高中物理新教材人教版必修三第十三章 电磁感应与电磁波初步 单元能力过关卷（B）（含解析）

第十三章 电磁感应与电磁波初步 单元能力过关卷（B）
（时间：60分钟 满分：100分）
一、单选题（本小题共8小题，每小题只有一个选项符合题意，每小题4分，共32分）
1．（2023·江苏·高二学业考试）奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电与磁的关系。下列各图中能正确反映直导线周围的磁感线分布的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】D
【详解】根据安培定则可知，当电流方向向外时，所形成的磁场方向为逆时针方向闭合的曲线。
故选D。
2．（2022·全国·高二课时练习）以下关于光子的说法正确的是（　　）
A．光子的能量跟它的频率无关
B．紫光光子的能量比红光光子的能量小
C．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒
D．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子
【答案】D
【详解】A．根据
可知光子的能量与光子的频率成正比，选项A错误；
B．在可见光范围内，紫光的频率最大，红光的频率最小，根据
可知紫光光子的能量比红光光子的能量大，选项B错误；
C．光子具有能量，但没有静止质量，也没有具体的体积，它不是实物粒子，选项C错误；
D．光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫做一个光子，选项D正确。
故选D。
3．（2022·全国·高二课时练习）电磁波给人类生活带来日新月异变化的同时，也带来了电磁污染。长期使用如图所示的通信装置，会对人体健康产生影响的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】C
【详解】ABD．选项A、B、D中的图片都是固定电话，只是样式不同，固定电话是利用电现象和声现象之间的联系来工作的，不会对人体健康产生影响；
C．选项C中的图片是移动电话，移动电话是利用电磁波来工作的，过量的电磁波会造成电磁辐射，对人体造成伤害。
故选C。
4．（2022·全国·高三课时练习）下列各图所描述的物理情境中，错误的是（　　）
A．开关S闭合稳定后线圈N中有感应电流
B．磁铁向铝环A靠近，铝环A中有感应电流
C．金属框从A向B运动，金属框中有感应电流
D．铜盘在磁场中按图示方向转动，电阻R中有感应电流
【答案】A
【详解】A．开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流，故A符合题意；
B．磁铁向铝环A靠近，穿过铝环A的磁通量在增大，铝环A中产生感应电流，故B不符合题意；
C．金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻变化，金属框中产生感应电流，故C不符合题意；
D．铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的无数辐条切割磁感线，与外电路构成闭合回路，产生感应电流，故D不符合题意。
故选A。
5．（2023·全国·高三专题练习）如图所示，a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆环中心且与两环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量、的大小关系为（ ）
A． B．
C． D．不能比较
【答案】A
【详解】条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：
①磁铁内、外磁感线的条数相同；
②磁铁内、外磁感线的方向相反；
③磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏。两个同心放置的同平面的金属圆环与条形磁铁垂直且条形磁铁在圆环内时，通过圆环的磁感线的俯视图如图所示
穿过圆环的磁通量
由于两圆环面积
两圆环的相同，而
所以穿过两圆环的磁通量
故选A。
6．（2022·全国·高二课时练习）唱卡拉OK用的话筒有一种是动圈式的，它的工作原理是:在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是（　　）
A．动圈式话筒是利用电流的磁效应工作的
B．动圈式话筒是利用电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电流
【答案】B
【详解】AB．动圈式话筒是利用电磁感应原理工作的，故A错误，B正确；
CD．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量发生变化，在金属线圈中会产生感应电流，故CD错误。
故选B。
7．（2022·全国·高二课时练习）两根长直导线a、b平行放置，如图所示为垂直于导线的截面图，图中O点为两根导线连线的中点，M、N为a、b连线的中垂线上的两点，且与a、b等距，两导线中通有等大、同向的恒定电流。已知直线电流在某点产生的磁场的磁感应强度B的大小跟该点到通电导线的距离r成反比，则下列说法中正确的是（　　）
A．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相同
B．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反
C．在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零
D．若在N点放一小磁针，静止时其北极沿NO由N点指向O点
【答案】B
【详解】AB．根据安培定则判断可知，两根通电导线产生的磁场均沿逆时针方向，由对称性可知，两根通电导线单独存在时在M、N两点产生的磁感应强度大小相等，根据平行四边形定则进行合成得到，M点和N点的合磁感应强度大小相等，M点磁场方向向下，N点磁场方向向上，方向相反，选项A错误，B正确；
C．当两根通电导线在同一点产生的磁感应强度大小相等、方向相反时，合磁感应强度为零，则知O点的磁感应强度为零，选项C错误；
D．若在N点放一小磁针，静止时其北极垂直ON指向上，选项D错误。
故选B。
8．（2021·全国·高二专题练习）如图所示，匀强磁场中有一圆形闭合线圈，线圈平面与磁感线平行，能使线圈中产生感应电流的应是下述运动中的哪一种（　　）
A．线圈平面沿着与磁感线垂直的方向运动
B．线圈平面沿着与磁感线平行的方向运动
C．线圈绕着与磁场平行的直径ab旋转
D．线圈绕着与磁场垂直的直径cd旋转
【答案】D
【详解】A．线圈平面沿着与磁感线垂直的方向运动时，磁通量始终为零，保持不变，线圈中没有感应电流产生；故A错误．
B．线圈平面沿着与磁感线平行的方向运动时，磁通量始终为零，保持不变，线圈中没有感应电流产生；故B错误．
C．线圈绕着与磁场平行的直径ab旋转时，磁通量始终为零，保持不变，线圈中没有感应电流产生；故C错误．
D．线圈绕着与磁场垂直的直径cd旋转时，磁通量从无到有发生变化，线圈中有感应电流产生；故D正确．
故选D．
二、多选题（本小题共4小题，每小题4分，共16分每小题至少有一个选项符合题意，错选或多选不得分，漏选得2分）
9．（2022·全国·高二课时练习）关于磁场和电场，下列说法中正确的是（　　）
A．磁场和电场一样，是同一种物质
B．磁场的基本性质是对处在磁场中的磁体或通电导体有磁场力的作用
C．磁体与通电导体之间的相互作用是通过磁场进行的
D．通电导体与通电导体之间的相互作用是通过电场进行的
【答案】BC
【详解】A．磁场与电场的基本性质不同、产生的原因不同，因此不是同一种物质，A错误；
B．磁场的基本性质是对放入其中的磁体或通电导体有磁场力的作用，B正确；
CD．磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间都是通过磁场相互作用的，C正确，D错误；
故选BC。
10．（2022·浙江·天台平桥中学高二阶段练习）下列关于电磁波说法正确的是（　　）
A．红外线与紫外线都不属于电磁波
B．赫兹从理论上预言了电磁波的存在
C．电磁波传播时不需要介质可以在真空中传播
D．可见光与微波炉中的微波一样都属于电磁波
【答案】CD
【详解】AD．电磁波谱包括长波、中波、短波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，A错误，D正确；
B．麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，从理论上预言了电磁波的存在，B错误；
C．电磁波传播时不需要介质可以在真空中传播，C正确。
故选CD。
11．（2022·福建·莆田二中模拟预测）如图所示，两根通电长直导线a、b平行放置，a、b中的电流大小分别为I和2I，a、b间的距离为r。在与a、b共面的平面内再放入通电长直导线c后，使a、b，c所受磁场力都为零，已知通电长直导线周围的磁感应强度大小与电流成正比，与该点到通电长直导线的距离成反比，下列说法正确的是（　　）
A．c应放在a的左侧
B．c应放在a、b的正中间
C．c的电流方向应与a相同
D．c的电流大小应为2I
【答案】AD
【详解】AB．根据右手螺旋定则和磁场叠加原理，a、b导线产生的磁场叠加后，合场强为零的位置应该在导线a的左侧，设该位置距离导线a为x，根据
可知
解得
即将导线c放到a的左侧，距a距离为r的位置，A正确，B错误；
CD．放入导线c后，导线c与导线b在导线a位置产生的合场强也为零，根据右手螺旋定则和磁场叠加原理可知，导线c的电流方向应与导线b大小和方向相同，C错误，D正确。
故选AD。
12．（2022·全国·高三课时练习）如图，水平放置的光滑导轨，左侧接有电阻R，宽度为L，电阻不计，导轨处于磁感应强度为B的竖直向上的匀强磁场中，一质量为m电阻不计的金属棒垂直导轨放置，在恒力F作用下，从静止开始运动，达到最大速度后撤去拉力，最终停止，已知从静止到达到最大速度过程，R上产生的焦耳热等于最大动能，则下列说法正确的是（　　）
A．运动过程中的最大速度
B．加速运动过程中运动的最大位移
C．撤去F后，通过R的电量
D．减速过程中运动的最大位移
【答案】AD
【详解】A．达到最大速度时，导体棒受力平衡，则有
解得
A正确；
B．对导体棒，在加速过程中，根据动能定理得
根据功能关系有
解得
B 错误；
C．撤去F后，根据动量定理得
累加得
解得
C错误；
D．撤去F后，导体棒开始减速运动，根据动量定理得
累加得
解得
D正确。
故选AD。
三、实验题（本小题共1小题，共9分）
13．（9分）（2023·全国·高三专题练习）探究产生感应电流条件的实验步骤如图甲、乙、丙所示。
（1）本实验中，我们通过观察________来判断电路中是否有感应电流。
（2）通过比较图甲和丙可知，产生感应电流的一个条件是电路要________，通过比较图________可知，产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动。
（3）若图甲中AB棒不动，磁铁左右水平运动，电路中________（选填“有”或“无”）感应电流。
【答案】 灵敏电流计的指针是否偏转 闭合 甲和乙 有
【详解】（1）[1]实验时，通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来确定电路中是否产生感应电流。
（2）[2]题图甲所示电路是闭合电路，灵敏电流计的指针发生偏转，说明电路中产生了感应电流；题图丙所示电路是断开的，灵敏电流计的指针没有偏转，说明电路中没有产生感应电流。由此可知，产生感应电流的一个条件是电路要闭合。
[3]要得出产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动，这两次实验就要一次实验导体在磁场中做切割磁感线运动，一次实验导体在磁场中不做切割磁感线运动，由此比较可以确定要选用图甲和图乙。
（3）[4]在题图甲中，电路是闭合的，若导体不动，磁铁运动，利用运动和静止的相对性可以确定，导体也做切割磁感线运动，具备了感应电流产生的两个条件，所以电路中有电流产生。
四、解答题（本题共3小题，解答过程要有适当的文字说明，只给结果没有步骤的不得分，共37分）
14．（10分）（2022·全国·高二课时练习）麦克斯韦的理论认为电场与磁场间存在着怎样的联系？在什么情况下可能会有电磁波存在？电磁波在真空中传播时的速度是多大？
【答案】见解析
【详解】麦克斯韦的理论认为变化的电场周围能产生磁场，变化的磁场周围能产生电场；周期性变化的电场将产生同频率周期性变化的磁场，周期性变化的磁场将产生同频率周期性变化的电场，这样将会产生由近及远传播的电磁波；电磁波在真空中传播时的速度c=3×108m/s。
15．（15分）（2020·全国·高三课时练习）太阳的辐射功率（太阳每秒辐射的能量）为，已知射到大气层的太阳能只有45%到达地面，另有55%被大气层吸收和反射，而未到达地面．若射到地球上的太阳光可视为垂直于地球表面，把太阳光看成是频率为的单色光，求地球表面上的面积每秒接收到多少个光子？已知太阳到地球的距离为．（最后结果保留两位有效数字）
【答案】个
【详解】设想有一个以太阳中心为球心，以太阳到地球表面距离（近似等于太阳到地球的距离R）为半径的大球，这个大球面上单位面积每秒接收到辐射的功率为：
（式中P为太阳的辐射功率）
则地球表面上的面积每秒接收到的能量：
设地球表面上的面积每秒接收到的光子数为n，由于光子的能量为，则：
个．
16．（18分）（2022·全国·高二课时练习）如图甲所示，平行的金属导轨MN和PQ平行，间距L=1.0m，与水平面之间的夹角，匀强磁场磁感应强度B=2.0T，方向垂直于导轨平面向上，MP间接有阻值的电阻，质量m=0.5kg，电阻的金属杆ab垂直导轨放置，金属棒与导轨间的动摩擦因数为。现用恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab，使其由静止开始运动，当金属棒上滑的位移s=3.8m时达到稳定状态，对应过程的v-t图像如图乙所示。取g=10m/s2，导轨足够长。求：
（1）恒力F的大小及金属杆的速度为0.4m/s时的加速度大小；
（2）在0~1s时间内通过电阻R的电荷量q；
（3）从金属杆开始运动到刚达到稳定状态，金属杆上产生的焦耳热。
【答案】（1），；（2）；（3）
【详解】（1）当金属棒匀速运动时，由平衡条件得
其中
，
解得
当金属杆的速度为时，
由牛顿第二定律有
解得
（2）在时间内，由动量定理得
其中
解得
（3）从金属棒开始运动到达稳定，由动能定理得
又
所以解得