2025人教版高中物理必修第三册同步练习题（有解析）--第十三章　电磁感应与电磁波初步

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2025人教版高中物理必修第三册
第十三章　电磁感应与电磁波初步
全卷满分100分　考试用时90分钟
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.英国科学家麦克斯韦在前人研究电磁现象的基础上,建立了完整的电磁场理论。下列说法正确的是(　　)
A.电磁波是一种物质
B.电磁波可以传递信息,但不能传递能量
C.遥控器发出的红外线波长和医院CT中的X射线波长相同
D.变化的电场产生磁场,变化的磁场不能产生电场
2.我国高铁技术、北斗卫星导航系统、5G通信技术,目前处于世界领先水平。与4G相比,5G具有“更高网速、低延时、低功率海量连接、通信使用的电磁波频率更高”等特点。与4G相比,5G使用的电磁波(　　)
A.波长更长
B.能量子的能量更小
C.能量子的能量更大
D.传播速度更快
3.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”的“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”平面垂直、平行的分量分别为B1、B2,则(　　)
A.穿过“眼眶”的磁通量大小为BS
B.穿过“眼眶”的磁通量大小为B2S
C.在地球自转180°的过程中,穿过“眼眶”磁通量的变化量为0
D.在地球自转180°的过程中,穿过“眼眶”磁通量的变化量为2B1S
4.如图所示,在直角三角形abc中,∠c=30°,d是ac的中点,在b、c两点放有垂直纸面的直导线,导线中通有大小相等、方向向外的恒定电流,则此时d点的磁感应强度的方向为(　　)
A.竖直向上　　　B.竖直向下
C.水平向右　　　D.水平向左
5.下列给出了四幅与感应电流产生相关的情景图,判断正确的是(　　)
　　　
　　　
A.图甲,水平直导线中电流逐渐减小时,其正下方的水平金属圆形线圈中有感应电流
B.图乙,正方形金属线圈以虚线为轴匀速转动时,线圈中无感应电流
C.图丙,矩形导线框以其任何一条边为轴转动时,线框中都有感应电流产生
D.图丁,正方形导线框加速离开同一平面内的条形磁体时,线框中无感应电流产生
6.市面上有一种有趣的磁浮玩具,打开电源后,磁性玩偶会稳定地漂浮起来,其内部构造如图所示,其中滑动变阻器接入电路的阻值可改变,则下列说法正确的是(　　)
A.该玩具的电源必须是交流电源
B.a端应接电源正极
C.软铁内的磁感线朝向上方
D.滑动变阻器的滑片向下滑动,玩偶的高度会上升
7.如图所示,通以相同电流的两根直导线平行放置在水平桌面上且关于虚线对称,一矩形线圈abcd从A位置运动到关于虚线对称的B位置过程中,下列说法正确的是(　　)
A.在B位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下
B.在A位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向上
C.从A到B穿过线圈的磁通量先减小再增大
D.从A到B穿过线圈的磁通量一直增大
8.如图所示为棱长为d的正方体,O为DE上的一点,OE=d,在FE、ND两棱放置足够长的直导线,通有大小相等的电流I,电流方向如图所示。已知一根足够长直导线通过的电流一定时,其周围磁场的磁感应强度B大小与到直导线的距离r成反比(B=k,式中k为常量)。图中O、Q两点处的磁感应强度大小之比为(　　)
A.∶∶
C.1∶3　　　D.3∶1
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.红外测温枪与传统的热传导测温仪器相比,具有响应时间短、测温效率高、操作方便、防交叉感染(不用接触被测物体)的特点。下列说法中正确的是(　　)
A.红外测温枪利用了一切物体都在不停地辐射红外线,而且辐射红外线的强度与温度有关,温度越高,辐射红外线强度就越大
B.高温物体辐射红外线,低温物体不辐射红外线
C.红外线也属于电磁波,其波长比红光长
D.爱因斯坦最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点
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
11.以下关于磁场、电磁感应现象的说法正确的是(　　)
　　
　　
A.图甲中闭合开关S瞬间,与线圈P连接的电流计的指针发生偏转
B.图乙中电流方向如图所示,则铁环中心O点的磁场垂直纸面向外
C.图丙中当电流从B流入时小磁体向下运动,则小磁体下端为N极
D.图丁中水平圆环从M向L运动的过程中,穿过圆环的磁通量先增大后减小
12.如图甲所示,面积为S的单匝矩形闭合线圈abcd在匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO'匀速转动,匀强磁场的磁感应强度大小为B,穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的关系如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
　　　
A.在t=时,穿过线圈的磁通量大小为BS
B.在t=时,磁场方向与线圈所在平面垂直
C.线圈从图甲所示的位置转过60°,穿过线圈的磁通量大小为BS
D.在t=时刻和t=时刻,穿过线圈的磁通量相同
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)如图为“探究感应电流产生的条件”实验装置。
(1)请在图中用实线将所缺的导线补接完整。根据你的连线,在闭合开关S前,滑片P应置于滑动变阻器的　　　(选填“最左端”“中间”或“最右端”)。
(2)在完成“探究感应电流产生的条件”这一实验后,接下来继续使用这一实验装置进行“研究磁通量变化时感应电流的方向”这一实验。闭合开关S,使A放置在B线圈中保持静止,减小滑动变阻器接入电路中的阻值,观察到灵敏电流计G的指针向左偏转。根据这一现象判断,当A线圈相对B线圈向上运动时,灵敏电流计的指针　　　　(选填“向左”或“向右”)偏转。
14.(8分)图中虚线框内存在一沿水平方向且与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的磁场力,来测量磁场的磁感应强度大小。所用部分器材已在图中给出,其中D为位于纸面内的U形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长,E为直流电源,R为电阻箱,A为电流表,S为开关。此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。
(1)在图中画线连接成实验电路图。
(2)完成下列主要实验步骤中的填空。
①按图接线。
②保持开关S断开,在托盘内加入适量细沙,使D处于平衡状态,然后用天平称出细沙的质量m1。
③闭合开关S,调节R的值使电流大小适当,在托盘内重新加入适量细沙,使D　　　　　　　　,然后读出　　　　　　　　,并用天平称出此时细沙的质量m2。
④用米尺测量D的底边长度L。
(3)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B=　　　　。
15.(10分)某广播电台的发射功率为10 kW,发射的是在空气中波长为187.5 m的电磁波,则:(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s)(结果均保留2位有效数字)
(1)该电台每秒从天线发射多少个能量子
(2)若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的,求在离天线2.5 km处、直径为2 m的球状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率。
16.(10分)某校物理兴趣小组用图示装置估测磁体附近的磁感应强度。他们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30°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3×10-5 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(画出必要的矢量示意图;计算结果保留3位有效数字)。
　　　
17.(12分)如图所示,abcd是边长L=20 cm的正方形金属框,匀强磁场区域右边界MP与水平线MN间的夹角θ=45°,磁感应强度B=0.01 T,方向垂直纸面向外,磁场区域范围足够大,此时M点位于cd边的中点。
(1)求图示位置穿过金属框的磁通量Φ;
(2)若将金属框以bc为轴,向纸面外转动180°,求磁通量的变化量ΔΦ;
(3)以线框处于图示位置为计时起点,线框向左以速度v=0.2 m/s做匀速直线运动,在b点进入磁场之前,要使线框中不产生感应电流,则磁感应强度B随时间t变化的关系式是什么
18.(14分)如图所示,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3垂直纸面放置,三根导线及坐标原点恰好位于边长为a的正方形的四个顶点上,L1与L2中的电流均为2I,方向均垂直于纸面向外,L3中的电流为I,方向垂直于纸面向里。已知电流为I的长直导线产生的磁场中,距离导线r处的磁感应强度B=k(式中k为常量)。求原点O处的磁感应强度B的大小和方向。
答案与解析
第十三章　电磁感应与电磁波初步
1.A 2.C 3.C 4.A 5.D 6.B
7.C 8.B 9.AC 10.AD 11.AD 12.BC
1.A　电磁波是一种物质,A正确;电磁波既可以传递信息,也可以传播能量,B错误;红外线的波长大于X射线的波长,C错误;变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场,D错误。
2.C　由题知,与4G相比,5G通信使用的电磁波频率更高,已知电磁波的波长与频率的关系为λ=,由此可知5G使用的电磁波波长更短,A错误;已知能量子的能量ε=hν,则与4G相比,5G使用的电磁波能量子的能量更大,B错误,C正确;真空中,各频率的电磁波的传播速度相等,为3×108 m/s,D错误。
3.C　穿过某平面的磁通量Φ=BS,S为垂直磁场方向的面积,故穿过“眼眶”的磁通量大小为Φ=B1S,A、B错误;在地球自转180°的过程中,“眼眶”相对地磁场静止,穿过“眼眶”磁通量的变化量为0,C正确,D错误。
4.A　在b、c两点放有垂直纸面的直导线,导线中通有大小相等、方向向外的恒定电流,根据安培定则可知,b、c两点处的电流在d点产生的磁感应强度方向如图所示,根据平行四边形定则结合图中几何关系可知,d点的磁感应强度方向竖直向上,选A。
5.D　题图甲中的金属圆形线圈水平放置在通电直导线的正下方,则直线电流产生的磁场穿过线圈的磁通量为零,减小导线中的电流,穿过圆形线圈的磁通量始终为零,不会产生感应电流,A错误;题图乙正方形金属线圈绕竖直虚线转动的过程中,穿过回路的磁通量发生变化,有感应电流产生,B错误;在题图丙所示的情况下,线框以竖直边为轴旋转时,线框中的磁通量始终为零,不会产生感应电流,C错误;题图丁中正方形导线框加速离开同一平面内的条形磁体时,磁感线与平面平行,穿过回路的磁通量始终为零,线框中无感应电流产生,D正确。
6.B　由题可知,磁性玩偶稳定地飘浮起来,且下端为S极,则通电线圈的上端为S极,根据安培定则可得,a端为电源的正极,即电源通的是直流电,A错误,B正确;由通电线圈的上端为S极,知软铁内的磁感线朝向下方,C错误;若滑动变阻器的滑片向下滑动,其接入电路的电阻增大,则线圈中的电流减小,磁场减弱,玩偶的高度会下降,D错误。
7.C　根据安培定则和磁场的叠加原理可知,在两根直导线之间虚线位置的磁感应强度为0,两直导线之间的区域,虚线左侧磁场方向向下,虚线右侧磁场方向向上,可知在B位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向上,在A位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下,A、B错误;从A到B,磁感应强度先减小后增大,则从A到B穿过线圈的磁通量先减小再增大,C正确,D错误。
8.B　两根通电导线在Q点产生的磁感应强度大小均为B1=k,且磁场方向相互垂直,所以BQ=;通电导线EF在O点产生的磁感应强度大小为k,通电导线DN在O点产生的磁感应强度大小为k,两个磁场方向垂直,所以BO=·,可得BO∶BQ=,选B。
9.AC　一切物体都在不停地辐射红外线,而且辐射红外线的强度与温度有关,温度越高,辐射红外线的强度就越大,红外测温枪就是利用这一特点工作的,A正确,B错误;红外线属于电磁波,其波长比红光长,C正确;普朗克在研究黑体辐射时,最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点,D错误。
10.AD　由ε=hν=h可知,电磁波波长越长,其能量子的能量越小,A正确;根据麦克斯韦的电磁场理论可知,均匀变化的磁场或电场周围产生恒定的电场或磁场,不会产生电磁波,B错误;电磁波在真空中传播的速度v=3.0×108 m/s,空间站到地球表面的距离约为s=4×105 m,则电磁波从空间站传播到地面接收站所用的时间约为t= s≈0.001 3 s,C错误;麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在,赫兹通过实验捕捉到电磁波,从而证明了电磁波的存在,D正确。
11.AD　题图甲中,闭合开关S的瞬间,线圈M中产生向左的磁场,穿过线圈P的磁通量增大,产生感应电流,与线圈P连接的电流计的指针发生偏转,A正确;题图乙中,对于左、右两个螺线管,分别由安培定则判断得上方均为N极,下方均为S极,所以环心O处的磁场竖直向下,B错误;题图丙中,当电流从B流入时,根据安培定则可知,电磁铁上端为N极,由于小磁体向下运动,知小磁体下端为S极,C错误;题图丁中,圆环向下运动的过程中,通过圆环的磁铁内部磁通量大于磁铁外部磁通量,圆环在磁铁中间时外部磁通量最小,净磁通量最大,则穿过圆环的磁通量先增大后减小,D正确。
12.BC　根据题图乙知Φ=Φm sin t=BS sin t,则在t=时,Φ=BS sin BS,A错误;在t=时,线圈转过90°,此时磁场方向与线圈所在平面垂直,B正确;线圈从图甲所示的位置转过60°,穿过线圈的磁通量Φ=BS sin BS,C正确;在t=时刻,穿过线圈的磁通量Φ=BS sin =BS,在t=时刻,穿过线圈的磁通量Φ=BS sin =-BS,可知,在t=时刻和t=时刻,穿过线圈的磁通量不相同,D错误。
13.答案　(1)图见解析(2分)　最左端(2分)　
(2)向右(2分)
解析　(1)连接电路如图所示
由图可以看出,滑动变阻器采用限流式接法,开关闭合之前,要将滑动变阻器连入电路的阻值调到最大,即将滑片置于最左端。
(2)减小滑动变阻器接入电路中的阻值,流过A线圈的电流增大,穿过B线圈的磁通量增大,灵敏电流计的指针向左偏转。当A线圈相对B线圈向上运动时,穿过B线圈的磁通量减小,则灵敏电流计的指针向右偏转。
14.答案　(1)见解析(2分)
(2)重新处于平衡状态(2分)　电流表的示数I(2分)
(3)(2分)
解析　(1)如图所示
(2)本题考查了磁场力作用下物体的平衡,利用平衡条件求解磁感应强度,故应使D重新处于平衡状态;两次细沙的重力之差与D的底边所受磁场力大小相等,磁场力与电流大小有关,故还需读出电流表的示数I。
(3)两次细沙的重力之差与D的底边所受磁场力大小相等,即BIL=|m2-m1|g,所以磁感应强度B=。
15.答案　(1)9.4×1030　(2)3.8×1023　4.0×10-4 W
解析　(1)每个能量子的能量
ε=hν= J=1.06×10-27 J(2分)
则电台每秒发射能量子数
N=≈9.4×1030(2分)
(2)设球状天线每秒接收能量子数为n,以电台发射天线为球心,半径为R的球面积
S=4πR2(1分)
而球状天线的有效接收面积S'=πr2(1分)
所以n=N≈3.8×1023(2分)
接收功率P收=≈4.0×10-4 W(2分)
16.答案　(1)图见解析　(2)见解析
解析　(1)由于小磁针的北极指向磁感应强度的方向,未接通电源时,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,可知地磁场的磁感应强度的水平分量沿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30°角的方向,可得螺线管在小磁针处产生的磁感应强度沿x轴正方向,故螺线管的右端为N极,根据安培定则作出螺线管导线的绕向如图所示。(5分)
(2)设该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度为Bx,由题意知地磁场的磁感应强度的水平分量为By=3×10-5 T,小磁针处合磁感应强度B与y轴正方向成30°角,如图所示(2分)
根据矢量合成法则可得 tan 30°=(2分)
解得Bx=1.73×10-5 T(1分)
17.答案　(1)5×10-5 Wb　(2)-4×10-4 Wb　(3)Bt=(T)
解析　(1)以图示位置磁感线穿过金属框的方向为正方向,有效面积为
S=(1分)
则穿过金属框的磁通量Φ=BS=BL2=5×10-5 Wb(2分)
(2)若将金属框以bc为轴,向纸面外转动180°,有效面积为
S'=L2-(1分)
穿过金属框的磁通量Φ'=-BS'=-(1分)
则磁通量的变化量ΔΦ=Φ'-Φ=-4×10-4 Wb(2分)
(3)要使线框中不产生感应电流,穿过线框的磁通量不发生变化,则经任意时间t,线框运动的位移为x=vt(1分)
穿过金属框的磁通量为Φt=BtSt=Bt×(1分)
线框中不产生感应电流,有Φt=Φ(1分)
可得磁感应强度B随时间t变化的关系式是Bt=(T)(2分)
18.答案　　方向沿x轴负方向
解析　根据安培定则,画出三根导线分别在O点的磁场方向,如图所示,设L1在O点产生的磁感应强度大小为B1,则有B1=k
方向沿x轴负方向(2分)
设L2在O点产生的磁感应强度大小为B2,则有B2=k,方向与x轴负方向成45°角(2分)
设L3在O点产生的磁感应强度大小为B3,则有B3=k,方向沿y轴正方向(2分)
先将B2正交分解,则沿x轴负方向的分量大小
B2x= cos 45°=(2分)
沿y轴负方向的分量大小
B2y= sin 45°=(2分)
故x轴方向的合磁感应强度大小Bx=B1+B2x=
方向沿x轴负方向
y轴方向的合磁感应强度大小By=-B2y+B3=0(2分)
故最终的合磁感应强度大小B=Bx=,方向沿x轴负方向。(2分)
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