁场也指向a，所以中心的磁感应强度为：

C正确。故选C。

7. 下列说法中正确的是(　　)

A．电荷在某处不受电场力的作用，则该处的电场强度不一定为零

B．一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度一定为零

C．把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱

D．把一小段通电导线放在磁场中某处，它所受到的磁场力与该段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱

【解析】　电荷在电场中一定受到电场力的作用，但通电导线在磁场中不一定受到磁场力的作用，当导线与磁场方向平行时，导线所受磁场力总为零，A、B错误．对于电场强度，它等于试探电荷受到的电场力与所带电荷量的比值；对于磁感应强度，它等于垂直磁场方向放置的通电导线所受的磁场力与该段通电导线的长度和电流的乘积的比值，C正确、D错误．

【答案】　C

8. 在闭合铁芯上绕有一组线圈，线圈与滑动变阻器、电源构成闭合电路，假定线圈产生的磁感线全部集中在铁芯内，a、b、c三个闭合金属圆环的位置如图所示．当滑动变阻器的滑片滑动时，能产生感应电流的圆环是(　　)

A．a、b   B．b、c

C．a、c   D．a、b、c

答案：A　

解析：[当滑动变阻器的滑片滑动时，电路中电流发生变化，从而引起闭合铁芯中的磁场变化，穿过a、b两圆环的磁通量随之变化，有感应电流产生，而c环中有两股铁芯同时穿过，穿入和穿出c环的磁通量始终相等，合磁通量为零，所以c中不能产生感应电流，选项A正确．]

二．                                                                                                         多选题（每题4分，共计16分）

9.蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲的频率高于20 000 Hz，能持续1 ms或不到1 ms的短促发射，且每秒重复发射数次．已知蝙蝠在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑捕食的过程中，发出的超声波频率为35 000 Hz，下列说法正确的是(　　)

A． 蝙蝠发出的超声波属于电磁波

B． 结合题图可知超声波频率比微波频率要高

C． 超声波反射前后波速大小相等

D． 蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收到的频率

【答案】CD

【解析】蝙蝠发出的超声波属于机械波，故A错误；微波属于无线电波，微波的频率为：f＝＝ Hz＝3×106 Hz，高于超声波频率35 000 Hz，故B错误；机械波的波速受到介质决定，超声波反射前后波速大小相等，故C正确；由多普勒效应可知，接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收到的频率，故D正确．

10.如图所示，可自由转动的小磁针上方有一根长直导线，开始时两者在纸面内平行放置．当导线中通过如图所示的电流I时，发现小磁针的N极向里，S极向外，停留在与纸面垂直的位置上，这一现象说明(　　)

A．小磁针感知到了电流的磁场

B．小磁针处的磁场方向垂直纸面向里

C．小磁针处的磁场方向垂直纸面向外

D．把小磁针移走，该处就没有磁场了

【解析】　小磁针可以检验磁场的存在，当导线中通入电流时，在导线的周围就产生了磁场，在小磁针处的磁场方向为N极的受力方向，即垂直纸面向里，选项A、B正确，C错误；电流的磁场是客观存在的特殊物质，不会随小磁针的移走而消失，只要导线中有电流存在，磁场就会存在，选项D错误．

【答案】　AB

11.如图所示是等腰直角三棱柱，其平面abcd为正方形，边长为L，它们按图示方式放置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B0，则下列说法中正确的是(　　)

A．穿过abcd平面的磁通量大小为B0L2

B．穿过cdef平面的磁通量大小为B0L2

C．穿过abfe平面的磁通量大小为零

D．穿过abcd平面的磁通量大于穿过cdef平面的磁通量

答案　BC

解析　根据Φ＝BS⊥，因此通过abcd平面的磁通量Φ＝B0L2cos 45°＝B0L2，A错误；平面cdef⊥B0，而cd＝L，cf＝Lcos 45°＝L，所以平面cdef的面积S＝cd·cf＝L2，因而Φ′＝B0S＝B0L2，B正确，D错误；平面abfe在与B0垂直的方向上的投影面积为零，所以穿过平面abfe的磁通量为零，C正确．

12.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

答案　AC

解析　原磁场、电流的磁场方向如图所示，由题意知

在b点：B0＝B0－B1＋B2

在a点：B0＝B0－B1－B2

由上述两式解得B1＝B0，B2＝B0，A、C项正确．

三．                                                                                                         实验题( 本题共2小题，共计12分)

13. （4分）在“用DIS描绘电场的等势线”实验中，按图示连接电路。在电极A、B的连线上等距离地取a、b、c、d、e共5个基准点。已知电压传感器红色探针的电势高于黑色探针的电势时，读数为正。

（1）若电压传感器的红色探针接触a点，黑色探针接触b点时，读数为负，则电极A接在电源  的_____极上（选填“正”或“负”）。

（2）若传感器的两个探针分别接触a点和b点时的示数为U1；分别接触b点和c点时的示数为U2，则|U1|_____|U2|（选填“＞”、“＜”或“＝”）。

【答案】负    ＞   

【解析】（1）[1]．根据题意，当正接线柱的电势高于负接线柱时，电压传感器的读数为正，则当电压传感器的读数为负时，可以知道a点的电势低于b的电势，则知电极A接在电源的负极．

（2）[2]．根据等量异种电荷电场线的分布情况得知，a、b间场强大于b、c间场强，根据U=Ed分析得知，a、b间的电势差大于b、c间的电势差．故有|U1|＞|U2|.

14. （8分）(1)某个实验小组想要探究电磁感应现象，准备了以下仪器：电池组，滑动变阻器，带铁芯的线圈A，线圈B，电流计（零点在中央），开关等，如图所示：

①请你将所有仪器连接成完整的实验电路______；

②可使电流计指针发生偏转的操作是__________。

A．闭合开关，将线圈A插入B的过程

B．闭合开关，线圈A放在B中不动

C．闭合开关，将滑动变阻器的滑片P向右滑动

D．闭合开关后，再将开关断开的瞬间

(2)如图所示，将多用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，表针将向________（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向________（填“左”或“右”）移动。

【答案】    ACD    左    右   

【解析】(1)[1][2]将电源、电键、变阻器、线圈A串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，再将电流计与线圈B串联成另一个回路，电路图如下图所示

依据感应电流产生的条件，只要穿过闭合线圈中，磁通量发生变化。

A．闭合开关，将线圈A插入B的过程，导致线圈B的磁通量发生变化，从而产生感应电流，可使电流计指针发生偏转，故A正确；

B．闭合开关，将线圈A放在B中不动，线圈B的磁通量不发生变化，不会产生感应电流，电流计指针不发生偏转，故B错误；

C．闭合开关，将滑动变阻器的滑片P向右滑动，导致线圈B的磁通量发生变化，从而产生感应电流，可使电流计指针发生偏转，故C正确；

D．闭合开关，再将开关断开的瞬间，导致线圈B的磁通量发生变化，从而产生感应电流，可使电流计指针发生偏转，故D正确。

故选ACD。

(2)[3][4]因为负温度系数的热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻，若往上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热导致热敏电阻的温度减低，从而电阻增大，故欧姆表指针将向电阻大的左方偏转，若用吹风机将热风吹向电阻，则热敏电阻的温度升高，从而电阻减小，故欧姆表指针向右偏转。

四．解答题（本题共4小题，共计40分）

15.(8分) .已知某地地面处地磁场的磁感应强度的水平分量约为3×10－5 T，某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验．他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上，如图8所示．小磁针静止时N极指向y轴正方向，当接通电源后，发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角的方向．请在图上标明螺线管导线的绕向，并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度的大小．(保留一位有效数字)

答案　见解析

解析　导线的绕向如图所示

由题意，可知B＝B地tan 60°≈5×10－5 T.

16. （10分）如图所示的电路中，两平行金属板A、B水平放置，两板间的距离d=40cm。电源电动势E=24V，内电阻r=1Ω，电阻R=15Ω。闭合开关S，待电路稳定后，将一带正电的小球从B板小孔以初速度v0=4 m/s竖直向上射入板间。若小球带电荷量为q=1×10-2C，质量为m=2×10-2kg，不计空气阻力(取g=10m/s2)，求：

(1)滑动变阻器两端电压为多大时，小球恰能到达A板？

(2)此时电源的输出功率是多大？

【答案】(1)8V；(2)23W

【解析】(1)滑动变阻器两端电压与金属板A、B上的电压相同，当小球恰能到达A板时，根据动能定理得：

－mgd－qUAB =

解得金属板A、B两端电压

UAB＝8V

(2)设此时回路中电流为I，根据闭合电路欧姆定律得

I==1A

滑动变阻器接入电路的电阻

R滑==8Ω

电源的输出功率

P出＝I2(R＋R滑)＝23W

17. （10分）热敏电阻的阻值会随温度的变化而发生明显的改变，可以用来监控周围温度的变化。如图甲所示是某金属热敏电阻的阻值随温度变化的图像。将热敏电阻接入如图乙所示电路，用于监控一线圈电阻的小型电动机的温度，定值电阻，电源电动势，内阻不计。当断开，稳定后理想电流表的示数；当闭合，稳定后理想电流表的示数，电动机输出的机械功率为。求：

(1)当断开，热敏电阻的温度；

(2)当闭合，热敏电阻的温度。

【答案】(1)；(2)

【解析】(1)当 S 断开，由图像可知

由

得

(2)当 S闭合，电动机两端的电压

电动机输出的机械功率

通过金属热敏电阻的电流

金属热敏的电阻

由以上各式得，当 S闭合，热敏电阻的温度

18.（10分）矩形线框的边长分别为l1、l2，可绕它的一条对称轴转动，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与垂直，初位置时线框平面与B平行，如图所示.

（1）初位置时穿过线框的磁通量为多少？

（2）当线框沿如图所示方向绕过60°时，磁通量为多少？这一过程中磁通量的变化为多少？

（3）当线框绕轴沿图示方向由（2）问中的位置再转过60°位置时磁通量为多少？这一过程中为多少?

【答案】(1)0     (2)       （3）  0

【解析】本题的关键是分析矩形线框的平面是否与60°B垂直，只有垂直时才能应用，

不垂直时，S为面积沿与B垂直方向投影，为能清晰地观察面积与B夹角的情况，可作出其俯视图，如图所示。

（1）当处于如图所示ad位置时，从俯视图可看出没有磁感线穿过矩形线框故.

（2）当绕轴（从上往下看沿逆时针方向转动60到a’d’位置时，线框与B的夹角=60°，此时的磁通量为：

这一过程中磁通量的变化为

（3）当再由a’d’位置逆时针转60时，到a’’d’’，这时线框与B方向成120°角。

此时穿过线框的磁通量为：

此过程中磁通量的变化量为

。

答案：（1）初位置时穿过线框的磁通量为0

（2）当线框沿如图所示方向绕过60°时，磁通量为，这一过程中磁通量的变化为

（3）再转过60°位置时磁通量为，这一过程中为0