阶段综合评价（五） 电磁现象与电磁波
(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，只有一项是符合题目要求的)
1.指南针是我国古代的四大发明之一。当指南针静止时，其N极指向如图中虚线(南北向)所示，若某一条件下该指南针静止时N极指向如图实线(N极指向北偏东)所示。则以下判断正确的是( )
A．可能在指南针上面有一导线东西放置，通有由东向西的电流
B．可能在指南针上面有一导线东西放置，通有由西向东的电流
C．可能在指南针上面有一导线南北放置，通有由北向南的电流
D．可能在指南针上面有一导线南北放置，通有由南向北的电流
解析：选C 若指南针静止时N极指向北偏东方向，则有一指向东的磁场，由安培定则知，可能在指南针上面有一导线南北放置，通有由北向南的电流，故C正确。
2．已知某单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为( )
A．h B.
C. D．以上均不正确
解析：选A 由光速、波长的关系可得出光的频率ν＝，能量子ε＝hν＝h，故A正确。
3．如图表示磁场的磁感线，依图分析磁场中a点的磁感应强度与b点的磁感应强度相同的是( )
解析：选D 磁感线的疏密可表示磁感应强度的大小，而匀强磁场中各处磁场均相同，从题图中可以知道，只有D选项中，a、b两点处磁感线的疏密相同。
4．如图所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直，如要在线圈中产生感应电流，可行的做法是( )
A．AB中电流I逐渐增大
B．AB中电流I先增大后减小
C．AB正对OO′，逐渐靠近线圈
D．线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)
解析：选D 由于通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直，AB中无论电流如何变化，或AB正对OO′靠近线圈或远离线圈，线圈中磁通量均为零，不能在线圈中产生感应电流，选项A、B、C错误；线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)，穿过闭合线圈的磁通量变化，线圈中产生感应电流，选项D正确。
5．下列说法正确的是( )
A．图甲中“3 000 F 2.7 V”的超级电容器最多可以储存8.1 C的电荷量
B．图乙中小磁针放在超导环形电流中间，静止时小磁针的指向如图中所示
C．图丙中直导线悬挂在磁铁的两极间，通以如图所示的电流时会受到磁场力
D．图丁中金属矩形线框从匀强磁场中的a位置水平移到b位置，框内会产生感应电流
解析：选C 图甲中电容器存储的电荷量Q＝CU＝8 100 C，A错误；根据安培定则可知，图乙中小磁针的方向应该是N极指向纸面外，B错误；图丙中电流方向与磁场方向垂直，导线会受到磁场力，C正确；图丁中金属矩形线框从a位置水平移到b位置，框内磁通量不发生变化，没有感应电流，D错误。
6．如图所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中圆心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面。若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为( )
A．πBR2 B．πBr2
C．nπBR2 D．nπBr2
解析：选B 磁通量与线圈的匝数无关，故一匝线圈与多匝线圈在同一磁场中磁通量相同，且磁感线穿过的有效面积为πr2，而并非πR2，所以穿过线圈的磁通量为πBr2，故B正确。
7.某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是( )
A．未接导线时，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势
B．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到磁场力的作用
C．接上导线后，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势
D．接上导线后，表针晃动减弱是因为表内线圈受到磁场力的作用
解析：选D 未接导线时，表针晃动过程中导线切割磁感线，表内线圈会产生感应电动势，选项A错误；未接导线时，未连成闭合回路，没有感应电流，所以不受磁场力，选项B错误；接上导线后，表针晃动过程中表内线圈产生感应电动势，线圈中会产生感应电流，表针晃动减弱是因为表内线圈受到磁场力的作用，选项C错误，D正确。
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，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)
8．下列说法正确的是( )
A．磁场中某点的磁感应强度可以这样测定：把一小段通电导线放在该点时，受到的磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I的乘积的比值B＝，即磁场中某点的磁感应强度
B．通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零
C．磁感应强度B＝只是定义式，它的大小取决于场源及磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关
D．磁场是客观存在的物质
解析：选CD A选项考查的是磁感应强度的定义，只有当通电导线与磁场方向垂直时才有B＝，A错误；B选项中，当通电导线与磁场平行时，不受磁场力，此时，磁感应强度不一定为零，B错误；C选项中，B＝是定义式，磁场强弱取决于场源及磁场中的位置，C正确；磁场与电场一样，都是客观存在的物质，D正确。
9．下列说法中正确的是( )
A．电荷在某处不受静电力的作用，则该处的电场强度为零
B．一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度一定为零
C．把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的静电力与试探电荷电荷量的比值表示该点电场的强弱
D．把一小段通电导线放在磁场中某处，它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流乘积的比值表示该处磁场的强弱
解析：选AC 把电荷放入某处，如果电荷没有受到静电力的作用，则该处不存在电场或该处的电场强度为零，故A正确；把通电直导线放入某处，如果放置的方向不合适，即使有磁场存在，通电直导线也可能不受磁场力的作用，故B错误；由电场强度的定义式E＝知，电场强度等于试探电荷受到的静电力F与所带电荷量q的比值，故C正确；磁感应强度的定义式B＝的成立是有条件的，即通电直导线要与磁场方向垂直，否则不成立，故D错误。
10.如图所示，水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线，以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系。四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置，两直导线中的电流大小与变化情况完全相同，电流方向如图中所示，当两直导线中的电流都增大时，四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是( )
A．线圈a中无感应电流
B．线圈b中有感应电流
C．线圈c中有感应电流
D．线圈d中无感应电流
解析：选CD 根据安培定则可判断出电流产生的磁场方向如图所示，线圈a中的磁场方向均垂直于纸面向里，线圈c中的磁场方向均垂直于纸面向外，线圈b、d中的合磁通量始终为零，故增大两直导线中的电流时，线圈a、c中的磁通量发生变化，有感应电流产生，而线圈b、d中无感应电流产生。C、D正确，A、B错误。
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(7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)你还能再指出一个物理学中的其他对称性或对称实例吗？
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(2)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。
解析：(1)电荷的正与负、吸引与排斥、加速度相等的匀加速和匀减速运动、正电子和负电子、作用力与反作用力等。
(2)处于闭合状态时，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。
答案：(1)见解析 (2)无 有
12．(9分)矩形线框abcd的两边长分别为l1、l2，可绕它的一条对称轴OO′转动，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与OO′垂直，如图所示，初位置时线框平面与磁场方向平行。求：
(1)初位置时穿过线框的磁通量Φ0为多少；
(2)当线框绕轴OO′沿图示方向转过60°时，磁通量Φ为多少，这一过程中磁通量的变化量ΔΦ为多少。
解析：(1)线框在初始位置时，线框平面与磁场方向平行，有效面积为零，则Φ0＝0。
(2)当线框绕轴OO′沿图示方向转过60°时，线框与B的夹角为60°，则Φ＝B·Ssin 60°＝BS＝Bl1l2，ΔΦ＝Φ－Φ0＝Bl1l2。
答案：(1)0 (2)Bl1l2 Bl1l2
13.(10分)如图所示，在边长为2l的正方形区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，有一边长为l的正方形导线框沿垂直磁场的方向以速度v匀速通过磁场区域，从ab边刚进入磁场开始计时。
(1)指出哪些时间段内有感应电流产生；
(2)画出磁通量随时间变化的图像。
解析：(1)线框进入磁场的过程，在0～时间段内有感应电流产生，线框离开磁场过程，在～时间段内有感应电流产生。
(2)磁通量随时间变化的图像如图所示。
答案：见解析
14.(12分)已知某地地面处的地磁场水平分量约为3×10－5 T，该地某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验。他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管附近的轴线上，如图所示。小磁针静止时N极指向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60°角的方向。请在图上标明螺线管导线的绕向，并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度大小。(保留一位有效数字)
解析：接通电源后，小磁针N极指向是地磁场和螺线管磁场的合磁场的方向，由此可判定螺线管的磁场在小磁针处方向水平向右，由安培定则判断螺线管导线绕向如答案图所示。
由题意知地磁场水平分量By＝3×10－5 T，设通电螺线管产生的磁场为Bx。由图知＝tan 60°得Bx＝3×10－5× T≈5×10－5 T。
答案： 5×10－5 T
15.(16分)匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，矩形线圈abcd的面积S＝0.5 m2，共10匝，开始B与线圈所在平面垂直且线圈有一半在磁场中，如图所示。规定图示穿过线圈的磁通量为正，求：
(1)当线圈绕ab边转过60°时，线圈的磁通量以及此过程中磁通量的变化量为多少；
(2)当线圈绕dc边转过60°时，求线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的变化量。
解析：(1)当线圈绕ab边转过60°时，此时线圈正好全部处在磁场中，Φ＝BS⊥＝BScos 60°＝0.8×0.5× Wb＝0.2 Wb，在此过程中S⊥没变，穿过线圈的磁感线条数没变，故磁通量变化量ΔΦ＝0。
(2)当线圈绕dc边转过60°时，Φ＝BS⊥，此时没有磁场穿过线圈，所以Φ＝0；在图示位置Φ1＝B·＝0.2 Wb，转动后Φ2＝0，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝0.2 Wb，故磁通量变化量为0.2 Wb。
答案：(1)0.2 Wb 0 (2)0 0.2 Wb
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二、迁移交汇辨析清
(一)电场线与磁感线的比较
1．相似之处
(1)电场线和磁感线都是为了形象地描述场而引入的假想的曲线，实际上并不存在。
(2)电场线和磁感线都是用来描述场的强弱和方向的，电场线和磁感线切线方向分别表示了电场和磁场的方向。
(3)电场线和磁感线都不能相交。因为如果相交，在相交点就会出现两个切线方向，与电场和磁场中某一确定点的场的方向是唯一的相矛盾。
2．电场线和磁感线的显著区别
电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷，是非闭合的曲线，而磁感线是闭合的曲线。
[典例1] [多选]关于电场线和磁感线的概念，以下说法正确的是 ( )
A．电场线和磁感线都是不闭合的曲线
B．沿着磁感线的方向，磁场越来越弱
C．任意两条电场线或磁感线都不能相交
D．电场线和磁感线的疏密都表示场的强弱
解析：电场线和磁感线都是为了形象描述场而引入的模型，由于曲线的切线方向表示场的方向，所以不可能相交，其疏密都反映场的强弱，所以B错误，C、D正确；电场线不闭合，而磁感线是闭合的，在条形磁铁外部，磁感线由N极到S极；在条形磁铁内部由S极到N极，故A错误。
答案：CD
(二)安培定则的应用和磁场的叠加
1．安培定则的“因”和“果”
2．磁场的叠加
(1)磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边形定则。
(2)两个电流附近的磁场某处的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的。
磁场 原因(电流方向) 结果(磁场方向)
直线电流的磁场 大拇指 弯曲的四指
环形电流及通电螺线管的磁场 弯曲的四指 大拇指
[典例2] [多选]三条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线组成
一等边三角形，在导线中通过的电流均为I，方向如图所示。a、b和
c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上，且到相应顶点的距离
相等。将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3，下列说法正确的是 ( )
A．B1＝B2B．B1＝B2＝B3
C．a和b处磁场方向垂直于纸面向外，c处磁场方向垂直于纸面向里
D．a处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里
解析：a、b、c三处的磁感应强度是三根导线所产生的磁感应强度的叠加。根据安培定则可判断出左右两根导线在a处产生的磁场方向相反，因为距离相等，所以磁感应强度大小相等，所以左右两根导线在a处产生的磁感应强度的矢量和为零，a处的磁感应强度等于下面那根导线在该处产生的磁感应强度，所以a处的磁感应强度方向垂直于纸面向外，同理可知b处的磁感应强度等于右面的导线在该处产生的磁感应强度，所以b处的磁感应强度方向也垂直纸面向外，三根导线在c处产生的磁场方向均垂直于纸面向里，所以合磁感应强度方向垂直于纸面向里，且B1＝B2＜B3，故选项A、C正确，B、D错误。
答案：AC
(三)探究电磁感应现象
[典例3] 为观察电磁感应现象，某同学将电流表、线圈A和B、电池组、滑动变阻器、开关接成如图所示的实验电路。
(1)该同学将线圈B放置在线圈A中，闭合、断开开关时，电流表指针都没有偏转，其原因是________。
A．开关的位置接错
B．电流表的正、负接线柱上导线接反
C．线圈B的两个接线柱上导线接反
D．蓄电池的正、负极接反
(2)电路连接的错误改正后，通过实验得出产生感应电流的条件是________。
解析：(1)该同学将线圈B放置在线圈A中，再闭合、断开开关，磁通量不变，无感应电流，故电流表指针不偏转；应改为开关闭合后，再将线圈B放置在线圈A中；或者将开关接在B线圈所在回路中，故A正确。
(2)通过实验得出产生感应电流的条件是：当闭合电路磁通量发生变化时会产生感应电流。
答案：(1)A (2)闭合电路磁通量发生变化
