人教版（2019） 必修 第三册 第十三章 电磁感应与电磁波初步单元测试（含解析）

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第十三章 电磁感应与电磁波初步
一、单选题
1.下列说法正确的是(　　)
A. 磁感线总是从磁体的N极指向S极
B. 磁场中某点的磁感应强度与电流元所受到的磁场力成正比
C. 电流的磁场是由电荷的运动产生的
D. 温度越低，物体辐射电磁波的强度越大
2.下列不属于磁现象在生产生活中应用的是(　　)
A. 音箱里的扬声器 B. 机场检查的手持安检仪
C. 家庭电路中的电灯开关 D. 郑和下西洋船队使用的罗盘
3.地球可以看作一个天然的大磁体。地磁场对人类的生存和活动都有着重要意义，如利用它为航海、行军导航，利用地磁场的分布特征寻找矿藏等。
地球表面上水平放置的指南针可以“指南”，下列相关解释正确的是__________。
A．地球表面磁场方向由南向北，指南针静止时N极指向北方
B．地球表面磁场方向由南向北，指南针静止时N极指向南方
C．地球表面磁场方向由北向南，指南针静止时S极指向北方
D．地球表面磁场方向由北向南，指南针静止时S极指向南方
4.如图所示，边长为2a的正方形线圈，其内切圆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. 4Ba2 B. πBa2 C. 8aB D. 2πaB
5.如图所示，空间中有一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，纸面内有两个闭合金属线圈M、N，分别为圆形、正三角形，各自中心点均在磁场边界上，不计线圈相互影响，当两个线圈绕过各自中心点、且垂直于纸面的轴旋转时，以下说法正确的是(　　)
A. 仅M中有感应电流 B. 仅N中有感应电流
C. M和N中都有感应电流 D. M和N中都无感应电流
6.亥姆霍兹线圈是一对平行的圆形线圈，且两线圈的绕向、匝数和形状大小都完全相同。当两线圈中通过合适方向的恒定电流时，两线圈之间就会形成匀强磁场。下列与直流电源连接的四种方式中，在两线圈之间产生的磁场方向指示正确的是(　　)
A. B.
C. D.
7.在矩形空间abcd内有水平方向的匀强磁场，矩形的ab边和cd边水平，两边相距为l，高为h(hA. 金属框下落过程中
B. 金属框的AB边在磁场中运动的过程中
C. 从金属框的AB边出磁场到金属框完全离开磁场的过程中
D. 在金属框穿过磁场过程中
8.如图所示，现有两根通电长直导线分别固定在正方体ABCD－A′B′C′D′的两条边BB′和BC上且彼此绝缘，电流方向分别由B流向B′、由B流向C，两通电导线中的电流大小相等，在A点形成的磁场的磁感应强度大小为B。已知通电长直导线在周围空间某位置产生磁场的磁感应强度大小为B＝k，其中k为常数，I为电流大小，r为该位置到长直导线的距离，则A′点的磁感应强度大小为(　　)
A. B B. B C. B D. B
9.现有一段长L＝0.2 m、通有电流I＝2.5 A的直导线，则关于此导线在磁感应强度为B的匀强磁场中所受磁场力F的情况，下列说法正确的是(　　)
A. 如果B＝2 T，则F一定为1 N B. 如果F＝0，则B也一定为零
C. 如果B＝4 T，则F有可能为2 N D. 当F为最大值时，通电导线一定与B平行
10.线圈从磁体上方由位置1经位置2平移到位置3的过程中，(位置2在磁铁中点的正上方)穿过线圈的磁通量(　　)
A. 不变，没有感应电流 B. 先减小后增大，一直有感应电流
C. 先增大后减小，一直有感应电流 D. 在位置2为零，此时没有感应电流
11.已知真空中的电磁波波速是3×108 m/s。在真空中波长是5 m的无线电波，它的频率是(　　)
A. 6×107 Hz B. 1.5×109 Hz C. 8×108 Hz D. 1.7×108 Hz
12.如图甲所示是我国自行开发的中低速磁悬浮列车，图乙是其工作原理示意图，关于磁悬浮列车，下列说法正确的是(　　)
A. 该磁悬浮列车的工作原理是同名磁极相互排斥
B. 车厢线圈的上端为N极
C. 车厢线圈通电后电源上端是正极
D. 车厢满载乘客和空载时受到的磁场力相等
13.如图所示，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零，如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为(　　)
A. 0 B. B0 C. B0 D. 2B0
二、多选题
14.下列说法不正确的是(　　)
A. 我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关
B. 温度太低的物体不会辐射电磁波
C. 麦克斯韦认为电场周围总能产生磁场，磁场周围总能产生电场，并通过实验证实了电磁波的存在
D. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
15.关于电磁波，下列说法正确的是(　　)
A. 电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B. 电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
C. 利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
D. 电磁场产生电磁波，当电磁场消失时，空间中的电磁波随即消失
16.如图所示，某实验把两个线圈绕在一个铁环上，甲线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，乙线圈与开关S、电流表G组成另一个回路。关于该实验下列说法正确的是(　　)
A. 闭合开关S的瞬间，电流表G中有感应电流
B. 闭合开关S的瞬间，电流表G中没有感应电流
C. 闭合开关S，滑动变阻器的滑片向左滑的过程中，电流表G中有感应电流
D. 闭合开关S，滑动变阻器的滑片静止不动，电流表G中有感应电流
17.梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波(　　)
A. 传播方向与电荷的电场的方向垂直 B. 不能在真空中传播
C. 只能沿着梳子摇动的方向传播 D. 在空气中的传播速度约为3×108 m/s
18.下列说法中正确的是(　　)
A. 磁体在空间能产生磁场，磁场使磁体间不必接触便能相互作用
B. 在磁场中的某一点，小磁针仅在磁场力作用下静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向
C. 当两个磁体的同名磁极相互靠近时，两条磁感线有可能相交
D. 磁体周围的磁感线都是闭合的曲线
19.下列说法正确的是(　　)
A. 微观粒子的能量变化是跳跃式的 B. 能量子与电磁波的频率成正比
C. 红光的能量子比绿光大 D. 电磁波波长越长，其能量子越大
20.如图所示，在“口”字形闭合铁芯上绕有一组线圈，线圈与滑动变阻器、电池、开关构成闭合电路，a、b、c、d四个闭合金属圆环套在铁芯上。假定线圈产生的磁感线全部集中在铁芯内，当滑动变阻器的滑片左右滑动时，能产生感应电流的圆环是(　　)
A. a环 B. b环 C. c环 D. d环
三、填空题
21.某同学受奥斯特和安培实验的启发，产生了“探究通电长直导线周围磁场”的兴趣。探究过程如下：
(1)如图甲所示，让竖直的通电长直导线垂直穿过一张硬纸板，以导线为中心在纸板上任意作直线ab、cd，在直线上不同位置放上能够自由转动的小磁针。发现当小磁针静止时，直线上关于导线对称的两处小磁针N极指向______(选填“相同”或“相反”)。改变电流大小，小磁针指向将______(选填“变化”或“不变”)；
(2)请在图乙中画出通电长直导线周围的磁感线平面分布图。(要求：画出三条磁感线)
22.据测量，地球表面某处地磁场的磁感应强度水平分量为3.0×10－5 T。
(1)1 T＝1__________(用国际单位制基本单位表示)；
(2)若该处有半径为10 cm并绕制了100匝的闭合线圈竖直放置，如图甲，则穿过该线圈平面的磁通量为________ Wb(保留2位有效数字)，当该线圈绕其竖直直径转动时，线圈内________感应电流(选填“有”或“无”)；
(3)某校物理兴趣小组估测磁体附近磁感应强度。他们将一小磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上。如图乙所示，开关断开，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。闭合开关后，发现小磁针N极的指向与y轴正方向的夹角为45°。
①请在图上标明螺线管上导线的绕向；
②该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度的大小为__________。
四、实验题
23.在“探究感应电流的产生”的实验中，小明的四次实验情况分别如图甲、乙、丙、丁所示。
(1)有同学说：“只要闭合电路中的一部分导体在磁场中运动，就会产生感应电流。”你认为他的说法对吗？________，图________可支持你的结论。
(2)探究感应电流的方向跟磁场方向和导体运动方向之间的关系。
A．根据图甲和图乙的实验现象可以得出结论：
___________________________________________________________。
B．根据图乙和图丁的实验现象可以得出结论：
____________________________________________________________。
24.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。
五、计算题
25.如图所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝0.8 T。矩形线框面积S＝0.5 m2，匝数n＝20，线框在匀强磁场中，且所在平面与磁场方向垂直，求：
(1)当线框从图示位置绕OO′转过60°角时，穿过线框的磁通量大小；
(2)当线框从图示位置绕OO′转过90°角时，穿过线框的磁通量大小及此过程的磁通量的变化量大小；
(3)若线框从图示位置绕OO′转过120°角，穿过线框的磁通量的变化量大小。
26.在磁感应强度处处相等的磁场中放一与磁场方向垂直的通电直导线，通入的电流是2.5 A，导线长10 cm，它受到的磁场力为5×10－2 N。问：
(1)这个磁场的磁感应强度是多大？
(2)如果把通电导线中的电流增大到5 A时，该磁场的磁感应强度是多大？
27.如图所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为r。现于纸面内先后放上圆形线圈A、B、C，圆心均处于O处，线圈A的半径为r，匝数为10匝；线圈B的半径为2r，匝数为1匝；线圈C的半径为，匝数为1匝。
(1)在磁感应强度B减为的过程中，线圈A和线圈B中的磁通量变化了多少？
(2)在磁场转过90°角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？转过180°角呢？
28.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)
(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。
第十三章 电磁感应与电磁波初步
答案与解析
1.【答案】C
【解析】在磁体外部磁感线总是从N极指向S极，在磁体内部磁感线总是从S极指向N极，故A错误；磁场中某点的磁感应强度是由磁场本身性质决定的，与电流元所受到的磁场力无关，故B错误；由安培分子电流假说可知，电流的磁场是由电荷的运动产生的，故C正确；一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射强度越大，故D错误。
2.【答案】C
【解析】音箱里的扬声器是利用电流在磁场中受力工作的，机场检查的手持安检仪是利用电磁感应工作的，都属于磁现象的应用，故A、B不符合题意；家庭电路中的电灯开关属于控制开关，与磁现象无关，故C符合题意；罗盘是利用地磁场工作的，属于磁现象的应用，故D不符合题意。
3.【答案】A
【解析】地磁场北极在地理南极附近，地球表面磁场方向由南向北，指南针静止时N极指向北方，S极指向南方。故选A。
4.【答案】B
【解析】穿过线圈的磁通量为Φ＝BS＝Bπa2，故选B。
5.【答案】B
【解析】M中磁通量不变化，故M中无感应电流，N中的磁通量变化，故N中有感应电流，故选B。
6.【答案】A
【解析】A项图中两线圈中的电流方向相同，从右向左看电流为顺时针方向，由右手螺旋定则可知，产生的磁场方向均向左，选项A正确；B项图中两线圈中的电流方向相同，从右向左看电流为逆时针方向，由右手螺旋定则可知，产生的磁场方向均向右，选项B错误；C、D项图中两线圈中的电流方向相反，由右手螺旋定则可知，产生的磁场方向相反，选项C、D错误。
7.【答案】C
【解析】金属框下落过程中若在磁场外，金属框中没有感应电流，故A错误；由于h8.【答案】C
【解析】设正方体棱长为l，通电导线中的电流大小为I，两条边BB′和BC上通电导线在A点产生的磁感应强度大小均为B0＝k
方向分别沿AD方向和A′A方向，互相垂直。则A点磁感应强度大小为
B＝＝B0＝k
A′点的磁感应强度大小为
B′＝＝k＝B，C正确。
9.【答案】C
【解析】当导线与磁场方向垂直时，所受磁场力F最大，F＝IlB；当导线与磁场方向平行时，F＝0；当导线与磁场方向成任意其他角度时，010.【答案】B
【解析】由条形磁体磁感线分布可知，线圈在位置1有磁感线穿过，在位置2线圈平面同一侧穿入与穿出的磁感线条数相同，即磁通量为0，在位置3有磁感线穿过，线圈从磁体上方由位置1经位置2平移到位置3的过程中，穿过线圈的磁通量先减小后增大，且在经位置2时线圈的磁通量仍在变化，此时仍有感应电流，故A、C、D错误，B正确。
11.【答案】A
【解析】由c＝λf得f＝＝Hz＝6×107 Hz，故A正确。
12.【答案】C
【解析】磁悬浮列车的工作原理是同名磁极相互排斥或异名磁极相互吸引，本题中是T形轨道，利用的是异名磁极相互吸引的原理，条形磁体的下端是N极，由此确定车厢线圈的上端为S极，根据安培定则可知，电源上端为正极，A、B错误，C正确；列车高速运行时，列车受到的磁场力和列车重力相等，故满载乘客和空载时列车受到的磁场力不同，D错误。
13.【答案】C
【解析】如图甲所示， P、Q中的电流在a点产生的磁感应强度大小相等，设为B1，由几何关系可知，B1＝B0。如果让P中的电流反向、其他条件不变时，如图乙所示，由几何关系可知，a点处磁感应强度的大小B＝＝B0，故选项C正确，A、B、D错误。
14.【答案】BCD
【解析】根据热辐射的定义可知，一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射，故A正确，不符合题意；一切物体都会辐射电磁波，故B错误，符合题意；麦克斯韦建立了电磁场理论：变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场；并预言了电磁波的存在，而赫兹用实验证实了电磁波的存在，故C错误，符合题意；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及其表面状况无关，故D错误，符合题意。
15.【答案】AB
【解析】电磁波在真空中的传播速度等于光速，与频率无关，A正确；电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直，B正确；电磁波可以在电缆、光缆中传输，C错误；电磁场消失后电磁波仍会在介质或真空中继续传播，D错误。
16.【答案】BC
【解析】闭合S的瞬间，穿过线圈乙的磁通量不发生变化，电流表G中无感应电流，故A错误，B正确；闭合开关S后，滑动变阻器的滑片向左滑，电阻R增大，电流减小，则通过线圈乙的磁通量减小，电流表G中有感应电流，故C正确；闭合开关S，滑动变阻器的滑片静止不动，电流不变，穿过线圈乙的磁通量不发生变化，电流表G中无感应电流，故D错误。
17.【答案】AD
【解析】根据电磁波的特点可知，电磁波的传播方向与互相激发的电场和磁场都垂直，A正确；电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，B错误；电磁波产生后，可以向任意方向传播，C错误；电磁波在真空中传播的速度等于光速，在空气中的传播速度约为3×108 m/s，D正确。
18.【答案】ABD
【解析】磁体间的作用力是通过磁场传递的，可以不用接触便产生相互作用，A项正确；小磁针仅在磁场力作用下静止时北极的指向是北极受力的方向，就是那一点的磁场方向，B项正确；磁感线是闭合的曲线且不能相交，C项错误，D项正确。
19.【答案】AB
【解析】微观粒子的能量变化是跳跃式的，故A正确；由ε＝hν可知，能量子与电磁波的频率成正比，故B正确；红光的频率比绿光小，由ε＝hν可知，红光的能量子比绿光小，故C错误；电磁波波长越长，其频率越小，能量子越小，故D错误。
20.【答案】ACD
【解析】滑动变阻器的滑片滑动时，线圈产生的磁场的磁感应强度发生变化，a、c、d环内的磁通量发生变化，产生感应电流，而穿过b环的正、负磁通量相互抵消，净磁通量始终为零，故没有感应电流产生，A、C、D正确，B错误。
21.【答案】(1)相反　不变　(2)见解析图
【解析】(1)通电直导线周围磁场的磁感线是以直导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆位于与导线垂直的平面上，且距导线越近，磁场越强，当小磁针静止时，直线上关于导线对称的两处小磁针N极指向相反；改变电流大小，磁场方向不变，小磁针指向将不变。
(2)如图。
22.【答案】(1)kg/(A·s2)　(2)9.4×10－7　有　(3)①见解析图　②3.0×10－5 T
【解析】(1)根据B＝＝
则用国际单位制基本单位表示1 T＝1 kg/(A·s2)
(2)穿过该线圈平面的磁通量为Φ＝B·πr2＝3.0×10－5×3.14×0.12 Wb≈9.4×10－7 Wb
当该线圈绕其竖直直径转动时，线圈内磁通量发生变化，有感应电流。
(3)①根据小磁针N极的指向，可知螺线管右端为N极，螺线管上导线的绕向如图(a)
②由矢量图(b)
可得tan 45°＝
因此B电＝3.0×10－5 T。
23.【答案】(1)不对　丙　(2)A．当磁场方向不变时，感应电流的方向与导体的运动方向有关　B．当导体的运动方向不变时，感应电流的方向与磁场的方向有关
【解析】(1)闭合电路中的一部分导体在磁场中运动，磁通量不一定发生变化，因此不一定发生电磁感应现象，也就不一定产生感应电流，图丙中指针不偏转就说明这一结论。
(2)A．图甲和图乙是采用控制变量法的对比实验，即保持磁场方向不变的情况下，研究指针的偏转方向(感应电流的方向)与导体的运动方向间的关系。B．图乙和图丁也是采用控制变量法的对比实验，即保持导体运动方向不变的情况下，研究指针的偏转方向(感应电流的方向)与磁场方向间的关系。
24.【答案】(1)灵敏电流计的指针是否偏转　(2)闭合　甲和乙　(3)有
【解析】(1)实验时，通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来确定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，若导体不动，磁体左右水平运动，利用运动和静止的相对性可以确定，导体也做切割磁感线运动，具备了产生感应电流的两个条件，所以电路中有电流产生。
25.【答案】(1)0.2 Wb　(2)0　0.4 Wb　(3)0.6 Wb
【解析】(1)转过60°后穿过线框平面的磁通量为
Φ＝BS⊥＝BS·cos 60°＝BS＝0.2 Wb
(2)线框绕OO′转过90°角后，线框与磁场平行，穿过线框的磁通量为
Φ1＝0
则此过程的磁通量的变化量为
ΔΦ1＝0－BS＝－BS＝－0.4 Wb
磁通量的变化量大小为0.4 Wb。
(3)线框绕OO′转过120°角后，穿过线框的磁通量为
Φ2＝BScos 120°＝－0.5BS
则此过程穿过线框的磁通量的变化量为
ΔΦ2＝－0.5BS－BS＝－1.5BS＝－0.6 Wb
所以磁通量的变化量大小为0.6 Wb。
26.【答案】(1)0.2 T　(2)0.2 T
【解析】(1)由磁感应强度的定义式得
B＝＝T＝0.2 T。
(2)磁感应强度B是由磁场和空间位置(点)决定的，和导线的长度l、电流I的大小无关，所以该点的磁感应强度是0.2 T。
27.【答案】(1)A、B线圈的磁通量均减少了
(2)减少了Bπr2　变化了Bπr2
【解析】(1)A、B线圈中的磁通量始终一样，故它们的变化量也一样。
ΔΦ＝·πr2＝－
即线圈A、B中的磁通量均减少了。
(2)对线圈C，Φ1＝Bπr′2＝Bπr2
当磁场转过90°角时，Φ2＝0
故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝－Bπr2
即在磁场转过90°角的过程中，线圈C中的磁通量减少了Bπr2
当磁场转过180°角时，磁感线从另一侧穿过线圈，若取Φ1为正，则Φ3为负，有
Φ3＝－Bπr2
故ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－Bπr2，即在磁场转过180°角的过程中，线圈C中的磁通量变化了Bπr2。
28.【答案】(1)9.4×1030个　(2)3.76×1023个　4×10－4 W
【解析】(1)每个能量子的能量
ε＝hν＝＝J＝1.06×10－27 J
则每秒电台发射上述波长的能量子数
N＝＝9.4×1030个。
(2)设球状天线每秒接收能量子数为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积S＝4πR2，而球状天线的有效接收面积S′＝πr2，所以
n＝N＝N＝9.4×1030×个
＝3.76×1023个
接收功率为P收＝＝3.76×1023×1.06×10－27 W
＝4×10－4 W。
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