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第十三章　素能測評卷
(時間：75分鐘，滿分：100分)　　　　　　　　　　　　　　　　
一、單項選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分，在每小題給出的四個選項中，只有一個選項符合題意)
1．電視機顯像管的偏轉線圈示意圖如圖所示，某時刻電流方向如圖所示，則環心O處的磁場方向(　　)
A．向上 B．垂直紙面向里
C．向下 D．垂直紙面向外
答案：C
解析：對于左、右兩個螺線管，由安培定則可以判斷出上方均為N極，下方均為S極，所以環心O處的磁場方向向下。故選C。
2．華為手機麒麟9000型芯片是5 nm制作工藝，光刻機是芯片制造的核心設備之一。光刻機通過一系列的光源能量，將光束透射過畫著線路圖的掩模，用透鏡將線路圖成比例縮小后映射到涂有化學層的硅片上，受到光線照射的部分，可以被沖洗掉，在硅片上就得到了掩膜上的電路圖。芯片的制作過程需要用較大能量光子的光照射，應選用的光源是(　　)
A．波長長的光源 B．頻率大的光源
C．強度小的光源 D．強度大的光源
答案：B
解析：由光子的能量公式，即ε＝hν可知，頻率越大的光子能量越大，光子的能量與光的強度無關，而根據公式ν＝可得，波長越長，光子的頻率越小，A、C、D錯誤，B正確。故選B。
3．如圖，空間固定一條形磁體(其軸線水平)，穿過圓環的磁通量先減小再增大的是(　　)
A．圓環a沿磁體軸線由磁體N極向右移至S極
B．圓環a沿磁體軸線由磁體N極左側向左移至無窮遠
C．圓環b從磁體正下方豎直下落
D．圓環c從磁體右邊的位置1下降到位置3
答案：D
解析：圓環a沿磁體軸線由磁體N極向右移至S極，穿過圓環的磁通量先增大后減小，故A錯誤；圓環a沿磁體軸線由磁體N極左側向左移至無窮遠，穿過圓環的磁通量一直減小，故B錯誤；圓環b從磁體正下方豎直下落，穿過圓環的磁通量一直減小，故C錯誤；圓環c從磁體右邊的位置1下降到位置2，穿過圓環的磁通量一直減小，從位置2下降到位置3，穿過圓環的磁通量一直增大，故D正確。故選D。
4.如圖所示，施工員確定地下金屬管線位置的一種方法如下：①給管線通入電流；②用可測量磁場強弱、方向的儀器在管線附近水平地面上找到磁場最強的某點，記為a；③在a點附近地面上找到與a點磁感應強度相同的若干點，將這些點連成直線EF；④在地面過a點垂直于EF的直線上，找到磁場方向與地面夾角為37°、距離為L的b、c兩點，不計地磁場影響，sin 37°＝0.6，則(　　)
A．管線垂直于EF
B．管線深度為L
C．b、c兩點磁感應強度相同
D．管線中應通入大小、方向變化的電流
答案：B
解析：畫出截面圖，如右圖所示，a點磁感應強度最大，在金屬管線的正上方，因此金屬管線平行于EF，故A錯誤；由幾何關系可知，管線深度d＝＝L，故B正確；由圖可知，b、c到金屬線距離相同，則兩點磁感應強度大小相同，方向不同，故C錯誤；管線中應該通恒定電流，便于判斷磁感應強度最強點，故D錯誤。故選B。
5．如圖所示的閉合鐵芯上繞有一組線圈，與滑動變阻器、電池構成閉合電路，a、b、c為三個閉合金屬圓環，假定線圈產生的磁場全部集中在鐵芯內，則當滑動變阻器的滑片左、右滑動時，能產生感應電流的金屬圓環是(　　)
A．a、b兩個環 B．b、c兩個環
C．a、c兩個環 D．a、b、c三個環
答案：A
解析：當滑片左、右滑動時，通過a、b的磁通量變化，而通過c環的合磁通量始終為零，故a、b兩環中產生感應電流，而c環中不產生感應電流。
6．如圖所示，在xOy平面內有以y軸為邊界的磁感應強度大小相等、方向相反的兩勻強磁場，金屬圓環的圓心為O。下列過程會使環中產生感應電流的是(　　)
A．環沿y軸平移一小段距離
B．環沿x軸平移一小段距離
C．環繞y軸轉動一小角度
D．環繞x軸轉動一小角度
答案：B
解析：感應電流產生的條件是，穿過線圈的磁通量發生變化：環沿y軸平移一小段距離、環繞y軸轉動一小角度、環繞x軸轉動一小角度穿過線圈的磁通量始終為零，保持不變，所以無感應電流產生，故A、C、D錯誤；環沿x軸平移一小段距離，穿過線圈的磁通量發生改變，能產生感應電流，故B正確。故選B。
7.無限長直導線在周圍某點產生的磁場的磁感應強度大小與導線中電流大小成正比，與該點到導線的距離成反比。三根無限長直導線垂直紙面平行放置，分別位于直角三角形OMN的三個頂點處。導線中通入大小分別為2I、I、和I的恒定電流，方向如圖所示。P為MN連線中點，則P處磁感應強度方向為(　　)
A．水平向右 B．水平向左
C．豎直向下 D．豎直向上
答案：A
解析：根據安培定則結合幾何關系，N處導線在P點產生的磁感應強度方向垂直MN向上(與水平方向夾角為60°)，大小為B，M處導線在P點產生的磁感應強度方向垂直MN向上，大小為B，O處導線在P點產生的磁感應強度方向垂直OP向下(與水平方向夾角為60°)，大小為2B，根據平行四邊形定則，故P處合磁感應強度方向水平向右。
二、多項選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分，在每小題給出的四個選項中有多個選項符合題意，全部選對的得6分，選對但不全的得3分，錯選或不答的得0分)
8．阿明有一個磁懸浮玩具，其原理是利用電磁鐵產生磁性，讓具有磁性的玩偶穩定地飄浮起來，其構造如圖所示。若圖中電源的電壓固定，可變電阻為一可以隨意改變電阻大小的裝置，則下列敘述正確的是(　　)
A．電路中的電源必須是交流電源
B．電路中的a端點須連接直流電源的負極
C．若增加環繞軟鐵的線圈匝數，可增加玩偶飄浮的最大高度
D．若將可變電阻的電阻值調大，可減小玩偶飄浮的最大高度
答案：CD
解析：當電磁鐵上端為N極時，可使玩偶飄浮起來，由安培定則可知，a端應是電源的正極，A、B錯誤；若增加環繞軟鐵的線圈匝數，電磁鐵磁性增強，可增加玩偶飄浮的最大高度，C正確；若將可變電阻的阻值調大，線圈中電流減小，磁性減弱，玩偶飄浮的最大高度減小，D正確。故選CD。
9.一等腰直角三棱柱如圖所示，其中底面abcd為正方形，邊長為L，它們按圖示位置放置于豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度為B，下列說法正確的是(　　)
A．通過abcd平面的磁通量大小為L2·B
B．通過dcfe平面的磁通量大小為L2·B
C．通過abfe平面的磁通量大小為零
D．通過整個三棱柱的磁通量為零
答案：BCD
解析：abcd平面在垂直于B方向的投影S⊥＝L2，所以Φ＝BS⊥＝L2B，A錯誤；dcfe平面與B垂直，S＝L2，所以Φ＝L2B，B正確；abfe平面與B平行，S⊥＝0，Φ＝0，C正確；整個三棱柱穿進的磁感線和穿出的磁感線條數相等，抵消為零，所以Φ＝0，D正確。故選BCD。
10.如圖所示科考隊在某一磁礦區域，發現原來指向正北的指南針的N極逆時針轉過30°，設該位置地磁場磁感應強度水平分量為B，則磁礦所產生的磁感應強度水平分量可能為(　　)
A． B．
C．B D．
答案：BCD
解析：磁場是客觀存在的特殊物質形態，我們感覺不到，但可通過小磁針來體現，小磁針N極的受力方向即為磁場方向，如右圖所示，磁礦所產生的磁場使原來指向正北的N極逆時針轉過30°，根據三角形定則可知：磁礦所產生的磁感應強度水平分量最小時方向與圖中虛線垂直，則大小為Bsin 30°＝B，則磁礦所產生的磁感應強度水平分量可能的值要不小于最小值。故選BCD。
三、非選擇題(本題共5小題，共54分)
11．(7分)某同學在“研究電磁感應現象”的實驗中，如圖所示，首先按圖甲接線，用來查明電流表指針的偏轉方向與電流方向的關系，然后再依次按圖乙將電流表與A線圈連成一個閉合回路，按圖丙將電流表與導體棒ab連成閉合回路。在圖甲中，當閉合S時，觀察到電流表指針向左偏(不通電時指針停在正中央)，則：
(1)在圖乙中，磁體N極插入線圈A過程中電流表的指針將________偏轉。
(2)在圖丙中，導體棒ab向左移動過程中，電流表的指針將________偏轉；導體棒ab向上移動過程中，電流表的指針將________偏轉(選填“向左”“向右”或“不發生”)。
答案：(1)向左　(2)向右　不發生
解析：(1)當閉合S時，觀察到電流表指針向左偏，說明電流從負接線柱流入時，電流表指針向左偏。磁體N極插入線圈A過程中，線圈A中磁通量向下增大，根據楞次定律可知感應電流將從電流表負接線柱流入，則此時電流表的指針將向左偏轉。
(2)在圖丙中，導體棒ab向左移動過程中，根據右手定則可知感應電流從電流表正接線柱流入，則此時電流表的指針將向右偏轉。
導體棒ab向上移動過程中，不切割磁感線，感應電流為零，電流表的指針將不發生偏轉。
12．(10分)國際宇航聯合會將2020年度“世界航天獎”授予我國“嫦娥四號”任務團隊。“嫦娥四號”任務創造了多項世界第一，在探月任務中，“玉兔二號”月球車朝正下方發射一束頻率為f的電磁波，電磁波分別在月壤層的上、下表面被反射回來，反射波回到“玉兔二號”的時間差為Δt。已知電磁波在月壤層中傳播的波長為λ，求該月壤層的厚度d。
答案：Δt
解析：電磁波在月壤層中的傳播速度滿足v＝λf
根據題意可知2d＝v·Δt
解得月壤層厚度為d＝Δt。
13．(12分)太陽光垂直射到地面上，地面上1 m2接收的太陽光的功率為1.4 kW，其中可見光部分約占45%。
(1)假如認為可見光的波長約為0.55 μm，日地間距離R＝1.5×1011 m。普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，估算太陽每秒輻射出的可見光光子數。
(2)若已知地球的半徑為6.4×106 m，估算地球接收的太陽光的總功率。
答案：(1)4.9×1044 個　(2)1.8×1014 kW
解析：(1)設地面上垂直太陽光每平方米面積上每秒接收的可見光光子數為n，
則有P×45%＝nh，解得
n＝＝個＝1.75×1021個，
則所求可見光光子數
N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2個≈4.9×1044個。
(2)地球接收太陽光的總功率
P地＝Pπr2＝1.4×3.14×(6.4×106)2 kW≈1.8×1014 kW。
14.(12分)如圖所示，有一個垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度B＝0.8 T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為10 cm。現于紙面內先后放上a、b兩個圓形單匝線圈，圓心均在O處，a線圈半徑為10 cm，b線圈半徑為15 cm，問：
(1)在B減為0.4 T的過程中，a和b中磁通量分別改變多少？
(2)磁感應強度B大小不變，方向繞直徑轉過30°過程中，a線圈中磁通量改變多少？
(3)磁感應強度B大小、方向均不變，a線圈繞直徑轉過180°過程中，a線圈中磁通量改變多少？
答案：(1)1.256×10－2 Wb　1.256×10－2 Wb
(2)3.4×10－3 Wb　(3)5.0×10－2 Wb
解析：(1)a線圈面積正好與圓形磁場區域重合，Φ1＝Bπr2，Φ2＝B1πr2
ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|(B1－B)πr2|＝1.256×10－2 Wb
b線圈面積大于圓形磁場面積，即線圈的一部分面積在磁場區域外，有磁感線穿過的面積與a線圈相同，故磁通量的變化量與a線圈相同。
(2)磁場轉過30°，a線圈在垂直磁場方向的投影面積為πr2cos 30°，
則Φ＝Bπr2cos 30°
ΔΦ′＝|Φ－Φ1|＝Bπr2(1－cos 30°)≈3.4×10－3 Wb。
(3)以a線圈正對讀者的一面為觀察對象，初狀態磁感線從該面穿入，線圈轉180°后，磁感線從該面穿出，故ΔΦ″＝BS－(－BS)＝2BS＝5.0×10－2 Wb。
15．(13分)如圖所示，磁感應強度大小為B的勻強磁場僅存在于坐標系第一象限邊長為2L的正方形范圍內，左右各一半面積的范圍內，磁場方向相反。有一個邊長為L的正方形導線框abcd，開始與直角坐標系共面。
(1)若導線框ab邊與y軸重合，以ab為軸cd邊向外勻速轉動，試問導線框轉動120°時，此時穿過導線框磁通量。
(2)若導線框以垂直磁感線方向以速度v勻速通過磁場，從ab邊進入磁場算起，規定剛開始時磁通量為正值，試推導線框的磁通量隨坐標變化的函數關系式，并畫出穿過線框的磁通量隨橫坐標的變化圖像。
答案：(1)BL2　(2)見解析
解析：(1)導線框轉動120°時，與磁場方向夾角為60°，則磁通量Φ＝BL2cos 60°＝BL2。
(2)從ab邊進入磁場算起，0－L過程線框在左側磁場，有Φ1＝BLx
L－2L過程，ab邊進入右側磁場，cd邊在左側磁場，
則有Φ2＝－BL(x－L)＋BL(2L－x)，即Φ2＝3BL2－2BLx
2L－3L過程，線框在右側磁場，
有Φ3＝－BL(3L－x)＝BLx－3BL2
作出磁通量隨橫坐標的變化圖像如圖。
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第十三章　電磁感應與電磁波初步
章末整合　素養提升
●知識網絡構建
●高考真題專練
熱點專練1　能級
1．(2021·浙江高考真題)大功率微波對人和其他生物有一定的殺傷作用。實驗表明，當人體單位面積接收的微波功率達到250 W/m2時會引起神經混亂，達到1 000 W/m2時會引起心肺功能衰竭。現有一微波武器，其發射功率P＝3×107 W。若發射的微波可視為球面波，則引起神經混亂和心肺功能衰竭的有效攻擊的最遠距離約為(　　)
A．100 m　25 m B．100 m　50 m
C．200 m　100 m D．200 m　50 m
答案：B
熱點專練2　電磁波
2．(多選)(2021·福建統考高考真題)以聲波作為信息載體的水聲通信是水下長距離通信的主要手段。2020年11月10日，中國載人潛水器“奮斗者”號創造了10 909米深潛紀錄。此次深潛作業利用了水聲通信和電磁通信等多種通信方式進行指令傳輸或數據交換，如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．“奮斗者”號與“探索一號”通信的信息載體屬于橫波
B．“奮斗者”號與“滄海”號通信的信息載體屬于橫波
C．“探索一號”與通信衛星的實時通信可以通過機械波實現
D．“探索一號”與“探索二號”的通信過程也是能量傳播的過程
答案：BD
解析：由題知，“奮斗者”號與“探索一號”通信是通過水聲通信，故信息載體屬于縱波，故A錯誤；由題知，“奮斗者”號與“滄海”號通信是通過無線藍綠光通信，故信息載體屬于橫波，故B正確；因為太空中沒有介質，故機械波無法傳播，所以“探索一號”與通信衛星的實時通信只能通過電磁通信來實現，故C錯誤；傳遞信息的過程也是傳遞能量的過程，故“探索一號”與“探索二號”的通信過程也是能量傳播的過程，故D正確。故選BD。
熱點專練3　氫原子能級躍遷
3．(多選)(2022·天津高考真題)不同波長的電磁波具有不同的特性，在科研、生產和生活中有廣泛的應用。a、b兩單色光在電磁波譜中的位置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．若a、b光均由氫原子能級躍遷產生，產生a光的能級能量差大
B．若a、b光分別照射同一小孔發生衍射，a光的衍射現象更明顯
C．若a、b光分別照射同一光電管發生光電效應，a光的遏止電壓高
D．若a、b光分別作為同一雙縫干涉裝置光源時，a光的干涉條紋間距大
答案：BD
4．(2021·北京高考真題)北京高能光源是我國首個第四代同步輻射光源，計劃于2025年建成。同步輻射光具有光譜范圍寬(從遠紅外到X光波段，波長范圍約為10－5 m～10－11 m，對應能量范圍約為10－1 eV～ 105 eV)、光源亮度高、偏振性好等諸多特點，在基礎科學研究、應用科學和工藝學等領域已得到廣泛應用。速度接近光速的電子在磁場中偏轉時，會沿圓弧軌道切線發出電磁輻射，這個現象最初是在同步加速器上觀察到的，稱為“同步輻射”。以接近光速運動的單個電子能量約為 109 eV，回旋一圈輻射的總能量約為104 eV。下列說法正確的是(　　)
A．同步輻射的機理與氫原子發光的機理一樣
B．用同步輻射光照射氫原子，不能使氫原子電離
C．蛋白質分子的線度約為10－8 m，不能用同步輻射光得到其衍射圖樣
D．盡管向外輻射能量，但電子回旋一圈后能量不會明顯減小
答案：D
解析：同步輻射是在磁場中做圓周運動時自發輻射光能的過程，氫原子發光是先吸收能量到高能級，在回到基態時輻射光，兩者的機理不同，故A錯誤；用同步輻射光照射氫原子，總能量約為104 eV大于電離能13.6 eV，則氫原子可以電離，故B錯誤；同步輻射光的波長范圍約為10－5 m～10－11 m，與蛋白質分子的線度10－8 m差不多，故能發生明顯的衍射，故C錯誤；以接近光速運動的單個電子能量約為109 eV，回旋一圈輻射的總能量約為104 eV，則電子回旋一圈后能量不會明顯減小，故D正確。故選D。

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