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階段驗收評價(五) 電磁感應與電磁波初步
(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．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。
3．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。
4.如圖所示，紙面內有一沿南北方向水平放置的直導線，其正下方有一沿導線方向靜止的小磁針。當導線中通有從a到b的電流時，下列判斷正確的是(　　)
A．小磁針不偏轉
B．小磁針N極垂直紙面向外偏轉
C．小磁針N極垂直紙面向里偏轉
D．將小磁針取走，直導線周圍的磁場消失
解析：選C　由右手螺旋定則可知，通電導線下方磁場方向垂直紙面向里，小磁針N極垂直紙面向里偏轉，將小磁針取走，通電直導線周圍的磁場仍然存在，C正確。
5．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。
6．如圖所示，水平放置的扁平條形磁鐵，在磁鐵的左端正上方有一金屬線框，線框平面與磁鐵垂直，當線框從左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的過程中，穿過它的磁通量的變化情況是(　　)
A．先減小后增大 B．始終減小
C．始終增大 D．先增大后減小
解析：選A　線框在磁鐵兩端的正上方時穿過該線框磁通量最大，在磁鐵中央時穿過該線框的磁通量最小，所以該過程中的磁通量先減小后增大，故A對。
7．如圖所示，一有限范圍的勻強磁場，寬度為d，將一邊長為l的正方形導線框以速度v勻速地通過磁場區域，若d>l，則線框中不產生感應電流的時間應等于(　　)
A. B.
C. D.
解析：選C　當線框剛剛完全進入磁場時至線框剛剛出磁場時，通過線框的磁通量不發生變化，線框中不會產生感應電流，C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。
9.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。
10.如圖所示，三根相互平行的固定長直導線L1、L2和L3兩兩等距，均通有電流I，L1中電流方向與L2中的相同，與L3中的相反。下列說法正確的是(　　)
A．L1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直
B．L3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直
C．L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1∶1∶
D．L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為∶∶1
解析：選BC　由安培定則可判斷出L2在L1處產生的磁場(B21)方向垂直L1和L2的連線豎直向上，L3在L1處產生的磁場(B31)方向垂直L1和L3的連線指向右下方，根據磁場疊加原理，L3和L2在L1處產生的合磁場(B合1)方向如圖甲所示，根據左手定則可判斷出L1所受磁場作用力的方向與L2和L3所在平面平行，選項A錯誤；同理，如圖乙所示，可判斷出L3所受磁場(B合3)作用力的方向(豎直向上)與L1、L2所在平面垂直，選項B正確；同理，如圖丙所示，設一根長直導線在另一根導線處產生的磁場的磁感應強度大小為B，根據幾何知識可知，B合1＝B，B合2＝B，B合3＝B，由安培力公式F＝BIL可知L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1∶1∶，選項C正確，D錯誤。
三、非選擇題(本題共5小題，共54分)
11．(10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？
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(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________(填“有”或“無”)感應電流產生，當開關閉合或斷開瞬間，a線圈中________(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．(10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B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．(10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：如圖所示　5×10－5 T
15.(14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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主干知識成體系
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。
[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”
磁場名稱 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
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。
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

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