物理必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步综合与测试课后复习题

这是一份物理必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步综合与测试课后复习题，共14页。
第十三章　电磁感应与电磁波初步注意事项1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.下列叙述错误的是(　　)A.一切物体都在辐射电磁波B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波2.我国高铁技术、北斗卫星导航系统、5G通信技术,目前处于世界领先水平。高铁将拥有基于北斗卫星导航系统、5G通信技术的空天地一体化的“超级大脑”。与4G相比,5G具有“更高网速、低延时、低功率海量连接、通信使用的电磁波频率更高”等特点。与4G相比,5G使用的电磁波(　　)A.波长更长B.能量子的能量更小C.能量子的能量更大D.传播速度更快3.我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图如图所示。结合上述材料,下列说法不正确的是(　　)A.地球的地理两极与地磁两极不重合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.在赤道上小磁针的N极在静止时指向地理北极附近4.如图为三根通电平行直导线的截面图,若它们的电流大小都相同,且AB=AC=AD,则A点的磁感应强度的方向是(　　)A.垂直纸面指向纸外B.垂直纸面指向纸内C.沿纸面由A指向BD.沿纸面由A指向D5.一线圈用细杆悬于P点,开始时细杆处于水平位置,释放后让线圈在如图所示的匀强磁场中运动。已知线圈平面始终与纸面垂直,则线圈由位置B到位置C的过程中,穿过线圈的磁通量(　　)A.一直变大　　　B.一直变小C.先变大后变小　　　D.先变小后变大6.如图所示,一根直导线穿过圆环a的对称轴和圆环b的中心轴线,三者相互绝缘,当导线中的电流突然增大时,下列说法中正确的是(　　)A.两环都产生感应电流B.a环产生感应电流,b环无感应电流C.两环都无感应电流D.b环产生感应电流,a环无感应电流7.如图所示,一有限范围的匀强磁场,宽度为d,一边长为l的正方形导线框以速度v匀速通过磁场区域,若d>l,则从线框开始进入磁场到完全离开磁场,线框中不产生感应电流的时间应等于(　　)A.　　　B.　　　C.　　　D.8.如图所示,用导线做成圆形线圈,与一通电直导线构成几种位置组合,A项中直导线在圆形线圈水平直径正上方且与直径平行,B、C项中直导线与圆形线圈平面垂直,D项中直导线与圆形线圈在同一平面内,当电流减小时,圆形线圈中有感应电流的是(　　)二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)9.下列关于磁场、电场及电磁波的说法中正确的是(　　)A.麦克斯韦提出电磁场理论,赫兹通过实验证实了电磁波的存在B.只要空间某处的电场或磁场发生变化,就会在其周围产生电磁波C.不同电磁波具有不同的波长,红外线的波长大于可见光的波长D.普朗克认为光本身是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为ν的光的能量子为hν10.关于电磁波的应用,下列说法正确的是(　　)A.微波炉不是利用电磁波来工作的B.微波炉是利用电磁波的能量来快速加热食物的C.雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的D.夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的11.如图所示,将一大一小两个不太大的正方形闭合导线框水平固定在同一高度上,两个线框的中心重合。在它们的上方某处有一条形磁铁由静止开始下落,磁铁在下落过程中正好从两个线框的中心穿过而不与线框接触,磁铁最终落在水平地面上。在磁铁穿过线框的过程中,下面说法正确的是(　　)A.穿过两个线框的磁通量都一直在增大B.两个线框中都会产生感应电流C.当条形磁铁的中心正好和线框的中心重合时,穿过大线框的磁通量大于穿过小线框的磁通量D.当条形磁铁的中心正好和线框的中心重合时,穿过大线框的磁通量小于穿过小线框的磁通量12.如图所示,以O点为圆心的圆周上有六个等分点a、b、c、d、e、f,两根直导线垂直纸面放在a、d两点。现给导线通有大小相等、方向垂直纸面向里的电流,下列说法正确的是(　　)A.O处磁感应强度最大　　　B.a、d两处磁场方向相同C.a、d两处磁场方向相反　　　D.b、c、e、f四点的磁感应强度大小相等三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(6分)如图为“探究感应电流产生的条件”的实验装置。(1)请在图中用实线将所缺的导线补接完整。根据你的连线,在闭合开关S前,滑片P应置于滑动变阻器的　　　(选填“最左端”“中间”或“最右端”)。 (2)在完成“探究感应电流产生的条件”这一实验后,接下来继续使用这一实验装置进行“研究磁通量变化时感应电流的方向”这一实验。闭合开关S,使A放置在B线圈中保持静止,减小滑动变阻器接入电路中的阻值,观察到灵敏电流计G的指针向左偏转。根据这一现象判断,当A线圈相对B线圈向上运动时,灵敏电流计的指针　　　　(选填“向左”或“向右”)偏转。 14.(8分)图中虚线框内存在一沿水平方向且与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的磁场力,来测量磁场的磁感应强度大小。所用部分器材已在图中给出,其中D为位于纸面内的U形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长,E为直流电源,R为电阻箱,A为电流表,S为开关。此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。(1)在图中画线连接成实验电路图。(2)完成下列主要实验步骤中的填空。①按图接线。②保持开关S断开,在托盘内加入适量细沙,使D处于平衡状态,然后用天平称出细沙的质量m1。③闭合开关S,调节R的值使电流大小适当,在托盘内重新加入适量细沙,使D　　　　　　　　,然后读出　　　,并用天平称出此时细沙的质量m2。 ④用米尺测量D的底边长度L。(3)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B=　　　　。 15.(10分)某广播电台的发射功率为10 kW,发射的是在空气中波长为187.5 m的电磁波,则:(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s)(结果均保留2位有效数字)(1)该电台每秒从天线发射多少个能量子?(2)若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的,求在离天线2.5 km处,直径为2 m的球状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率。         16.(10分)如图所示,线圈平面与水平方向夹角θ=60°,磁感线竖直向下,线圈面积S=0.4 m2,匀强磁场磁感应强度B=0.6 T,则:(1)穿过线圈的磁通量为多少?把线圈以cd为轴顺时针转过120°角,则穿过线圈磁通量的变化量大小为多少?(2)若θ=90°,穿过线圈的磁通量为多少?当θ为多大时,穿过线圈的磁通量最大?         17.(12分)如图所示,“∠”形金属框架MON所在平面与匀强磁场垂直,磁场的磁感应强度大小为B,导体棒ab能紧贴金属框架运动,且始终与ON垂直。(1)若B=0.1 T,ab从O点出发,向右以1 m/s的速度匀速运动4 s时,穿过回路的磁通量的变化量是多少?(2)在图中,若回路面积从S0=8 m2变成St=18 m2,B从B0=0.2 T变到Bt=0.8 T,则穿过回路的磁通量的变化量是多少?         18.(14分)如图所示,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3垂直纸面放置,三根导线及坐标原点恰好位于边长为a的正方形的四个顶点上,L1与L2中的电流均为2I,方向均垂直于纸面向外,L3中的电流为I,方向垂直纸面向里。已知电流为I的长直导线产生的磁场中,距离导线r处的磁感应强度B=k(式中k为常量)。求原点O处的磁感应强度B的大小和方向。     附加题(15分)如图所示,磁感应强度大小为B的匀强磁场仅存在于边长为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,有一个电阻为R、边长为L的正方形导线框abcd,沿垂直磁感线方向以速度v匀速通过磁场。从ab边进入磁场算起,画出穿过线框的磁通量Φ随时间t变化的图像。(要求写出分析过程)      
答案全解全析第十三章　电磁感应与电磁波初步1.B　根据热辐射及黑体定义知A、D正确;根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错误,C正确。2.C　由题知,与4G相比,5G通信使用的电磁波频率更高,已知电磁波的波长与频率的关系为λ=,由此可知5G使用的电磁波波长更短,选项A错误;已知能量子的能量ε=hν,则与4G相比,5G使用的电磁波能量子的能量更大,选项C正确;电磁波的传播速度与光速相等,为c=3×108 m/s,选项D错误。3.C　地磁南极在地理北极附近,地磁北极在地理南极附近,地球的地磁两极与地理两极并不完全重合,有地磁偏角;磁感线是闭合曲线,地球内部也存在磁场,A、B正确。在南半球,地磁场有向上的分量,在北半球,地磁场有向下的分量,C错误。小磁针静止时N极指向与磁场方向相同,D正确。4.D　用右手螺旋定则判断三根通电直导线在A点产生的磁场方向,如图所示。直导线B与D在A点产生的磁感应强度方向相反,大小相等,则合磁感应强度为零;而直导线C在A点产生的磁场方向从A指向D,选项D正确。5.C　线圈在位置B和位置C时都不与磁场垂直,而当线圈与磁场垂直时,穿过线圈的磁通量最大,所以线圈由位置B到位置C的过程中,穿过线圈的磁通量先变大后变小,选项C正确。6.C　产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化,而穿过a、b圆环的磁通量始终为零,因此当导线中电流增大时,穿过a、b圆环的磁通量没有变化,所以两环中没有感应电流产生,选项C正确。7.C　从线框完全进入到右边刚要离开磁场区域,穿过线框的磁通量不发生变化,线框中没有感应电流产生,运动的距离为d-l,所以线框中不产生感应电流的时间应为t=,选项C正确。8.D　由通电直导线周围磁场的特点可知,A、B、C选项图中穿过线圈回路的磁通量均为零,故电流减小时都没有感应电流,选项A、B、C错误;D选项图中穿过线圈的磁场方向为垂直纸面向里,当电流减小时,穿过线圈的磁通量减小,会有感应电流产生,选项D正确。9.AC　空间某处有周期性变化的电场或磁场,才会在其周围产生电磁波,选项B错误;爱因斯坦认为光本身是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为ν的光的能量子为hν,选项D错误。10.BCD　微波属于电磁波,微波炉利用微波加热食物,故A错误,B正确;雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的,故C正确;不同温度的物体发出的红外线特征不同,夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的,故D正确。11.BD　穿过两个线框的磁通量都先增大后减小,选项A错误;两个线框闭合且穿过线框的磁通量变化,所以都会产生感应电流,选项B正确;在条形磁铁内部,磁感线从S极指向N极,而在磁体外部,磁感线是从N极指向S极,线圈越大,抵消部分越多,故穿过大线框的磁通量小于穿过小线框的磁通量,选项D正确。12.CD　根据安培定则知,a处电流在O点产生的磁感应强度的方向垂直a、d连线向下,d处电流在O点产生的磁感应强度的方向垂直a、d连线向上,如图甲所示,由于两导线电流大小相等,O到a、d的距离相等,所以BaO=BdO,O处磁感应强度为0,选项A错误;a处电流在d点产生的磁感应强度的方向垂直a、d连线向下,d处电流在a点产生的磁感应强度的方向垂直a、d连线向上,a、d两处磁场方向相反,选项B错误,C正确;a处电流在b点产生的磁感应强度的方向垂直a、b连线向左,d处电流在b点产生的磁感应强度的方向垂直d、b连线向上,由平行四边形定则求得b处的磁感应强度Bb,如图乙所示,同理可求得c、e、f点的磁感应强度Bc、Be、Bf,由于Bdf=Bae=Bac=Bdb,Baf=Bde=Bdc=Bab,因此Bb、Be、Bf、Bc大小相等,选项D正确。甲乙13.答案　(1)图见解析(2分)　最左端(2分)(2)向右(2分)解析　(1)如图所示由图可以看出,滑动变阻器采用限流式接法接入电路中,开关闭合之前,要将滑动变阻器连入电路的阻值调到最大,即将滑片置于最左端。(2)减小滑动变阻器接入电路中的阻值,流过A线圈的电流增大,穿过B线圈的磁通量增大,灵敏电流计的指针向左偏转。当A线圈相对B线圈向上运动时,穿过B线圈的磁通量减小,则灵敏电流计的指针向右偏转。14.答案　(1)见解析(2分)(2)重新处于平衡状态(2分)　电流表的示数I(2分)(3)(2分)解析　(1)如图所示(2)本题考查了磁场力作用下物体的平衡,利用平衡条件求解磁感应强度,故应使D重新处于平衡状态;两次细沙的重力之差与D的底边所受磁场力大小相等,磁场力与电流大小有关,故还需读出电流表的示数I。(3)两次细沙的重力之差与D的底边所受磁场力相等,即BIL=|m2-m1|g,所以磁感应强度B=。15.答案　(1)9.4×1030　(2)3.8×1023　4.0×10-4 W解析　(1)每个能量子的能量ε=hν== J=1.06×10-27 J(2分)则电台每秒发射能量子数N=≈9.4×1030(2分)(2)设球状天线每秒接收能量子数为n,以电台发射天线为球心,半径为R的球面积S=4πR2(1分)而球状天线的有效接收面积S'=πr2(1分)所以n=N=N≈3.8×1023(2分)接收功率P收=≈4.0×10-4 W(2分)16.答案　(1)0.12 Wb　0.36 Wb　(2)0　0°解析　(1)线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥=S cos 60°=0.4× m2=0.2 m2(2分)穿过线圈的磁通量Φ1=BS⊥=0.6×0.2 Wb=0.12 Wb(2分)线圈以cd为轴顺时针转过120°角后变为与磁场垂直,但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反,故此时穿过线圈的磁通量Φ2=-BS=-0.6×0.4 Wb=-0.24 Wb(2分)故磁通量的变化量大小ΔΦ=|Φ2-Φ1|=0.36 Wb(1分)(2)当θ=90°时,线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥'=0,此时穿过线圈的磁通量为零。(1分)当θ=0°时,线圈平面与磁场垂直,此时穿过线圈的磁通量最大。(2分)17.答案　(1)0.8 Wb　(2)12.8 Wb解析　(1)导体棒向右以1 m/s的速度匀速运动4 s时,位移为x=vt=1×4 m=4 m(2分)由于∠MON=45°,此时回路的面积为S=x2=×42 m2=8 m2(2分)穿过回路的磁通量的变化量为ΔΦ1=BS-0=0.8 Wb(2分)(2)初始时Φ0=B0S0=1.6 Wb(2分)回路面积从S0=8 m2变到St=18 m2,B从B0=0.2 T变到Bt=0.8 T时的磁通量为Φt=BtSt=0.8×18 Wb=14.4 Wb(2分)故穿过回路的磁通量的变化量为ΔΦ2=Φt-Φ0=12.8 Wb(2分)18.答案　　方向沿x轴负方向解析　根据安培定则,画出三根导线分别在O点的磁场方向,如图所示,设L1在O点产生的磁感应强度大小为B1,则有B1=k=,方向沿x轴负方向(2分)设L2在O点产生的磁感应强度大小为B2,则有B2=k=,方向与x轴负方向成45°角(2分)设L3在O点产生的磁感应强度大小为B3,则有B3=k,方向沿y轴正方向(2分)先将B2正交分解,则沿x轴负方向的分量大小B2x= cos 45°=(2分)沿y轴负方向的分量大小B2y= sin 45°=(2分)故x轴方向的合磁感应强度大小Bx=B1+B2x=,方向沿x轴负方向y轴方向的合磁感应强度大小By=-B2y+B3=0(2分)故最终的合磁感应强度大小B=Bx=,方向沿x轴负方向。(2分)附加题答案　见解析解析　线框穿过磁场的过程可分为三个阶段,进入磁场阶段(只有ab边在磁场中)、在磁场中运动阶段(ab、cd两边都在磁场中)、离开磁场阶段(只有cd边在磁场中)。(3分)穿过线框的磁通量以垂直纸面向里为正方向,则:(1)线框进入磁场阶段:在0~时间内,线框进入磁场中的面积线性增加,S=Lvt,全部进入磁场时穿过线框的磁通量为Φ=BS=BL2;(2分)(2)线框在磁场中运动阶段:在~时间内,穿过线框的磁通量逐渐减小为零;(2分)(3)线框在磁场中运动阶段:在~时间内,穿过线框的磁通量反向增加,最后为-BL2;(2分)(4)线框离开磁场阶段:在~时间内,穿过线框的磁通量逐渐减小,最后为零。(2分)Φ-t图像如图所示:(4分)