阶段质量检测(五)　初识电磁场与电磁波（含解析）高中物理鲁科版（2019）必修 第三册

阶段质量检测(五)　初识电磁场与电磁波
(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。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.我国拥有世界上最大的单口径射电望远镜，被称为“天眼”，如图所示。“天眼眼眶”所围圆面积为S，其所在处地磁场的磁感应强度大小为B，与“眼眶”平面平行、垂直的分量分别为B1、B2，则穿过“眼眶”的磁通量大小为(　　)
A．0　　 B．BS　　　
C．B1S　　 D．B2S
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，则该单色光辐射的能量子ε的值为(　　)
A．h B.
C. D．以上均不正确
3．使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示。蓝牙通信的电磁波(　　)
A．是蓝光
B．波长比手机通信的电磁波短
C．在真空中的传播速度大小为340 m/s
D．在真空中的传播速度比手机通信的电磁波速度小
4．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温为37 ℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm，根据热辐射理论，λm与辐射源的绝对温度T的关系近似为λm·T＝2.90×10－3m·K，普朗克常量h＝6.626×10－34 J·s。那么老鼠发出最强的热辐射的波长和老鼠发出的这种最强的热辐射每份能量子(又叫作光子)的能量分别是(　　)
A．7.8×10－5 m　1.89×10－20 J
B．9.4×10－6 m　2.11×10－20 J
C．1.16×10－4 m　2.11×10－18 J
D．9.7×10－8 m　1.10×10－20 J
5．第五代移动通信技术，简称5G,5G开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、自动驾驶技术等将逐一实现。5G应用3 300 MHz～5 000 MHz频段的无线电波传送信号，相比于现有的4G(1 880 MHz～2 635 MHz频段)而言，5G所应用的无线电波(　　)
A．在真空中的波长更长
B．在真空中的波长更短
C．在真空中的传播速度更小
D．在真空中的传播速度更大
6．如图所示的三维坐标系中，一圆形线圈放置在yOz平面内，其圆心为坐标原点O，沿着x轴正方向看线圈中有逆时针方向的电流I，P为x轴正半轴上一点，线圈在P处的磁感应强度为B，M、N为y、z轴与线圈的交点，则(　　)
A．O处的磁感应强度为0
B．x轴上磁感应强度为B的只有P点
C．O、N间和O、M间各点磁感应强度方向相同
D．通过四分之一圆面OMN和平面PMN的磁通量相同
7．在矩形空间abcd内有水平方向的匀强磁场，矩形的ab边和cd边水平，且两边相距为l，一个高为h(hA.金属框下落过程中
B．金属框的AB边在磁场中运动的过程中
C．从金属框AB边出磁场到金属框完全离开磁场的过程中
D．在金属框穿过磁场过程中
8.如图所示，在匀强磁场中的矩形金属导轨上，有等长的两根金属棒ab和cd，均与导轨接触良好，它们以相同的速度匀速运动，则(　　)
A．断开开关S，ab中有感应电流
B．闭合开关S，ab中有感应电流
C．无论断开还是闭合开关S，ab中都有感应电流
D．无论断开还是闭合开关S，ab中都没有感应电流
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．北京冬奥会山地转播中心位于张家口赛区的核心区，包括转播中心本体建筑和电视演播室两大部分。山地转播中心面积约1.2万平方米，内设四个转播技术分隔区；电视演播室建筑面积约8 000平方米，分上、中、下三层，设有10个电视演播间。下列关于电磁波的说法正确的是(　　)
A．电磁波在真空中的传播速度是c＝3×108 m/s
B．电磁波不能传播能量
C．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波
D．麦克斯韦预言了电磁波的存在
10.一位物理老师制作了一把如图所示的“简易铜丝琴”。他是这么作的：在一块木板上固定两颗螺丝钉，将一根张紧的铜丝缠绕在两颗螺丝钉之间，扩音器通过导线与两螺丝钉连接，铜丝旁边放置一块磁铁，用手指拨动铜丝，扩音器就发出了声音。根据上面所给的信息，下面说法正确的是(　　)
A．铜丝的振动引起空气振动而发出声音
B．振动的铜丝切割磁感线产生感应电流
C．该“简易铜丝琴”将电能转化为机械能
D．利用这一装置所揭示的原理可制成发电机
11．如图所示是我国航天员汤洪波在离地面高约为40 km的中国空间站中出舱的画面，该画面是通过电磁波传输到地面接收站的，下列关于电磁波的说法正确的是(　　)
A．电磁波波长越长，其能量子的能量越小
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．汤洪波出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014 s
D．赫兹通过实验捕捉到电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论
12．如图所示，在空间直角坐标系中，两条彼此绝缘的长直导线分别与Ox、Oy轴重合，电流均沿坐标轴正方向，已知真空中距无限长通电直导线的距离为r处的磁感应强度B＝k(k为常数)。一闭合圆形金属线圈的圆心O′在xOy平面内沿直线y＝x运动，线圈的半径为R，y>R。下列说法正确的是(　　)
A．线圈的匝数越多，穿过线圈的磁通量越大
B．若I1＝2I2，则圆心O′处的磁感应强度沿z轴正方向
C．若I1＝I2，则金属线圈中有感应电流产生
D．若2I1＝I2，则金属线圈中有感应电流产生
三、非选择题(本题共5小题，共60分)
13.(6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)你还能再指出一个物理学中的其他对称性或对称实例吗？
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(2)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。
14.(8分)某同学在“探究电磁感应产生条件”的实验中，设计了如图所示的装置。线圈A通过电流表甲、高阻值的电阻R′、滑动变阻器RP和开关S连接到电源上，线圈B的两端接到另一个电流表乙上，两个电流表完全相同，零刻度居中。闭合开关后，当滑动变阻器R的滑片P不动时，甲、乙两个电流表指针的位置如图所示。
(1)当滑片P较快地向左滑动时，电流表甲的指针的偏转情况是________(选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”)，电流表乙的指针的偏转情况是______(选填“偏转”或“不偏转”)。
(2)断开开关，待电路稳定后再迅速闭合开关，电流表乙的指针的偏转情况是________(选填“偏转”或“不偏转”)。
15.　(15分)边长L＝10 cm的正方形线框有10匝，固定在匀强磁场中，磁场方向与线框平面间的夹角θ＝30°，如图所示，磁感应强度随时间的变化规律为B＝2＋3t(T)，求：
(1)2 s末穿过线框的磁通量；
(2)第3 s内穿过线框的磁通量的变化量ΔΦ。
16.(15分)一盏灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长为6.0×10－7 m。求：在距灯10 m远处，以灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果保留2位有效数字)
17.　(16分)有一U形曲面，其尺寸如图所示，U形曲面开口竖直向上。现将该U形曲面放入磁感应强度大小为B＝2 T的匀强磁场中。
(1)当磁场方向竖直向下时，穿过该曲面的磁通量是多少？
(2)当磁场方向水平向右时，穿过该曲面的磁通量是多少？
阶段质量检测(五)
1．选D　“眼眶”平面与B2垂直，故穿过“眼眶”的磁通量大小为Φ＝B2S，故D正确。
2．选A　由光速、波长与频率的关系可得出该单色光的频率ν＝，能量子ε＝hν＝h，故A正确。
3．选B　蓝牙通信用的电磁波不在可见光频率范围内，不是光信号，故A错误；蓝牙通信与手机通信相比，蓝牙通信的电磁波频率高、波长短，故B正确；电磁波在真空中的传播速度约为3×108 m/s，故C错误；蓝牙通信和手机通信使用的都是电磁波，在真空中传播速度相同，故D错误。
4．选B　由题可知λm·T＝2.90×10－3 m·K，则λm＝ m≈9.4×10－6 m，根据ε＝hν＝h，可得εm＝h＝6.626×10－34× J≈2.11×10－20 J，故选B。
5．选B　5G应用3 300 MHz～5 000 MHz频段的无线电波传送信号，4G应用1 880 MHz～2 635 MHz 频段的无线电波传送信号，则5G信号的频率比4G信号高，由λ＝可知5G电波比4G电波在真空中的波长更短，A错误，B正确；根据麦克斯韦电磁场理论，可知任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，C、D错误。
6．选C　根据安培定则可知，O处的磁感应强度沿x轴负方向，不为零，故A错误；根据对称性可知，在x轴负半轴上，P点关于O点对称的P′点的磁感应强度也为B，故B错误；根据安培定则可知，O、N间和O、M间各点磁感应强度方向均沿x轴负方向，故C正确；平面PMN在yOz平面的投影面积等于△MON的面积，而△MON的面积小于四分之一圆面OMN的面积，并且越远离线圈平面，磁感应强度越小，所以通过四分之一圆面OMN的磁通量一定大于通过平面PMN的磁通量，故D错误。
7．选C　金属框下落过程中，在磁场外时，金属框中没有感应电流，故A错误；由于h8．选B　两根金属棒ab和cd以相同的速度匀速运动，若断开开关S，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化，则ab中无感应电流，故A、C错误；若闭合开关S，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量发生变化，则ab中有感应电流，故B正确，D错误。
9．选ACD　电磁波在真空中的传播速度是c＝3×108 m/s，A正确；电磁波能传播能量，B错误；无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均属于电磁波，C正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，D正确。
10．选BD　手指拨动铜丝发声是由于铜丝振动时切割磁感线产生感应电流，电流通过扩音器放大后发声，故A错误，B正确；该“简易铜丝琴”将机械能转化为电能，所以利用这一装置所揭示的原理可制成发电机，故C错误，D正确。
11．选AD　电磁波的能量子为ε＝hν＝h，则电磁波波长越长，其能量子的能量越小，故A正确；根据麦克斯韦的电磁场理论可知，周期性变化的磁场或电场，其周围产生电磁波，故B错误；电磁波在真空中或空气中传播的速度v＝3.0×108 m/s，空间站到地球表面的距离s＝4×105 m，电磁波从空间站传播到地面的时间为t＝＝ s≈0.001 3 s，故C错误；麦克斯韦提出了电磁场理论，1888年，赫兹通过实验捕捉到电磁波，从而证明了电磁波的存在，故D正确。
12．选BD　穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关，故A错误；由安培定则可知，长直导线I1在圆心O′处产生的磁感应强度沿z轴正方向，长直导线I2在圆心O′处产生的磁感应强度沿z轴负方向，根据B＝k和I1＝2I2可得圆心O′处的磁感应强度沿z轴正方向，故B正确；若I1＝I2，则穿过线圈的磁通量始终为0，所以金属线圈中无感应电流产生，故C错误；若2I1＝I2，则穿过线圈的磁通量沿z轴负方向，金属线圈的圆心O′在xOy平面内沿直线y＝x运动的过程中，穿过线圈的磁通量发生变化，则金属线圈中有感应电流产生，故D正确。
13．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、作用力与反作用力等。
(2)当开关处于闭合状态时，因穿过a线圈的磁通量不变，所以a线圈中无感应电流产生；闭合开关瞬间，穿过a线圈的磁通量突然增大，所以a线圈中有感应电流产生；断开开关瞬间，穿过a线圈的磁通量突然减小，所以a线圈中有感应电流产生。
答案：(1)见解析　(2)无　有
14．解析：(1)当滑片P较快地向左滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变小，根据闭合电路的欧姆定律可知，左侧回路中电流变大，电流表甲示数变大，指针向右偏转，因线圈B中磁通量变化，所以电流表乙的指针将偏转。
(2)闭合开关瞬间，线圈A中电流增大，磁场增强，因此线圈B中磁通量发生变化，电流表乙的指针将偏转。
答案：(1)向右偏　偏转　(2)偏转
15．解析：(1)2 s末磁场的磁感应强度
B2＝(2＋3×2)T＝8 T，
由Φ＝BSsin θ知，
2 s末穿过线框的磁通量
Φ＝B2Ssin θ＝8×(0.1)2× Wb＝4×10－2 Wb。
(2)第3 s内磁感应强度的变化量ΔB＝3 T，
所以ΔΦ＝ΔBSsin θ＝3×(0.1)2× Wb＝1.5×10－2 Wb。
答案：(1)4×10－2 Wb　(2)1.5×10－2 Wb
16．解析：设离灯10 m远处每平方米面积上灯每秒照射的能量为E0，则有E0＝；
设通过的光子数为n，则有nh＝E0，
整理得n＝，代入数据，解得：n≈2.4×1017个。
答案：2.4×1017个
17．解析：(1)当磁场方向竖直向下时，曲面在垂直磁场方向的投影面积为S1＝0.1×0.1 m2＝0.01 m2
此时穿过曲面的磁通量为
Φ1＝BS1＝2×0.01 Wb＝0.02 Wb。
(2)当磁场方向水平向右时，曲面在垂直磁场方向的投影面积为S2＝0.1×0.2 m2＝0.02 m2
若规定从外表面穿入而从内表面穿出的磁通量为正值，
则穿过曲面左半部分的磁通量为
Φ2′＝BS2＝2×0.02 Wb＝0.04 Wb
穿过曲面右半部分的磁通量为
Φ2″＝－BS2＝－0.04 Wb
穿过整个曲面的磁通量为Φ2＝Φ2′＋Φ2″＝0。
答案：(1)0.02 Wb　(2)0
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