第十三章 电磁感应与电磁波初步01-2024-2025学年高二物理精剖细解讲义（人教版2019必修第三册）

第十三章 电磁感应与电磁波初步01 一、单选题 1．中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了∶“方家（术士）以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意图如图所示。结合上述材料，下列说法正确的是（　　） A．地球表面任意位置的磁场方向都与地面平行 B．因地磁场影响，在进行奥斯特实验时，通电导线东西放置时实验现象最明显 C．结合地球自转方向，可以判断出地球是带负电的 D．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理南极附近 【答案】C 【详解】A．磁场是闭合的曲线，地球磁场从南极附近发出，从北极附近进入地球，组成闭合曲线，不是地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行，故A错误； B．根据安培定则可知，导线的磁场方向与导线电流的方向垂直，可知因地磁场影响，在进行奥斯特实验时，通电导线南北放置时实验现象最明显，故B错误； C．地球自转方向自西向东，地球的南极是地磁场的北极，由安培定则判断可知地球是带负电的，故C正确； D．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近，故D错误。 故选C。 2．如图所示，在直角三角形ABC的B、C处分别有垂直于三角形平面的通电长直导线，导线中电流的大小相等，方向相反，，D为AB边中点，已知C处的电流在D点产生的磁场磁感应强度大小为B0，则D点的磁感应强度大小为（　　） A．0 B．B0 C． D．2B0 【答案】C 【详解】如图 C处的电流在D点产生的磁场磁感应强度大小B0，方向与CD垂直；B处的电流在D点产生的磁场磁感应强度大小B1，方向与AB垂直；由于D点到B、C点的距离相等，则 B0=B1 由数学知识可知B0与B1的夹角为60°，则D点的磁感应强度大小为 故选C。 3．如图所示，长方形框架的面积为S，框架平面与磁感应强度大小为B的匀强磁场方向垂直。下列说法不正确的是（　　） A．框架在图示位置时，穿过框架平面的磁通量为BS B．框架绕转过60°角时，穿过框架平面的磁通量为0.5BS C．框架从图示位置转过90°角时，穿过框架平面的磁通量为零 D．框架从图示位置转过180°角，穿过框架平面的磁通量变化量为0 【答案】D 【详解】A．框架在图示位置时，穿过框架平面的磁通量为 故A正确，不符合题意； B．框架绕转过60°角时，穿过框架平面的磁通量为 =BScos60°=0.5BS 故B正确，不符合题意； C．框架从图示位置转过90°角时，穿过框架平面的磁通量为零，故C正确，不符合题意； D．框架从图示位置转过180°角时，穿过框架平面的磁通量变化量为 故D错误，符合题意。 故选D。 4．将面积为0.5 m2的单匝线圈，放在磁感应强度B = 2.0 × 10−3 T的匀强磁场中，穿过线圈的磁通量可能是（　　） A．1.0 Wb B．1.0 × 10−1 Wb C．1.0 × 10−2 Wb D．1.0 × 10−3 Wb 【答案】D 【详解】当线圈平面与磁场垂直时，磁通量最大，为 所以，穿过线圈的磁通量 故选D。 5．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，以磁感线穿入球壳的方向为正方向，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．若小磁针沿CD运动，球壳上有感应电流产生 C．球壳上单位面积的磁通量大小处处相等 D．AB左右两侧球壳上的磁通量大小相等 【答案】D 【详解】A．由题图小磁针的左侧为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．小磁针沿CD运动，球壳上总的磁通量始终为0，无感应电流产生，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大小不是处处相等，故C错误； D．根据题意可知，通过磁场中任一闭合曲面的总磁通量恒等于零，则AB左右两侧球壳上的磁通量大小相等，故D正确。 故选D。 6．下图所示的情境（速度均恒定）中能产生感应电流的是（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．要使线圈中产生感应电流，则穿过线圈的磁通量要发生变化且回路要闭合。因为线圈不闭合，故不能产生感应电流, A错误； B．两导体棒向左、右两侧运动，穿过闭合回路的磁通量发生变化，故能产生感应电流, B正确； C．通电直导线在线圈的正上方，结合安培定则，可知穿过线圈的磁通量始终是0，不能在线圈中产生感应电流，C错误； D．线圈以一定的速度水平向右运动，穿过线圈的磁通量不变，不能产生感应电流，D错误。 故选B。 7．下列说法正确的是（　　） A．光是一种电磁波 B．光需要介质才能传播 C．声波只能在空气中传播 D．在空气中传播的声波是横波 【答案】A 【详解】AB．光属于电磁波，其传播不需要介质，可以在真空中传播，故A正确，B错误； C．声波的传播需要介质，可以在空气、液体和固体中传播，故C错误； D．在空气中传播的声波是纵波，故D错误。 故选A。 二、多选题 8．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．医院里“γ手术刀”和B超“超声波”都能在真空中传播并能发生干涉、衍射 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 【答案】BCD 【详解】A．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； B．医院里“γ手术刀”是一种γ射线，可以在真空中传播；超声波是一种纵波，超声波的传播需要介质，在真空中不能传播；它们在满足一定条件下均能发生干涉、衍射，故B错误，符合题意； C．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，而赫兹用实验证实电磁波存在，故C错误，符合题意； D．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。 故选BCD。 9．关于磁感线和电场线，下列说法中正确的是（　　） A．磁感线是闭合曲线，而静电场线不是闭合曲线 B．磁感线、电场线的疏密均分别表示磁感应强度和电场强度的大小 C．磁感线、电场线切线方向都分别表示磁场和电场的方向 D．磁感线起始于N极，终止于S极；电场线起始于正电荷，终止于负电荷 【答案】ABC 【详解】A．磁感线是闭合曲线，而静电场线是从正电荷出发指向无穷远或负电荷，或从无穷远指向负电荷，不是闭合曲线，故A正确； B．磁感线和电场线是为了形象地描述磁场和电场引入的，磁感线的疏密表示磁感应强度的大小，电场线的疏密表示电场强度的大小，故B正确； C．磁感线切线方向表示磁场的方向，电场线切线方向表示电场的方向，故C正确； D．磁感线在磁体的外部从N极出来，进入S极，内部从S极到N极形成闭合曲线；电场线起始于正电荷，终止于负电荷，故D错误。 故选ABC。 10．如图所示，棱长为L的正方体的上、下底面的每条棱上均固定有长直导线，导线间彼此绝缘且通过导线的电流大小均为。已知通有电流为I的长直导线在距离d处产生的磁感应强度大小为。正方体中心磁感应强度的大小可能是（   ） A． B．0 C． D． 【答案】BCD 【详解】以垂直面的四根导线为例，导线电流方向改变时对应的面中心合磁感应强度大小总共有三种，分别是和，若只考虑垂直某面的四根导线在该面中心产生的磁场，当面中心磁场沿方向、面中心磁场沿方向，大小均为时，二者夹角为120°，正方体中心处的磁感应强度大小为；当面中心磁场沿方向、中心磁场沿方向，大小均为时，二者夹角为60°，正方体中心处的磁感应强度大小；当面中心磁场方向沿方向，面中心磁场方向沿方向，大小均为时，二者夹角为90°，正方体中心处的磁感应强度大小；当面中心磁场方向沿方向、大小为面中心磁场方向沿方向、大小为时，二者夹角为90°，正方体中心处的磁感应强度大小为。故正方体中心的磁感应强度大小可能为和。 故选BCD。 三、实验题 11．奥斯特实验首次揭示了电与磁的联系。如图所示，通电直导线正下方有一小磁针。    （1）当直导线不通电流时，小磁针的Ｎ极指向地理上的 （填“南”或“北”）极附近。 （2）为了更好的完成此实验，直导线应该 （填“东西”或“南北”）放置。 （3）当直导线通有如图所示的电流时，小磁针的N极将垂直纸面向 （填“里”或“外”）偏转。 （4）已知环形电流在圆心处的磁感应强度大小与其半径成反比，通电直导线在其延长线上的磁感应强度为零。纸面内闭合导线框a、b由同心半圆与直线构成，通以大小相同的电流，如图所示。a、b在其圆心Oa、Ob处的磁感应强度的大小Ba Bb（填“>”“=”或“<”），Oa处的磁场方向垂直纸面向 （填“里”或“外”）。    【答案】 北 南北 里 < 外 【详解】（1）[1]地磁场的南极在地理北极附近。因此当直导线不通电流时，小磁针的N极指向地理上的北极附近。 （2）[2]当导线沿东西方向放置时，其下方磁场方向沿南北方向；因为小磁针通常情况下受到地磁场的作用指向南北方向，需要避免地磁场的作用对实验结果造成影响，所以应使通电导线沿南北方向放置。 （3）[3]由安培定则，当直导线通有如图所示的电流时，小磁针的N极将向垂直纸面向里偏转。 （4）[4]导线框圆心处的磁场为两个环形电流产生的磁感应强度矢量和。根据右手螺旋定则可知顺时针电流在导线框a圆心处处产生的磁场垂直纸面向里，逆时针电流在圆心处产生的磁场垂直于纸面向外，所以此处的合磁感应强度为两个磁场磁感应强度之差；导线框b圆心处的磁场方向为两个电流的磁场之和，两个电流都是顺时针方向，在圆心处产生的磁场均垂直于纸面向里，所以此处的磁感应强度为两个磁场产生的磁感应强度之和，所以 Ba<Bb [5]根据上面的分析可知线框a圆心处的磁场方向为两个磁感应强度矢量之差，根据题意可知环形电流在圆心处的磁感应强度大小与其半径成反比，所以合磁场方向垂直纸面向外。 12．在“探究影响感应电流方向的因素”实验中，用试触的方法确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系。如图甲所示实验表明，电流从电流表正接线柱流入，电流表指针向右偏转。      (1)观察如图乙所示的线圈绕线方向，若电流从A流入线圈，从B流出线圈，从上向下看电流的方向为 （填“顺时针”或“逆时针”）。 (2)用如图丙所示的实验装置，若电流表指针向右偏转，则线圈中感应电流在线圈内产生的磁场的方向 （填“向上”或“向下”）。 (3)小齐设计了一种延时继电器：如图2所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A和电源连接，线圈B与直导线构成一个闭合回路。弹簧K与衔铁D相连，D的右端触头C连接工作电路（未画出）。开关S闭合状态下，工作电路处于导通状态。S断开瞬间，延时功能启动，此时直导线中电流方向为 （填写“a到b”或“b到a”）。 【答案】(1)逆时针 (2)向上 (3)b到a 【详解】（1）如图乙所示的线圈绕线方向，若电流从A流入到B流出，从上向下看电流的方向为逆时针； （2）用图丙所示的实验装置，电流表指针向右偏转，从上向下看电流的方向逆时针，根据安培定则，则线圈中感应电流产生的磁场的方向向上。 （3）S断开瞬间，延时功能启动，此时穿过线圈B的磁通量向上减小，根据楞次定律可知，线圈B中感应电流产生的磁场方向向上，则此时直导线ab中电流方向为b到a。 四、解答题 13．如图所示，一水平放置的N匝矩形线框面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向斜向上，与水平面成30°角，现若使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的改变量的大小是多少？ 【答案】 【详解】若取转到末位置时穿过线框方向为正方向，则 因穿过多匝线圈的磁通量的大小与匝数无关，故 14．如图所示，abcd是边长的正方形金属框，匀强磁场区域左边界到bc的距离也为L，右边界MP与水平线MN间的夹角，且M点为cd边的中点。磁感应强度，方向垂直纸面向外。 （1）求图示位置金属框的磁通量的大小； （2）若将金属框以bc为轴，向纸面外转动180°，求磁通量的变化量的大小。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）图示位置金属框的磁通量大小为 （2）若将金属框以bc为轴，向纸面外转动180°，金属框的磁通量为 磁通量的变化量大小为 15．如图甲所示，金属框架处于与框架重回的匀强磁场中，，导体棒与框架接触良好构成回路，且。导体格从零时刻由位置以的速度匀速向右运动，磁场的磁感应强度随时间变化的图像如图乙所示直线。求： （1）和时刻，磁场的磁感应强度大小； （2）时刻，回路的磁通量； （3）从到的过程中，回路中磁通量的变化量。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）由图2可知，在时刻，磁场的磁感应强度为 设磁场的磁感应强度随的变化关系为 由图2可知，时 代入数据解得 即有 故在时刻，磁场的磁感应强度为 （2）在时刻，导体棒运动的位移为 闭合回路围成的面积为 回路的磁通量为 （3）在时刻，导体棒运动的位移为 闭合回路围成的面积为 回路的磁通量为 故从到的过程中，闭合回路磁通量的变化量为 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十三章 电磁感应与电磁波初步01 一、单选题 1．中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了∶“方家（术士）以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意图如图所示。结合上述材料，下列说法正确的是（　　） A．地球表面任意位置的磁场方向都与地面平行 B．因地磁场影响，在进行奥斯特实验时，通电导线东西放置时实验现象最明显 C．结合地球自转方向，可以判断出地球是带负电的 D．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理南极附近 2．如图所示，在直角三角形ABC的B、C处分别有垂直于三角形平面的通电长直导线，导线中电流的大小相等，方向相反，，D为AB边中点，已知C处的电流在D点产生的磁场磁感应强度大小为B0，则D点的磁感应强度大小为（　　） A．0 B．B0 C． D．2B0 3．如图所示，长方形框架的面积为S，框架平面与磁感应强度大小为B的匀强磁场方向垂直。下列说法不正确的是（　　） A．框架在图示位置时，穿过框架平面的磁通量为BS B．框架绕转过60°角时，穿过框架平面的磁通量为0.5BS C．框架从图示位置转过90°角时，穿过框架平面的磁通量为零 D．框架从图示位置转过180°角，穿过框架平面的磁通量变化量为0 4．将面积为0.5 m2的单匝线圈，放在磁感应强度B = 2.0 × 10−3 T的匀强磁场中，穿过线圈的磁通量可能是（　　） A．1.0 Wb B．1.0 × 10−1 Wb C．1.0 × 10−2 Wb D．1.0 × 10−3 Wb 5．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，以磁感线穿入球壳的方向为正方向，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．若小磁针沿CD运动，球壳上有感应电流产生 C．球壳上单位面积的磁通量大小处处相等 D．AB左右两侧球壳上的磁通量大小相等 6．下图所示的情境（速度均恒定）中能产生感应电流的是（    ） A． B． C． D． 7．下列说法正确的是（　　） A．光是一种电磁波 B．光需要介质才能传播 C．声波只能在空气中传播 D．在空气中传播的声波是横波 二、多选题 8．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．医院里“γ手术刀”和B超“超声波”都能在真空中传播并能发生干涉、衍射 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 9．关于磁感线和电场线，下列说法中正确的是（　　） A．磁感线是闭合曲线，而静电场线不是闭合曲线 B．磁感线、电场线的疏密均分别表示磁感应强度和电场强度的大小 C．磁感线、电场线切线方向都分别表示磁场和电场的方向 D．磁感线起始于N极，终止于S极；电场线起始于正电荷，终止于负电荷 10．如图所示，棱长为L的正方体的上、下底面的每条棱上均固定有长直导线，导线间彼此绝缘且通过导线的电流大小均为。已知通有电流为I的长直导线在距离d处产生的磁感应强度大小为。正方体中心磁感应强度的大小可能是（   ） A． B．0 C． D． 三、实验题 11．奥斯特实验首次揭示了电与磁的联系。如图所示，通电直导线正下方有一小磁针。    （1）当直导线不通电流时，小磁针的Ｎ极指向地理上的 （填“南”或“北”）极附近。 （2）为了更好的完成此实验，直导线应该 （填“东西”或“南北”）放置。 （3）当直导线通有如图所示的电流时，小磁针的N极将垂直纸面向 （填“里”或“外”）偏转。 （4）已知环形电流在圆心处的磁感应强度大小与其半径成反比，通电直导线在其延长线上的磁感应强度为零。纸面内闭合导线框a、b由同心半圆与直线构成，通以大小相同的电流，如图所示。a、b在其圆心Oa、Ob处的磁感应强度的大小Ba Bb（填“>”“=”或“<”），Oa处的磁场方向垂直纸面向 （填“里”或“外”）。    12．在“探究影响感应电流方向的因素”实验中，用试触的方法确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系。如图甲所示实验表明，电流从电流表正接线柱流入，电流表指针向右偏转。      (1)观察如图乙所示的线圈绕线方向，若电流从A流入线圈，从B流出线圈，从上向下看电流的方向为 （填“顺时针”或“逆时针”）。 (2)用如图丙所示的实验装置，若电流表指针向右偏转，则线圈中感应电流在线圈内产生的磁场的方向 （填“向上”或“向下”）。 (3)小齐设计了一种延时继电器：如图2所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A和电源连接，线圈B与直导线构成一个闭合回路。弹簧K与衔铁D相连，D的右端触头C连接工作电路（未画出）。开关S闭合状态下，工作电路处于导通状态。S断开瞬间，延时功能启动，此时直导线中电流方向为 （填写“a到b”或“b到a”）。 四、解答题 13．如图所示，一水平放置的N匝矩形线框面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向斜向上，与水平面成30°角，现若使矩形框以左边的一条边为轴转到竖直的虚线位置，则此过程中磁通量的改变量的大小是多少？ 14．如图所示，abcd是边长的正方形金属框，匀强磁场区域左边界到bc的距离也为L，右边界MP与水平线MN间的夹角，且M点为cd边的中点。磁感应强度，方向垂直纸面向外。 （1）求图示位置金属框的磁通量的大小； （2）若将金属框以bc为轴，向纸面外转动180°，求磁通量的变化量的大小。 15．如图甲所示，金属框架处于与框架重回的匀强磁场中，，导体棒与框架接触良好构成回路，且。导体格从零时刻由位置以的速度匀速向右运动，磁场的磁感应强度随时间变化的图像如图乙所示直线。求： （1）和时刻，磁场的磁感应强度大小； （2）时刻，回路的磁通量； （3）从到的过程中，回路中磁通量的变化量。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！5 学科网（北京）股份有限公司 $$