第十三章《电磁感应与电磁波初步》-单元测试(练习)(人教版2019必修第三册)(解析版).docx

人教版新教材 物理必修第三册 第十三章《电磁感应与电磁波初步》
单元测试
班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________
（考试时间：90分钟 试卷满分：100分）
一、 单项选择题（每小题3分，共30分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的）
1．（2022·高二课时练习）关于对能量子的认识，下列说法正确的是（　　）
A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C．能量子与电磁波的频率成反比
D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
【答案】B
【详解】AB．由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，故A错误，B正确；
C．最小能量值ε=hν，ε与ν成正比，故C错误；
D．能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，故D错误。
故选B。
2．（2022春·辽宁鞍山·高二统考学业考试）奥斯特发现电流磁效应的实验示意图如图所示。他将导线沿水平方向放置在小磁针的上方，通电后发现小磁针转动了。当小磁针重新静止时其N极的指向为（　　）

A．向纸面外 B．向纸面里 C．水平向右 D．水平向左
【答案】B
【详解】根据右手螺旋定则，导线下方的磁场方向为垂直纸面向里，小磁针N极指向磁场方向，即N极指向纸面里。
故选B。
3．（2022春·湖北襄阳·高二校考阶段练习）了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。以下符合事实的是（　　）
A．丹麦物理学家奥斯特梦圆电生磁，并在此基础上发现了电磁感应现象
B．安培提出分子电流假说，并总结出了磁生电过程中的定量关系
C．法拉第发现了磁生电的条件，纽曼、韦伯提出了法拉第电磁感应定律
D．麦克斯韦预言了电磁波，并用实验证实了电磁波的存在
【答案】C
【详解】A．英国物理学家法拉第梦圆磁生电，终于发现了电磁感应现象，A错误；
BC．安培提出分子电流假说，法拉第通过实验研究，发现了磁生电的条件，而纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析，先后总结出磁生电过程中的定量关系，后人称之为法拉第电磁感应定律。故B错误，C正确；
D．麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在。
故选C。
4．（2021春·广东深圳·高二期末）如图所示，a、b两根垂直纸面放置的直导线通有等大电流，P点到a、b的距离相等，要使P点的磁场方向水平向右，导线中的电流方向为（　　）

A．都向纸外 B．都向纸里
C．a中向纸里，b中向纸外 D．a中向纸外，b中向纸里
【答案】D
【详解】A．若导线中的电流方向都向纸外，则电流a在P点的磁场方向垂直于aP向右上，电流b在P点的磁场方向垂直于bP向左上，则根据平行四边形定则可知，P点磁场方向竖直向上，故A错误；
B．若导线中的电流方向都向纸里，则电流a在P点的磁场方向垂直于aP向左下，电流b在P点的磁场方向垂直于bP向右下，则根据平行四边形定则可知，P点磁场方向竖直向下，故B错误；
C．导线中的电流方向为a中向纸里，b中向纸外，则电流a在P点的磁场方向垂直于aP向左下，电流b在P点的磁场方向垂直于bP向左上，则根据平行四边形定则可知，P点磁场方向水平向左，故C错误；
D．导线中的电流方向为a中向纸外，b中向纸里，则电流a在P点的磁场方向垂直于aP向右上，电流b在P点的磁场方向垂直于bP向右上，则根据平行四边形定则可知，P点磁场方向水平向右，故D正确；
故选D。
5．（2022秋·黑龙江哈尔滨·高二期中）某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（　　）

A．图甲中T1>T2，图乙中T1>T2
B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大
D．图乙中黑体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关
【答案】B
【详解】ABC．由图甲可知，温度为T2的图线中速率大的分子占据的比例较大，说明其对应的平均分子动能较大，故T2对应的温度较高，所以T2>T1，温度升高使得气体分子的平均速率增大，不一定所有分子的速率都增大。图乙中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，且辐射强度的极大值向波长较短方向移动。故B正确；AC错误；
D．图乙中黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关。故D错误。
故选B。
6．（2022·高二课时练习）在科学研究的道路上经常会出现令人惋惜的遗憾。例如，1825年瑞士年轻物理学家科拉顿一个人在研究电磁现象时，实验装置如图所示，为避免磁铁的磁场对小磁针产生影响，他把实验装置放在两个房间，在右边房间里把磁铁反复插入线圈，然后跑到左边房间里观察，结果没有看到小磁针偏转。下列说法中正确的是（　　）

A．该实验线圈中肯定没有电流产生
B．通电导线周围产生磁场的现象叫电磁感应现象
C．科拉顿没看到小磁针偏转，是因为当他跑到另一个房间时，电磁感应过程已经结束
D．科拉顿没看到小磁针偏转，是因为该实验中的磁铁磁性太弱
【答案】C
【详解】B．通电导线周围产生磁场的现象叫电流的磁效应。B错误；
ACD．将磁铁插入线圈的过程中，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流；电流周围存在磁场，故小磁针会发生转动。但当科拉顿跑到另一个房间时，电磁感应过程已经结束，此时穿过线圈的磁通量不变，线圈中没有感应电流，所以小磁针不偏转，C正确，AD错误。
故选C。
7．（2022春·湖北十堰·高二期中）下列说法正确的是（　　）
A．磁场中某一点的磁感应强度等于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乘积的比值，即
B．环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置。若将金属软弹簧沿半径向外拉，使其面积增大，则穿过金属软弹簧所包围面积的磁通量将增大
C．均匀带负电的塑料圆环绕垂直于圆环平面且过圆心的轴旋转，在环的圆心处有一闭合小线圈，小线圈和圆环在同一平面，圆环在做变速转动时，小线圈内一定有感应电流
D．把带电体和永磁体放在一起，就可以在其周围空间产生电磁波
【答案】C
【详解】A．磁场中某一点的磁感应强度等于一小段通电导线放在该点时受到的最大的磁场力F与该导线的长度l、通过的电流I乘积的比值，即，选项A错误；
B．环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置，若将金属软弹簧沿半径向外拉，该弹簧面积中存在条形磁铁内部和外部两部分相反的磁通量，使其面积增大，会导致内部磁通量不变，外部反向的磁通量也变大，则穿过金属软弹簧所包围面积的合磁通量将减小，故B错误；
C．均匀带负电的塑料圆环绕垂直于圆环平面且过圆心的轴旋转，在环的圆心处有一闭合小线圈，小线圈和圆环在同一平面，圆环在做变速转动时，圆环上的电荷产生等效电流会发生变化，电流产生的磁场使得穿过线圈的磁通量发生变化，于是在小线圈内一定有感应电流，选项C正确；
D．电磁波是周期性变化的电场与磁场相互激发由近及远的传播而形成的，把带电体和永磁体放在一起，不会产生变化的电场和磁场，不能在其周围空间产生电磁波，故D错误。
故选C。
8．（2022春·河南新乡·高二新乡市第一中学期末）如图所示，匀强磁场方向垂直于纸面向外，磁感应强度为，无限长直导线垂直于磁场方向处在该磁场中。a、b两点位于纸面内且连线与直导线垂直，b点到直导线距离是a点到直导线距离的2倍。已知无限长通电直导线产生的磁场中某点的磁感应强度大小与电流大小成正比，与到直导线的距离成反比。当直导线中通有方向的电流I时，a点磁感应强度大小是，则此时b点的磁感应强度大小是（　　）

A． B． C． D．
【答案】A
【详解】根据右手螺旋定则可知，通电直导线MN在a点产生的磁场的方向垂直纸面向里，在b点产生的磁场方向垂直纸面向外。a点有垂直纸面向外的匀强磁场B0，还有电流产生的垂直纸面向里的磁场，电流产生的磁感应强度和原磁感应强度方向相反，叠加后大小为，大于垂直纸面向外的磁场的磁感应强度，可知电流在a点产生的磁感应强度的大小为。由题意可知，导线MN在b点产生的磁场的磁感应强度的大小为，方向向外，根据磁场的叠加可知，b点磁感强度的大小为

故选A。
9．（2022春·湖北随州·高二期中）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（h<l）的正三角形闭合金属框ABC从一定高度开始下落穿过磁场区，下落时ABC平面保持竖直且AB边始终水平，如图所示。则下列过程中金属框中始终有感应电流的是（　　）

A．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
【答案】C
【详解】A．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；
B．由于，当AB边还没有出磁场时，金属框已经全部进入磁场，整个金属框都在磁场中运动，金属框中磁通量不变化，没有感应电流，故B错误；
C．从金属框AB边出磁场到金属框完全离开磁场的过程中，金属框在磁场中的有效面积减小，磁通量减小，有感应电流，故C正确；
D．在金属框穿过磁场过程中，有一段时间金属框全部在磁场中，穿过金属框的磁通量未发生变化，金属框中没有感应电流，故D错误。
故选C。
10．（2022春·重庆江北·高二重庆十八中阶段练习）如图所示，三条长直导线都通有垂直于纸面向外的电流且与A点的距离相等，电流大小满足。已知通电直导线形成的磁场在空间某点处的磁感应强度，k为比例系数，r为该点到导线的距离，I为导线中的电流强度。在A点产生的磁感应强度为，则三条长直导线在A点产生的总磁感应强度为（　　）

A． B． C． D．
【答案】B
【详解】三条长直导线与A点等距离，在A点产生的磁感应强度为，由安培定则可知，方向水平向右，由于，则在A点产生的磁感应强度也为，方向竖直向上，由磁感应强度，可知在A点产生的磁感应强度为，方向竖直向下，由磁感应强度的叠加原理，可得三条长直导线在A点产生的总磁感应强度为

故选B。
二、 不定项选择题（每小题5分，共30分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是正确的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分）
11．（2022·高二课时练习）关于电磁场的理论，下列说法中正确的是（　　）
A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的
B．变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的
C．均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的
D．周期性变化的电场在周围空间产生同样频率的周期性变化的磁场
【答案】BD
【详解】AB．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场产生磁场，但产生的磁场不一定是变化的，如均匀变化的电场产生稳定的磁场，A错误，B正确；
C．均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，C错误；
D．周期性变化的电场在周围空间产生同样频率的周期性变化的磁场，D正确。
故选BD。
12．（2022春·河南洛阳·高二宜阳县第一高级中学校考期中）1876年美国物理学家罗兰完成了著名的“罗兰实验”。罗兰把大量的负电荷加在一个橡胶圆盘上，然后在圆盘附近悬挂一个小磁针，将圆盘绕中心轴按图示方向（自上向下看顺时针）高速旋转，发现小磁针发生偏转．忽略地磁场对小磁针的影响，则下列法正确的是（　　）

A．小磁针发生偏转的原因是橡胶圆盘上产生了电场
B．小磁针发生偏转说明：因电荷运动形成的电流产生了磁场
C．当小磁针位于圆盘的左上方时，它的N极向左侧偏转
D．当小磁针位于圆盘的左下方时，它的N极向右侧偏转
【答案】BCD
【详解】AB．由题意可知，磁针受到磁场力的作用，原因是由于电荷的定向移动，从而形成电流，而电流周围会产生磁场，故A错误，B正确；
C．若小磁针处于圆盘的左上方时，圆盘带负电，根据右手定则可知，产生的磁场方向向上，则小磁针的N极向左偏，故C正确；
D．若小磁针处于圆盘的左下方时，圆盘带负电，根据右手定则可知，产生的磁场方向向上，因下方为S极，则小磁针的N极向右偏，故D正确。
故选BCD。
13．（2022秋·河南驻马店·高二河南省驻马店高级中学期末）下列给出了与感应电流产生条件相关的四幅情景图，其中判断正确的是（　　）

A．图甲中金属圆形线圈水平放置在通电直导线的正下方，增大直导线电流，圆线圈中有感应电流
B．图乙中长方形金属线圈在匀强磁场中垂直磁场向右加速运动时，线圈中有感应电流
C．图丙中的闭合导线框以为轴在磁场中旋转，可以产生感应电流
D．图丁中金属杆在力作用下向右运动过程中，若磁场减弱，回路不一定会产生感应电流
【答案】CD
【详解】A．图甲中金属圆形线圈水平放置在通电直导线的正下方，增大直导线电流，金属圆形线圈的磁通量一直为零，保持不变，线圈中没有感应电流，A错误；
B．图乙中长方形金属线圈在匀强磁场中垂直磁场向右加速运动时，金属线圈的磁通量保持不变，线圈中没有感应电流，B错误；
C．图丙中的闭合导线框以为轴在磁场中旋转，闭合导线框的磁通量在周期性发生变化，闭合导线框中产生感应电流，C正确；
D．图丁中金属杆在力作用下向右运动过程中，若磁场减弱，可知回路的面积变大，磁感应强度减小，回路的磁通量可能保持不变，故回路可能不会产生感应电流，D正确。
故选CD。
14．（2022春·浙江·高二阶段练习）如图甲所示，面积为S的单匝矩形闭合线圈abcd在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，匀强磁场的磁感应强度大小为B，穿过线圈的磁通量随时间t变化的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　）

A．在时，穿过线圈的磁通量大小为
B．在时，磁场方向与线圈所在平面垂直
C．线圈从图甲所示的位置转过60°，穿过线圈的磁通量大小为
D．在时刻和时刻，穿过线圈的磁通量相同
【答案】BC
【详解】A．根据磁通量随时间t的图像知

则在时，得

故A错误；
B．在时，线圈转过90°，此时磁场方向与线圈所在平面垂直，故B正确；
C．线圈从图甲所示的位置转过60°，穿过线圈的磁通量大小为

故C正确；
D．在时刻，穿过线圈的磁通量为

在时刻，穿过线圈的磁通量

可知，在时刻和时刻，穿过线圈的磁通量大小相同，方向不相同，故D错误。
故选BC。
15．（2022春·河南鹤壁·高二鹤壁高中阶段练习）如图，安装在公路上的测速装置：路面下方间隔一定距离埋设两个通电线圈，线圈与检测抓拍装置相连，车辆从线圈上面通过时，线圈中会产生脉冲感应电流，检测装置根据两线圈产生的脉冲信号的时间差计算出车速，对超速车辆进行抓拍。下列说法正确的是（　　）

A．时间差越短，则车速越大 B．时间差越长，则车速越大
C．汽车匀速通过线圈，闭合电路不会产生感应电流 D．汽车匀速通过线圈，闭合电路仍会产生感应电流
【答案】AD
【详解】AB．车速越大时，汽车经过两个线圈间的距离所用的时间越短，即两线圈产生的脉冲信号的时间差越短，A正确，B错误；
CD．汽车通过通电线圈上方时，汽车底盘的金属部件通过通电线圈所产生的磁场，金属部件中的磁通量发生变化，在金属部件中产生感应电流，金属部件中的感应电流产生磁场，此磁场随汽车运动，则穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，所以汽车无论是匀速还是变速经过线圈，闭合电路中都会产生感应电流。故C错误，D正确。
故选AD。
16．（2022春·河南平顶山·高二阶段练习）如图所示，在空间直角坐标系中，两条彼此绝缘的长直导线分别与Ox、Oy轴重合，电流均沿坐标轴正方向，已知真空中距无限长通电直导线的距离为r处的磁感应强度（k为常数）。一闭合圆形金属线圈的圆心O'在xOy平面内沿直线运动，线圈的半径为R，。下列说法正确的是（　　）

A．线圈的匝数越多，穿过线圈的磁通量越大
B．若，则圆心O'处的磁感应强度沿Z轴正方向
C．若，则金属线圈中有感应电流产生
D．若，则金属线圈中有感应电流产生
【答案】BD
【详解】A．穿过线圈的磁通量与线圈的匝数无关，故A错误；
B．由安培定则可知长直导线在圆心处的磁感应强度沿Z轴正方向，长直导线在圆心处的磁感应强度沿Z轴负方向，根据和可得圆心处的磁感应强度沿Z轴正方向，故B正确；
C．若，穿过线圈的磁通量始终为0，磁通量不变，所以金属线圈中无感应电流产生，故C错误；
D．若，穿过线圈的磁通量沿Z轴负方向，金属线圈的圆心在xOy平面内沿直线运动的过程中，穿过线圈的磁通量发生变化，则金属线圈中有感应电流产生，故D正确。
故选BD。
三、非选择题（共4小题，共40分）
17．（8分）（2022春·浙江·高二阶段练习）在探究感应电流产生的条件的实验中
（1）试在图1中画线连接电路___________。

（2）已知一灵敏电流计，当电流从正接线柱流入时，指针向正接线柱一侧偏转。现把它与线圈串联接成如图2所示电路，从上往下看线圈的绕制方向为___________（填顺时针方向或逆时针方向）
（3）某同学在完成实验后未断开开关，也未把A、B两线圈和铁芯分开放置。在拆除电路时突然被电击了一下，则被电击是在拆除___________（选填“A”或“B”）线圈所在电路时发生的；分析可知，要避免电击发生，在拆除电路前应___________（选填“断开开关”或“把A、B线圈分开放置”）。
（4）连好电路后，并将A线圈插入B线圈中后，发现灵敏电流计的指针向左偏转，若让指针向右偏转，可采取的操作是___________；
A．插入铁芯B．拔出A线圈C．闭合电键S瞬间D．断开电键S瞬间
【答案】          逆时针方向     A     断开开关     BD##DB
【详解】（1）[1]实验电路图如图所示

（2）[2]由楞次定律可知，线圈中感应电流的磁场向上，由右手定则，从上往下看，线圈的绕向为逆时针方向；
（3）[3]在拆除A线圈时，电流快速减小，由于自感作用，A线圈会产生很大的电动势，会被电击一下；
[4]要避免电击，应先断开电源开关；
（4）[5]当线圈A插入线圈B时，线圈B中的磁通量增大，电流计向左偏，故要让电流计右偏，需减小线圈B中的磁通量，插入铁芯、闭合电键均使B线圈中的磁通量增大，电流计指针向左偏；而拔出A线圈、断开电键时，B线圈中的磁通量减小，电流计指针向右偏。
故选BD。
18．（8分）在家庭电路中，为了安全，一般都会在电能表后面的电路中安装一个漏电保护器。如图所示，其原线圈是由进户线的火线和零线并在一起双线绕成。当漏电保护器的ab端没有电压时，脱扣开关S能始终保持接通；当ab端一旦有电压时，脱扣开关立即断开，切断电路以起保护作用。
（1）用户正常用电时，a、b之间有没有电压？为什么？
（2）如果某人站在地面上，手误触火线而触电，脱扣开关是否会断开？为什么？

【答案】没有；会断开
【详解】（1）由于火线和零线采用双线绕法，当用户用电正常时，P线圈内部的磁通量变化率为零，在ab线圈中不会产生感应电动势，所以ab线圈两端没有电压，脱扣开关闭合。
（2）如果有人站在地面上，手误触火线而触电，零线或者火线中有一根电线电流为零，此时只有一根线有电流，P中会有磁通量的变化，导致穿过线圈ab的磁通量变化，会产生感应电动势，使ab间有电压，开关立即断开。
19．（12分）如图所示，密绕n＝100匝细导线、面积的矩形线框abcd，放置在磁感应强度B＝0.5T的匀强磁场中，线框绕位于线框平面内且垂直磁场的中轴以角速度匀速转动。图示为线框平面与磁场垂直的位置。求：
（1）当线框处于图示位置时，穿过线框平面的磁通量是多少？
（2）在线框从图示位置绕轴转过60°角的过程中，穿过线框平面磁通量的变化量是多少？
（3）若以图示位置为计时起点开始计时，写出穿过线框平面的磁通量与时间t的关系式。

【答案】（1）；（2）磁通量减少了；（3）
【详解】（1）线框处于图示位置时，穿过线框平面的磁通量

（2）在线框从图示位置绕轴转过60°角时的磁通量

穿过线框平面磁通量的变化量

即穿过线框平面的磁通量减少了。
（3）若以图示位置为计时起点开始计时

时间线圈转动的角度

此时穿过线框平面的磁通量与时间的关系式为

20．（12分）（2022春·山东青岛·高二青岛二中阶段练习）已知通电的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，其中I为电流强度，r为该位置到长直导线的距离，k为常数。如图所示。现有通电的两根长直导线分别固定在正方体的两条边和上，彼此绝缘，电流方向分别由d流向h、由h流向g，中电流是中电流大小的一半，中的电流在c点产生的磁感应强度为B。不计导线的粗细，求a、e两点的磁感应强度的大小分别是多少？

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）设正方体的边长为L，则
，
中的电流在c点产生的磁感应为

中的电流在a点产生的磁感应为

方向a指向b如图所示。

中的电流在a点产生的磁感应为

方向垂直ha如图所示。
由图可知和垂直，a点的磁感应强度大小为

（2）中的电流在e点产生的磁感应为

方向e指向f如图所示。

中的电流在e点产生的磁感应为

方向e指向a如图所示。
由图可知和垂直，e点的磁感应强度大小为