第十三章 素能测评卷
(时间：75分钟，满分：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题意)
1．电视机显像管的偏转线圈示意图如图所示，某时刻电流方向如图所示，则环心O处的磁场方向( )
A．向上 B．垂直纸面向里
C．向下 D．垂直纸面向外
答案：C
解析：对于左、右两个螺线管，由安培定则可以判断出上方均为N极，下方均为S极，所以环心O处的磁场方向向下。故选C。
2．华为手机麒麟9000型芯片是5 nm制作工艺，光刻机是芯片制造的核心设备之一。光刻机通过一系列的光源能量，将光束透射过画着线路图的掩模，用透镜将线路图成比例缩小后映射到涂有化学层的硅片上，受到光线照射的部分，可以被冲洗掉，在硅片上就得到了掩膜上的电路图。芯片的制作过程需要用较大能量光子的光照射，应选用的光源是( )
A．波长长的光源 B．频率大的光源
C．强度小的光源 D．强度大的光源
答案：B
解析：由光子的能量公式，即ε＝hν可知，频率越大的光子能量越大，光子的能量与光的强度无关，而根据公式ν＝可得，波长越长，光子的频率越小，A、C、D错误，B正确。故选B。
3．如图，空间固定一条形磁体(其轴线水平)，穿过圆环的磁通量先减小再增大的是( )
A．圆环a沿磁体轴线由磁体N极向右移至S极
B．圆环a沿磁体轴线由磁体N极左侧向左移至无穷远
C．圆环b从磁体正下方竖直下落
D．圆环c从磁体右边的位置1下降到位置3
答案：D
解析：圆环a沿磁体轴线由磁体N极向右移至S极，穿过圆环的磁通量先增大后减小，故A错误；圆环a沿磁体轴线由磁体N极左侧向左移至无穷远，穿过圆环的磁通量一直减小，故B错误；圆环b从磁体正下方竖直下落，穿过圆环的磁通量一直减小，故C错误；圆环c从磁体右边的位置1下降到位置2，穿过圆环的磁通量一直减小，从位置2下降到位置3，穿过圆环的磁通量一直增大，故D正确。故选D。
4.如图所示，施工员确定地下金属管线位置的一种方法如下：①给管线通入电流；②用可测量磁场强弱、方向的仪器在管线附近水平地面上找到磁场最强的某点，记为a；③在a点附近地面上找到与a点磁感应强度相同的若干点，将这些点连成直线EF；④在地面过a点垂直于EF的直线上，找到磁场方向与地面夹角为37°、距离为L的b、c两点，不计地磁场影响，sin 37°＝0.6，则( )
A．管线垂直于EF
B．管线深度为L
C．b、c两点磁感应强度相同
D．管线中应通入大小、方向变化的电流
答案：B
解析：画出截面图，如右图所示，a点磁感应强度最大，在金属管线的正上方，因此金属管线平行于EF，故A错误；由几何关系可知，管线深度d＝＝L，故B正确；由图可知，b、c到金属线距离相同，则两点磁感应强度大小相同，方向不同，故C错误；管线中应该通恒定电流，便于判断磁感应强度最强点，故D错误。故选B。
5．如图所示的闭合铁芯上绕有一组线圈，与滑动变阻器、电池构成闭合电路，a、b、c为三个闭合金属圆环，假定线圈产生的磁场全部集中在铁芯内，则当滑动变阻器的滑片左、右滑动时，能产生感应电流的金属圆环是( )
A．a、b两个环 B．b、c两个环
C．a、c两个环 D．a、b、c三个环
答案：A
解析：当滑片左、右滑动时，通过a、b的磁通量变化，而通过c环的合磁通量始终为零，故a、b两环中产生感应电流，而c环中不产生感应电流。
6．如图所示，在xOy平面内有以y轴为边界的磁感应强度大小相等、方向相反的两匀强磁场，金属圆环的圆心为O。下列过程会使环中产生感应电流的是( )
A．环沿y轴平移一小段距离
B．环沿x轴平移一小段距离
C．环绕y轴转动一小角度
D．环绕x轴转动一小角度
答案：B
解析：感应电流产生的条件是，穿过线圈的磁通量发生变化：环沿y轴平移一小段距离、环绕y轴转动一小角度、环绕x轴转动一小角度穿过线圈的磁通量始终为零，保持不变，所以无感应电流产生，故A、C、D错误；环沿x轴平移一小段距离，穿过线圈的磁通量发生改变，能产生感应电流，故B正确。故选B。
7.无限长直导线在周围某点产生的磁场的磁感应强度大小与导线中电流大小成正比，与该点到导线的距离成反比。三根无限长直导线垂直纸面平行放置，分别位于直角三角形OMN的三个顶点处。导线中通入大小分别为2I、I、和I的恒定电流，方向如图所示。P为MN连线中点，则P处磁感应强度方向为( )
A．水平向右 B．水平向左
C．竖直向下 D．竖直向上
答案：A
解析：根据安培定则结合几何关系，N处导线在P点产生的磁感应强度方向垂直MN向上(与水平方向夹角为60°)，大小为B，M处导线在P点产生的磁感应强度方向垂直MN向上，大小为B，O处导线在P点产生的磁感应强度方向垂直OP向下(与水平方向夹角为60°)，大小为2B，根据平行四边形定则，故P处合磁感应强度方向水平向右。
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分，在每小题给出的四个选项中有多个选项符合题意，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，错选或不答的得0分)
8．阿明有一个磁悬浮玩具，其原理是利用电磁铁产生磁性，让具有磁性的玩偶稳定地飘浮起来，其构造如图所示。若图中电源的电压固定，可变电阻为一可以随意改变电阻大小的装置，则下列叙述正确的是( )
A．电路中的电源必须是交流电源
B．电路中的a端点须连接直流电源的负极
C．若增加环绕软铁的线圈匝数，可增加玩偶飘浮的最大高度
D．若将可变电阻的电阻值调大，可减小玩偶飘浮的最大高度
答案：CD
解析：当电磁铁上端为N极时，可使玩偶飘浮起来，由安培定则可知，a端应是电源的正极，A、B错误；若增加环绕软铁的线圈匝数，电磁铁磁性增强，可增加玩偶飘浮的最大高度，C正确；若将可变电阻的阻值调大，线圈中电流减小，磁性减弱，玩偶飘浮的最大高度减小，D正确。故选CD。
9.一等腰直角三棱柱如图所示，其中底面abcd为正方形，边长为L，它们按图示位置放置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，下列说法正确的是( )
A．通过abcd平面的磁通量大小为L2·B
B．通过dcfe平面的磁通量大小为L2·B
C．通过abfe平面的磁通量大小为零
D．通过整个三棱柱的磁通量为零
答案：BCD
解析：abcd平面在垂直于B方向的投影S⊥＝L2，所以Φ＝BS⊥＝L2B，A错误；dcfe平面与B垂直，S＝L2，所以Φ＝L2B，B正确；abfe平面与B平行，S⊥＝0，Φ＝0，C正确；整个三棱柱穿进的磁感线和穿出的磁感线条数相等，抵消为零，所以Φ＝0，D正确。故选BCD。
10.如图所示科考队在某一磁矿区域，发现原来指向正北的指南针的N极逆时针转过30°，设该位置地磁场磁感应强度水平分量为B，则磁矿所产生的磁感应强度水平分量可能为( )
A． B．
C．B D．
答案：BCD
解析：磁场是客观存在的特殊物质形态，我们感觉不到，但可通过小磁针来体现，小磁针N极的受力方向即为磁场方向，如右图所示，磁矿所产生的磁场使原来指向正北的N极逆时针转过30°，根据三角形定则可知：磁矿所产生的磁感应强度水平分量最小时方向与图中虚线垂直，则大小为Bsin 30°＝B，则磁矿所产生的磁感应强度水平分量可能的值要不小于最小值。故选BCD。
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(7分)某同学在“研究电磁感应现象”的实验中，如图所示，首先按图甲接线，用来查明电流表指针的偏转方向与电流方向的关系，然后再依次按图乙将电流表与A线圈连成一个闭合回路，按图丙将电流表与导体棒ab连成闭合回路。在图甲中，当闭合S时，观察到电流表指针向左偏(不通电时指针停在正中央)，则：
(1)在图乙中，磁体N极插入线圈A过程中电流表的指针将________偏转。
(2)在图丙中，导体棒ab向左移动过程中，电流表的指针将________偏转；导体棒ab向上移动过程中，电流表的指针将________偏转(选填“向左”“向右”或“不发生”)。
答案：(1)向左 (2)向右 不发生
解析：(1)当闭合S时，观察到电流表指针向左偏，说明电流从负接线柱流入时，电流表指针向左偏。磁体N极插入线圈A过程中，线圈A中磁通量向下增大，根据楞次定律可知感应电流将从电流表负接线柱流入，则此时电流表的指针将向左偏转。
(2)在图丙中，导体棒ab向左移动过程中，根据右手定则可知感应电流从电流表正接线柱流入，则此时电流表的指针将向右偏转。
导体棒ab向上移动过程中，不切割磁感线，感应电流为零，电流表的指针将不发生偏转。
12．(10分)国际宇航联合会将2020年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一，在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为Δt。已知电磁波在月壤层中传播的波长为λ，求该月壤层的厚度d。
答案：Δt
解析：电磁波在月壤层中的传播速度满足v＝λf
根据题意可知2d＝v·Δt
解得月壤层厚度为d＝Δt。
13．(12分)太阳光垂直射到地面上，地面上1 m2接收的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%。
(1)假如认为可见光的波长约为0.55 μm，日地间距离R＝1.5×1011 m。普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数。
(2)若已知地球的半径为6.4×106 m，估算地球接收的太阳光的总功率。
答案：(1)4.9×1044 个 (2)1.8×1014 kW
解析：(1)设地面上垂直太阳光每平方米面积上每秒接收的可见光光子数为n，
则有P×45%＝nh，解得
n＝＝个＝1.75×1021个，
则所求可见光光子数
N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2个≈4.9×1044个。
(2)地球接收太阳光的总功率
P地＝Pπr2＝1.4×3.14×(6.4×106)2 kW≈1.8×1014 kW。
14.(12分)如图所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为10 cm。现于纸面内先后放上a、b两个圆形单匝线圈，圆心均在O处，a线圈半径为10 cm，b线圈半径为15 cm，问：
(1)在B减为0.4 T的过程中，a和b中磁通量分别改变多少？
(2)磁感应强度B大小不变，方向绕直径转过30°过程中，a线圈中磁通量改变多少？
(3)磁感应强度B大小、方向均不变，a线圈绕直径转过180°过程中，a线圈中磁通量改变多少？
答案：(1)1.256×10－2 Wb 1.256×10－2 Wb
(2)3.4×10－3 Wb (3)5.0×10－2 Wb
解析：(1)a线圈面积正好与圆形磁场区域重合，Φ1＝Bπr2，Φ2＝B1πr2
ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|(B1－B)πr2|＝1.256×10－2 Wb
b线圈面积大于圆形磁场面积，即线圈的一部分面积在磁场区域外，有磁感线穿过的面积与a线圈相同，故磁通量的变化量与a线圈相同。
(2)磁场转过30°，a线圈在垂直磁场方向的投影面积为πr2cos 30°，
则Φ＝Bπr2cos 30°
ΔΦ′＝|Φ－Φ1|＝Bπr2(1－cos 30°)≈3.4×10－3 Wb。
(3)以a线圈正对读者的一面为观察对象，初状态磁感线从该面穿入，线圈转180°后，磁感线从该面穿出，故ΔΦ″＝BS－(－BS)＝2BS＝5.0×10－2 Wb。
15．(13分)如图所示，磁感应强度大小为B的匀强磁场仅存在于坐标系第一象限边长为2L的正方形范围内，左右各一半面积的范围内，磁场方向相反。有一个边长为L的正方形导线框abcd，开始与直角坐标系共面。
(1)若导线框ab边与y轴重合，以ab为轴cd边向外匀速转动，试问导线框转动120°时，此时穿过导线框磁通量。
(2)若导线框以垂直磁感线方向以速度v匀速通过磁场，从ab边进入磁场算起，规定刚开始时磁通量为正值，试推导线框的磁通量随坐标变化的函数关系式，并画出穿过线框的磁通量随横坐标的变化图像。
答案：(1)BL2 (2)见解析
解析：(1)导线框转动120°时，与磁场方向夹角为60°，则磁通量Φ＝BL2cos 60°＝BL2。
(2)从ab边进入磁场算起，0－L过程线框在左侧磁场，有Φ1＝BLx
L－2L过程，ab边进入右侧磁场，cd边在左侧磁场，
则有Φ2＝－BL(x－L)＋BL(2L－x)，即Φ2＝3BL2－2BLx
2L－3L过程，线框在右侧磁场，
有Φ3＝－BL(3L－x)＝BLx－3BL2
作出磁通量随横坐标的变化图像如图。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共13张PPT)
第十三章 电磁感应与电磁波初步
章末整合 素养提升
●知识网络构建
●高考真题专练
热点专练1 能级
1．(2021·浙江高考真题)大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接收的微波功率达到250 W/m2时会引起神经混乱，达到1 000 W/m2时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器，其发射功率P＝3×107 W。若发射的微波可视为球面波，则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离约为( )
A．100 m 25 m B．100 m 50 m
C．200 m 100 m D．200 m 50 m
答案：B
热点专练2 电磁波
2．(多选)(2021·福建统考高考真题)以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10 909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是( )
A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波
B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波
C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现
D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
答案：BD
解析：由题知，“奋斗者”号与“探索一号”通信是通过水声通信，故信息载体属于纵波，故A错误；由题知，“奋斗者”号与“沧海”号通信是通过无线蓝绿光通信，故信息载体属于横波，故B正确；因为太空中没有介质，故机械波无法传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁通信来实现，故C错误；传递信息的过程也是传递能量的过程，故“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程，故D正确。故选BD。
热点专练3 氢原子能级跃迁
3．(多选)(2022·天津高考真题)不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是( )
A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显
C．若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高
D．若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大
答案：BD
4．(2021·北京高考真题)北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽(从远红外到X光波段，波长范围约为10－5 m～10－11 m，对应能量范围约为10－1 eV～ 105 eV)、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为 109 eV，回旋一圈辐射的总能量约为104 eV。下列说法正确的是( )
A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样
B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离
C．蛋白质分子的线度约为10－8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样
D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小
答案：D
解析：同步辐射是在磁场中做圆周运动时自发辐射光能的过程，氢原子发光是先吸收能量到高能级，在回到基态时辐射光，两者的机理不同，故A错误；用同步辐射光照射氢原子，总能量约为104 eV大于电离能13.6 eV，则氢原子可以电离，故B错误；同步辐射光的波长范围约为10－5 m～10－11 m，与蛋白质分子的线度10－8 m差不多，故能发生明显的衍射，故C错误；以接近光速运动的单个电子能量约为109 eV，回旋一圈辐射的总能量约为104 eV，则电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确。故选D。
