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階段綜合評價（五） 電磁現象與電磁波
(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，只有一項是符合題目要求的)
1.指南針是我國古代的四大發明之一。當指南針靜止時，其N極指向如圖中虛線(南北向)所示，若某一條件下該指南針靜止時N極指向如圖實線(N極指向北偏東)所示。則以下判斷正確的是(　　)
A．可能在指南針上面有一導線東西放置，通有由東向西的電流
B．可能在指南針上面有一導線東西放置，通有由西向東的電流
C．可能在指南針上面有一導線南北放置，通有由北向南的電流
D．可能在指南針上面有一導線南北放置，通有由南向北的電流
解析：選C　若指南針靜止時N極指向北偏東方向，則有一指向東的磁場，由安培定則知，可能在指南針上面有一導線南北放置，通有由北向南的電流，故C正確。
2．已知某單色光的波長為λ，在真空中光速為c，普朗克常量為h，則電磁波輻射的能量子ε的值為(　　)
A．h　　 B.　　
C.　 D．以上均不正確
解析：選A　由光速、波長的關系可得出光的頻率ν＝，能量子ε＝hν＝h，故A正確。
3．如圖表示磁場的磁感線，依圖分析磁場中a點的磁感應強度與b點的磁感應強度相同的是(　　)
解析：選D　磁感線的疏密可表示磁感應強度的大小，而勻強磁場中各處磁場均相同，從題圖中可以知道，只有D選項中，a、b兩點處磁感線的疏密相同。
4．如圖所示，矩形閉合線圈abcd豎直放置，OO′是它的對稱軸，通電直導線AB與OO′平行，且AB、OO′所在平面與線圈平面垂直，如要在線圈中產生感應電流，可行的做法是(　　)
A．AB中電流I逐漸增大
B．AB中電流I先增大后減小
C．AB正對OO′，逐漸靠近線圈
D．線圈繞OO′軸逆時針轉動90°(俯視)
解析：選D　由于通電直導線AB與OO′平行，且AB、OO′所在平面與線圈平面垂直，AB中無論電流如何變化，或AB正對OO′靠近線圈或遠離線圈，線圈中磁通量均為零，不能在線圈中產生感應電流，選項A、B、C錯誤；線圈繞OO′軸逆時針轉動90°(俯視)，穿過閉合線圈的磁通量變化，線圈中產生感應電流，選項D正確。
5．下列說法正確的是(　　)
A．圖甲中“3 000 F　2.7 V”的超級電容器最多可以儲存8.1 C的電荷量
B．圖乙中小磁針放在超導環形電流中間，靜止時小磁針的指向如圖中所示
C．圖丙中直導線懸掛在磁鐵的兩極間，通以如圖所示的電流時會受到磁場力
D．圖丁中金屬矩形線框從勻強磁場中的a位置水平移到b位置，框內會產生感應電流
解析：選C　圖甲中電容器存儲的電荷量Q＝CU＝8 100 C，A錯誤；根據安培定則可知，圖乙中小磁針的方向應該是N極指向紙面外，B錯誤；圖丙中電流方向與磁場方向垂直，導線會受到磁場力，C正確；圖丁中金屬矩形線框從a位置水平移到b位置，框內磁通量不發生變化，沒有感應電流，D錯誤。
6．如圖所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中圓心位置處半徑為r的虛線范圍內有勻強磁場，磁場方向垂直線圈平面。若磁感應強度為B，則穿過線圈的磁通量為(　　)
A．πBR2 B．πBr2
C．nπBR2 D．nπBr2
解析：選B　磁通量與線圈的匝數無關，故一匝線圈與多匝線圈在同一磁場中磁通量相同，且磁感線穿過的有效面積為πr2，而并非πR2，所以穿過線圈的磁通量為πBr2，故B正確。
7.某同學搬運如圖所示的磁電式電流表時，發現表針晃動劇烈且不易停止。按照老師建議，該同學在兩接線柱間接一根導線后再次搬運，發現表針晃動明顯減弱且能很快停止。下列說法正確的是(　　)
A．未接導線時，表針晃動過程中表內線圈不產生感應電動勢
B．未接導線時，表針晃動劇烈是因為表內線圈受到磁場力的作用
C．接上導線后，表針晃動過程中表內線圈不產生感應電動勢
D．接上導線后，表針晃動減弱是因為表內線圈受到磁場力的作用
解析：選D　未接導線時，表針晃動過程中導線切割磁感線，表內線圈會產生感應電動勢，選項A錯誤；未接導線時，未連成閉合回路，沒有感應電流，所以不受磁場力，選項B錯誤；接上導線后，表針晃動過程中表內線圈產生感應電動勢，線圈中會產生感應電流，表針晃動減弱是因為表內線圈受到磁場力的作用，選項C錯誤，D正確。
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，有多項符合題目要求。全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分)
8．下列說法正確的是(　　)
A．磁場中某點的磁感應強度可以這樣測定：把一小段通電導線放在該點時，受到的磁場力F與該導線的長度L、通過的電流I的乘積的比值B＝，即磁場中某點的磁感應強度
B．通電導線在某點不受磁場力的作用，則該點的磁感應強度一定為零
C．磁感應強度B＝只是定義式，它的大小取決于場源及磁場中的位置，與F、I、L以及通電導線在磁場中的方向無關
D．磁場是客觀存在的物質
解析：選CD　A選項考查的是磁感應強度的定義，只有當通電導線與磁場方向垂直時才有B＝，A錯誤；B選項中，當通電導線與磁場平行時，不受磁場力，此時，磁感應強度不一定為零，B錯誤；C選項中，B＝是定義式，磁場強弱取決于場源及磁場中的位置，C正確；磁場與電場一樣，都是客觀存在的物質，D正確。
9．下列說法中正確的是(　　)
A．電荷在某處不受靜電力的作用，則該處的電場強度為零
B．一小段通電導線在某處不受磁場力的作用，則該處磁感應強度一定為零
C．把一個試探電荷放在電場中的某點，它受到的靜電力與試探電荷電荷量的比值表示該點電場的強弱
D．把一小段通電導線放在磁場中某處，它所受的磁場力與該小段通電導線的長度和電流乘積的比值表示該處磁場的強弱
解析：選AC　把電荷放入某處，如果電荷沒有受到靜電力的作用，則該處不存在電場或該處的電場強度為零，故A正確；把通電直導線放入某處，如果放置的方向不合適，即使有磁場存在，通電直導線也可能不受磁場力的作用，故B錯誤；由電場強度的定義式E＝知，電場強度等于試探電荷受到的靜電力F與所帶電荷量q的比值，故C正確；磁感應強度的定義式B＝的成立是有條件的，即通電直導線要與磁場方向垂直，否則不成立，故D錯誤。
10.如圖所示，水平面內有兩條相互垂直且彼此絕緣的通電長直導線，以它們為坐標軸構成一個平面直角坐標系。四個相同的圓形閉合線圈在四個象限內完全對稱放置，兩直導線中的電流大小與變化情況完全相同，電流方向如圖中所示，當兩直導線中的電流都增大時，四個線圈a、b、c、d中感應電流的情況是(　　)
A．線圈a中無感應電流
B．線圈b中有感應電流
C．線圈c中有感應電流
D．線圈d中無感應電流
解析：選CD　根據安培定則可判斷出電流產生的磁場方向如圖所示，線圈a中的磁場方向均垂直于紙面向里，線圈c中的磁場方向均垂直于紙面向外，線圈b、d中的合磁通量始終為零，故增大兩直導線中的電流時，線圈a、c中的磁通量發生變化，有感應電流產生，而線圈b、d中無感應電流產生。C、D正確，A、B錯誤。
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________(選填“有”或“無”)感應電流產生，當開關閉合或斷開瞬間，a線圈中________(選填“有”或“無”)感應電流產生。
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、正電子和負電子、作用力與反作用力等。
(2)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；閉合開關瞬間穿過a線圈的磁通量突然增大，所以有感應電流產生，斷開開關瞬間，穿過a線圈的磁通量突然減小，所以有感應電流產生。
答案：(1)見解析　(2)無　有
12．(9分)矩形線框abcd的兩邊長分別為l1、l2，可繞它的一條對稱軸OO′轉動，勻強磁場的磁感應強度為B，方向與OO′垂直，如圖所示，初位置時線框平面與磁場方向平行。求：
(1)初位置時穿過線框的磁通量Φ0為多少；
(2)當線框繞軸OO′沿圖示方向轉過60°時，磁通量Φ為多少，這一過程中磁通量的變化量ΔΦ為多少。
解析：(1)線框在初始位置時，線框平面與磁場方向平行，有效面積為零，則Φ0＝0。
(2)當線框繞軸OO′沿圖示方向轉過60°時，線框與B的夾角為60°，則Φ＝B·Ssin 60°＝BS＝Bl1l2，ΔΦ＝Φ－Φ0＝Bl1l2。
答案：(1)0　(2)Bl1l2　Bl1l2
13.(10分)如圖所示，在邊長為2l的正方形區域內存在著磁感應強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里，有一邊長為l的正方形導線框沿垂直磁場的方向以速度v勻速通過磁場區域，從ab邊剛進入磁場開始計時。
(1)指出哪些時間段內有感應電流產生；
(2)畫出磁通量隨時間變化的圖像。
解析：(1)線框進入磁場的過程，在0～時間段內有感應電流產生，線框離開磁場過程，在～時間段內有感應電流產生。
(2)磁通量隨時間變化的圖像如圖所示。
答案：見解析
14.(12分)已知某地地面處的地磁場水平分量約為3×10－5 T，該地某校物理興趣小組做估測磁體附近磁感應強度的實驗。他們將一小羅盤磁針放在一個水平放置的螺線管附近的軸線上，如圖所示。小磁針靜止時N極指向y軸正方向，當接通電源后，發現小磁針N極指向與y軸正方向成60°角的方向。請在圖上標明螺線管導線的繞向，并求出該通電螺線管在小磁針處產生的磁感應強度大小。(保留一位有效數字)
解析：接通電源后，小磁針N極指向是地磁場和螺線管磁場的合磁場的方向，由此可判定螺線管的磁場在小磁針處方向水平向右，由安培定則判斷螺線管導線繞向如答案圖所示。
由題意知地磁場水平分量By＝3×10－5 T，設通電螺線管產生的磁場為Bx。由圖知＝tan 60°得Bx＝3×10－5× T≈5×10－5 T。
答案：　5×10－5 T
15.(16分)勻強磁場的磁感應強度B＝0.8 T，矩形線圈abcd的面積S＝0.5 m2，共10匝，開始B與線圈所在平面垂直且線圈有一半在磁場中，如圖所示。規定圖示穿過線圈的磁通量為正，求：
(1)當線圈繞ab邊轉過60°時，線圈的磁通量以及此過程中磁通量的變化量為多少；
(2)當線圈繞dc邊轉過60°時，求線圈中的磁通量以及此過程中磁通量的變化量。
解析：(1)當線圈繞ab邊轉過60°時，此時線圈正好全部處在磁場中，Φ＝BS⊥＝BScos 60°＝0.8×0.5× Wb＝0.2 Wb，在此過程中S⊥沒變，穿過線圈的磁感線條數沒變，故磁通量變化量ΔΦ＝0。
(2)當線圈繞dc邊轉過60°時，Φ＝BS⊥，此時沒有磁場穿過線圈，所以Φ＝0；在圖示位置Φ1＝B·＝0.2 Wb，轉動后Φ2＝0，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝0.2 Wb，故磁通量變化量為0.2 Wb。
答案：(1)0.2 Wb　0　(2)0　0.2 Wb
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二、遷移交匯辨析清
(一)電場線與磁感線的比較
1．相似之處
(1)電場線和磁感線都是為了形象地描述場而引入的假想的曲線，實際上并不存在。
(2)電場線和磁感線都是用來描述場的強弱和方向的，電場線和磁感線切線方向分別表示了電場和磁場的方向。
(3)電場線和磁感線都不能相交。因為如果相交，在相交點就會出現兩個切線方向，與電場和磁場中某一確定點的場的方向是唯一的相矛盾。
2．電場線和磁感線的顯著區別
電場線起始于正電荷或無窮遠，終止于無窮遠或負電荷，是非閉合的曲線，而磁感線是閉合的曲線。
[典例1]　[多選]關于電場線和磁感線的概念，以下說法正確的是 (　　)
A．電場線和磁感線都是不閉合的曲線
B．沿著磁感線的方向，磁場越來越弱
C．任意兩條電場線或磁感線都不能相交
D．電場線和磁感線的疏密都表示場的強弱
解析：電場線和磁感線都是為了形象描述場而引入的模型，由于曲線的切線方向表示場的方向，所以不可能相交，其疏密都反映場的強弱，所以B錯誤，C、D正確；電場線不閉合，而磁感線是閉合的，在條形磁鐵外部，磁感線由N極到S極；在條形磁鐵內部由S極到N極，故A錯誤。
答案：CD
(二)安培定則的應用和磁場的疊加
1．安培定則的“因”和“果”
2．磁場的疊加
(1)磁感應強度為矢量，合成與分解遵循平行四邊形定則。
(2)兩個電流附近的磁場某處的磁感應強度是由兩個電流分別獨立存在時產生的磁場在該處的磁感應強度疊加而成的。
磁場 原因(電流方向) 結果(磁場方向)
直線電流的磁場 大拇指 彎曲的四指
環形電流及通電螺線管的磁場 彎曲的四指 大拇指
[典例2]　 [多選]三條在同一平面(紙面)內的長直絕緣導線組成
一等邊三角形，在導線中通過的電流均為I，方向如圖所示。a、b和
c三點分別位于三角形的三個頂角的平分線上，且到相應頂點的距離
相等。將a、b和c處的磁感應強度大小分別記為B1、B2和B3，下列說法正確的是 (　　)
A．B1＝B2B．B1＝B2＝B3
C．a和b處磁場方向垂直于紙面向外，c處磁場方向垂直于紙面向里
D．a處磁場方向垂直于紙面向外，b和c處磁場方向垂直于紙面向里
解析：a、b、c三處的磁感應強度是三根導線所產生的磁感應強度的疊加。根據安培定則可判斷出左右兩根導線在a處產生的磁場方向相反，因為距離相等，所以磁感應強度大小相等，所以左右兩根導線在a處產生的磁感應強度的矢量和為零，a處的磁感應強度等于下面那根導線在該處產生的磁感應強度，所以a處的磁感應強度方向垂直于紙面向外，同理可知b處的磁感應強度等于右面的導線在該處產生的磁感應強度，所以b處的磁感應強度方向也垂直紙面向外，三根導線在c處產生的磁場方向均垂直于紙面向里，所以合磁感應強度方向垂直于紙面向里，且B1＝B2＜B3，故選項A、C正確，B、D錯誤。
答案：AC
(三)探究電磁感應現象
[典例3]　為觀察電磁感應現象，某同學將電流表、線圈A和B、電池組、滑動變阻器、開關接成如圖所示的實驗電路。
(1)該同學將線圈B放置在線圈A中，閉合、斷開開關時，電流表指針都沒有偏轉，其原因是________。
A．開關的位置接錯
B．電流表的正、負接線柱上導線接反
C．線圈B的兩個接線柱上導線接反
D．蓄電池的正、負極接反
(2)電路連接的錯誤改正后，通過實驗得出產生感應電流的條件是________。
解析：(1)該同學將線圈B放置在線圈A中，再閉合、斷開開關，磁通量不變，無感應電流，故電流表指針不偏轉；應改為開關閉合后，再將線圈B放置在線圈A中；或者將開關接在B線圈所在回路中，故A正確。
(2)通過實驗得出產生感應電流的條件是：當閉合電路磁通量發生變化時會產生感應電流。
答案：(1)A　(2)閉合電路磁通量發生變化

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