第十三章 电磁感应与电磁波初步 感知高考-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理必修第三册练习手册（人教版）

N 高中物理必修第三册（人教版） 感知 1.(2023·北京卷)在发现新的物理现象后， 人们往往试图用不同的理论方法来解释， 比如，当发现光在地球附近的重力场中传 播时，其频率会发生变化这种现象后，科 学家分别用两种方法做出了解释。 现象：从地面P点向上发出一束频率为o 的光，射向离地面高为H(远小于地球半 径)的Q点处的接收器上，接收器接收到 的光的频率为v。 方法一：根据光子能量E=hw=mc2(式中h 为普朗克常量，m为光子的等效质量，c 为真空中的光速)和重力场中能量守恒定 律，可得接收器接收到的光的频率。 方法二：根据广义相对论，光在有万有引 力的空间中运动时，其频率会发生变化， 将该理论应用于地球附近，可得接收器接 1/1-2GM 收到的光的频率v=o cR 式 2GM c2(R+H) 中G为引力常量，M为地球质量，R为地 球半径。下列说法正确的是() A由方法一得到1+，g为地球 表面附近的重力加速度 B.由方法二可知，接收器接收到的光的 波长大于发出时光的波长 C.若从Q点发出一束光照射到P点，从 以上两种方法均可知，其频率会变小 D.通过类比，可知太阳表面发出的光的 (106)练 高考 频率在传播过程中变大 2.(2023山东卷)梦天号实验舱携带世界首 套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对 提升我国导航定位、深空探测等技术具有 重要意义。如图所示为某原子钟工作的四 能级体系，原子吸收频率为o的光子从 基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自 发辐射出频率为的光子，跃迁到钟跃 迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到 钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出 钟激光，最后辐射出频率为3的光子回 到基态。该原子钟产生的钟激光的频率2 为() 钟激光 1 第2题图 A.vo+v+V3 B.vo+v-V3 C.Vo-V+V3 D.vo-v-v3 3.（2023山西卷)铯原子基态的两个超精细 能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频 率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级 为105eV,跃迁发射的光子的频率量级 为（普朗克常量h=6.63×104J·s,元电荷 e=1.60x10-19C)() A.10 Hz B.10 Hz C.10°Hz D.102 Hz 4.(2023·浙江卷)被誉为“中国天眼”的大 口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉 冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天 体进行观测，其接收光子的横截面半径为 R。若天体射向天眼的辐射光子中，有7 (<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该 天体发出的频率为v的N个光子。普朗克 常量为h,则该天体发射频率为v光子的 功率为() 第4题图 A.ANL'hv B.2NL'hv R27 R27 C.nlhy D.nlhy 4R2N 2R2N 5.(2022·全国乙卷)一点光源以113W的 功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为 6×107m的光，在离点光源距离为R处每 秒垂直通过每平方米的光子数为3×104 个。普朗克常量为h=6.63×104Js。R约 为() A.1×102m B.3x102m C.6x102m D.9x102m 6.(2024·浙江卷)下列说法正确的是( A.相同温度下，黑体吸收能力最强，但 辐射能力最弱 B.具有相同动能的中子和电子，其德布 罗意波长相同 C.电磁场是真实存在的物质，电磁波具 第十三章电磁感应与电磁波初步。 有动量和能量 D.自然光经玻璃表面反射后，透过偏振 片观察，转动偏振片时可观察到明暗 变化 7.(多选)(2022·全国乙卷)安装适当的软 件后，利用智能手机中的磁传感器可以测 量磁感应强度B。如图，在手机上建立直 角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy 面。某同学在某地对地磁场进行了四次测 量，每次测量时，y轴指向不同方向，而 z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结 果可推知( 第7题图 测量序号 B/μT B/uT B/WT 1 0 21 -45 2 0 -20 -46 3 21 0 -45 4 -21 0 -45 A.测量地点位于南半球 B.当地的地磁场大小约为50T C.第2次测量时y轴正向指向南方 D.第3次测量时y轴正向指向东方 8.(多选)(2022·福建卷)奥斯特利用如图 所示实验装置研究电流的磁效应。一个可 自由转动的小磁针放在白金丝导线正下 方，导线两端与一伏打电池相连。接通电 练(107) N 高中物理必修第三册（人教版） 源瞬间，小磁针发生了明显偏转。奥斯特 采用控制变量法，继续研究了导线直径、 导线材料、电池电动势以及小磁针位置等 因素对小磁针偏转情况的影响。他能得到 的实验结果有( 第8题图 A.减小白金丝直径，小磁针仍能偏转 B.用铜导线替换白金丝，小磁针仍能偏转 C.减小电源电动势，小磁针一定不能偏转 D.小磁针的偏转情况与其放置位置无关 9.(2024·江西)近年来，科学家发明硅衬底 氮化镓基系列发光二极管(LED),开创 了国际上第三条LED技术路线。某氮化 镓基LED材料的简化能级如图所示，若 108)练 能级差为2.20eV(约3.52x109J),普朗 克常量h=6.63×104J·s,则发光频率约为 ( A.6.38×104Hz B.5.67×104Hz C.5.31×104Hz D.4.67x104Hz 10.(多选)(2023·福 地球自转方向 建卷)地球本身是 一个大磁体，其磁 场分布示意图如图 第10题图 所示。学术界对于地磁场的形成机制尚 无共识。一种理论认为地磁场主要源于 地表电荷随地球自转产生的环形电流。 基于此理论，下列判断正确的是() A.地表电荷为负电荷 B.环形电流方向与地球自转方向相同 C.若地表电荷的电量增加，则地磁场强 度增大 D.若地球自转角速度减小，则地磁场强 度增大E-E=h2,则从能级k跃迁到能级m有E-Em=(E-En)- (Enm-En)=hw2-h1,因红光的能量小于紫光的能量，故能 量降低辐射光子，故选D。 16.BD【解析】量子化的物理量变化是不连续的、 一份一份变化的，学生人数、马家柚的个数是量子化 的，物体的动能、教室的高度不是量子化的变化。故 A、C错误，B、D正确。 17.D【解析】红外线的热效应显著，常用来加热理 疗，而紫外线的化学作用与荧光作用显著，常用来杀菌 和消毒，故A错误；紫外线属于电磁波，紫外线的频率 比可见光高，故B错误；该紫外线在真空中的波长为 A=C=3x108 了80x10m=3.75x10'm,故C错误；该紫外线能 量子的能量为e=hw=6.6x104×8.0x104J=5.28x109J,故D 正确。故选D。 >“情境题专项 1.C【解析】发现小磁针的N极指向为北偏西60°， 则电流在小磁针处的磁场方向向西，大小是B'=Btan60°= V3B,由安培定则知，电流的方向由南向北，故C 正确。 2.B【解析】电磁波可以传递信息，声波也能传递 信息，故A错误；手机在通话时涉及的波既有电磁波又 有声波，故B正确；太阳光中的可见光的传播速度是光 速，医院“B超”中的超声波传播速度是声速，二者的 大小不相同，故C错误：遥控器发出的红外线波长和医 院“CT”中的X射线波长不相同，故D错误。 3.ACD 4.C【解析】手机用“WF”上网和铁骑交警利用 随身携带的对讲机交流都是利用电磁波中的无线电波传 递信息的，A、B正确：蝙蝠利用“回声”定位是利用 超声波进行的，C错误；舱外航天员之间通过电磁波进 行语言直接交流，D正确。本题选不是利用电磁波传递 信息的，故选C。 5.C【解析】量子是现代物理的重要概念，即一个 物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物 理量是量子化的，并把最小单位称为量子，故A错误： 任何物体都会向外发射红外线，故B错误；任何频率的 电磁波在真空中的传播速度都等于光速c,故C正确； 依据题意，量子雷达仍采用发射经典态的电磁波，不是 目标物体发射的电磁波，故D错误。故选C。 6.A【解析】手持金属探测器利用电磁感应的原理， 利用有交流电通过金属探测器内部的线圈，产生迅速变 参考答案与解析。 化的磁场。这个磁场能在金属物体内部产生涡电流。涡 电流又会产生磁场，反过来影响金属探测器内部线圈原 来的磁场，引发探测器发出鸣声，从而可以检测是否携 带金属器件制作的通信工具。故选A。 7.C【解析】将“钥匙扣”接触区装置拆开后是一 个多匝矩形线圈，“钥匙扣”靠近后产生感应电流，从 而控制开关，是利用了电磁感应现象。故选C。 8.回形针被磁化时，其内部分子电流的取向变得大 致相同，而激烈的热运动使分子电流的取向又变得杂乱 无章，使回形针失去磁性。 9.(1)产生(2)产生 【解析】带电小球做圆锥摆运动可等效为一环形电 流，在空间产生磁场，可由安培定则判断磁感线的分布 特点。(1)当圆环竖起时，穿过圆环的磁通量减少， 由感应电流的产生条件知，圆环中产生感应电流。 (2)当圆环在水平面上被拉动时，穿过圆环的磁通量减 少，圆环中产生感应电流。 一感知高考 L.B【解析】由能量守恒定律可得hw+mgH=ho, h6=m心，解得归-型)，A错误：由表达式归心 1/2Gm cR =,可知v<o,即接收器接收到的光的波 v1 长大于发出的光的波长，B正确；若从地面上的P点发 出一束光照射到O点，从以上两种方法均可知，其频率 变小，若从Q点发出一束光照射到P点，其频率变大， C错误；由上述分析可知，从地球表面向外辐射的光在 传播过程中频率变小；通过类比可知，从太阳表面发出 的光的频率在传播过程中变小，D错误。故选B。 2.D【解析】原子吸收频率为%的光子从基态能级 I跃迁至激发态能级Ⅱ时有Em-E1=ho,且从激发态能 级Ⅱ向下跃迁到基态I的过程有Em-E=h+hw+hw,联 立解得h=g-V-y3o故选D。 3.C【解析】铯原子利用的两能级的能量差量级对 应的能量为8=105eV=105×1.6×10-9J=1.6×1024J,由光 子能量的表达式ε=hv可得，跃迁发射的光子的频率量 级为会-66C业24W0心比，跃正发射的光 子的频率量级为10°Hz。故选C。 4.A【解析】设天体发射频率为v光子的功率为P, 题意可知h×X初=m,其中18，解得 83 N 高中物理必修第三册（人教版） 4NZh卫。故选A。 R 5.B【解析】一个光子的能量为E=hw,v为光的频 率，光的波长与频率有以下关系c=入v,光源每秒发出的 光子的个数为品胎，P为光源的功率，光子以球 面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数 相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方 米的光子数为3×104个，那么此处的球面的表面积为S= 4mR,则冬=3×104，联立以上各式解得R≈3×10m。 故选B。 6.CD【解析】相同温度下，黑体吸收和辐射能力 最强，故A错误；根据A=h=h一 ,具有相同动能 P V2mE. 的中子和电子，电子质量较小，德布罗意波长较长，故 B错误；电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和 能量，故C正确；自然光在玻璃、水面等表面反射时， 反射光可视为偏振光，透过偏振片观察，转动偏振片时 能观察到明暗变化，故D正确。故选CD。 7.BC【解析】如图所示，地球可视为一个磁偶极， 磁南极大致指向地理北极附近，磁北极大致指向地理南 极附近。通过这两个磁极的假想直线（磁轴）与地球的 自转轴大约成11.3度的倾斜。由表中z轴数据可看出z 轴的磁场竖直向下，则测量地点应位于北半球，A错 误；磁感应强度为矢量，故由表格可看出此处的磁感应 强度大致为B=VB+B=VB,+B:,计算得B≈50uT, B正确；由选项A可知测量地在北半球，而北半球地磁 场指向北方斜向下，则第2次测量，测量B<0,故Y轴 (84 指向南方，第3次测量B<0,故x轴指向北方而y轴则 指向西方，C正确，D错误。故选BC。 地磁南极 地磁北极 第7题答图 8.AB【解析】减小导线直径，仍存在电流，其产 生的磁场仍能使小磁针偏转，故A正确：白金导线换成 铜导线，仍存在电流，产生的磁场仍能使小磁针偏转， 故B正确：减小伏打电池电动势，只要导线中有电流， 小磁场还是会发生偏转，故C错误：通电导线产生的磁 场与地磁场叠加后，其空间磁场方向与位置有关，当小 磁针在不同位置时其偏转情况不同，故D错误。故选 AB。 9.C【解析】根据题意可知，辐射出的光子能量ε= 3.52x10-19J,由6=hv代入数据解得v≈5.31×104Hz,C 正确。 10.AC【解析】根据右手螺旋定则可知，地表电荷 为负电荷，故A正确；由于表电荷为负电荷，则环形电 流方向与地球自转方向相反，故B错误；若地表电荷的 电量增加，则等效电流越大，地磁场强度增大，故C正 确；若地球自转角速度减小，则等效电流越小，地磁场 强度减小，故D错误。故选AC。