第三章 章末综合检测(三)　电磁场与电磁波初步 能源与可持续发展

章末综合检测(三)　电磁场与电磁波初步
能源与可持续发展
(本试卷满分：100分)
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意)
1．如图所示是条形磁铁的磁感线分布图，下列说法正确的是(　 )
A．左端为条形磁铁的N极
B．c处没有磁感线，所以磁感应强度为零
C．a处的磁感应强度大于b处的磁感应强度
D．磁感线起始于条形磁铁的N极，终止于条形磁铁的S极
2．如图所示，小磁针正上方的直导线与小磁针平行，当导线中通有图示电流时，小磁针会发生偏转。首先观察到这个实验现象的物理学家和观察到的现象是(　 )
A．麦克斯韦，小磁针的N极垂直纸面向里转动
B．开普勒，小磁针的S极垂直纸面向里转动
C．牛顿，小磁针静止不动
D．奥斯特，小磁针的N极垂直纸面向里转动
3．如图所示是法拉第发现电磁感应现象的装置示意图，软铁环上绕有M、N两个线圈，匝数比为2∶3，线圈M与直流电源、开关S1相连，线圈N与电阻R、开关S2相连。忽略一切损耗，将S1、S2闭合稳定后，下列说法正确的是(　 )
A．M、N线圈两端电压之比为3∶2
B．M、N线圈两端电压之比为2∶3
C．R中电流由a→b
D．R中电流为0
4．下列关于电磁波的说法错误的是(　 )
A．红外线和紫外线都属于电磁波，红外线的频率比紫外线的频率大
B．变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场
C．紫外线可以用来灭菌消毒，无线电波广泛应用于通信和广播
D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在
5．光子的能量与其(　 )
A．波长成正比 B．速度成正比
C．周期成正比 D．频率成正比
6．如图，虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为2 T，虚线框的长为3 m，宽为2 m。开有一小口的长为1 m、宽为0.5 m的矩形线框由位置1以2 m/s的速度匀速穿过虚线框运动到位置2。已知矩形线框的总电阻为1 Ω，则矩形线框在此运动过程中产生的热量为(　 )
A．3.5 J B．0.5 J
C．1 J D．0
7.如图所示，四根平行直导线M、N、P、Q的截面对称分布在同一圆周上，截面的连线互相垂直，O为圆心。P、Q中没有电流，M、N中通有图示方向相反、大小均为I的电流时，O点的磁感应强度大小为B；现在P、Q中通入大小也为I的电流时，O点的磁感应强度大小仍为B。则(　 )
A．P、Q中的电流方向相反
B．O点的磁场方向由M指向N
C．若切断P或Q中的电流，O点磁感应强度大小均为B
D．若切断M、Q或N、Q中的电流后，O点磁感应强度方向相反
8．我国在量子计算领域取得了重大成果，量子计算机“九章”处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。下列关于能量子的说法中正确的是(　 )
A．能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的
B．能量子表示微观世界的不连续性观念
C．电磁波波长越长，其能量子的能量越大
D．能量子是类似于质子、中子的微观粒子
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．无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车，国内外各大企业正在紧密布局发展之中。其核心设备是各种车载传感器，如图像传感器(可见光和红外摄像头)、超声波雷达、激光雷达以及毫米波雷达。关于各种光和波的说法正确的是(　 )
A．超声波和毫米波一样都能在真空中传播
B．红外线的频率比可见光的小
C．真空中激光的传播速度比毫米波的大
D．激光和毫米波是本质相同的波
10．如图(a)和图(b)所示带负电的橡胶圆环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，对圆环左侧轴上的小磁针转动情况分析正确的是(　 )
A．图(a)中的小磁针N极沿轴向左
B．图(a)中的小磁针N极沿轴向右
C．图(b)中的小磁针N极沿轴向左
D．图(b)中的小磁针N极沿轴向右
11.同一平面内固定有三根相同的彼此绝缘直导线a、b、c，通有大小相等、方向如图所示的恒定电流，O为平面内的一点，到三根导线的距离均为r，测得O点的磁感应强度大小为B。则(　 )
A．O点的磁场方向垂直平面向里
B．O点的磁场方向垂直平面向外
C．拆去导线a，O点的磁感应强度为2B
D．拆去导线b，O点的磁感应强度为0
12．如图所示，当导体棒MN以速度v0开始向右沿导轨滑动的瞬间(导轨间有磁场，方向垂直纸面向里)，下列说法正确的是(　 )
A．导体棒和导轨组成的闭合回路中有感应电流
B．导体棒和导轨组成的闭合回路中没有感应电流
C．圆形金属环B中有感应电流
D．圆形金属环B中没有感应电流
三、非选择题(本题共5小题，共60分)
13.(6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？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(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________(填“有”或“无”)感应电流产生，当开关闭合或断开瞬间，a线圈中________(填“有”或“无”)感应电流产生。
14.(8分)探究产生感应电流条件的实验步骤如图所示。
(1)本实验中，我们通过观察______________________________来判断电路中是否有感应电流。
(2)通过比较图甲和图丙可知，产生感应电流的一个条件是电路要________。通过比较图________可知，产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动。
(3)若图甲中AB棒不动，磁体左右水平运动，电路中________(选填“有”或“无”)感应电流。
15.(12分)如图所示，将一根长为L＝0.5 m的直导线垂直于磁感线方向放入水平匀强磁场中，当导线通过2 A的电流时，导线受到的磁场力为1.0×10－4 N。
(1)求匀强磁场的磁感应强度B的大小。
(2)若该导线中通以3 A的电流，试求此时导线所受磁场力的大小。
16.(14分)一盏灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长为6.0×10－7 m。求：在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)
17.(20分)一面积S＝0.02 m2的矩形导线框abcd水平放置于匀强磁场中，如甲图中位置Ⅰ，磁场方向竖直向下，磁感应强度大小为B＝2 T。
(1)在甲图中的位置 Ⅰ 时，求穿过线框abcd的磁通量；
(2)在甲图中，以bc边为转轴将该线框转过60°至位置Ⅱ的过程中，求穿过线框abcd的磁通量变化量；
(3)现将线框沿中线折成如图乙所示的V形面，开口竖直向上，a、b、c、d在同一水平面内，并将磁场方向改为水平向右，且与ad、bc边垂直。求穿过V形面的磁通量。
章末综合检测(三)
1．选C　在条形磁铁的外部，磁感线起始于条形磁铁的N极，终止于条形磁铁的S极，在条形磁铁的内部，磁感线起始于条形磁铁的S极，终止于条形磁铁的N极，所以左端为条形磁铁的S极，故A、D错误；c处的磁感线只是没有画出，并不是没有磁感线，所以该处磁感应强度不为零，故B错误；因为磁感线越密集的地方，磁感应强度越大，则a处的磁感应强度大于b处的磁感应强度，故C正确。
2．选D　图中是奥斯特发现电流的磁效应的实验装置，由右手螺旋定则可知导线在下方的磁场垂直纸面向里，小磁针的N极垂直纸面向里转动，故D正确，A、B、C错误。
3．选D　根据题意可知，线圈M与直流电源相连，将S1、S2闭合稳定后，线圈M产生恒定的磁场，穿过线圈N的磁通量不变，则线圈N中无感应电动势，无感应电流，故选D。
4．选A　红外线和紫外线都属于电磁波，红外线的频率比紫外线的频率小，故A错误；变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，故B正确；紫外线可以用来灭菌消毒，无线电波广泛应用于通信和广播，故C正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故D正确。本题选错误的，故选A。
5．选D　根据W＝hν＝可知，光子的能量与频率成正比，与波长成反比，故选D。
6．选D　感应电流的产生条件为：形成闭合回路和磁通量发生变化。矩形线框在进入磁场和离开磁场的过程中虽然磁通量发生了变化，但没有形成闭合回路，所以不会产生感应电流，因此产生的热量为0，故A、B、C错误，D正确。
7．选C　由题知，在P、Q中通入大小也为I的电流时，O点的磁感应强度大小仍为B，说明P、Q在O点产生的磁场大小相等，方向相反，互相抵消，根据安培定则可知，P、Q中的电流方向相同，故A错误；由题知，O点的磁场仅由M、N中电流产生的磁场决定，根据安培定则可知，O点的磁场方向由P指向Q，故B错误；设在M或N中通有大小为I的电流时在O点产生的磁感应强度为B0，根据磁场的叠加原理可得2B0＝B，解得B0＝。当切断P中的电流时，Q在O点产生的磁场大小为B0＝，方向沿水平向左或向右，根据磁场的叠加原理可得O点磁感应强度大小为B′＝ ＝B，同理若切断Q中的电流时，P在O点产生的磁场大小为B0＝，方向沿水平向左或向右，根据磁场的叠加原理可得O点磁感应强度大小为B″＝＝B，故C正确；因M、N中的电流在O点产生的磁感应强度方向相同，故切断M、Q或N、Q中的电流后，O点磁感应强度方向相同，故D错误。
8．选B　能量子假设是由普朗克最早提出来的，故A错误；能量子表示微观世界的不连续性观念，故B正确；电磁波波长越长，频率越小，其能量子的能量越小，故C错误；能量子是不可再分的最小能量值，不是指类似于质子、中子的微观粒子，故D错误。
9．选BD　毫米波可以在真空中传播，而超声波不能在真空中传播，故A错误；红外线的频率比可见光的小，故B正确；真空中激光的传播速度与毫米波的速度相等，故C错误；激光和毫米波都是电磁波，故D正确。
10．选AD　带负电的橡胶圆环转动时，相当于一个环形电流，其电流方向与转动方向相反。图(a)在其轴线上的磁场方向向左，故图(a)中的小磁针N极沿轴向左；图(b)在其轴线上的磁场方向向右，故图(b)中的小磁针N极沿轴向右。A、D正确。
11．选BCD　O点到三根导线的距离均为r，且三根导线中的电流大小相等，可知三根导线在O点产生的磁感应强度大小相等，设为B0，根据安培定则可知直导线a在O点产生的磁感应强度方向垂直平面向里，直导线b在O点产生的磁感应强度方向垂直平面向外，直导线c在O点产生的磁感应强度方向垂直平面向外，可知叠加后O点的磁场方向垂直平面向外，且有B0＝B，故B正确，A错误；拆去导线a，剩下直导线b、c在O点产生的磁感应强度方向相同，则O点的磁感应强度为B′＝2B0＝2B，故C正确；拆去导线b，剩下直导线a、c在O点产生的磁感应强度方向相反，大小相等，故O点的磁感应强度为0，故D正确。
12．选AC　当导体棒MN以速度v0开始向右沿导轨滑动的瞬间，切割磁感线产生感应电流，导体棒和导轨组成的闭合回路中有感应电流，故A正确，B错误；通过螺线圈管A的电流从无到有，螺线圈管A产生的磁场从无到有，穿过金属环B的磁通量从无到有，所以B中产生感应电流，故C正确，D错误。
13．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
14．解析：(1)实验时，通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来判断电路中是否产生感应电流。
(2)题图甲所示电路是闭合电路，灵敏电流计的指针发生偏转，说明电路中产生了感应电流；题图丙所示电路是断开的，灵敏电流计的指针没有偏转，说明电路中没有产生感应电流；由此可知，产生感应电流的一个条件是电路要闭合。要得出产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动，这就要求两次实验中：一次使导体在磁场中做切割磁感线运动，另一次使导体在磁场中不做切割磁感线运动，由此可以确定要选用题图甲和乙。
(3)在题图甲中，电路是闭合的，若AB棒不动，磁体运动，利用运动和静止的相对性可以确定，AB棒也做切割磁感线运动，具备了感应电流产生的两个条件，所以电路中有电流产生。
答案：(1)灵敏电流计的指针是否偏转　(2)闭合　甲和乙　(3)有
15．解析：(1)直导线垂直于磁感线方向放入水平匀强磁场中，由B＝，代入数据得：
B＝＝＝1.0×10－4 T
故磁场的磁感应强度为1.0×10－4 T。
(2)由B＝可知在磁感应强度和导线长度一定时，磁场力与电流成正比，即＝
代入数据得：F2＝1.5×10－4 N。
答案：(1)1.0×10－4 T　(2)1.5×10－4 N
16．解析：设离灯10 m远处每平方米面积上灯每秒照射的能量为E0，则有E0＝；
设穿过的光子数为n，则有：nh＝E0；
解得：n＝，代入数据，得：n≈2.4×1017个。
答案：2.4×1017个
17．解析：(1)初始位置穿过线框的磁通量为Φ＝BS
解得Φ＝0.04 Wb。
(2)在位置Ⅱ时，线框平面在垂直磁场方向的投影面积
S′＝Scos60°
磁通量为Φ′＝BS′，解得：Φ′＝0.02 Wb
此过程中穿过线框的磁通量变化量为
ΔΦ＝＝0.02 Wb。
(3)磁场方向水平向右，穿过V形面两个面的磁通量符号相反，总磁通量为0。
答案：(1)0.04 Wb　(2)0.02 Wb　(3)0
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