2024鲁科版高中物理必修第三册同步练习--第5章　初识电磁场与电磁波 第6章　能源与可持续发展

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2024鲁科版高中物理必修第三册同步
第5章　初识电磁场与电磁波第6章　能源与可持续发展
注意
事项　1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
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)
1.2022年3月8日,航天员王亚平从空间站送来的“国际妇女节”节日祝福通过电磁波传播到祖国各地,下列关于电磁波的说法正确的是 (　　)
A.麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在
B.只要有电场就能产生电磁波
C.电磁波传播需要介质,机械波传播不需要介质
D.电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的,且都与波的传播方向垂直
2.在研究性学习的过程中,针对能源问题、大气污染问题,同学们提出了如下四个活动方案,从理论上讲可行的是 (　　)
A.利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机,将海水的全部内能转化为机械能是可能的
B.制作一种制冷设备,使温度降至绝对零度以下
C.将房屋顶盖上太阳能板,可直接用太阳能来解决照明和热水问题
D.汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气,想办法使它们自发地分离,既清洁了空气,又变废为宝
3.下列说法中正确的是 (　　)
A.第一类永动机不违反能量守恒定律
B.当人类的科学技术发展到一定程度时永动机是可以制造出来的
C.冰箱可以自发地使热量由温度较低的冰箱内向温度较高的冰箱外转移
D.熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增加的方向进行
4.如图所示,磁场中有A、B两点,下列说法正确的是 (　　)
①A点磁场比B点磁场强
②B点磁场比A点磁场强
③A、B两点磁场方向一致
④A、B两点磁场方向不同
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
5.实验室有一旧的学生直流电源,输出端的符号模糊不清,无法辨认正负极。某同学设计了下面判断电源极性的方法:在桌面上放一个小磁针,在磁针东面附近放一螺线管,如图所示(黑色为N极),闭合开关后,小磁针指南的一端向东偏转,下述判断正确的是 (　　)
A.电源的A端是正极,在电源内部电流由A流向B
B.电源的A端是正极,在电源内部电流由B流向A
C.电源的B端是正极,在电源内部电流由A流向B
D.电源的B端是正极,在电源内部电流由B流向A
6.图中能产生感应电流的是 (　　)
A B
C D
7.如图所示,一个条形磁铁水平放置,在条形磁铁的N极右方有一个小圆环,圆环水平放置,圆环从位置a水平向下平移到位置b和c,a和c关于条形磁铁位置对称,b在a、c中间,圆环在a、b、c三个位置穿过其中的磁通量分别为Φ1、Φ2和Φ3,则下列说法正确的是(　　)
A.由位置a到c,穿过圆环磁通量的变化量为0
B.Φ1、Φ2和Φ3中,Φ2最小
C.Φ1=Φ3<Φ2
D.以上说法均错误
8.如图所示,M、N、P和Q是以MN为直径的半圆弧上的四点,O为半圆弧的圆心,∠MOQ=60°,∠NOP=60°,在N、Q处各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图所示,这时O点的磁感应强度大小为B1,若将Q处长直导线移至P处,则O点的磁感应强度大小为B2,那么B1与B2之比为 (　　)
A.1∶1 B.1∶2 C.∶2 D.∶1
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.关于能量守恒定律与能源,下面说法正确的是 (　　)
A.人骑自行车是将生物质能转化为机械能
B.燃油汽车将汽油的化学能转化为机械能
C.只要有能量转移和转化,就一定遵从能量守恒定律
D.生物质能属于可再生能源,风能属于不可再生能源
10.2021年7月4日,我们在电视中看到航天员汤洪波走出离地面高约为400 km的中国空间站,标志着我国空间站航天员首次出舱活动取得圆满成功。航天员出舱的画面是通过电磁波传输到地面接收站,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
11.如图为法拉第发现电磁感应现象的实验装置示意图,软铁环上绕有两个线圈,下列操作中可能观察到灵敏电流计G的指针发生偏转的是 (　　)
A.S1处于闭合状态,闭合S2瞬间
B.S2处于闭合状态,闭合S1瞬间
C.S1、S2均处于闭合状态,断开S2瞬间
D.S1、S2均处于闭合状态,断开S1瞬间
12.无限长通电直导线产生的磁场中某点的磁感应强度大小可用公式B=(k是常数、I是导线中电流、r是该点到直导线的距离)表示。如图所示的xOy坐标系内,坐标轴上有a、b、c、d四个点,各点到坐标原点O的距离均为L。在a处固定一根电流方向垂直坐标平面向里的通电直导线,在b处固定一根电流方向垂直坐标平面向外的通电直导线,两导线中的电流大小均为I,则以下判断正确的是 (　　)
A.c、d两点的磁感应强度大小相等,方向相反
B.O点的磁感应强度大小为,方向沿y轴负方向
C.d点的磁感应强度大小为,方向沿y轴负方向
D.d点的磁感应强度大小为,方向沿y轴负方向
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)在“用DIS研究通电螺线管的磁感应强度”实验中。
(1)磁传感器　　　　(选填“需要”或“不需要”)调零。
(2)某同学实验操作正确,得到通电螺线管中心轴线上的磁感应强度B的分布如图所示,则通电螺线管内的磁感应强度分布的特点是:　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　 。
(3)若螺线管匝数为100匝,横截面积为5×10-3 m2,按照该同学的实验结果,穿过通电螺线管中心横截面的磁通量约为　　　　Wb。
14.(16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)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。
(2)如图是某兴趣小组研究磁生电现象所准备的器材。
请你协助该小组完成如下工作,用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路,将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路,并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量,使副线圈回路产生感应电流的三种方式:
① 　;
② 　;
③ 　 。
15.(8分)有一真空中波长为6×10-7 m的单色光,普朗克常量为6.63×10-34 J·s。求:
(1)单色光的频率;
(2)单色光1个光子的能量。
16.(10分)我国的探月卫星在进入地月转移轨道时,由于卫星姿态的改变,卫星中一边长为50 cm的正方形导线框由水平方向转至竖直方向,此处磁场磁感应强度B=4×10-5 T,方向如图所示。(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
(1)该过程中导线框磁通量的变化量的大小是多少
(2)该过程导线框中有无感应电流 写出判断理由。
17.(10分)某同学用图示装置估测磁体附近的磁感应强度。他将一小磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上,如图甲所示(小磁针未画出)。小磁针静止时N极指向处于水平面内xOy坐标系中的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37°角的方向,其俯视图如图乙所示。已知该实验所在地面处地磁场的磁感应强度的水平分量为4×10-5 T。
(1)请在图上标明螺线管导线的绕向;
(2)求该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度的大小。
甲
乙
18.(10分)太阳能是21世纪重点发展的能源之一。太阳能汽车利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能,再利用电动机来驱动汽车。如图是一辆太阳能实验车,车上太阳能电池接收太阳能的面板的有效面积为S=8 m2,太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为P0=1 kW。在晴朗天气,电池对着太阳时产生的电压为U=120 V,并对车上的电动机提供10 A的电流。求:
(1)该太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少
(2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为80%,则汽车在水平路面上以6 m/s的速度匀速行驶时,电动机提供的牵引力是多大
答案与解析
第5章　初识电磁场与电磁波
第6章　能源与可持续发展
1.D 2.C 3.D 4.B 5.C 6.B
7.B 8.D 9.ABC 10.AD 11.BD 12.BD
1.D　麦克斯韦预言了电磁波,赫兹证实了电磁波的存在,A错误;若只有电场,而电场是稳定的或电场均匀变化,则都不能产生电磁波,B错误;电磁波传播不需要介质,机械波传播需要介质,C错误;因电磁波是横波,所以电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的,且与波的传播方向垂直,D正确。故选D。
2.C　利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机,将海水的全部内能转化为机械能是不可能的,因为内能不能够全部转化为其他形式的能,A错误;制作一种制冷设备,使温度降至绝对零度以下是不可能的,B错误;将房屋顶盖上太阳能板,可直接用太阳能来解决照明和热水问题是可行的,C正确;汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气,使它们自发地分离是不可能的,D错误。
3.D　第一类永动机制造不成,是因为它违反能量守恒定律,A错误;由能量守恒定律和能量的转移和转化具有方向性,可知永动机不可能制成,B错误;冰箱通过电流做功使热量由温度较低的冰箱内向温度较高的冰箱外转移,不能自发进行,C错误;熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增加的方向进行,D正确。
4.B　磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向,磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线越密的地方磁场越强,故A点的磁场比B点的磁场强,故①正确,②错误;磁感线的切线方向就是磁场的方向,则A、B两点的磁场方向不同,故③错误,④正确。故选B。
5.C　由于小磁针指南的一端向东偏转,所以螺线管的左端为N极,由安培定则可知电源的B端为正极,在电源外电流由B通过螺线管流向A,在电源内部电流由A流向B,故C正确。
6.B　A图中没有形成闭合回路,故没有感应电流产生,故A错误;B图中闭合回路的磁通量变化,可以产生感应电流,故B正确;C图中,由对称性可知,整个线圈的磁通量为零,磁通量不随电流的增大而改变,故没有感应电流产生,故C错误;D图中线圈磁通量不变,不会产生感应电流,故D错误。故选B。
7.B　圆环在位置b时,磁场方向与圆环面平行,穿过圆环的磁通量为0,在位置a时磁感线从圆环下表面向上穿过圆环,在位置c时磁感线从圆环上表面向下穿过圆环;磁通量虽为标量,但有正负之分,正负代表磁感线穿过圆环的方向,选项A、C、D错,B正确。
8.D　设N处长直导线在O点产生的磁感应强度为B,则N、Q处长直导线在O点产生的磁感应强度大小为B1=2B cos 30°=B,若将Q处长直导线移至P处,则O点的磁感应强度大小为B2=2B cos 60°=B,所以=,故D正确,A、B、C错误。
9.ABC　人骑自行车是将生物质能转化为机械能,故A正确;燃油汽车是将汽油的化学能转化为机械能,故B正确;能量守恒定律是自然界中普遍存在的规律,只要有能量转移和转化,就一定遵从能量守恒定律,故C正确;生物质能和风能都属于可再生能源,故D错误。
10.AD　电磁波的能量子为E=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,非均匀变化的磁场或电场,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,赫兹通过实验证明了电磁波的存在,故D正确;故选A、D。
11.BD　S1处于闭合状态,闭合S2,电流计所在回路闭合,磁通量没有发生变化,没有感应电流,电流计的指针不会发生偏转,A错误;S2处于闭合状态,闭合S1瞬间,穿过电流计所在回路的磁通量迅速增大,有感应电流产生,电流计的指针发生偏转,B正确;S1、S2均处于闭合状态,断开S2,电流计所在回路断开,不会产生感应电流,电流计的指针不会发生偏转,C错误;S1、S2均处于闭合状态,断开S1瞬间,穿过电流计所在回路的磁通量突然消失,产生感应电流,电流计的指针会发生偏转,D正确。故选B、D。
12.BD　根据安培定则和磁场叠加的原理可知,c、d两点的磁感应强度大小相等,方向相同(向下),选项A错误;两通电直导线在O点的磁场方向相同,均沿y轴负方向,大小均为,则O点的磁感应强度大小为BO=,方向沿y轴负方向,选项B正确;d点的磁感应强度大小为Bd==,方向沿y轴负方向,选项C错误,D正确。故选B、D。
13.答案　(1)需要(2分)　(2)见解析(2分)
(3)2.0×10-5(2分)
解析　(1)研究通电螺线管的磁感应强度,螺线管通电前,磁传感器需要调零。
(2)根据题图可知通电螺线管内的磁感应强度分布的特点是:中间部分的磁场可以视为匀强磁场,且中间磁场强,两端磁场弱,离中心越远,磁场越弱。
(3)根据Φ=BS
可得穿过通电螺线管中心横截面的磁通量约为
Φ=4.0×10-3×5×10-3 Wb=2.0×10-5 Wb
14.答案　(1)无(2分)　有(2分)　(2)见解析(图3分,每空3分)
解析　(1)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。
(2)实物连接如图所示。①将原线圈A插入副线圈B中,合上(或断开)开关瞬间;②合上开关后,将原线圈A插入副线圈B中或从副线圈B中抽出;③合上开关,将原线圈A插入副线圈B后,移动滑动变阻器的滑片。
15.答案　(1)5×1014 Hz　(2)3.315×10-19 J
解析　(1)ν== Hz=5×1014 Hz(4分)
(2)1个光子的能量ε=hν=6.63×10-34×5×1014 J=3.315×10-19 J (4分)
16.答案　(1)1.4×10-5 Wb　(2)见解析
解析　(1)线框在水平位置时穿过线框的磁通量为
Φ1=BS sin 37°=4×10-5×0.5×0.5×0.6 Wb=6.0×10-6 Wb (2分)
当线框转至竖直位置时,磁感线从线框另一面穿过,穿过线框的磁通量为
Φ2=-4×10-5×0.5×0.5×0.8 Wb=-8.0×10-6 Wb(2分)
该过程磁通量的改变量大小为
ΔΦ=Φ1-Φ2=1.4×10-5 Wb(2分)
(2)有感应电流,因为该过程穿过闭合线框的磁通量发生了变化。 (4分)
17.答案　(1)如解析图所示　(2)3×10-5 T
解析　(1)由题意可知螺线管右端为N极,根据安培定则以及电源正负极作出螺线管导线的绕向如图所示 (4分)
(2)设该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度为Bx,由题意知地磁场在小磁针处产生的磁感应强度在y方向的分量为By=4×10-5 T,小磁针处合磁感应强度B与y轴正方向成37°角,如图所示,根据磁感应强度的叠加可得tan 37°=,解得Bx=3×10-5 T(6分)
18.答案　(1)15%　(2)160 N
解析　(1)对于太阳能电池,有
P有用=P电=IU=10×120 W=1 200 W(2分)
P总=P0S=1 000×8 W=8 000 W(2分)
故转化效率η1=×100%=×100%=15%。 (2分)
(2)对于电动机有
F== N=160 N。 (4分)
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