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习题

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1. 自2020年1月以来，“新冠肺炎”席卷全国。“新冠肺炎”的典型症状就是持续发烧，因此测温是“新冠肺炎”防控的重要环节。为方便测温人们习惯采用如图所示的额温枪。额温枪是通过传感器接收红外线，得出感应温度数据，使用时只要将额温枪放于距两眼中间部位5-6cm处，修正额头与实际体温的温差便能显示准确的体温。则以下说法正确的是（ ）
A．额温枪能测温度是因为温度不同的人体辐射的红外线存在差异
B．额温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒
C．红外线是波长比紫外线长的电磁波，它们都是纵波
D．爱因斯坦最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点，并成功解释了光电效应现象
【答案】A
【解析】A．额温枪能测温度是因为温度不同的人体辐射的红外线存在差异，所以A正确；
B．用于杀菌消毒的是紫外线，不是红外线，所以B错误；
C．红外线是波长比紫外线长的电磁波，它们都是横波，所以C错误；
D．普朗克最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点，但是成功解释光电效应现象的是爱因斯坦，所以D错误。故选A。
2.在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的．假设老鼠的体温约37 ℃，它发出的最强的热辐射的波长为λmin.根据热辐射理论，λmin与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλmin＝2.90×10－3 m·K，则老鼠发出的最强的热辐射的波长为( )
A．7.8×10－5 m B．9.4×10－6 m
C．1.16×10－4 m D．9.7×10－8 m
【答案】 B
【解析】 由Tλmin＝2.90×10－3 m·K可得，老鼠发出最强的热辐射的波长为λmin＝eq \f(2.90×10－3 m·K,T)＝eq \f(2.90×10－3,273＋37) m≈9.4×10－6 m，B正确．
3. 先后在匀强磁场中A、B两点引入长度相等的短直导线，导线与磁场方向垂直．如图1所示，图中a、b两图线分别表示在磁场中A、B两点导线所受的力F与通过导线的电流I的关系．下列说法中正确的是( )
A．A、B两点磁感应强度相等
B．A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度
C．A点的磁感应强度小于B点的磁感应强度
D．无法比较磁感应强度的大小
答案 B
解析 导线与磁场方向垂直，则导线受到的磁场力F＝BIL.对于题图给出的F－I图线，直线的斜率k＝BL，由题图可知ka＞kb，又因A、B两处导线的长度L相同，故A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度，故选B.
4.一小磁针放置在某磁场(未标出方向)中，静止时的指向如图所示．下列分析正确的是( )
A．S极指向该点磁场方向B．N极指向该点磁场方向
C．该磁场是匀强磁场D．a点的磁场方向水平向右
【答案】B
【解析】A、物理学上规定：小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向，故A错误，故B正确；
C、由图看出，该磁场的磁感线分布不均匀，说明各处的磁感应强度不是处处相同，所以该磁场不是匀强磁场，故C错误；
D、a点的磁场方向沿磁感线的切线方向：斜向右上方，故D错误．
5.如图所示，带负电的金属环绕轴OO'以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡时的位置是
A．N极竖直向上
B．N极竖直向下
C．N极沿轴线向左
D．N极沿轴线向右
【答案】C
【解析】带负电金属环，如图所示的旋转。则金属环的电流方向与旋转方向相反。再由右手螺旋定则可知金属环磁极的方向：右端S极，左端N极。因此小磁针N极沿轴线向左。故C正确，ABD错误。故选：C。
6. 如图所示，两直导线中通以相同的电流I，矩形线圈位于两导线之间的实线位置Ⅰ，穿过线圈的磁通量为Φ.已知虚线位置Ⅱ与实线位置Ⅰ关于右边的直导线对称，虚线位置Ⅲ与两直导线的距离相等，虚线位置Ⅳ和虚线位置Ⅴ关于左边直导线对称，且与左边直导线的距离和实线位置Ⅰ与右边直导线的距离相等．现将线圈由实线位置移到图示各个虚线位置，则( )
A．将线圈由实线位置Ⅰ移到图示虚线位置Ⅱ时，磁通量大小不变
B．将线圈由实线位置Ⅰ移到图示虚线位置Ⅲ时，磁通量变化大小为Φ
C．将线圈由实线位置Ⅰ移到图示虚线位置Ⅳ时，磁通量变化为零
D．将线圈由实线位置Ⅰ移到图示虚线位置Ⅴ时，磁通量大小不变
答案：B
解析：[将线圈由实线位置Ⅰ移到题图示虚线位置Ⅱ时，磁通量大小发生变化，选项A错误；虚线位置Ⅲ在两导线之间且距离两直导线的距离相等，磁通量为零，将线圈由实线位置Ⅰ移到题图示虚线位置Ⅲ时，磁通量变化大小为Φ，选项B正确；题图示虚线位置Ⅳ的磁场方向垂直纸面向里，而实线位置Ⅰ的磁场方向垂直纸面向外，两个位置磁通量大小相等，所以将线圈由实线位置Ⅰ移到题图示虚线位置Ⅳ时，磁通量变化大小为2Φ，选项C错误；将线圈由实线位置Ⅰ移到题图示虚线位置Ⅴ时，磁通量大小发生变化，选项D错误．]
7.如图所示，完全相同的甲、乙两个环形电流同轴平行放置，甲的圆心为O1，乙的圆心为O2，在两环圆心的连线上有a、b、c三点，其中aO1＝O1b＝bO2＝O2c，此时a点的磁感应强度大小为B1，b点的磁感应强度大小为B2．当把环形电流乙撤去后，c点的磁感应强度大小为
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
【答案】A
【解析】对于图中单个环形电流，根据安培定则，其在中轴线上的磁场方向均是向左，故c点的磁场方向也是向左的．设a1=1b=b2=2c=r，设单个环形电流在距离中点r位置的磁感应强度为B1r，在距离中点3r位置的磁感应强度为B3r，故：a点磁感应强度：B1=B1r+B3r；b点磁感应强度：B2=B1r+B1r；当撤去环形电流乙后，c点磁感应强度：Bc=B3r=B1- SKIPIF 1 < 0 B2，故选A．
8. 如图4所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ.在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是( )
A.ab向右运动，同时使θ减小
B.使磁感应强度B减小，θ角同时也减小
C.ab向左运动，同时增大磁感应强度B
D.ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)
答案 A
解析 设此时回路面积为S，据题意，磁通量Φ＝BScs θ，对A选项，S增大，θ减小，cs θ增大，则Φ增大，A正确.对B选项，B减小，θ减小，cs θ增大，Φ可能不变，B错误.对C选项，
多选题（每题4分，共计16分）
9.如图所示，关于磁铁、电流间的相互作用，下列说法正确的是( )
A．图甲中，电流不产生磁场，电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的
B．图乙中，磁体对通电导线的力的作用是通过磁体的磁场发生的
C．图丙中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的
D．图丙中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的
答案 BC
解析 题图甲中，电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的；题图乙中，磁体对通电导线力的作用是通过磁体的磁场发生的；题图丙中，电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的．综上所述，选项B、C正确．
10.下列情况能产生感应电流的是( )

A．如图甲所示，导体AB顺着磁感线运动
B．如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时
C．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时
D．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时
答案 BD
解析 A中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化无感应电流，故A错；B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出时线圈中的磁通量减少，都有感应电流，故B正确；C中开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故C错；D中开关S接通，滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化，螺线管A的磁场变化，螺线管B中磁通量变化，线圈中产生感应电流，故D正确．
11. 各磁场的磁感应强度B随时间t变化的情况如图所示，其中能产生持续电磁波的是( )
【答案】BD
【解析】：根据麦克斯韦的电磁场理论，可知A图的磁场是恒定的，不能产生电场，更不能产生电磁波；B图的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生持续的电磁波；C图的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能再产生磁场，因此不能产生持续的电磁波；D图的磁场是周期性变化的，能产生周期性变化的电场，故能产生持续的电磁波。
12.已知通电长直导线产生的磁场中某点的磁感应强度满足B＝k SKIPIF 1 < 0 (其中k为比例系数，I为电流强度，r为该点到直导线的距离)．现有四根平行的通电长直导线，其横截面积恰好在一个边长为L的正方形的四个顶点上，电流方向如图，其中A、C导线中的电流大小为I1，B、D导线中的电流大小为I2.已知A导线所受的磁场力恰好为零，则下列说法正确的是( )

A．电流的大小关系为I1＝2I2
B．四根导线所受的磁场力都为零
C．正方形中心O处的磁感应强度为零
D．若移走A导线，则中心O处的磁场将沿OB方向
【答案】ACD
【解析】A、将导线BCD在导线A处的磁场，如图所示：
根据题意A导线的磁场力为零，则A处的合磁场为零，即： SKIPIF 1 < 0 ，则： SKIPIF 1 < 0 ，故选项A正确；
B、同理将各点的磁场都画出了，可以判断B、D导线处的合磁场不为零，故磁场力不为零，故选项B错误；
C、将各导线在O点的磁场画出，如图所示：
由于A、C导线电流相等而且距离O点距离相等，则 SKIPIF 1 < 0
同理： SKIPIF 1 < 0 ，即正方形中心O处的磁感应强度为零，故选项C正确；
D、若移走A导线，则磁场 SKIPIF 1 < 0 不存在，由于 SKIPIF 1 < 0 ，则此时在O点的磁场只剩下导线C的磁场，而且导线C点磁场方向沿OB方向，即中心O处的磁场将沿OB方向，故选项D正确．
实验题( 本题共2小题，共计16分)
13. （8分）(1)实验“用DIS研究机械能守恒定律”的装置如图(a)所示，标尺盘中A、B、C、D为摆锤的四个位置，各点与最低点D的高度差已由计算机默认。某组同学在实验中，得到的图像如图(b)所示。图像的横轴表示摆锤距D点的高度h，纵轴表示摆锤的重力势能Ep、动能Ek或机械能E。下列说法错误的______。
A．光电门传感器要分别放在D、C、B点进行重复操作
B．摆锤每次释放的高度要保持不变，且必须保证让摆锤的直径宽度遮挡红外发射孔
C．图线甲表示摆锤的机械能E
D．图线乙表示摆锤的动能Ek
(2)某同学用如图所示装置做“研究电磁感应现象”实验。正确连接后，他先将变阻器的滑动片P置于ab的中点，在闭合电键瞬间，电流计的指针向右摆，说明________（选填“大线圈”或“小线圈”）有电流流过。闭合电键后，为使电流计的指针再向右摆，应将变阻器的滑动片P向_____端滑（选填“a”或“b”）。
(3)某同学用如图（甲）所示电路测量电源的电动势和内阻。实验用的电压表和电流表都是理想表，保护电阻R1=10Ω，R2=5Ω，还知道待测电源的电动势约3V，内阻约2Ω。
该同学合理选择仪器、连接电路后，正确操作，得到多组电压表的示数U和相应电流表的示数I，并画出了如图（乙）所示的U—I图线（U、I都用国际单位），求出U—I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距I0，则待测电源的电动势E和内阻r的表达式E=______，r=______，（用k、I0、R1、R2表示）。若实验室有电流表I（0~200mA）和电流表II（0~30mA），该同学选择的是_________。
【答案】D 大线圈 b SKIPIF 1 < 0 SKIPIF 1 < 0 电流表I
【解析】(1)[1] A．光电门传感器分别放在D、C、B点进行重复操作，这样才能测出各点的瞬时速度，比较各点动能大小，故A正确，不符合题意；
B．摆锤每次释放的高度保持不变，这样采集才是同一个运动在不同位置时的数据，保证让摆锤的直径宽度遮挡红外发射孔，这样才能准确计算该位置时的瞬时速度，故B正确，不符合题意；
CD．小球摆动过程中只有重力做功，摆球机械能守恒，高度越小，重力势能越小，动能越大，说明图线甲表示摆锤的机械能E，图线乙表示摆锤的重力势能，图线丙表示摆锤的动能，故C正确，不符合题意；D错误，符合题意。
故选D。
(2)[2]与电流计相连的是大线圈，在闭合电键瞬间，大线圈中磁通量发生变化，产生感应电流。
[3]闭合电键瞬间，电流增大，电流计的指针向右摆，闭合电键后，为使电流计的指针再向右摆，要求电流再增大，则回路中电阻需减小，所以应将变阻器的滑动片P向“b”移动。
(3)[4][5]由闭合电路欧姆定律可知
SKIPIF 1 < 0
变形可得
SKIPIF 1 < 0
图线斜率的绝对值为k，在横轴上的截距为I0，则有
SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0
两式联立可得
SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0
[6]当滑动变阻器电阻取零时，可求得回路中的最大电流
SKIPIF 1 < 0
比较电流表I（0~200mA）和电流表II（0~30mA），电流表II量程较小易烧表，故应选择电流表I。
14. （8分）为探究影响感应电流方向的因素，几位同学做了如下的实验。
(1)小李同学选用图（甲）中的器材模仿法拉第的实验进行探究
①为了保证实验现象明显，电源选用_______，电表选用________；（填写器材前的代码）
A．低压直流电源
B．低压交流电源
C．220V交流电源
D．灵敏电流计
E.0~0.6A量程的电流表
F.0~0.6V量程的电压表
②请在实物图中，用笔画线代替导线将电路补充完整_______；
③实验过程中，记录的实验现象如下表所示，观察四项实验结果，能够得出结论，产生感应电流的条件与________的变化有关?(选填“A”“B”或“C”)
A．磁场 B．电场 C．闭合导体回路包围的面积
(2)小张同学用导轨、导体棒、电表、导线组成图(乙)所示的电路，整个电路处于垂直导轨的磁场中，当导体棒在金属导轨上向右移动时，电表中有电流，得出结论，产生感应电流的条件与________的变化有关?(选填“A”“B”或“C”)
A．磁场 B．电场 C．闭合导体回路包围的面积
依据小李和小张两位同学的实验得出结论：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流。
(3)小任同学根据感应电流产生的条件，想利用摇绳发电。如图(丙)所示，把条大约10m长电线的两端连在一个灵敏电流表的两个接线柱上，形成闭合导体回路。两个同学迅速摇动这条电线，沿________方向站立时，发电的可能性比较大。(选填“东西”“南北”)。
【答案】A D A C 东西
【解析】(1)①[1]探究感应电流产生的条件是通过开关的闭合与断开，滑动变阻器的滑动等方式改变流过A螺旋管的电流，从而让B线圈产生感应电流，故电源只需要低压直流电源就能满足要求，而不需要选低压交流电源让电流本身发生变化，则电源应选A；
[2]感应电流的产生比较微弱，电流方向需要根据指针偏转判断，则电流表选指针在中央的灵敏电流计最合适，故选D；
②[3]A线圈为通电的电路，B线圈为产生感应电流的回路，连接电路图如图所示
③[4]根据四个操作可总结得到，开关的断开与闭、闭合开关后移动滑动变阻器的滑片都改变了流过A线圈的电流大小，从而使得穿过B线圈的磁场变化，则产生感应电流的条件与磁场的变化有关，故A正确，BC错误。
故选A。
(2)[5]导体棒在金属导轨上向右移动切割磁感线，匀强磁场恒定，但引起了回路所围磁场的有效面积的增大，从而使得磁通量变大而产生感应电流，故产生感应电流的条件与闭合导体回路包围的面积的变化有关，故C正确，AB错误。
故选C。
(3)[6]用跳绳构成闭合回路切割地磁场的磁感线，能够产生感应电流，因地磁场在地球外部是由南向北，有竖直方向的分量，跳绳垂直切割磁感线能产生最大的感应电流，则沿东西方向站立时，发电的可能性比较大。
四．非选择题（本题共4小题，共计36分）
15.(8分) 如图所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器——电流天平，某同学在实验室里，用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度，他测得的数据记录如下所示，CD段导线长度：4×10－2 m；天平平衡时钩码重力：4×10－5 N；通过导线的电流：0.5 A．请算出通电螺线管中磁感应强度的大小．
答案 2.0×10－3 T
解析 由题意知，I＝0.5 A，G＝4×10－5 N，L＝4×10－2 m．电流天平平衡时，导线所受磁场力的大小等于钩码的重力，即F＝G.由磁感应强度的定义式B＝eq \f(F,IL)得：
B＝eq \f(F,IL)＝eq \f(4.0×10－5,0.5×4.0×10－2) T＝2.0×10－3 T，
所以通电螺线管中磁感应强度的大小为2.0×10－3 T.
16.(10分)边长为10cm匝数为10的正方形线圈垂直于磁感应强度B的方向置于0.2T的匀强磁场中试求：
（1）图示位置时穿过线圈的磁通量为多少？
（2）若将线圈以一边为轴转过60°则穿过线圈的磁通量为多少？
（3）若将线圈以一边为轴转过180°，则穿过线圈的磁通量变化了多少？
【答案】(1) SKIPIF 1 < 0 (2) SKIPIF 1 < 0 (3) SKIPIF 1 < 0
【解析】(1)正方形线圈的面积：
SKIPIF 1 < 0 .
图示位置时，磁场与线圈垂直穿过线圈的磁通量：
SKIPIF 1 < 0
（2）将线圈以一边为轴转过60°，磁场与线圈夹角为 SKIPIF 1 < 0 ，穿过线圈的磁通量
SKIPIF 1 < 0
（3）将线圈以一边为轴转过180°，则穿过线圈的磁通量变化：
SKIPIF 1 < 0
答案：（1）图示位置时穿过线圈的磁通量为 SKIPIF 1 < 0
（2）若将线圈以一边为轴转过60°则穿过线圈的磁通量为 SKIPIF 1 < 0
（3）若将线圈以一边为轴转过180°，则穿过线圈的磁通量变化了 SKIPIF 1 < 0
17.(10分)如图所示的电路中，定值电阻均为R，电源电动势为E，内阻 SKIPIF 1 < 0 ，水平放置的平行金属板A、B间的距离为d，质量为m的小液滴恰好能静止在两板的正中间。（重力加速度用g表示）求：
(1)流过电源的电流大小；
(2)两金属板间的电场强度的大小；
(3)小液滴带何种电荷，带电量为多少。
【答案】(1) SKIPIF 1 < 0 ；(2) SKIPIF 1 < 0 ；(3)负电， SKIPIF 1 < 0
【解析】(1)根据闭合电路的欧姆定律，流过电源的电流为
SKIPIF 1 < 0
(2)电容器两极板间的电压为
SKIPIF 1 < 0
两金属板间的电场强度为
SKIPIF 1 < 0
(3)平行板电容器内电场方向竖直向下，因为液滴静止，液滴受到重力和竖直向上的电场力，液滴带负电，有
SKIPIF 1 < 0
液滴的电量为
SKIPIF 1 < 0
17.(12分)如图所示，电源内阻r=1Ω，R1=2Ω，R2=6Ω，灯L上标有“3V,1.5W”的字样，当滑动变阻器R3的滑片P移动至最右端时，电流表示数为1A，灯L恰能正常发光电流表为理想电表.
（1）求电源的电动势；
（2）求当P移到最左端时，电流表的示数；
（3）当滑动变阻器的Pb段电阻为多大时，变阻器R3上消耗的功率最大？最大值多大？
【答案】(1)6V；(2)2A；(3)2Ω，2W
【解析】（1）电源的电动势
E=UL十IR1十Ir=3V十1×2V十1×1V=6V
（2）当P移到最左端时，由闭合电路欧姆定律，
SKIPIF 1 < 0
（3）灯L电阻
RL=U2/P=6Ω
设滑动变阻器的Pb段电阻为R3，R3与RL并联
等效电阻
SKIPIF 1 < 0
由闭合电路欧姆定律
SKIPIF 1 < 0
将已知量代入化简得
SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0
当R3=2Ω时变阻器R3上消耗的功率最大，且最大值为2W
开关和变阻器的状态
线圈B中是否有电流
开关闭合瞬间
有
开关断开瞬间
有
开关闭合时，滑动变阻器不动
无
开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片
有