高中物理单元测试——第5章初识电磁场与电磁波（较难版01）

高中物理单元测试 —— 第5章 初识电磁场与电磁波（较难版01）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）关于磁感线，下列说法中正确的是（　　） A．沿磁感线的方向，磁场逐渐减弱 B．磁铁周围磁感线的形状，与铁屑在它周围排列的形状相同，说明磁场呈线条形状，磁感线是磁场的客观反映 C．磁场中任意两条磁感线均不相交 D．磁感线类似电场线，它总是从磁体的N极出发，到S极终止 2．（本题4分）下列说法正确的是（　　） A．磁体与磁体间的相互作用是通过磁场产生的 B．磁场只有在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生 C．磁体与电流间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的 D．电场和磁场是同一种物质 3．（本题4分）关于磁感应强度的定义，下列说法中正确的是（    ） A．将电流元放在磁场中，其受力F与（IL）之比定义为磁感应强度 B．磁感应强度的单位为Wb，是国际单位制中的七个基本单位之一 C．磁感应强度有方向，就是检验电流元的受力方向 D．如果磁场由电流产生，其磁感应强度的大小与检验电流元的受力无关 4．（本题4分）纸面内有一正方形abcd，过其中心有一垂直纸面放置的长直导线，导线内通有向外的恒定电流，如图所示，空间中还存在一方向从b指向d的匀强磁场。已知a点、d点的磁感应强度大小分别为2B、，则该匀强磁场的磁感应强度大小为（     ） A． B．B C． D．2B 5．（本题4分）光是一种电磁波，其中红、橙、黄、绿4种单色光的波长分别是、，则4种单色光中光子能量最大的是（　　） A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光 6．（本题4分）已知地球到月球的距离是，电磁波在真空中的速度是。若从地球向月球发射电磁波，经过多长时间能在地球上接收到反射回来的电磁波？（　　） A． B． C． D． 7．（本题4分）如图为两形状完全相同的金属环、平行竖直的固定在绝缘水平面上，且两圆环的圆心、的连线为一条水平线，其中、、为该连线上的三点，相邻两点间的距离满足。当两金属环中通有从左向右看逆时针方向大小相等的电流时，经测量可得点的磁感应强度大小为，点的磁感应强度大小为。如果将右侧的金属环的电流方向变为与原来相反（大小不变），则点的磁感应强度大小应为（　　） A． B． C． D． 二、多选题 8．（本题6分）小磁针的正上方有一根直导线，当在导线中通入水平向右的电流时，发现静止的小磁针会发生偏转，下列选项中正确的是（　　） A．该现象称之为电流的磁效应，由物理学家奥斯特首先发现 B．小磁针的偏转是受到电流的磁场的作用 C．小磁针的N极将向外偏转 D．小磁针的N极将往上偏转 9．（本题6分）如图所示，虚线框内存在垂直于纸面的匀强磁场，闭合金属线圈由位置1沿图中所示路径平移至位置5。有感应电流产生的过程是（　　） A．1→2 B．2→3 C．3→4 D．4→5 10．（本题6分）如图甲，某科技小组要探究长直导线周围磁场分布情况，将长直导线沿南北方向水平放置，在导线正下方、与导线距离为r的P处放置一枚可自由转动的小磁针。当导线中通以恒定电流后，小磁针N极向纸外偏转，测得小磁针静止时N极偏离南北方向的角度θ，其正切值与的关系图像如图乙所示。已知实验所在处地磁场水平分量大小恒为，则下列判断正确的是（　　） A．导线中的电流方向由北向南 B．电流在P处产生的磁场方向就是小磁针静止时N极所指的方向 C．电流在导线正下方处产生的磁场的磁感应强度大小为 D．导线正下方处磁场的磁感应强度大小为 三、作图题 11．（本题6分）在如图所示的四幅图中，分别给出了磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向[图（3）中小磁针在螺线管内部]，请标出对应的磁感线方向或电流方向。 四、实验题 12．（本题6分）某小组同学用如图所示装置。做“探究影响感应电流方向的因素”实验。    (1)关于该实验、下列说法不正确的是（　　） A．需保持磁铁运动的速率不变 B．需记录感应电流产生的磁场方向 C．需记录磁铁在线圈中的磁场方向 D．需确认电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系 (2)某次实验中，小组同学观察到感应电流方向如图所示，则条形磁铁的运动方向为___________（选填“向上”或“向下”）。 (3)法拉第研究电磁感应时，他将M、N两个线圈绕在同一个铁环上。线圈M接到电源上，线圈N接入电流表，如图所示。闭合开关S瞬间。通过电流表的电流方向为___________。（选填“向上”或“向下”）。断开开关S瞬间。线圈N中___________（选填“是”或“否”）有感应电流产生。 13．（本题9分）某同学搭建如图电路以研究通电螺线管的磁感应强度，电流从接线柱流入螺线管，从接线柱流出螺线管。 (1)实验操作正确，得到螺线管中心轴线上的磁感应强度的分布如图中的图线1，从图中可以看出，螺线管中部的磁感应强度特点是________________。 (2)该同学发现螺线管是由很细的导线紧密绕制而成，其右侧还有一个接线柱。为了探究螺线管导线的绕线方式及其如何与三个接线柱相连，他接着做了以下探究性实验：保持其它条件不变，仅使电流从接线柱流入，从接线柱流出螺线管，得到螺线管中心轴线上的磁感应强度分布如图中的图线2，且发现图线2中间部分的磁感应强度比图线1中间部分的磁感应强度的一半值略大些。保持其它条件不变，仅使电流从接线柱流入，从接线柱流出螺线管，得到螺线管中心轴线上的磁感应强度分布与图线2相似，请根据实验结果猜测螺线管绕线可能是图中的_________________（选填“甲”、“乙”或“丙” ）。 (3)该同学通过理论分析，认为第2次实验结果中通电螺线管中心处的磁感强度应该是第1次实验结果的一半，而实际测量结果却存在差异，试推测可能的原因_____。 (4)仅用一根导线，如何判断电流表内部线圈是否断了____？ 五、解答题 14．（本题14分）如图甲所示，边长为的匝正方形闭合线圈内部有一边长为的正方形区域的匀强磁场，磁场右边界与线圈右边界重合，磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度随时间的变化如图乙所示。 (1)求时穿过线圈的磁通量； (2)若时线圈开始以右边界为转轴按箭头方向转动，时线圈刚好转过，求到内穿过线圈的磁通量的变化量。 15．（本题19分）如图所示，将边长分别为和的正方形线圈甲、乙放在水平面上，在线圈甲内加方向垂直线圈平面向里、磁感应强度大小的匀强磁场。 (1)若线圈甲内磁场的磁感应强度减小到，方向不变，则穿过两线圈的磁通量的变化量大小分别为多少？ (2)若保持匀强磁场的磁感应强度大小不变，线圈乙绕水平轴转动角，则穿过线圈乙的磁通量的变化量大小为多少？ 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 $ 高中物理单元测试 —— 第5章 初识电磁场与电磁波（较难版01）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）关于磁感线，下列说法中正确的是（　　） A．沿磁感线的方向，磁场逐渐减弱 B．磁铁周围磁感线的形状，与铁屑在它周围排列的形状相同，说明磁场呈线条形状，磁感线是磁场的客观反映 C．磁场中任意两条磁感线均不相交 D．磁感线类似电场线，它总是从磁体的N极出发，到S极终止 【答案】C 【详解】A．磁感线的疏密表示磁场的强弱，沿磁感线的方向，磁场不一定逐渐减弱，故A错误； B．磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的线，并非磁场的客观反映，故B错误； C．磁感线的切线方向表示磁场的方向，磁场中任意两条磁感线均不相交，故C正确； D．磁感线在磁体的外部是从磁体的N极出发回到S极；在磁体的内部，磁感线是从磁体的S极出发，回到N极，形成闭合曲线，故D错误。 故选C。 2．（本题4分）下列说法正确的是（　　） A．磁体与磁体间的相互作用是通过磁场产生的 B．磁场只有在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生 C．磁体与电流间的相互作用是通过电场与磁场共同产生的 D．电场和磁场是同一种物质 【答案】A 【详解】A．磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用是通过磁场传递的，即一个磁体产生磁场，另一磁体在该磁场中受到力的作用。这是磁场的基本性质，故A正确； B．磁场是客观存在的物质，磁体或电流周围始终存在磁场，与是否有其他物体与之相互作用无关。相互作用只是磁场力的表现，并非磁场产生的前提，故B错误； C．磁体产生磁场，电流在磁场中受安培力或洛伦兹力。磁体与电流间的作用是纯磁场作用，不涉及电场。磁体整体呈电中性，不会产生宏观电场，故C错误； D．磁场是一种特殊物质，它的基本性质是对放入其中的磁体、通电导体有磁场力的作用；而电场是电荷周围存在的一种特殊物质，其基本性质是对放入电场中的电荷有力的作用。因此，磁场和电场是两种不同的物质，故D错误。 故选A。 3．（本题4分）关于磁感应强度的定义，下列说法中正确的是（    ） A．将电流元放在磁场中，其受力F与（IL）之比定义为磁感应强度 B．磁感应强度的单位为Wb，是国际单位制中的七个基本单位之一 C．磁感应强度有方向，就是检验电流元的受力方向 D．如果磁场由电流产生，其磁感应强度的大小与检验电流元的受力无关 【答案】D 【详解】A．将电流元垂直于磁场方向放入磁场中，其受力F与电流元（IL）之比才定义为磁感应强度，故A错误； B．磁感应强度的单位为特斯拉（T），韦伯（Wb）是磁通量的单位，且国际单位制基本单位为米、千克、秒、安培等七个，Wb和T均为非基本单位，故B错误； C．磁感应强度是矢量，其方向是小磁针静止时N极的指向，根据左手定则可知，检验电流元的受力方向与该处的磁场方向垂直，故C错误； D．磁感应强度的大小由磁场源（如电流）决定，是磁场本身的属性，与检验电流元无关，故D正确。 故选D。 4．（本题4分）纸面内有一正方形abcd，过其中心有一垂直纸面放置的长直导线，导线内通有向外的恒定电流，如图所示，空间中还存在一方向从b指向d的匀强磁场。已知a点、d点的磁感应强度大小分别为2B、，则该匀强磁场的磁感应强度大小为（     ） A． B．B C． D．2B 【答案】B 【详解】根据安培定则，垂直纸面向外的电流在纸面内产生的磁场为逆时针同心圆。由于a、d到正方形中心（导线位置）的距离相等，因此长直导线在a、d两点产生的磁感应强度大小相等，设为。 匀强磁场方向沿，d点在导线的左下方，长直导线在d点产生的磁场方向与匀强磁场垂直，因此d点的合磁感应强度满足： a点在导线的左上方，长直导线在a点产生的磁场方向与匀强磁场完全相同，根据矢量合成法则，a点的合磁感应强度满足： 计算可得 故选B。 5．（本题4分）光是一种电磁波，其中红、橙、黄、绿4种单色光的波长分别是、，则4种单色光中光子能量最大的是（　　） A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光 【答案】D 【详解】根据光子能量公式（其中为普朗克常数，为光速，为波长），光子能量与波长成反比。波长越短，能量越大。比较四种光的波长可知，绿光波长最短，故能量最大。 故选D。 6．（本题4分）已知地球到月球的距离是，电磁波在真空中的速度是。若从地球向月球发射电磁波，经过多长时间能在地球上接收到反射回来的电磁波？（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】在地球上接收到反射回来的电磁波需要的时间 故选B。 7．（本题4分）如图为两形状完全相同的金属环、平行竖直的固定在绝缘水平面上，且两圆环的圆心、的连线为一条水平线，其中、、为该连线上的三点，相邻两点间的距离满足。当两金属环中通有从左向右看逆时针方向大小相等的电流时，经测量可得点的磁感应强度大小为，点的磁感应强度大小为。如果将右侧的金属环的电流方向变为与原来相反（大小不变），则点的磁感应强度大小应为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据右手螺旋定则可知，、、三点的磁感应强度方向均水平向左， 设，并且单个环形电流在距离圆心位置处磁感应强度为，在距离圆心处的磁感应强度为，因此点磁感应强度为 点磁感应强度为 当金属环的电流相反后， 联立得 故选A。 二、多选题 8．（本题6分）小磁针的正上方有一根直导线，当在导线中通入水平向右的电流时，发现静止的小磁针会发生偏转，下列选项中正确的是（　　） A．该现象称之为电流的磁效应，由物理学家奥斯特首先发现 B．小磁针的偏转是受到电流的磁场的作用 C．小磁针的N极将向外偏转 D．小磁针的N极将往上偏转 【答案】AB 【详解】A．该现象称之为电流的磁效应，由物理学家奥斯特首先发现，A正确； B．通电导线周围存在磁场，小磁针的偏转是受到电流的磁场的作用，B正确； CD．由右手定则可知，直导线下方的磁场垂直纸面向里，可知小磁针的N极将向里偏转，CD错误。 故选AB。 9．（本题6分）如图所示，虚线框内存在垂直于纸面的匀强磁场，闭合金属线圈由位置1沿图中所示路径平移至位置5。有感应电流产生的过程是（　　） A．1→2 B．2→3 C．3→4 D．4→5 【答案】AD 【详解】AD．由感应电流产生的条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流，可知1→2闭合金属线圈中的磁通量增大，则有感应电流产生；4→5闭合金属线圈中的磁通量减小，则有感应电流产生，AD正确； BC．2→3和3→4闭合金属线圈中的磁通量不变，则没有感应电流产生，BC错误。 故选AD。 10．（本题6分）如图甲，某科技小组要探究长直导线周围磁场分布情况，将长直导线沿南北方向水平放置，在导线正下方、与导线距离为r的P处放置一枚可自由转动的小磁针。当导线中通以恒定电流后，小磁针N极向纸外偏转，测得小磁针静止时N极偏离南北方向的角度θ，其正切值与的关系图像如图乙所示。已知实验所在处地磁场水平分量大小恒为，则下列判断正确的是（　　） A．导线中的电流方向由北向南 B．电流在P处产生的磁场方向就是小磁针静止时N极所指的方向 C．电流在导线正下方处产生的磁场的磁感应强度大小为 D．导线正下方处磁场的磁感应强度大小为 【答案】AD 【详解】A．小磁针N极向纸外偏转，表明电流产生的磁场在小磁针位置的方向向东，根据安培定则可知，导线中的电流方向由北向南，故A正确； B．电流在P处产生的磁场与地磁场水平分量的合磁场方向就是小磁针静止时N极所指的方向，故B错误； CD．令通电导线在P处产生的磁场的磁感应强度为B1，根据磁场的叠加原理有 根据图乙可知，当时有 解得 根据矢量合成，导线正下方处磁场的磁感应强度大小为 故C错误，D正确。 故选AD。 三、作图题 11．（本题6分）在如图所示的四幅图中，分别给出了磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向[图（3）中小磁针在螺线管内部]，请标出对应的磁感线方向或电流方向。 【答案】 【详解】（1）在图（1）中，已知小磁针静止时N极的指向，由直线电流的安培定则，可知直线中的电流方向向下，如图所示。 （2）在图（2）中，已知小磁针静止时N极的指向，由环形电流的安培定则，可知环形电流方向从左向右看是顺时针方向，如图所示。 （3）在图（3）中，已知螺线管内小磁针静止时N极的指向，由通电螺线管的右手螺旋定则可知，螺线管中的电流方向从左端导线流入，右端导线流出，如图所示。 （4）在图（4）中，已知磁感线的方向，由安培定则可知，环形电流方向沿逆时针方向，如图所示。 【点睛】 四、实验题 12．（本题6分）某小组同学用如图所示装置。做“探究影响感应电流方向的因素”实验。    (1)关于该实验、下列说法不正确的是（　　） A．需保持磁铁运动的速率不变 B．需记录感应电流产生的磁场方向 C．需记录磁铁在线圈中的磁场方向 D．需确认电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系 (2)某次实验中，小组同学观察到感应电流方向如图所示，则条形磁铁的运动方向为___________（选填“向上”或“向下”）。 (3)法拉第研究电磁感应时，他将M、N两个线圈绕在同一个铁环上。线圈M接到电源上，线圈N接入电流表，如图所示。闭合开关S瞬间。通过电流表的电流方向为___________。（选填“向上”或“向下”）。断开开关S瞬间。线圈N中___________（选填“是”或“否”）有感应电流产生。 【答案】(1)A (2)向下 (3) 向上 是 【详解】（1）A．本实验探究的是感应电流方向与磁通量变化方向的关系，不需要控制磁铁运动的速率不变，速率只影响感应电动势的大小，不影响感应电流的方向，故A错误； B．为了判断感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系，需记录感应电流产生的磁场方向，故B正确； C．为了判断磁通量是增加还是减少，需记录磁铁在线圈中的磁场方向，故C正确； D．实验通过电流计指针偏转方向来判断电流方向，因此需确认电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系，故D正确。 本题选择错误的，故选A。 （2）由图可知，线圈中感应电流的方向使得根据安培定则判断出的感应磁场方向向上。条形磁铁下端为N极，原磁场方向向下。感应磁场方向与原磁场方向相反，根据楞次定律“增反减同”，说明穿过线圈的磁通量在增大，即磁铁正在靠近线圈，所以条形磁铁的运动方向为向下。 （3）[1]闭合开关S瞬间，线圈M中电流从无到有，产生的磁场增强，根据安培定则可知穿过线圈N的磁通量向下增加。根据楞次定律，线圈N中产生感应电流磁场向上，由楞次定律可判断，通过电流表的电流方向为向上。 [2]断开开关S瞬间，线圈M中电流消失，穿过线圈N的磁通量减小，磁通量发生变化，根据感应电流产生的条件，线圈N中是有感应电流产生的。 13．（本题9分）某同学搭建如图电路以研究通电螺线管的磁感应强度，电流从接线柱流入螺线管，从接线柱流出螺线管。 (1)实验操作正确，得到螺线管中心轴线上的磁感应强度的分布如图中的图线1，从图中可以看出，螺线管中部的磁感应强度特点是________________。 (2)该同学发现螺线管是由很细的导线紧密绕制而成，其右侧还有一个接线柱。为了探究螺线管导线的绕线方式及其如何与三个接线柱相连，他接着做了以下探究性实验：保持其它条件不变，仅使电流从接线柱流入，从接线柱流出螺线管，得到螺线管中心轴线上的磁感应强度分布如图中的图线2，且发现图线2中间部分的磁感应强度比图线1中间部分的磁感应强度的一半值略大些。保持其它条件不变，仅使电流从接线柱流入，从接线柱流出螺线管，得到螺线管中心轴线上的磁感应强度分布与图线2相似，请根据实验结果猜测螺线管绕线可能是图中的_________________（选填“甲”、“乙”或“丙” ）。 (3)该同学通过理论分析，认为第2次实验结果中通电螺线管中心处的磁感强度应该是第1次实验结果的一半，而实际测量结果却存在差异，试推测可能的原因_____。 (4)仅用一根导线，如何判断电流表内部线圈是否断了____？ 【答案】(1)匀强磁场 (2)丙 (3)螺线管导线存在电阻 (4)短接电流表前后各摇动电流表一次，比较指针偏转，有明显变化，则线圈未断，反之则断了 【详解】（1）从图线可知，在螺线管中部的磁场磁感应强度为定值，所以螺线管中部的磁感应强度特点为匀强磁场。 （2）由图可知，甲图中A到C与B到C的绕法相同，属于同向双股线的绕法，此情况下，电流由A到B时，A到C的电流与C到B的电流产生的磁场相互抵消，总磁感应强度是0，甲错误；乙图中，B到C一匝线圈也没有，显然不符合实验的结果，乙错误；丙图中，A到C与B到C的绕法相反，而A到C与C到B的绕法是相同的，属于单股线的绕法，此情况下，电流由A到B时，A到C的电流与C到B的电流产生的磁场相互叠加，总磁感应强度是A到C的电流产生的磁场的2倍，丙是正确的。 （3）因为电流越大，产生的磁场越强，若考虑到螺线管导线存在电阻，第2次实验与第1次相比，线圈匝数少了一半，线圈电阻减小，通过的电流变大，则会使实验中测量的结果产生差别。所以最可能的原因是螺线管导线存在电阻。 （4）短接电流表前后各摇动电流表一次，比较指针偏转，有明显变化，则线圈未断，反之则断了。 五、解答题 14．（本题14分）如图甲所示，边长为的匝正方形闭合线圈内部有一边长为的正方形区域的匀强磁场，磁场右边界与线圈右边界重合，磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度随时间的变化如图乙所示。 (1)求时穿过线圈的磁通量； (2)若时线圈开始以右边界为转轴按箭头方向转动，时线圈刚好转过，求到内穿过线圈的磁通量的变化量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由图乙可知时磁感应强度大小为，则时穿过线圈的磁通量 （2）由图乙可知时磁感应强度大小为 由题意可知时线圈刚好转过，此时线圈平面与磁场垂直的面积仍然是 则内穿过线圈的磁通量 所以到内穿过线圈的磁通量的变化量 15．（本题19分）如图所示，将边长分别为和的正方形线圈甲、乙放在水平面上，在线圈甲内加方向垂直线圈平面向里、磁感应强度大小的匀强磁场。 (1)若线圈甲内磁场的磁感应强度减小到，方向不变，则穿过两线圈的磁通量的变化量大小分别为多少？ (2)若保持匀强磁场的磁感应强度大小不变，线圈乙绕水平轴转动角，则穿过线圈乙的磁通量的变化量大小为多少？ 【答案】(1)， (2) 【详解】（1）线圈甲正好与磁场区域重合，有效面积 磁感应强度大小时穿过线圈的磁通量 磁感应强度大小时穿过线圈的磁通量 则穿过甲线圈的磁通量的变化量的大小 由于线圈乙的面积大于磁场面积，磁感线穿过线圈甲、乙的有效面积相同，故穿过线圈乙的磁通量的变化量与穿过线圈甲的磁通量变化量相同，则有 （2）线圈乙绕轴转动角时，线圈乙垂直于的边在垂直磁场方向的投影 但磁感线穿过线圈方向与初始方向相反,规定初始方向为正方向,则有 可知 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 $