周测11 电磁感应与电磁波初步
一、单项选择题：本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1．(2021·浙江1月选考)如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是( )
A．电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场
B．螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场
C．螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场
D．磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场
2．(2024·湖南永州市第一中学月考)物理学史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，关于电磁波的发现及应用，下列说法正确的是( )
A．电视机遥控器用紫外线遥控，无线电波频率比体检胸透用的电磁波频率高
B．赫兹预言了电磁波的存在，麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在
C．微波炉的工作原理是微波能使食物中的水分子热运动加剧从而加热食物
D．红外线的热效应可以用来杀菌消毒，γ射线在各波段电磁波中衍射最明显
3．(2024·江苏射阳中学高二期中)下列各图中，已标出电流及电流的磁场方向，其中正确的是( )
4．(2024·上饶市高二期末)2023年10月26日11时14分，长征二号F遥十七运载火箭托举着神舟十七号载人飞船，在酒泉卫星发射中心点火升空，送汤洪波、唐胜杰、江新林3名航天员奔赴“天宫”。如图所示，神十六、神十七两个乘组“太空会师”，航天员能与地面工作人员保持实时联络，直播画面通过电磁波传送到地面。下列关于电磁波说法正确的是( )
A．电磁波传播过程中，电场和磁场是独立存在的，没有关联
B．电磁波可以在真空中传播
C．不能用实验验证电磁波的存在
D．太空中航天员讲话时画面与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度
5．(2024·宿迁市高二期中)现在市场上常用来激光打标的是355 nm紫外纳秒固体激光器，该激光器单光子能量高，能直接打断某种材料的分子键，使之从材料表面脱离。据此判断，打断该材料分子键需要的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s)( )
A．10－22 J B．10－19 J
C．10－16 J D．10－13 J
6．(2023·吉林市第一中学高二期末)某同学在探究感应电流产生的条件时，制作了如图所示的四种装置。图甲中矩形金属线圈abcd所在平面与匀强磁场垂直，且一半在匀强磁场内，一半在匀强磁场外；图乙中矩形金属线圈efgh处于竖直面内，直导线MN与fg边平行且与线圈平面共面，并通以向下的电流I；图丙中螺线管通以大小为I的电流，其内部有一金属圆环，圆环平面与螺线管轴线垂直；图丁为一根长导线对折后绕成的螺线管，并通以大小为I的电流，其内部有一金属圆环，圆环平面与螺线管轴线垂直。下列描述中，能使线圈中产生感应电流的是( )
A．图甲中金属线圈以bc为轴转动60°
B．图乙中金属线圈以直导线MN为轴转动
C．图丙中电流I增大
D．图丁中电流I增大
7．(2024·烟台市高二期末)一匝数为N匝、边长为2R的正方形线圈如图放置，在其内部半径为R的虚线圆范围内有与线圈平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B，如果将线圈绕虚线圆的某一条直径旋转270°，这个过程中穿过线圈的磁通量变化量的大小为( )
A．πBR2 B．NπBR2
C．4BR2 D．4NBR2
8.(2021·全国甲卷)两足够长直导线均折成直角，按图示方式放置在同一平面内，EO与O′Q在一条直线上，PO′与OF在一条直线上，两导线相互绝缘，通有相等的电流I，电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时，所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B，则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为( )
A．B、0 B．0、2B
C．2B、2B D．B、B
9．某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m的连续激光，发光功率为5.0×10－3 W。已知可见光波长的数量级为10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。下列说法正确的是( )
A．该激光属于紫外线
B．该激光的频率为2×1016 Hz
C．该激光器发出的光子能量为1.326×10－19 J
D．该激光器每秒发出的光子数约为3.8×1017个
10．(2024·三明市高二期末)某同学利用手机软件测量地磁场的磁感应强度。在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面，如图甲所示。某次测量中，测得沿坐标轴方向的磁感应强度分别为21.00 μT、－0.06 μT、－30.56 μT，如图乙所示。该处的磁感应强度大小约为( )
A．9 μT B．21 μT
C．37 μT D．51 μT
二、多项选择题：本题共6小题，每小题6分，共36分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
11．下列关于磁感应强度和电场强度的概念的说法正确的是( )
A．电场强度是描述电场强弱的物理量，反映了电场的性质；磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，反映了磁场的性质
B．电场中各处的电场强度与引入的试探电荷有关，磁场中各处的磁感应强度与引入的电流元有关
C．电场中各处的电场强度与引入的试探电荷无关，磁场中各处的磁感应强度与引入的电流元无关
D．电荷在电场中受到的静电力方向就是该处电场的方向，电流元在磁场中受到的磁场力的方向就是该处磁场的方向
12．(2024·甘肃靖远县第一中学高二期末)下列有关热辐射的说法中，正确的是( )
A．有些物体不会向外辐射电磁波
B．物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波
C．物体的温度升高时，热辐射中波长较长的成分越来越强
D．黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波
13．(2024·潍坊市高二期中)有一段长l＝0.5 m的导线放在匀强磁场中，当通过的电流I＝4 A时，受到磁场力大小为4 N，则该磁场的磁感应强度大小可能是( )
A．2 T B．3 T C．1 T D．0.2 T
14．(2024·阳泉市高二期末)下列各图所描述的物理情境中，有感应电流的是( )
A．甲图中开关S闭合稳定后，线圈N中
B．乙图中磁体向铝环A靠近，铝环A中
C．丙图中金属框从A向B运动，金属框中
D．丁图中铜盘在磁场中按图示方向转动，电阻R中
15．(2023·湖南省常德市高二期中)如图所示，一个闭合线圈放在匀强磁场中，线圈的轴线与磁场方向成30°角，下述方法可使穿过线圈的磁通量增加一倍的是( )
A．把线圈匝数增加一倍
B．把线圈面积增加一倍
C．转动线圈使得轴线与磁场方向平行
D．把磁感应强度增加一倍
16．(2024·赣州市高二期末)如图所示，a、b、c是一个等边三角形的三个顶点，三角形在竖直平面，ab边水平。图甲在a、b两点分别放置等量异种点电荷，已知a点电荷在c处产生的电场强度大小为E。图乙在a、b两点分别放置电流大小相等、方向垂直纸面向里和垂直纸面向外的两根通电导线，已知a点电流在c处产生的磁感应强度大小为B。不考虑其他因素的影响，则有( )
A．图甲中c处的电场强度大小为E，方向水平向右
B．图甲中c处的电场强度大小为E，方向竖直向上
C．图乙中c处的磁感应强度大小为B，方向竖直向下
D．图乙中c处的磁感应强度大小为B，方向水平向右
三、非选择题：本题共1小题，共14分。
17．(14分)(2023·济宁市高二期末)如图所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，则：
(1)(4分)穿过线圈的磁通量为多大？
(2)(4分)如线圈绕OO′转动60°角时，穿过线圈的磁通量为多大？
(3)(6分)如线圈绕OO′转动180°角时，则穿过线圈的磁通量变化量为多大？
参考答案及解析
一、单项选择题：本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1．(2021·浙江1月选考)如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是( )
A．电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场
B．螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场
C．螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场
D．磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场
答案 B
解析 密绕的通电螺线管可以看作是多个电流方向相同的环形线圈组成，这样内部磁场的方向相同，强弱可看作近似相同，因此，螺线管越长，内部磁场越接近匀强磁场，故选项B正确。
2．(2024·湖南永州市第一中学月考)物理学史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，关于电磁波的发现及应用，下列说法正确的是( )
A．电视机遥控器用紫外线遥控，无线电波频率比体检胸透用的电磁波频率高
B．赫兹预言了电磁波的存在，麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在
C．微波炉的工作原理是微波能使食物中的水分子热运动加剧从而加热食物
D．红外线的热效应可以用来杀菌消毒，γ射线在各波段电磁波中衍射最明显
答案 C
解析 电视机遥控器用红外线遥控，无线电波频率比体检胸透用的电磁波频率低，故A错误；
麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故B错误；
微波炉的工作原理是微波能使食物中的水分子热运动加剧从而加热食物，故C正确；
紫外线可以用来杀菌消毒，无线电波在各波段电磁波中衍射最明显，故D错误。
3．(2024·江苏射阳中学高二期中)下列各图中，已标出电流及电流的磁场方向，其中正确的是( )
答案 D
解析 由于电流的方向竖直向上，根据安培定则知，磁场方向应该右边垂直纸面向里，左边垂直纸面向外，故A错误；
直线电流的方向竖直向上，根据安培定则知，直线电流形成的磁场方向(从上向下看)为逆时针方向，故B错误；
根据安培定则，螺线管内部的磁场方向向右，故C错误；
从上往下看，线框的电流方向为逆时针方向，根据安培定则知，磁场的方向向上，故D正确。
4．(2024·上饶市高二期末)2023年10月26日11时14分，长征二号F遥十七运载火箭托举着神舟十七号载人飞船，在酒泉卫星发射中心点火升空，送汤洪波、唐胜杰、江新林3名航天员奔赴“天宫”。如图所示，神十六、神十七两个乘组“太空会师”，航天员能与地面工作人员保持实时联络，直播画面通过电磁波传送到地面。下列关于电磁波说法正确的是( )
A．电磁波传播过程中，电场和磁场是独立存在的，没有关联
B．电磁波可以在真空中传播
C．不能用实验验证电磁波的存在
D．太空中航天员讲话时画面与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度
答案 B
解析 电磁波传播过程中，电场和磁场是相互关联，相互联系的，选项A错误；电磁波可以在真空中传播，选项B正确；可以用实验验证电磁波的存在，选项C错误；太空中航天员讲话时画面与声音都是通过电磁波传播到地面的，所以画面和声音同步，但不能说明电磁波与声波具有相同的传播速度，选项D错误。
5．(2024·宿迁市高二期中)现在市场上常用来激光打标的是355 nm紫外纳秒固体激光器，该激光器单光子能量高，能直接打断某种材料的分子键，使之从材料表面脱离。据此判断，打断该材料分子键需要的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s)( )
A．10－22 J B．10－19 J
C．10－16 J D．10－13 J
答案 B
解析 打断该材料分子键需要的能量为该激光器单光子能量，则该激光的光子能量为ε＝hν＝，解得ε≈5.6×10－19 J，故选B。
6．(2023·吉林市第一中学高二期末)某同学在探究感应电流产生的条件时，制作了如图所示的四种装置。图甲中矩形金属线圈abcd所在平面与匀强磁场垂直，且一半在匀强磁场内，一半在匀强磁场外；图乙中矩形金属线圈efgh处于竖直面内，直导线MN与fg边平行且与线圈平面共面，并通以向下的电流I；图丙中螺线管通以大小为I的电流，其内部有一金属圆环，圆环平面与螺线管轴线垂直；图丁为一根长导线对折后绕成的螺线管，并通以大小为I的电流，其内部有一金属圆环，圆环平面与螺线管轴线垂直。下列描述中，能使线圈中产生感应电流的是( )
A．图甲中金属线圈以bc为轴转动60°
B．图乙中金属线圈以直导线MN为轴转动
C．图丙中电流I增大
D．图丁中电流I增大
答案 C
解析 闭合回路中磁通量发生变化时，电路中产生感应电流。
题图甲中金属线圈以bc为轴转动60°，穿过线圈的磁通量未发生变化，不产生感应电流，A错误；
题图乙中金属线圈以直导线MN为轴转动，穿过线圈的磁通量不变，不产生感应电流，B错误；
题图丙中电流I增大，穿过线圈的磁通量变大，产生感应电流，C正确；
题图丁中导线的缠绕方式，使得线圈平面内的磁感应强度为零，磁通量为零，增大电流I，磁通量不变，始终为零，D错误。
7．(2024·烟台市高二期末)一匝数为N匝、边长为2R的正方形线圈如图放置，在其内部半径为R的虚线圆范围内有与线圈平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B，如果将线圈绕虚线圆的某一条直径旋转270°，这个过程中穿过线圈的磁通量变化量的大小为( )
A．πBR2 B．NπBR2
C．4BR2 D．4NBR2
答案 A
解析 根据磁通量的定义可知，初状态的磁通量Φ1＝πBR2
旋转270°后的磁通量Φ2＝0
因此磁通量的变化量的大小ΔΦ＝＝πBR2，故选A。
8.(2021·全国甲卷)两足够长直导线均折成直角，按图示方式放置在同一平面内，EO与O′Q在一条直线上，PO′与OF在一条直线上，两导线相互绝缘，通有相等的电流I，电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时，所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B，则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为( )
A．B、0 B．0、2B
C．2B、2B D．B、B
答案 B
解析 两直角导线可以等效为如图所示的两直导线，由安培定则可知，两直导线在M处的磁感应强度方向分别为垂直纸面向里、垂直纸面向外，故M处的磁感应强度大小为零；两直导线在N处的磁感应强度方向均垂直纸面向里，故N处的磁感应强度大小为2B；综上分析B正确。
9．某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m的连续激光，发光功率为5.0×10－3 W。已知可见光波长的数量级为10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。下列说法正确的是( )
A．该激光属于紫外线
B．该激光的频率为2×1016 Hz
C．该激光器发出的光子能量为1.326×10－19 J
D．该激光器每秒发出的光子数约为3.8×1017个
答案 C
解析 该激光的波长比可见光的波长长，属于红外线，A错误。该激光的频率ν＝＝ Hz＝2×1014Hz，B错误。光子能量E＝h＝6.63×10－34× J＝1.326×10－19 J，C正确。每秒发出的光子数n＝＝ 个≈3.8×1016个，D错误。
10．(2024·三明市高二期末)某同学利用手机软件测量地磁场的磁感应强度。在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面，如图甲所示。某次测量中，测得沿坐标轴方向的磁感应强度分别为21.00 μT、－0.06 μT、－30.56 μT，如图乙所示。该处的磁感应强度大小约为( )
A．9 μT B．21 μT
C．37 μT D．51 μT
答案 C
解析 该处磁感应强度大小约为B＝≈37 μT，故选C。
二、多项选择题：本题共6小题，每小题6分，共36分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
11．下列关于磁感应强度和电场强度的概念的说法正确的是( )
A．电场强度是描述电场强弱的物理量，反映了电场的性质；磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，反映了磁场的性质
B．电场中各处的电场强度与引入的试探电荷有关，磁场中各处的磁感应强度与引入的电流元有关
C．电场中各处的电场强度与引入的试探电荷无关，磁场中各处的磁感应强度与引入的电流元无关
D．电荷在电场中受到的静电力方向就是该处电场的方向，电流元在磁场中受到的磁场力的方向就是该处磁场的方向
答案 AC
解析 电场强度和磁感应强度分别是描述电场和磁场的物理量，反映了电场和磁场的性质，选项A对；电场强度和磁感应强度分别由电场和磁场本身决定，选项B错，选项C对；正电荷所受静电力方向才是该处电场的方向，电流元受到的磁场力方向不是该处磁场的方向，选项D错。
12．(2024·甘肃靖远县第一中学高二期末)下列有关热辐射的说法中，正确的是( )
A．有些物体不会向外辐射电磁波
B．物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波
C．物体的温度升高时，热辐射中波长较长的成分越来越强
D．黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波
答案 BD
解析 一切物体都在向外辐射电磁波，故A错误；
物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，故B正确；
物体的温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强，故C错误；
黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，故D正确。
13．(2024·潍坊市高二期中)有一段长l＝0.5 m的导线放在匀强磁场中，当通过的电流I＝4 A时，受到磁场力大小为4 N，则该磁场的磁感应强度大小可能是( )
A．2 T B．3 T C．1 T D．0.2 T
答案 AB
解析 当导线和磁场垂直时，磁感应强度大小为B＝＝2 T
若导线与磁场不垂直时，磁场的磁感应强度应大于2 T。故选A、B。
14．(2024·阳泉市高二期末)下列各图所描述的物理情境中，有感应电流的是( )
A．甲图中开关S闭合稳定后，线圈N中
B．乙图中磁体向铝环A靠近，铝环A中
C．丙图中金属框从A向B运动，金属框中
D．丁图中铜盘在磁场中按图示方向转动，电阻R中
答案 BCD
解析 题图甲中，开关S闭合稳定后，穿过线圈N的磁通量保持不变，线圈N中不产生感应电流，A错误；题图乙中，磁体向铝环A靠近，穿过铝环的磁通量在增大，铝环中产生感应电流，B正确；题图丙中，金属框从A向B运动，穿过金属框的磁通量时刻在变化，金属框中产生感应电流，C正确；题图丁中，铜盘在磁场中按题图所示方向转动，铜盘的一部分切割磁感线，产生感应电流，D正确。
15．(2023·湖南省常德市高二期中)如图所示，一个闭合线圈放在匀强磁场中，线圈的轴线与磁场方向成30°角，下述方法可使穿过线圈的磁通量增加一倍的是( )
A．把线圈匝数增加一倍
B．把线圈面积增加一倍
C．转动线圈使得轴线与磁场方向平行
D．把磁感应强度增加一倍
答案 BD
解析 初始时穿过线圈的磁通量可表示为Φ＝BScos 30°＝BS
磁通量大小与线圈的匝数无关，A错误；
把线圈面积S增加一倍或把磁感应强度B增加一倍，均能使穿过线圈的磁通量增加一倍，B、D正确；转动线圈使得轴线与磁场方向平行，则穿过线圈的磁通量变为Φ′＝BS
对比原来的磁通量可知，并未增加一倍，C错误。
16．(2024·赣州市高二期末)如图所示，a、b、c是一个等边三角形的三个顶点，三角形在竖直平面，ab边水平。图甲在a、b两点分别放置等量异种点电荷，已知a点电荷在c处产生的电场强度大小为E。图乙在a、b两点分别放置电流大小相等、方向垂直纸面向里和垂直纸面向外的两根通电导线，已知a点电流在c处产生的磁感应强度大小为B。不考虑其他因素的影响，则有( )
A．图甲中c处的电场强度大小为E，方向水平向右
B．图甲中c处的电场强度大小为E，方向竖直向上
C．图乙中c处的磁感应强度大小为B，方向竖直向下
D．图乙中c处的磁感应强度大小为B，方向水平向右
答案 AC
解析 图甲中a点电荷在c处产生的电场强度大小为E，方向沿ac方向；b点电荷在c处产生的电场强度大小也为E，方向沿cb方向，如图(a)所示，两个分电场方向夹角为120°，则由平行四边形定则可知，c处的合电场强度大小为E，方向水平向右，故A正确，B错误；
图乙中根据右手螺旋定则可知，a处直导线在c点的磁场方向垂直ac斜向右下，磁感应强度大小为B；b处直导线在c点的磁场方向垂直bc斜向左下，磁感应强度大小为B；如图(b)所示，两个分磁场方向夹角为120°，可知c处的磁感应强度大小为B，方向竖直向下，故C正确，D错误。
三、非选择题：本题共1小题，共14分。
17．(14分)(2023·济宁市高二期末)如图所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，则：
(1)(4分)穿过线圈的磁通量为多大？
(2)(4分)如线圈绕OO′转动60°角时，穿过线圈的磁通量为多大？
(3)(6分)如线圈绕OO′转动180°角时，则穿过线圈的磁通量变化量为多大？
答案 (1)BL2 (2)BL2 (3)BL2
解析 (1)根据磁通量的定义可知Φ1＝BS＝B·L·L＝BL2
(2)线圈绕OO′转动60°角时，磁通量为Φ2＝Φ1cos 60°＝BL2
(3)线圈绕OO′转动180°角时，磁通量为Φ3＝Φ1cos 180°＝－BL2
穿过线圈的磁通量变化量大小为ΔΦ＝＝BL2
