第十三章《电磁感应与电磁波初步》单元基础巩固与培优达标检测卷-2023-2024学年高二物理专题突破(人教版2019必修第三册)

第十三章《电磁感应与电磁波初步》单元基础巩固与培优达标检测卷 一：单项选择题：本题共8小题，每小题4分，共32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．下列说法中不是体现量子化的是（    ） A．普朗克认为微观粒子的能量是分立的 B．教室里上课同学的人数 C．任一带电体的电量都是元电荷的整数倍 D．一个宏观的单摆，小球在摆动过程中，受到摩擦阻力作用，能量不断减小的过程 【答案】D 【详解】A．普朗克认为微观粒子的能量是分立的，体现了量子化，故A错误； B．教室里上课同学的人数，人数体现了量子化，故B错误； C．任一带电体的电量都是元电荷的整数倍，体现了量子化，故C错误； D．能量不断减小的过程是连续的，不能体现量子化，故D正确。 故选D。 2．如图所示，将一圆形导线环竖直放置，在圆环所在的空间加上一水平向右的匀强磁场，mn，pq为圆环上两条互相垂直的直径，mn沿水平方向，pq沿竖直方向。则下列选项中能使圆环中产生感应电流的是（　　）    A．让圆环绕过圆心且垂直于圆环平面的轴转动 B．让圆环在竖直面内向右平动 C．让圆环以mn为轴转动 D．让圆环以pq为轴转动 【答案】D 【详解】A．若让圆环绕过圆心且垂直于圆环平面的轴转动时，圆环平面始终平行于磁场方向，穿过圆环的磁通量始终为0，即穿过磁通量的磁通量不变，可知圆环中不产生感应电流，故A错误； B．若让圆环在竖直面内向右平动时，圆环平面始终平行于磁场方向，穿过圆环的磁通量始终为0，即穿过磁通量的磁通量不变，可知圆环中不产生感应电流，故B错误； C．若让圆环以mn为轴转动时，圆环平面始终平行于磁场方向，穿过圆环的磁通量始终为0，即穿过磁通量的磁通量不变，可知圆环中不产生感应电流，故C错误； D．若让圆环以pq为轴转动时，在转动过程中，穿过磁通量的磁通量发生变化，可知圆环中产生感应电流，故D正确。 故选D。 3．奥斯特通过实验证实了电流的周周存在着磁场。如图所示，闭合开关 S 后，位于螺线管右侧的小磁针和位于螺线管正上方的小磁针N极指向将分别是（　　）    A．向右，向左 B．向左，向左 C．向左，向右 D．向右，向右 【答案】A 【详解】将通电螺线管等效成一条形磁铁，根据右手螺旋定则可知螺线管右侧为N极，左侧为S极，则位于螺线管右侧的小磁针N极指向右，位于螺线管正上方的小磁针N极指向左。 故选A。 4．老师在讲台上给同学们做演示摩擦起电实验：将玻璃棒周期性地反复在丝绸上摩擦，玻璃棒就带上正电荷，丝绸上就带上负电荷。在老师做这个实验过程中，下面说法正确的是（　　） A．摩擦起电过程中只发生电荷转移，不会在周围产生磁场 B．摩擦起电过程中既发生电荷转移，又会在周围产生磁场 C．老师的手停止摩擦，静止状态下的带电的玻璃棒仍会在周围产生磁场 D．老师的手停止摩擦，静止状态下的带电的丝绸仍会在周围产生磁场 【答案】B 【详解】AB．摩擦起电过程带电玻璃棒反复周期性运动，周期性变化的电场产生磁场，则B正确，A 错误； CD．老师的手停止摩擦后，静止的电荷不会产生磁场，则CD错误。 故选B。 5．三根相互平行长直导线a、b、c分别从等腰直角三角形三个顶点处垂直穿过纸面且固定，导线中通有大小和方向均相同的恒定电流，如图所示．若b导线中的电流产生的磁场在a、c连线中点O处的磁感应强度大小为B0，则O点处的磁感应强度大小为（　　） A．B0 B．B0 C．3B0 D．B0 【答案】D 【详解】由安培定则可知，导线a与导线c在O点产生磁场的磁感应强度的矢量和等于零，则O点的磁感应强度大小等于导线b在O点产生的磁感应强度的大小，则O点处的磁感应强度大小为B0，则D正确，ABC错误。 故选D。 6．下列选项中关于产生感应电流的说法正确的是（　　） A．图（1）磁铁靠近有缺口的铝环时，铝环中会产生感应电流 B．图（2）金属线框ABCD平行于通有恒定电流的长直导线上下移动时，线框中会产生感应电流 C．图（3）两平行金属棒在金属导轨上沿反方向运动时，整个回路会产生感应电流 D．图（4）闭合金属框在匀强磁场中匀速运动时，金属框中会产生感应电流 【答案】C 【详解】A．磁铁靠近有缺口的铝环时，铝环中会产生感应电动势，但由于电路不闭合，所以不能产生感应电流，故A错误； B．金属线框ABCD平行于通有恒定电流的长直导线上下移动时，线框中的磁通量不会发生变化，所以不会产生感应电流，故B错误； C．两平行金属棒在金属导轨上沿反方向运动时，整个回路的面积不断增大，通过回路的磁通量不断增大，所以会产生感应电流，故C正确； D．闭合金属框在匀强磁场中匀速运动时，金属框中的磁通量不发生变化，所以不会产生感应电流，故D错误。 故选C。 7．如图为两形状完全相同的金属环A、B平行竖直的固定在绝缘水平面上，且两圆环的圆心Ol、O2的连线为一条水平线，其中M、N、P为该连线上的三点，相邻两点间的距离满足MOl=O1N=NO2 =O2P．当两金属环中通有从左向右看逆时针方向的大小相等的电流时，经测量可得M点的磁感应强度大小为B1、N点的磁感应强度大小为B2，如果将右侧的金属环B取走，P点的磁感应强度大小应为 A． B． C． D． 【答案】B 【详解】对于图中单个环形电流，根据安培定则，其在轴线上的磁场方向均是向左，故P点的磁场方向也是向左的.设，设单个环形电流在距离中点l位置的磁感应强度为，在距离中点3l位置的磁感应强度为，故M点磁感应强度，N点磁感应强度，当拿走金属环B后，P点磁感应强度，B正确；故选B. 【点睛】本题研究矢量的叠加合成(力的合成，加速度，速度，位移，电场强度，磁感应强度等)，满足平行四边形定则；掌握特殊的方法（对称法、微元法、补偿法等）． 8．磁场的高斯定理指出通过磁场中任一闭合曲面的总磁通量恒等于零。如图所示，为一金属球壳的俯视图，CD过球心O，AB不过球心，在球心O的右侧放置一小磁针，以磁感线穿入球壳为正方向，则下列说法正确的是（　　） A．C、D两点处的磁感应强度方向相反 B．若磁针沿CD向右移动，球壳上的磁通量改变 C．球壳上单位面积的磁通量处处大小相等 D．AB左右两侧球壳上的磁通量大小相等 【答案】D 【详解】A．由图小磁针的左侧为N极，结合磁场方向的特点可知，C、D两点的磁感应强度方向都水平向左，故A错误； B．磁针沿CD运动，球壳上总的磁通量始终为0，故B错误。 C．由于球壳上的各点到小磁针的距离不都相同，球壳上单位面积的磁通量不是处处大小相等，故C错误； D．根据题意可知，AB左右两侧球壳上的磁通量大小相等，故D正确。 故选D。 二：多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20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5分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。 9．如图所示，一根无限长通电直导线固定在竖直面上，金属环在该平面上如何运动可以产生感应电流（　　）    A．匀速向右移动 B．匀速向上移动 C．加速向下移动 D．加速向右移动 【答案】AD 【详解】BC．穿过金属圆环的磁通量发生变化，才会在圆环上产生感应电流，金属圆环上、下移动，没有引起磁通量的变化，BC错误； AD．金属圆环向右移动，磁通量减小，圆环上产生感应电流，故AD正确。 故选AD。 10 “传统”光刻机利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片．为提高光刻机投影精细图的能力，“浸没式”光刻在投影物镜和光刻胶之间填充液体，以便提高分辨率，如图所示．若浸没液体的折射率为1.7，当不加液体时光刻胶的曝光波长为，则加上液体后（    ）    A．紫外线光子能量增加 B．紫外线进入液体后波长变为 C．传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的1.7 D．“浸没式”光刻能提高分辨率是因为紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射 【答案】BC 【详解】A．紫外线进入液体频率不变，根据可知光子能量不变，故A错误； B．紫外线在液体中的波长 故B正确； C．紫外线在真空中的传播速度是在液体中速度的1.7倍，故C正确； D．紫外线在液体中波长变短，更不容易发生衍射，故D错误。 故选BC。 11．下列有关电磁波的叙述中正确的是（    ） A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹首次在实验室中证明了电磁波的存在 B．均匀变化的磁场产生恒定的电场，不能形成电磁波，但非均匀变化的磁场可能形成电磁波 C．一切物体都在辐射紫外线，紫外线具有荧光效应，还可以消毒杀菌 D．γ射线又叫伦琴射线，其穿透性很强，医学上可以用于透视 E．电磁波也可以传播能量，且具有干涉、衍射等波动现象 【答案】ABE 【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一个用实验证明了电磁波的存在，故A正确； B．均匀变化的磁场产生恒定的电场，而恒定的电场不能产生变化的磁场，因此不能形成电磁波，但非均匀变化的磁场将产生变化的电场，而变化的电场有可能再次产生变化的磁场，因此可能形成电磁波，故B正确； C．一切物体都在辐射红外线，不是紫外线，而紫外线具有荧光效应，还可以消毒杀菌，故C错误； D．X射线又被称为伦琴射线，它的穿透性很强，在医学上可以用于透视，故D错误； E．电磁波也可以传播能量，电磁波跟所有的波动现象一样，能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，干涉和衍射是波所特有的现象，故E正确。 故选ABE。 12．利用手机中的磁传感器可测量埋在地下的水平高压直流长直电缆的深度。在手机上建立了空间直角坐标系后保持手机方位不变，且始终竖直向上，如图（a）所示。电缆上方的水平地面上有E、F、G、H四个点，如图（b）所示。长均为且垂直平分。电缆通电前将各分量调零，通电后将手机贴近地面，测得四点的分量数据见表，其中。则（　　） A．电缆中电流沿方向 B．电缆中电流沿方向 C．电缆距离地面的深度为 D．电缆距离地面的深度为 【答案】AC 【详解】AB．由题中数据可知，E、F两点水平x方向的磁感应强度大小相等，方向均沿+x方向，竖直z方向的磁感应强度大小相等，E点沿+z方向分量与F点沿-z方向分量相等，结合G、H两点在y、z方向磁感应强度均为零可知E、F点位置如图所示： G、H在EF的中垂线上，故电缆中电流沿+y方向。选项A正确，B错误； CD．F点的磁感应强度分解如图所示： 可得 又EF长为 L=18m 由几何关系可得 解得距离地面的深度为 h=1.2m 选项C正确，D错误。 故选AC。 三：实验题:本题共2小题，第一小题小题5分，第二小题7分，共12分。 13．在研究电磁感应现象的实验中： （1）为了能明显地观察到实验现象，请在如图所示的实验器材中，选择必要的器材，在图中用实线连接成相应的实物电路图。( ) （2）从能量转化的角度来看，闭合电路的部分导体切割磁感线而产生感应电流的过程是 能转化为电能；若闭合电路中的感应电流是因磁感强度发生变化而产生的，则是 能转化为电能。 （3）下面四幅图中，“+”和“-”分别表示灵敏电流计的正、负接线柱。已知电流从正接线柱流入灵敏电流计时，指针向正接线柱一侧偏转，电流从负接线柱流入时，指针向负接线柱一侧偏转。图中给出了条形磁铁运动的方向。指针偏转方向或螺线管的绕线方向，以下判断正确的是( ) A．甲图中电流计的指针偏转方向向右 B．乙图中螺线管内部的磁场方向向下 C．丙图中条形磁铁向下运动 D．丁图中螺线管的绕线方向从上往下看为顺时针方向 【答案】 需要选择的仪器有电源、滑动变阻器 、开关、螺线管 、螺线管、灵敏电流计，实物连接如图所示 机械能 磁场能 ABD/ADB/BAD/BDA/DAB/DBA 【详解】（1）[1]需要选择的仪器有电源、滑动变阻器 、开关、螺线管 、螺线管、灵敏电流计，实物连接如图所示 （2）[2][3] 从能量转化的角度来看，闭合电路的部分导体切割磁感线而产生感应电流的过程是机械能转化为电能；若闭合电路中的感应电流是因磁感强度发生变化而产生的，则是磁场能转化为电能。 （3）[4]A．甲图中N极插入螺线管时，向下的磁通量增加，根据楞次定律可知，产生的感应电流在螺线管中由上到下，则电流计的电流从正极流入，则指针偏转方向向右，A正确； B．乙图中感应电流从负极流入电流表，则螺线管中电流从下往上，根据右手螺旋法则可知，螺线管内部的磁场方向向下，B正确； C．丙图中感应电流从正极流入电流表，则螺线管中电流从上往下，根据右手螺旋法则可知，螺线管内部的磁场方向向上，则图中条形磁铁向上运动，C错误； D．丁图中感应电流从正极流入电流表，则螺线管中电流从下往上，图中条形磁铁向上运动，则螺线管中感应电流的磁场向下，则螺线管的绕线方向从上往下看为顺时针方向，D正确。 故选ABD。 14某实验小组使用如图所示的器材探究“电磁感应现象”中影响感应电流方向的因素。    （1）在图中用实线代替导线完成实验电路连接 。 （2）连接好电路后，闭合开关，发现灵敏电流计G的指针向左偏了一下，保持开关闭合，依次进行以下操作：将铁芯迅速插入线圈A时，灵敏电流计指针将向 （填“左”或“右”）偏；然后将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，灵敏电流计指针将向 （填“左”或“右”）偏；将电源正负极调换，闭合开关瞬间，灵敏电流计指针将向 （填“左”或“右”）偏。 【答案】    左 右 右 【详解】（1）[1]实验电路连接如图    （2）[2][3][4]连接好电路后，闭合开关，发现灵敏电流计G的指针向左偏了一下，说明当穿过线圈B的磁通量增加时电流计的指针左偏；保持开关闭合，依次进行以下操作：将铁芯迅速插入线圈A时，穿过线圈B的磁通量增加，灵敏电流计指针将向左偏；然后将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，则回路电流减小，则穿过线圈B的磁通量减小，灵敏电流计指针将向右偏；将电源正负极调换，闭合开关瞬间，磁场方向发生变化，则感应电流的方向也发生变化，则灵敏电流计指针将向右偏。 四：解答题:本题共4小题,第一小题小题6分，第二小题8分，第三小题10分，第四小题12分，共36分。 15．如图所示，一两邻边长度分别为a、b的矩形线圈，垂直放在水平方向大小为B的匀强磁场中，并绕oo、轴转动。求在转动的过程中，通过线圈磁通量什么位置出现最大值和最小值？最大、最小值分别为多少？    【答案】中性面位置最大，与中性面垂直位置最小，最大值为Bab,最小值为0 【详解】当线圈平面与磁场垂直时，即中性面位置时磁通量最大为 当线圈平面与磁场平行时，即与中性面位置垂直时磁通量最小，最小值为0。 16．某居住地A位于某山脉的一边，山脉的另一边P处建有一无线电波发射站，如图所示。该发射站可发送频率为的中波和频率为的微波，已知无线电波在空气中的传播速度都为，求： （1）该中波和微波的波长各是多少； （2）发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地A处； （3）若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好？为什么？ 【答案】（1）750m，1m  （2）衍射（3）中波的接收效果更好，因为中波的波长较长，衍射现象明显 【详解】（1）根据，解得： ； （2）衍射是波绕过障碍物的现象。无线电波绕过山脉到达A处，发生了衍射现象； （3）频率为400kHz的中波线接收效果更好，因为它的波长长，波长更接近山体的尺寸，衍射现象更明显。 17．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10－11 s，波长为694.3 nm，发射功率为1.0×1010 W。 (1)每列光脉冲的长度是多少？ (2)用红宝石激光照射皮肤色斑，每1 cm2吸收能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一颗色斑的面积是50 mm2，则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失？ 【答案】(1)3.0×10－3 m　(2)300个 【详解】(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需要的时间，所以一个光脉冲的长度为 ∆L=c∆t=3.0×l08×l.0×10-11m=3.0×10-3m (2)一个光脉冲所具有的能量为 ∆E=P∆t=1.0×l010×l.0×10-11J 消除面积为50mm2的色斑需要的光脉冲数是 =300（个） 18．一无限长载流导线弯成如图所示的形状，电流强度为I，四分之三圆弧的半径为R。求圆心O点处的磁感应强度B。 【答案】 【详解】根据题意可知圆心O点处的磁感应强度等于3段导线中电流产生的磁感应强度的叠加，即 其中导线1在O点处的磁感应强度为 导线2在O点处的磁感应强度为 导线3在O点处的磁感应强度为 则圆心O点处的磁感应强度为 19．磁场具有能量，磁场中单位体积内所具有的磁场能量叫作磁场的能量密度，其表达式为，式中B为磁感应强度，在空气中μ为一常量。一个学生根据能量守恒的思想来测量一条形磁铁N极端面附近的磁感应强度B的大小，他用一块面积与磁铁端面面积相等的铁片吸在磁铁上，然后用力将铁片与磁铁缓慢拉开一段微小距离Δx，如图所示，他测出磁铁端面的面积为S，用力传感器测得拉力F的大小，已知拉力F做的功等于间隙中磁场的能量，求该条形磁铁N极端面附近磁感应强度B的大小。 【答案】 【详解】用力将铁片与磁铁缓慢拉开一段微小距离的过程中，可认为拉力F不变，此过程F做的功 间隙中的磁场能量 由题意得 E=W 则有 可求得 20．物理学中有一个非常有趣的现象：研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通，相互支撑。目前地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳内部核聚变时释放的核能。 （1）已知太阳向各个方向辐射能量的情况是相同的。如果太阳光的传播速度为c，到达地球需要的时间为t，在地球大气层表面每秒钟每平方米垂直接收到的太阳辐射能量为E0。请你求出太阳辐射的总功率P的表达式。 （2）根据量子理论可知，光子既有能量也有动量，光子的动量，其中h为普朗克常量，λ为光的波长。太阳光照射到地球表面时，大量光子碰撞地面其动量发生变化，会产生持续均匀的“光压力”。为了将问题简化，我们假设太阳光垂直照射到地球上且全部被地球吸收，到达地球的每个光子能量均为，每秒钟照射到地球的光子数为个。已知真空中光速，太阳对地球的万有引力大小约为。请你结合以上数据分析说明，我们在研究地球围绕太阳公转时，是否需要考虑太阳“光压力”对地球的影响。（结果保留一位有效数字） 【答案】（1）；（2），我们在研究地球围绕太阳公转时，不需要考虑太阳“光压力”对地球的影响。 【详解】（1）日地之间的距离为 距离太阳中心为r的球面面积为 太阳辐射的总功率为 解得 （2）每个光子的能量为 每个光子的动量为 光照射到地球表面被吸收时，根据动量定理得 光压与万有引力之比为 解得 由此可知，光压力远小于太阳对地球的万有引力，我们在研究地球围绕太阳公转时，不需要考虑光压力对地球的影响。 位置E806F80G00H00