第十三章 章末测试 电磁感应与电磁波初步

阶段验收评价(五)  电磁感应与电磁波初步

(本试卷满分：100分)

一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24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.指南针是我国古代的四大发明之一。当指南针静止时，其N极指向如图中虚线(南北向)所示，若某一条件下该指南针静止时N极指向如图1实线(N极指向北偏东)所示。则以下判断正确的是(　　)

图1

A．可能在指南针上面有一导线东西放置，通有由东向西的电流

B．可能在指南针上面有一导线东西放置，通有由西向东的电流

C．可能在指南针上面有一导线南北放置，通有由北向南的电流

D．可能在指南针上面有一导线南北放置，通有由南向北的电流

解析：选C　若指南针静止时N极指向北偏东方向，则有一指向东的磁场，由安培定则知，可能在指南针上面有一导线南北放置，通有由北向南的电流，故C正确。

2．已知某单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为(　　)

A．h  B.

C.  D．以上均不正确

解析：选A　由光速、波长的关系可得出光的频率ν＝，能量子ε＝hν＝h，故A正确。

3．如图2表示磁场的磁感线，依图分析磁场中a点的磁感应强度与b点的磁感应强度相同的是(　　)

图2

解析：选D　磁感线的疏密可表示磁感应强度的大小，而匀强磁场中各处磁场均相同，从题图中可以知道，只有D选项中，a、b两点处磁感线的疏密相同。

4．如图3所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直，如要在线圈中产生感应电流，可行的做法是(　　)

图3

A．AB中电流I逐渐增大

B．AB中电流I先增大后减小

C．AB正对OO′，逐渐靠近线圈

D．线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)

解析：选D　由于通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直，AB中无论电流如何变化，或AB正对OO′靠近线圈或远离线圈，线圈中磁通量均为零，不能在线圈中产生感应电流，选项A、B、C错误；线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)，穿过闭合线圈的磁通量变化，线圈中产生感应电流，选项D正确。

5．如图4所示，电流从A点分两路通过对称的环形分路汇合于B点，在环形分路的中心O处的磁感应强度为(　　)

图4

A．垂直环形分路所在平面，且指向“纸内”

B．垂直环形分路所在平面，且指向“纸外”

C．在环形分路所在平面内指向B

D．零

解析：选D　将圆环分成上下两半研究，根据安培定则，上半圆电流在O点产生的磁场方向向里，下半圆电流在O点产生的磁场方向向外，由于电流大小相等，产生的两个磁感应强度大小相等，则O点的合磁感应强度为零。

6．如图5所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中圆心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面。若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为(　　)

图5

A．πBR2　　　　　　　 B．πBr2

C．nπBR2  D．nπBr2

解析：选B　磁通量与线圈的匝数无关，故一匝线圈与多匝线圈在同一磁场中磁通量相同，且磁感线穿过的有效面积为πr2，而并非πR2，所以穿过线圈的磁通量为πBr2，故B正确。

7．如图6所示，水平放置的扁平条形磁铁，在磁铁的左端正上方有一金属线框，线框平面与磁铁垂直，当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中，穿过它的磁通量的变化情况是(　　)

图6

A．先减小后增大  B．始终减小

C．始终增大  D．先增大后减小

解析：选A　线框在磁铁两端的正上方时穿过该线框磁通量最大，在磁铁中央时穿过该线框的磁通量最小，所以该过程中的磁通量先减小后增大，故A对。

8.如图7所示，一有限范围的匀强磁场，宽度为d，将一边长为l的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域，若d>l，则线框中不产生感应电流的时间应等于(　　)

图7

A.  B.

C.  D.

解析：选C　当线框刚刚完全进入磁场时至线框刚刚出磁场时，通过线框的磁通量不发生变化，线框中不会产生感应电流，C正确。

二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)

9．下列说法正确的是(　　)

A．磁场中某点的磁感应强度可以这样测定：把一小段通电导线放在该点时，受到的磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I的乘积的比值B＝，即磁场中某点的磁感应强度

B．通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零

C．磁感应强度B＝只是定义式，它的大小取决于场源及磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关

D．磁场是客观存在的物质

解析：选CD　A选项考查的是磁感应强度的定义，只有当通电导线与磁场方向垂直时才有B＝，A错误；B选项中，当通电导线与磁场平行时，不受磁场力，此时，磁感应强度不一定为零，B错误；C选项中，B＝是定义式，磁场强弱取决于场源及磁场中的位置，C正确；磁场与电场一样，都是客观存在的物质，D正确。

10．下列说法中正确的是(　　)

A．电荷在某处不受静电力的作用，则该处的电场强度为零

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，它受到的静电力与试探电荷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，它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流乘积的比值表示该处磁场的强弱

解析：选AC　把电荷放入某处，如果电荷没有受到静电力的作用，则该处不存在电场或该处的电场强度为零，故A正确；把通电直导线放入某处，如果放置的方向不合适，即使有磁场存在，通电直导线也可能不受磁场力的作用，故B错误；由电场强度的定义式E＝知，电场强度等于试探电荷受到的静电力F与所带电荷量q的比值，故C正确；磁感应强度的定义式B＝的成立是有条件的，即通电直导线要与磁场方向垂直，否则不成立，故D错误。

11.如图8所示，水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线，以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系。四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置，两直导线中的电流大小与变化情况完全相同，电流方向如图中所示，当两直导线中的电流都增大时，四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是(　　)

图8

A．线圈a中无感应电流   B.线圈b中有感应电流

C．线圈c中有感应电流   D．线圈d中无感应电流

解析：选CD　根据安培定则可判断出电流产生的磁场方向如图所示，线圈a中的磁场方向均垂直于纸面向里，线圈c中的磁场方向均垂直于纸面向外，线圈b、d中的合磁通量始终为零，故增大两直导线中的电流时，线圈a、c中的磁通量发生变化，有感应电流产生，而线圈b、d中无感应电流产生。C、D正确，A、B错误。

12.如图9，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，均通有电流I，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反。下列说法正确的是(　　)

图9

A．L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直

B．L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直

C．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶

D．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为∶∶1

解析：选BC　由安培定则可判断出L2在L1处产生的磁场(B21)方向垂直L1和L2的连线竖直向上，L3在L1处产生的磁场(B31)方向垂直L1和L3的连线指向右下方，根据磁场叠加原理，L3和L2在L1处产生的合磁场(B合1)方向如图甲所示，根据左手定则可判断出L1所受磁场作用力的方向与L2和L3所在平面平行，选项A错误；同理，如图乙所示，可判断出L3所受磁场(B合3)作用力的方向(竖直向上)与L1、L2所在平面垂直，选项B正确；同理，如图丙所示，设一根长直导线在另一根导线处产生的磁场的磁感应强度大小为B，根据几何知识可知，B合1＝B，B合2＝B，B合3＝B，由安培力公式F＝BIL可知L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶，选项C正确，D错误。

三、非选择题(本题共5小题，共60分)

13．(10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：

图10

(1)你还能再指出一个物理学中的其他对称性或对称实例吗？

________________________________________________________________________

(2)1831年，物理学家法拉第用如图10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________(填“有”或“无”)感应电流产生，当开关闭合或断开瞬间，a线圈中________(填“有”或“无”)感应电流产生。

解析：(1)电荷的正与负、吸引与排斥、加速度相等的匀加速和匀减速运动、正电子和负电子、作用力与反作用力等。

(2)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。

答案：(1)见解析　(2)无　有

14．(10分)矩形线框abcd的两边长分别为l1、l2，可绕它的一条对称轴OO′转动，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与OO′垂直，如图11所示，初位置时线框平面与B平行。求：

图11

 (1)初位置时穿过线框的磁通量Φ0为多少；

(2)当线框绕轴OO′沿图示方向转过60°时，磁通量Φ为多少，这一过程中磁通量的变化量ΔΦ为多少。

解析：(1)线框在初始位置时，线框平面与磁场平行，有效面积为零，则Φ0＝0。

(2)当线框绕轴OO′沿图示方向转过60°时，线框与B的夹角为60°，则Φ＝B·Ssin 60°＝BS＝Bl1l2

ΔΦ＝Φ－Φ0＝Bl1l2。

答案：(1)0　(2)Bl1l2　Bl1l2

15. (12分)如图12所示，在边长为2l的正方形区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，有一边长为l的正方形导线框沿垂直磁场的方向以速度v匀速通过磁场区域，从ab边刚进入磁场开始计时。

图12

 (1)指出哪些时间段内有感应电流产生；

(2)画出磁通量随时间变化的图像。

解析：(1)线框进入磁场的过程，在0～时间段内有感应电流产生，线框离开磁场过程，在～时间段内有感应电流产生。

(2)磁通量随时间变化的图像如图所示。

答案：见解析

16．(14分)已知某地地面处的地磁场水平分量约为3×10－5 T，该地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附近的轴线上，如图13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大小。(保留一位有效数字)

图13

解析：接通电源后，小磁针N极指向是地磁场和螺线管磁场的合磁场的方向，由此可判定螺线管的磁场在小磁针处方向水平向右，由安培定则判断螺线管导线绕向如图所示。

由题意知地磁场水平分量By＝3×10－5 T，设通电螺线管产生的磁场为Bx。由图知＝tan 60°得Bx＝3×10－5× T≈5×10－5 T。

答案：如图所示　5×10－5 T

17. (14分)匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，矩形线圈abcd的面积S＝0.5 m2，共10匝，开始B与线圈所在平面垂直且线圈有一半在磁场中，如图14所示。规定图示穿过线圈的磁通量为正，求：

图14

(1)当线圈绕ab边转过60°时，线圈的磁通量以及此过程中磁通量的变化量为多少；

(2)当线圈绕dc边转过60°时，求线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的变化量。

解析：(1)当线圈绕ab边转过60°时，此时线圈正好全部处在磁场中，Φ＝BS⊥＝BScos 60°＝0.8×0.5× Wb＝0.2 Wb，在此过程中S⊥没变，穿过线圈的磁感线条数没变，故磁通量变化量ΔΦ＝0。

(2)当线圈绕dc边转过60°时，Φ＝BS⊥，此时没有磁场穿过线圈，所以Φ＝0；在图示位置Φ1＝B·＝0.2 Wb，转动后Φ2＝0，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝0.2 Wb，故磁通量变化量为0.2 Wb。

答案：(1)0.2 Wb　0　(2)0　0.2 Wb