2024教科版高中物理必修第三册同步练习（有解析）--第三章 电磁场与电磁波初步拔高练

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2024教科版高中物理必修第三册同步
第三章　电磁场与电磁波初步
综合拔高练
五年高考练
考点1　安培定则的应用
1.(2020北京,8)如图所示,在带负电荷的橡胶圆盘附近悬挂一个小磁针。现驱动圆盘绕中心轴高速旋转,小磁针发生偏转。下列说法正确的是 (　　)
A.偏转原因是圆盘周围存在电场
B.偏转原因是圆盘周围产生了磁场
C.仅改变圆盘的转动方向,偏转方向不变
D.仅改变圆盘所带电荷的电性,偏转方向不变
考点2　磁感应强度的叠加
2.(2020浙江7月选考,9)特高压直流输电是国家重点能源工程之一。如图所示,两根等高、相互平行的水平长直导线分别通有方向相同的电流I1和I2,I1>I2。a、b、c三点连线与两根导线等高并垂直,b点位于两根导线间的中点,a、c两点与b点距离相等,d点位于b点正下方。不考虑地磁场的影响,则 (　　)
A.b点处的磁感应强度大小为0
B.d点处的磁感应强度大小为0
C.a点处的磁感应强度方向竖直向下
D.c点处的磁感应强度方向竖直向下
3.(2021全国甲,16)两足够长直导线均折成直角,按图示方式放置在同一平面内,EO与O'Q在一条直线上,PO'与OF在一条直线上,两导线相互绝缘,通有相等的电流I,电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时,所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B,则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为 (　　)
A.B、0　　　　B.0、2B　　　　C.2B、2B　　　　D.B、B
4.(2018课标Ⅱ,20)如图所示,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电流方向向左,L2中的电流方向向上;L1的正上方有a、b两点,它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为B0,方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0,方向也垂直于纸面向外。则 (　　)
A.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0
B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0
C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0
D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0
5.(2022全国乙,18)安装适当的软件后,利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图所示,在手机上建立直角坐标系,手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了4次测量,每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知 (　　)
测量序号 Bx/μT By/μT Bz/μT
1 0 21 -45
2 0 -20 -46
3 21 0 -45
4 -21 0 -45
A.测量地点位于南半球
B.当地的地磁场大小约为50 μT
C.第2次测量时y轴正向指向南方
D.第3次测量时y轴正向指向东方
考点3　磁通量
6.如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为 (　　)
A.1∶1　　　　B.1∶2
C.1∶4　　　　D.4∶1
考点4　电磁感应现象
7.(2020课标Ⅱ,14)管道高频焊机可以对由钢板卷成的圆管的接缝实施焊接。焊机的原理如图所示,圆管通过一个接有高频交流电源的线圈,线圈所产生的交变磁场使圆管中产生交变电流,电流产生的热量使接缝处的材料熔化将其焊接。焊接过程中所利用的电磁学规律的发现者为 (　　)
A.库仑　　　　B.霍尔　　　　
C.洛伦兹　　　　D.法拉第
考点5　电磁波、能量量子化
8.[2019天津理综,9(1)]第26届国际计量大会决定,质量单位“千克”用普朗克常量h定义,“国际千克原器”于2019年5月20日正式“退役”。h的数值为6.63×10-34,根据能量子定义,h的单位是　　　　,该单位用国际单位制中的力学基本单位表示,则为　　　　。
9.[2019江苏单科,12(3)]在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=6.4×10-7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s。计算结果保留一位有效数字)
三年模拟练
应用实践
1.(2021山东烟台一中期末)固定于水平面上的金属架处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒AB沿框架以速度v向右做匀速运动,且金属棒AB与金属架组成闭合回路。t=0时,磁感应强度为B0,为使电流计示数为零,从t=0开始,磁感应强度B随时间t变化的图像为(　　)
2.(2022广东中山期末)特高压直流输电是国家重点能源工程之一。如图所示是两根等高、相互平行的水平长直输电导线,分别通有大小相等、方向相同的电流I1和I2, a、b、c三点连线与两根导线垂直并共面,b点位于两根导线间的中点,a、c两点与b点等距,d点位于b点正上方。不考虑地磁场的影响,则 (　　)
A.b点处的磁感应强度方向与两根导线所在平面平行
B.d点处的磁感应强度方向与两根导线所在平面平行
C.a、c两点处的磁感应强度方向相反
D.a、d两点处的磁感应强度方向相同
迁移创新
3.(2021北京八中期中改编)在高中阶段,对“通量”的定义采用的是简单化处理方法并辅以形象化物理模型进行理解。
(1)“磁通量”就是一种常见的“通量”。
如图1所示,空间中存在水平向右的匀强磁场,磁感应强度大小为B。一个面积为S的矩形线圈与竖直面间的夹角为θ,试求穿过该矩形线圈的磁通量Φ。
(2)“电通量”也是一种常见“通量”。在定义“电通量”时只需要把“磁通量”中的磁感应强度B替换为电场强度E即可。已知静电力常量为k,请同学们充分运用类比的方法解决以下问题:
a.如图2所示,空间存在正点电荷Q,以点电荷为球心作半径为R的球面。试求通过该球面的电通量ΦE1。
b.上述情况映射的是静电场中的“高斯定理”,“高斯定理”可以从库仑定律出发得到严格证明。“高斯定理”可表述为:通过静电场中任一闭合曲面的电通量等于闭合曲面内所含电荷量Q与4πk的乘积,即ΦE=4πkQ;试根据“高斯定理”证明:一个半径为R的均匀带电球体(或球壳)在外部产生的电场,与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同,球外各点的电场强度也是E=k(r>R),式中r是球心到该点的距离,Q为整个球体所带的电荷量。
答案与分层梯度式解析
综合拔高练
五年高考练
1.B 2.C 3.B 4.AC 5.BC 6.A 7.D
1.B　带负电荷的橡胶圆盘转动起来后,可以视为产生了环形电流,进而在周围产生磁场,从而使小磁针发生偏转,故B正确,A错误。仅改变圆盘转动方向或仅改变圆盘所带电荷的电性,均可改变环形电流的方向,进而改变周围磁场的方向,小磁针受力偏转的方向也就随之改变,故C、D错误。
2.C　把实际情境转化为如图所示的结构示意图。根据安培定则可知两通电导线在b点产生的磁场方向,根据电流在周围产生磁场的特点,可知B1>B2,A错误;根据安培定则及电流在周围产生磁场的特点,可画出d点处的磁感应强度为B1'和B2',如图所示,由平行四边形定则可知合磁感应强度不为0,B错误;同理,两通电导线在a点产生磁场的磁感应强度为B1″和B2″,如图所示,故a点的合磁感应强度方向竖直向下,C正确;两通电导线在c点产生磁场的磁感应强度为B1 和B2 ,如图所示,故c点的合磁感应强度方向竖直向上,D错误。
3.B　根据题意,利用右手螺旋定则判断可知,两条导线在M点产生磁场的磁感应强度大小相等,方向相反,因此M点处的磁感应强度为0;两条导线在N点产生磁场的磁感应强度大小相等,方向相同,因此N点处的磁感应强度大小为2B,故选项B正确,A、C、D错误。
4.AC　由安培定则判定,L1中的电流在a、b两点产生的磁场方向垂直纸面向里,L2中的电流在a、b两点产生的磁场方向分别垂直于纸面向里和向外;设L1和L2中的电流在a、b两点产生的磁场的磁感应强度大小分别为B1和B2,由磁感应强度的矢量叠加原理可得,B0-B1-B2=B0,B0+B2-B1=B0,解得B1=B0,B2=B0,故A、C项正确。
5.BC　依题意,z轴正向保持竖直向上,测量结果表明z轴方向的磁感应强度为负,即测量地点的磁感应强度的竖直分量是向下的,说明测量地点位于北半球,A错误;每次测量得到的地磁场的两个分量互相垂直,任选一组数据根据平行四边形定则可以求出当地的地磁场磁感应强度大小约为50 μT,B正确;在北半球,地磁场的水平分量是由南向北的,第2次测量时得到的水平分量即By是负值,说明y轴正向与地磁场的水平分量方向相反,即指向南方,C正确;第3次测量时By为零,说明y轴沿东西方向,又因Bx为正,即x轴正向指北方,则y轴正向应指向西方,D错误。
6.A　磁通量Φ=B·S,其中B为磁感应强度,S为与B垂直的有效面积。因为是同一磁场,B相同,且有效面积相同,Sa=Sb,故Φa=Φb。选项A正确。
7.D　焊接过程中利用电磁感应产生的涡流将材料熔化,发现电磁感应规律的是法拉第,故D选项正确。
8.答案　J·s　kg·m2/s
解析　能量子ε=hν,则h=,故h的单位为J·s。由W=Fs=mas可知,1 J=1 kg·(m/s2)·m,故1 J·s=1 kg·m2/s。
9.答案　5×1016
解析　光子能量ε=hν=,光子数目n=,代入数据得n=5×1016
三年模拟练
1.C　t=0时,磁通量为Φ=B0S=B0Lx0,为使回路中不产生感应电流,则穿过回路的磁通量不变,则有B0Lx0=BL(x0+vt),解得B=,选项C正确。
2.BC　I1在b点的磁感应强度方向竖直向下,I2在b点的磁感应强度方向竖直向上,且因为I1= I2,所以b点的合磁场的磁感应强度为零,A错误;I1在d点的磁感应强度方向斜向下,I2在d点的磁感应强度方向斜向上,侧视图如下
可知d点处的磁感应强度方向与两根导线所在平面平行,故B正确;由安培定则可知I1和I2在a点产生的磁感应强度方向相同,都是竖直向上,在c点产生的磁感应强度方向都是竖直向下,如下图
由对称性可知,I1和I2在两点产生的磁感应强度之和大小相等,方向相反,故C正确;由图可以看出,a、d两点处的磁感应强度方向不同,故D错误。
3.答案　(1)BS cos θ　(2)a.4πkQ　b.见解析
解析　(1)当面积为S的矩形线圈与竖直面的夹角为θ时,线圈在垂直磁场方向的投影面积为S cos θ,则磁通量Φ=BS cos θ。
(2)a.根据点电荷的场强公式,求得球面上各处的电场强度大小为E=k
由于球面上各处电场强度方向都与球面垂直,故通过球面的电通量为ΦE1=ES=k·4πR2=4πkQ
b.证明:过距离球心r的点作一球面,根据对称性可知该球面上各点场强大小相等,方向处处与球面垂直。设各点的电场强度大小为E,通过该球面的电通量为ΦE,则有
ΦE=ES=4πr2E
由高斯定理知ΦE=4πkQ
所以有4πr2E=4πkQ
化简得E=k
这就是球心处的点电荷Q在r处产生的场强。
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