第五章 初识电磁场与电磁波 单元提高测试卷（Word版含解析）

第5章 初识电磁场与电磁波
一、单选题
1．在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根长通电直导线，电流的方向垂直于纸面向里。如图所示，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中（　　）
A．b、d两点的磁感应强度相同
B．a、b两点的磁感应强度相同
C．c点的磁感应强度的值最小
D．b点的磁感应强度的值最大
2．据报道：截止2020年12月我国5G基站建设累积71.8万个，已建成全球最大5G网络，中国将进入全面5G时代，开启了万物互联时代：车联网、物联网，智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一元变为现实。5G，即第五代移动通信技术，采用3300-5000MHz频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术，1880-2635MHz频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。关于5G信号与4G信号下列说法正确的是（　　）
A．5G信号和4G信号都具有偏振现象
B．5G信号和4G信号有可能是纵波
C．5G信号相比4G信号光子能量更小
D．5G信号相比4G信号在真空中的传播速度更小
3．磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫作能量密度，其值为，式中B是磁感应强度，是磁导率，在空气中为一已知常数。为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，一学生用一根端面面积为S的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离，并测出拉力F，如图所示。因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感应强度。下列结论正确的是（ ）
A．磁感应强度 B．磁感应强度
C．磁感应强度 D．磁感应强度
4．一长的通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直，当导线中通有大小为2A的电流时，导线受到的安培力大小为，则该磁场的磁感应强度大小为（　　）
A． B．2T C． D．8T
5．如图所示，电容器充电稳定后，将开关S由b扳到a并开始计时，在电流振荡了半个周期时，电路中（　　）
A．电容器C里的电场强度最强，电场强度方向向下
B．线圈L周围磁场最强
C．线圈中的磁感应强度为零
D．磁场能开始向电场能转化
6．如图所示是法拉第设计的一个研究互感现象的实验装置。图中A线圈与电源和开关S连接，B线圈与一个左进左偏型（电流从左接线柱流入则指针向左偏转）电流计连接，两个线圈绕在同一个椭圆形铁芯上。将开关S闭合并立即断开的过程中，电流计的指针（　　）
A．不动 B．一直向左偏转 C．一直向右偏转 D．先向左偏转后向右偏转
7．如图所示，绝缘光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，下面一部分处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界如图中的虚线所示。一个有电阻的闭合金属圆环从曲面上某处沿抛物线由静止释放，假设抛物线足够长，金属圆环沿抛物线下滑后，则（空气阻力不计）（　　）
A．金属圆环向左穿过磁场后，可以摆至原高度
B．在进入和离开磁场时，金属圆环中均有感应电流
C．金属圆环进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大
D．金属圆环最终将静止在O点
8．在如图所示电路中，L是电阻不计的线圈，C为电容器，R为电阻，开关S先是闭合的，现将开关S断开，并从这一时刻开始计时，设电容器A极板带正电时电荷量为正，则电容器A极板上的电荷量q随时间t变化的图像是下列选项中的（　　）
A． B．
C． D．
二、多选题
9．如图均为闭合线框在磁场中运动，请判断能产生感应电流的是（　　）
A．B．C．D．
10．正切电流计是19世纪发明的一种仪器，它可以利用小磁针的偏转来测量电流。右图为其结构示意图，在一个竖直放置、半径为r、匝数为N的圆形线圈的圆心O处，放一个可以绕竖直轴在水平面内转动的小磁针（带有刻度盘）。线圈未通电流时，小磁针稳定后所指方向与地磁场水平分量的方向一致，调整线圈方位，使其与静止的小磁针在同小磁针同一竖直平面内。给线圈通上待测电流后，小磁针偏转了α角。已知仪器所在处地磁场的磁感应强度水平分量大小为Bc，已知环形线圈在环心处产生的磁场磁感应强度正比于电流强度，关于这个电流计，下列判断正确的是（　　）
A．线圈中电流强度越大，α角越大，α角与电流I成正比
B．线圈中电流强度越大，α角越大，tanα与电流I成正比
C．在地球上的不同地方测同样大小的电流，α角相同
D．在地球上的不同地方测同样大小的电流，α角不同
11．图（a）中，三个点电荷分别固定在圆环上三点，每个电荷在圆心处的场强大小均为；图（b）中，三根通电长直导线（横截面积忽略不计）垂直于圆环平面分别固定在圆环上三点，每根导线在圆心处的磁感应强度大小均为。下列判定正确的是（　　）
A．处的场强大小为，方向从指向
B．处的场强大小为，方向从指向
C．处的磁感应强度大小为，方向垂直于向右
D．处的磁感应强度大小为，方向垂直于向左
12．如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，以导线截面的中心为圆心，半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点，已知a点的实际磁感应强度为零，则下列叙述正确的是（　　）
A．直导线中的电流方向垂直纸面向外
B．b点的实际磁感应强度为T，方向斜向上，与B的夹角为45°
C．c点的实际磁感应强度也为零
D．d点的实际磁感应强度跟b点的相同
三、填空题
13．图为LC振荡电路中振荡电流随时间变化的图像，由图可知，在OA时间内________能转化为________能，在AB时间内电容器处于________（填“充电”或“放电”）过程，在时刻C，电容器带电荷量________（填“为零”或“最大”）。
14．如图所示，条形磁铁正下方有一固定的单线圈，当磁铁竖直向下靠近线圈时，穿过线圈的磁通量将________（填“变大”或“变小”），在上述过程中，穿过线圈的磁通量变化了0.2Wb，经历的时间为0.5s，则线圈中的感应电动势为________V．
15．为了转播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号。如图所示，已知传输无线电广播信号所用的电磁波波长为，而传输电视信号所用的电磁波波长为，为了不让山脉挡住信号的传播，城市居民能收听和收看火箭发射的实况，必须通过建在山顶上的转发站来转发________（填“无线电广播信号”或“电视信号”），原因是______________________________。
16．某同学使用如图所示的器材研究“影响感应电流方向的因素”。
（1）在图中用实线代替导线将实验器材连成实验电路______；
（2）如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后可能出现的情况有：
①将线圈A迅速插入线圈B时，灵敏电流计指针将向______（填“左”或“右”）偏；
②线圈A插入线圈B后，将滑动变阻器的阻值调大时，灵敏电流计指针将向______（填“左”或“右”）偏；
（3）在上述操作中，如果线圈B与灵敏电流计断开，则线圈B中________。
A．因电路不闭合，无电磁感应现象
B．有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势
C．若已知线圈A和线圈B的绕向，不能用楞次定律判定线圈B两接线柱的电势高低
D．若已知线圈A和线圈B的绕向，可以用楞次定律判定线圈B两接线柱的电势高低
四、解答题
17．我们常处于电流产生的磁场中。通电长直导线所产生的磁场的磁感应强度可用计算，其中k=2×10-7T·m/A、I为电流、d为该点到平直导线的垂直距离。利用该公式可你说生活中所遇到的磁场的磁感应强度。
（1）家庭通电导线的电流很少超过10A。试比较距离导线0.5m处的磁场与地磁场的磁感应强度大小；
（2）765kV高压输电线中的电流常可达200A。假定这种输电线离地面高度20m，试估算输电线正下方地面处的磁感应强度并与家庭电路中的磁场的磁感应强度进行比较。
18．实验室里有一水平放置的平行板电容器，其电容C=1 μF。在两板带有一定电荷时，发现一粉尘恰好静止在两板间。还有一个自感系数L=0.1 mH的电感器，现连成如图所示电路，试分析以下两个问题：
(1)从S闭合时开始计时，经过π×10-5 s时，电容器内粉尘的加速度大小是多少？
(2)当粉尘的加速度为多大时，线圈中电流最大？
19．如图所示，在直角三角形的点和点分别固定一垂直纸面的无限长通电直导线，其中点处导线中电流强度为，方向垂直纸面向外，，已知通电直导线形成的磁场在空间某点处的磁感应强度，为比例系数，为该点到导线的距离，为导线中的电流强度。今测得点的磁场沿方向向右，求：
(1)点处导线中电流的方向；
(2)点处导线中电流的大小。
20．利用雷达不但可以发现目标，还可以测量目标的速度大小。
(1)如图所示为某雷达的荧光屏，屏上标尺的最小刻度对应的时间为，雷达天线朝东方时，屏上的波形如图1中甲所示；雷达天线朝西方时，屏上的波形如图1中乙所示，雷达在何方发现了目标？目标与雷达相距多远？
(2)某机场引导雷达发现一架飞机正向雷达正上方水平匀速飞来，已知该雷达显示屏上相邻刻度线之间的时间间隔为，某时刻雷达显示屏上显示的波形如图中甲所示，A脉冲为发射波，B脉冲为目标反射波，经后雷达向正上方发射和被反射的波形如图2中乙所示，则该飞机的飞行速度约为多大？（结果保留整数）
试卷第8页，共8页
参考答案
1．C
【解析】用右手螺旋定则判断通电直导线在、、、四个点上所产生的磁场方向，如图所示
点有向上的磁场，还有电流产生的向上的磁场，电流产生的磁场和原磁场方向相同，叠加变大；点有向上的磁场，还有电流产生的水平向左的磁场，叠加后磁感应强度的方向斜向左上；点电流产生的磁感应强度和原磁感应强度方向相反，叠加变小；点有向上的磁场，还有电流产生的水平向右的磁场，叠加后磁感应强度的方向斜向右上；点与点叠加后的磁场大小相等，但是方向不同；、两点叠加后的磁感应强度大小不相等；点叠加后的磁感应强度的值最大，点叠加后的磁感应强度的值最小。
故选C。
2．A
【解析】AB．5G信号和4G信号都是电磁波。由于电磁波是横波，都具有偏振现象，故A正确，B错误；
C．由
可知5G信号相比4G信号光子能量大，故C错误；
D．5G信号和4G信号在真空的的传播速度都为光速，故D错误。
故选A。
3．B
【解析】拉力做的功为
能量密度为
解得
故选B。
4．B
【解析】根据，得
故选B。
5．C
【解析】A．开关与a接通后，电容器通过线圈放电经过半个周期时，正是电容器反向充电完毕时刻，此时电容器下极板带正电，电容器C里的电场强度最强，电场强度方向向上，所以A错误；
BC．经过半个周期时，线圈中电流为零，线圈中的磁感应强度为零，所以B错误；C正确；
D．此后电容器又要放电，即由电场能转化为磁场能，所以D错误；
故选C。
6．D
【解析】当闭合并立即断开开关S时，A线圈中的电流发生变化，使得A线圈中的磁通量发生变化，由于互感作用，使得B线圈中的磁通量也发生变化，从而在B线圈中有感应电流产生，根据楞次定律（增反减同）可知产生的感应电流先从G的左端流入指针向左偏转，后从G的右端流入指针向右偏转，即电流计的指针先向左偏转后向右偏转。
故选D。
7．B
【解析】A．在从右侧摆到左侧的过程中，金属圆环中磁通量发生变化，因而产生感应电流，由于电阻的存在，金属圆环中将产生焦耳热，根据能量守恒知金属圆环的机械能将不守恒，故金属圆环在左侧的最大高度将低于起始时的高度，故A错误；
B．由法拉第电磁感应定律可知，只有进入与离开磁场时，穿过金属圆环的磁通量才发生变化，产生感应电流，故B正确；
C．金属圆环完全进入磁场后，由于没有磁通量的变化，金属圆环中没有感应电流，不受磁场力作用，只受重力作用，离平衡位置越近，速度越大，故C错误；
D．金属圆环只有在进入或离开磁场时，才有机械能转化为焦耳热，所以金属圆环不可能静止在O点，故D错误。
故选B。
8．B
【解析】开关S闭合时，线圈中有自左向右的电流通过，由于线圈电阻不计，所以线圈两端电压为零，与线圈并联的电容器极板上不带电，本题LC回路的初始条件是线圈中电流最大，磁场能最大，电场能为零。断开开关S时，线圈中产生与电流方向相同的自感电动势，阻碍线圈中电流的减小，使线圈中电流继续自左向右流动，从而给电容器充电，B板带正电，A板带负电，电荷量逐渐增加，经电荷量达到最大，这时LC回路中电流为零，从时间内，电容器放电，A板上负电荷量逐渐减少到零，此后在线圈中自感电动势的作用下，电容器反向充电，A板带正电，B板带负电，并且带电荷量逐渐增多，增至最多后，又再次放电，所以A极板上电荷量随时间变化的情况如选项B所示
故选B。
9．CD
【解析】产生感应电流的条件：闭合回路中的磁通量发生变化。
A．线框平行于磁场感应线运动，穿过线框的磁通量没有变化，不会产生感应电流，故A错误；
B．线框方向和磁场方向平行，线框磁通量为零，因此磁通量不变化，不产生感应电流，故B错误；
C．线框绕轴转动，导致穿过的磁通量发生变化，因此会产生感应电流，故C正确；
D．线框绕轴转动，导致磁通量发生变化，因此线框产生感应电流，故D正确。
故选CD。
10．BD
【解析】AB．地磁场磁感应强度的水平分量BC与B0的关系如图所示：
有
B0=BCtanα
其中
B0=kI
则
kI=BCtanα
即线圈中电流强度I越大，α角越大，tanα与电流I成正比，选项A错误，B正确；
CD．地球上的不同地方地磁场的水平分量Bc不同，则在地球上的不同地方测同样大小的电流，α角不同，选项C错误，D正确。
故选BD。
11．AC
【解析】AB．每个电荷在圆心处的场强大小均为，由场强的叠加原则可得处的场强大小为
故A正确，B错误；
CD．每根导线在圆心处的磁感应强度大小均为，可得处的磁感应强度大小为
故C正确，D错误。
故选AC。
12．AB
【解析】A．由a点合磁感应强度为零知，该电流在a点的磁感应强度方向向左，大小为1T，由安培定则知直导线中的电流方向垂直纸面向外。A正确；
B．通电导线在b处产生的磁场竖直向上，根据平行四边形定则可知b点的实际磁感应强度为T，方向斜向上，与B的夹角为45°，B正确；
C．通电导线在c处产生的磁场水平向右，所以c点的实际磁感应强度2T，方向向右。C错误；
D．通电导线在d处产生的磁场竖直向下，根据平行四边形定则可知d点的实际磁感应强度为T，方向斜向下，与B的夹角为45°，D错误。
故选AB。
13．电场 磁场 充电 为零
【解析】由图可知，振荡电流随时间做正弦规律变化。在OA时间内电流增大，电容器正在放电，电场能逐渐转化为磁场能。
在AB时间内电流减小，电容器正在充电。
在时刻C电流最大，为电容器放电完毕瞬间，带电荷量为零。
14．变大 0.4
【解析】
在磁体竖直向下落时，穿过线圈的磁感应强度增大，故磁通量变大，由法拉第电磁感应定律可得：．
15．电视信号 电视信号的波长短，沿直线传播，受山坡阻挡
【解析】传输无线电广播信号所用的电磁波波长为，而传输电视信号所用的电磁波波长为，两者相比较，传输电视信号所用的电磁波更不容易绕过一般高度的山头，则要让城市居民能收听和收看火箭发射的实况，必须转发波长较短的电视信号。
16． 右 左 BD
【解析】(1)将电源、电键、变阻器、小螺线管串联成一个回路，再将电流计与大螺线管串联成另一个回路，电路图如图所示。
(2)闭合电键，磁通量增加，指针向右偏转，将原线圈迅速插入副线圈，磁通量增加，则灵敏电流计的指针将右偏转一下。
原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，电阻增大，则电流减小，穿过副线圈的磁通量减小，则灵敏电流计指针向左偏转一下。
(3)如果副线圈B与灵敏电流计断开，线圈中仍有磁通量的变化，仍会产生感应电动势，不会没有感应电流存在，但是可根据楞次定律来确定感应电流的方向，从而可以判断出感应电动势的方向。故BD正确；AC错误。
故选BD。
17．（1）家庭通电导线的磁感应强度比地磁场的磁感应强度小得多；（2），输电线正下方的磁感应强度比家庭电路中的磁场的磁感应强度略小
【解析】（1）根据
解得距离导线0.5m处的磁场强度
地磁场的磁感应强度约为 ，所以比地磁场的磁感应强度小得多。
（2）输电线下的磁感应强度
比家庭电路中的磁场的磁感应强度略小。
18．(1)2g；(2)g，方向竖直向下
【解析】(1)S断开时，电容器内带电粉尘恰好静止，说明电场力方向向上，且
F电=mg
闭合S后，L、C构成LC振荡电路，
T=2π=2π×10-5 s
经过π×10-5 s时，电容器间的电场强度反向，电场力的大小不变，方向竖直向下，由牛顿第二定律得
a==2g
(2)线圈中电流最大时，电容器两极间的电场强度为零，由牛顿第二定律可得
a==g
方向竖直向下。
19．(1)垂直纸面向里；(2)
【解析】（1）由题意，点磁场的磁感应强度沿方向向右，设A点处导线和点处导线在点激发的磁场的磁感应强度分别为和，根据安培定则可知BA方向垂直于AC斜向右上，则BB的方向一定为垂直于BC向下，如图所示，所以点处导线中电流垂直纸面向里。
（2）由图可知
由题意知
，
由几何关系知
联立解得
20．(1)西方，300km；(2)306m/s
【解析】(1)雷达向东方发射电磁波时，没有反射回来的信号，说明东方没有发现目标；雷达向西方发射时，有反射回来的信号，所以目标在西方。
由题图1中乙可知
目标到雷达的距离
(2)由题图2中信息知，比较远时
脉冲波显示的距离为
当飞机到达雷达正上方后
脉冲波显示的距离为
由于开始时飞机在斜上方后来飞机到达正上方由
解得飞机的速度为
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