資源簡介

階段質量檢測(五)　電磁感應與電磁波初步
(本試卷滿分:100分)
一、單項選擇題(本題共7小題,每小題4分,共28分。每小題只有一個選項符合題目要求)
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.在物理學發展的過程中,有許多偉大的科學家做出了突出貢獻,下列敘述符合事實的是 (　　)
A.奧斯特首先發現了電磁感應現象
B.麥克斯韋建立了電磁場理論,預言并通過實驗證實了電磁波的存在
C.法拉第提出了分子電流假說,成功揭示了磁現象來源于運動電荷這一本質
D.普朗克把能量子引入物理學,破除了“能量連續變化”的觀念
2.給如圖所示直導線ab通電后,發現正下方小磁針的N極向紙內轉動。下列說法正確的是 (　　)
A.導線下方產生了水平向右的磁場
B.導線下方產生了垂直紙面向外的磁場
C.導線中的電流方向從a到b
D.導線中的電流方向從b到a
3.我國是對磁現象認識最早的國家,公元前4世紀左右成書的《管子》中就有“上有慈石者其下有銅金”的記載,“慈石”是指磁鐵礦,“銅金”是指黃鐵礦或黃銅礦,常與磁鐵礦共生,這是關于磁的最早記載。關于磁通量和電磁感應現象,下列說法正確的是 (　　)
A.磁感應強度越大,磁通量一定越大
B.發生電磁感應現象,則通過閉合導體回路的磁通量一定發生變化
C.電磁感應現象最先是由奧斯特通過實驗發現的,此現象中機械能轉化為電能
D.其他條件不變時,線圈面積S越大,則磁通量Φ也越大
4.下列說法正確的是 (　　)
A.變化的電場一定產生變化的磁場
B.電磁波按波長從長到短順序排列依次是:γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波
C.X射線的穿透本領比γ射線更強
D.電磁波在真空中的傳播速度等于光速
5.如圖所示,在勻強磁場中的矩形金屬導軌上,有等長的兩根金屬棒ab和cd,均與導軌接觸良好,它們以相同的速度勻速運動,則 (　　)
A.斷開開關S,ab中有感應電流
B.閉合開關S,ab中有感應電流
C.無論斷開還是閉合開關S,ab中都有感應電流
D.無論斷開還是閉合開關S,ab中都沒有感應電流
6.如圖是法拉第探究“磁生電”的實驗,他把兩個線圈繞在同一個軟鐵環上,一個線圈A連接電池與開關,另一線圈B閉合并在其中一段直導線行放置小磁針。下列說法正確的是 (　　)
A.A線圈接通瞬間,小磁針偏轉一下,隨即復原
B.保持開關閉合,小磁針始終發生偏轉
C.開關斷開瞬間,小磁針不會發生偏轉
D.A、B線圈沒有直接連接,無論如何操作小磁針都不會發生偏轉
7.如圖所示,面積大小為S的矩形線圈abcd,放在磁感應強度為B的勻強磁場中,線圈可以繞O1O2轉動。下列說法中正確的是 (　　)
A.當線圈從圖示位置轉過30°時,穿過線圈的磁通量大小Φ=BS
B.當線圈從圖示位置轉過90°時,穿過線圈的磁通量大小Ф=BS
C.當線圈從圖示位置轉過180°的過程中,穿過線圈的磁通量的變化量大小ΔФ=0
D.當線圈從圖示位置轉過360°的過程中,穿過線圈的磁通量的變化量大小ΔФ=2BS
二、多項選擇題(本題共3小題,每小題6分,共18分。每小題有多個選項符合題目要求,全部選對得6分,選對但不全得3分,有選錯的得0分)
8.矩形線圈ABCD位于通電直導線附近,線圈與導線在同一平面內,線圈的兩條邊AB、CD與導線平行。下列哪種情況下,線圈中產生感應電流 (　　)
A.導線中的電流I逐漸增大
B.線圈以速度v1沿導線方向運動
C.線圈以速度v2遠離導線向右移動
D.線圈以AB邊為軸由圖示位置向紙內轉過90°
9.如圖所示,某實驗把兩個線圈繞在一個鐵環上,甲線圈與電源、滑動變阻器R組成一個回路,乙線圈與開關S、電流表G組成另一個回路。下列關于該實驗的說法正確的是 (　　)
A.閉合開關S的瞬間,電流表G中有感應電流
B.閉合開關S的瞬間,電流表G中沒有感應電流
C.閉合開關S,滑動變阻器的滑片向左滑的過程中,電流表G中有感應電流
D.閉合開關S,滑動變阻器的滑片靜止不動,電流表G中有感應電流
10.如圖所示是我國航天員在離地面高約為400 km 的中國空間站中出艙的畫面,該畫面是通過電磁波傳輸到地面接收站的。下列關于電磁波的說法正確的是 (　　)
A.電磁波波長越長,其能量子的能量越小
B.只要空間某處的電場或磁場發生變化,就會在其周圍產生電磁波
C.航天員出艙活動的畫面從空間站傳到地面接收站最少需要約0.014 s
D.赫茲通過實驗捕捉到電磁波,并證實了麥克斯韋的電磁場理論
三、非選擇題(本題共5小題,共54分)
11.(7分)逆向思維是一種重要的思想方法,在這種思想方法的引領下,許多重要的科學定律被發現。“電生磁,磁生電”這種逆向互生的關系,體現了物理學中的一種對稱美。請思考:
(1)你還能再指出一個物理學中的其他對稱性或對稱實例嗎
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)1831年,物理學家法拉第用如圖所示的實驗,成功發現了磁生電現象。當開關始終處于閉合狀態時,a線圈中　　　　(填“有”或“無”)感應電流產生;當開關閉合或斷開瞬間,a線圈中　　　　(填“有”或“無”)感應電流產生。
12.(9分)探究產生感應電流條件的實驗步驟如圖所示。
(1)本實驗中,我們通過觀察　　　　　　　　　　　　　　　　來判斷電路中是否有感應電流。
(2)通過比較圖甲和圖丙可知,產生感應電流的一個條件是電路要　　　　。通過比較圖　　　　可知,產生感應電流的另一個條件是閉合導體回路的磁通量發生變化。
(3)若圖甲中AB棒不動,磁體左右水平運動,電路中　　　　(選填“有”或“無”)感應電流。
13.(11分)邊長L=10 cm的正方形線框有10匝,固定在勻強磁場中,磁場方向與線框平面間的夾角θ=30°,如圖所示,磁感應強度隨時間的變化規律為B=2+3t(T),求:
(1)2 s末穿過線框的磁通量;
(2)第3 s內穿過線框的磁通量的變化量ΔΦ。
14.(12分)“神光Ⅱ”裝置是我國規模最大的高功率固體激光系統,利用它可以獲得能量為2 400 J、波長為λ=0.35 μm的紫外激光。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,則該紫外激光所含光子數為多少 (結果保留3位有效數字)
15.(15分)如圖1所示,金屬框架AOC處于與框架垂直的磁感應強度為B=0.25 T的勻強磁場中,∠AOC=45°, 導體棒PQ與框架接觸良好構成回路, 且PQ⊥OC。現使導體棒從O位置以v=0.2 m/s 的速度向右做勻減速運動,加速度大小a= 1 m/s2。求:
(1)導體棒停止運動時,導體棒PQ與框架圍成的回路磁通量的大小;
(2)導體棒停止運動后就不再運動,以導體棒停止運動為計時零點,磁場的磁感應強度隨時間變化的B-t圖像如圖2所示,t=1.5 s時,導體棒PQ與框架圍成的回路磁通量的大小;
(3)在第(2)問的條件下,從t=1.5 s到t=3.5 s的過程中,回路中磁通量的變化量。
階段質量檢測(五)
1.選D　法拉第首先發現了電磁感應現象,A錯誤;麥克斯韋建立了電磁場理論,赫茲通過實驗證實了電磁波的存在,B錯誤;安培提出了分子電流假說,成功揭示了磁現象來源于運動電荷這一本質,C錯誤;普朗克把能量子引入物理學,破除了“能量連續變化”的觀念,D正確。
2.選C　發現導線正下方小磁針的N極向紙內轉動,可知導線下方產生了垂直紙面向里的磁場,根據右手螺旋定則可知,導線中的電流方向從a到b,故選C。
3.選B　當磁感線與閉合回路垂直時,磁感應強度越大,磁通量越大,當磁感線與閉合回路平行時,磁通量為零,可知磁感應強度越大,磁通量不一定越大,故A錯誤;發生電磁感應現象,則磁通量一定發生變化,故B正確;電磁感應現象最先是由法拉第通過實驗發現的,故C錯誤;在勻強磁場中,當磁感線與線圈成一定夾角時,線圈面積S越大,磁通量Φ越大,當磁感線與線圈平行時,磁通量Φ為零,可知線圈面積S越大,磁通量Φ不一定越大,故D錯誤。
4.選D　根據麥克斯韋電磁場理論可知,均勻變化的電場產生穩定的磁場,A錯誤;電磁波按波長從短到長順序排列依次是:γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波,B錯誤;γ射線的穿透本領比X射線更強,C錯誤;電磁波在真空中的傳播速度等于光速,D正確。
5.選B　兩根金屬棒ab和cd以相同的速度勻速運動,若斷開開關S,兩根金屬棒與導軌構成的回路中磁通量無變化,則ab中無感應電流,故A、C錯誤;若閉合開關S,兩根金屬棒與導軌構成的回路中磁通量發生變化,則ab中有感應電流,故B正確,D錯誤。
6.選A　A線圈接通瞬間,在鐵環中產生磁場,使得穿過線圈B的磁通量增加,在線圈B中產生感應電流,保持開關閉合,穿過線圈A、B的磁通量不再發生變化,所以線圈B中不再有感應電流,即小磁針偏轉一下隨即復原,故A正確,B錯誤;當開關斷開,A線圈中的電流中斷瞬間,使得穿過線圈B的磁通量減小,在線圈B中產生感應電流,小磁針會偏轉,線圈A電流減為零后穿過線圈A、B的磁通量不再變化,所以線圈B中不再有感應電流,小磁針偏轉一下后隨即復原,故C、D錯誤。
7.選A　在題圖所示位置,穿過線圈的磁通量大小為Φ0=BS,當線圈從題圖示位置轉過30°時,穿過線圈的磁通量大小Φ=BScos 30°=BS,故A正確;當線圈從題圖示位置轉過90°時,穿過線圈的磁通量大小為零,故B錯誤;當線圈從題圖示位置轉過180°時,穿過線圈的磁通量大小為Φ1=-BS,穿過線圈的磁通量的變化量大小為=2BS,故C錯誤;當線圈從題圖示位置轉過360°時,穿過線圈的磁通量大小為Φ2=BS,穿過線圈的磁通量的變化量大小為=0,故D錯誤。
8.選ACD　導線中的電流I逐漸增大,穿過線圈的磁通量改變,線圈中產生感應電流,故A符合題意;線圈以速度v1沿導線方向運動,穿過線圈的磁通量不變,線圈中不產生感應電流,故B不符合題意;線圈以速度v2遠離導線向右移動,穿過線圈的磁通量改變,線圈中產生感應電流,故C符合題意;線圈以AB邊為軸由題圖示位置向紙內轉過90°,穿過線圈的磁通量改變,線圈中產生感應電流,故D符合題意。
9.選BC　閉合開關S的瞬間,穿過線圈乙的磁通量不發生變化,電流表G中沒有感應電流,故A錯誤,B正確;閉合開關S后,滑動變阻器的滑片向左滑,滑動變阻器接入電路的電阻增大,電流減小,則穿過線圈乙的磁通量減小,電流表G中有感應電流,故C正確;閉合開關S,滑動變阻器的滑片靜止不動,電流不變,穿過線圈乙的磁通量不發生變化,電流表G中無感應電流,故D錯誤。
10.選AD　電磁波的能量子為ε=hν=h,則電磁波波長越長,其能量子的能量越小,故A正確;根據麥克斯韋的電磁場理論可知,周期性變化的磁場或電場,其周圍產生電磁波,故B錯誤;電磁波在真空中或空氣中傳播的速度v=3.0×108 m/s,空間站到地球表面的距離s=4×105 m,電磁波從空間站傳播到地面的時間為t== s≈0.001 3 s,故C錯誤;麥克斯韋提出了電磁場理論,1886年,赫茲通過實驗捕捉到電磁波,從而證明了電磁波的存在,故D正確。
11.解析:(1)電荷的正與負、吸引與排斥、加速度相等的勻加速和勻減速運動、作用力與反作用力等。
(2)開關始終處于閉合狀態時,因穿過a線圈的磁通量不變,所以無感應電流產生;開關閉合或斷開瞬間,穿過a線圈的磁通量發生變化,所以有感應電流產生。
答案:(1)見解析　(2)無　有
12.解析:(1)實驗時,通過觀察靈敏電流計的指針是否偏轉來判斷電路中是否產生感應電流。
(2)題圖甲所示電路是閉合電路,靈敏電流計的指針發生偏轉,說明電路中產生了感應電流;題圖丙所示電路是斷開的,靈敏電流計的指針沒有偏轉,說明電路中沒有產生感應電流;由此可知,產生感應電流的一個條件是電路要閉合。要得出產生感應電流的另一個條件是閉合導體回路的磁通量發生變化,這就要求兩次實驗中一次使閉合導體回路的磁通量發生變化,另一次使閉合導體回路的磁通量不發生變化,由此可以確定要選用題圖甲和乙。
(3)在題圖甲中,電路是閉合的,若AB棒不動,磁體運動,利用運動和靜止的相對性可以確定,導體回路的磁通量發生變化,具備了感應電流產生的兩個條件,所以電路中有電流產生。
答案:(1)靈敏電流計的指針是否偏轉　(2)閉合　甲和乙　(3)有
13.解析:(1)2 s末磁場的磁感應強度
B2=(2+3×2)T=8 T,
由Φ=BSsin θ知,
2 s末穿過線框的磁通量
Φ2=B2Ssin θ=8×(0.1)2× Wb=4×10-2 Wb。
(2)第3 s內磁感應強度的變化量ΔB=3 T,
所以ΔΦ=ΔBSsin θ=3×(0.1)2× Wb=1.5×10-2 Wb。
答案:(1)4×10-2 Wb　(2)1.5×10-2 Wb
14.解析:根據題意可知,該紫外激光每個光子的能量為E0=
則該紫外激光所含光子數n=
代入數據解得n≈4.22×1021個。
答案:4.22×1021個
15.解析:(1)導體棒從O位置以v=0.2 m/s的速度向右做勻減速運動,有2ax=v2
解得導體棒的位移為x==0.02 m
則導體棒停止運動時,導體棒PQ與框架圍成的回路磁通量的大小Φ=BS=B×x2=5×10-5 Wb。
(2)根據題圖2可知,在t=1.5 s時刻,磁場的磁感應強度為B1.5=1.0 T
則t=1.5 s時,導體棒PQ與框架圍成的回路磁通量的大小Φ'=B1.5S=B1.5×x2=2×10-4 Wb。
(3)由題圖2可知B隨t的變化滿足B=kt+B0
代入數據解得B=0.5t+0.25(T)
則t=3.5 s時刻的磁感應強度為B3.5=2 T
則t=3.5 s時,導體棒PQ與框架圍成的回路磁通量的大小Φ″=B3.5S=B3.5×x2=4×10-4 Wb
所以從t=1.5 s到t=3.5 s的過程中,回路中磁通量的變化量ΔΦ=Φ″-Φ'=2×10-4 Wb。
答案:(1)5×10-5 Wb　(2)2×10-4 Wb　(3)2×10-4 Wb
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