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第十三章测评
(时间:60分钟　满分:100分)
一、单项选择题(本题共5小题,每小题5分,共25分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.2023年9月21日,神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在中国空间站进行了第四次太空授课。“天宫课堂”主要依靠中继卫星系统通过电磁波进行天地互动。下列关于电磁波的说法正确的是(　　)
A.电磁波传播需要介质
B.电磁波传播过程中也传递了能量
C.麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在
D.不同波长的电磁波在真空中的传播速度大小不同
答案:B
解析:电磁波可以在真空中传播,不需要介质,选项A错误。电磁波传播过程中也传递了能量,选项B正确。麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹证实了电磁波的存在,选项C错误。所有电磁波在真空中的传播速度相同,等于光速,选项D错误。
2.矩形线框在磁场内做的各种运动如图所示,能够产生感应电流的是(　　)
答案:B
解析:产生感应电流的条件是穿过线圈的磁通量发生变化,选项B符合要求。
3.如图所示,假设将一个小磁针放在地球的北极点上,那么小磁针的N极将(　　)
A.指北
B.指南
C.竖直向上
D.竖直向下
答案:D
解析:地磁场的分布规律与条形磁体类似,在地理北极附近,地磁场竖直向下,此处小磁针的N极应竖直向下,D正确。
4.如图所示,虚线框内有匀强磁场,大环和小环是垂直于磁场放置的两个圆环,分别用Φ1和Φ2表示穿过大、小两环的磁通量,则(　　)
A.Φ1>Φ2 B.Φ1<Φ2
C.Φ1=Φ2 D.无法确定
答案:C
解析:根据磁通量的计算公式Φ=BS,大环、小环围成的面积虽不同,但磁场穿过的那部分有效面积相同,则磁通量相同。
5.如图所示,将两个半径相同、粗细相同、互相垂直的圆形导线圈固定在一起,其圆心恰好重合,两线圈通有大小相同的电流。设每个线圈中电流在圆心处产生的磁感应强度均为1 T,则圆心O处的磁感应强度大小均为(　　)
A.1 T B.1.4 T
C.2 T D.1.7 T
答案:B
解析:由安培定则可知,两通电线圈在圆心O处产生的磁感应强度方向相互垂直,故圆心O处的磁感应强度大小为1.4 T,故B正确。
二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得5分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
6.有关磁场的物理概念,下列说法正确的是(　　)
A.磁感应强度是描述磁场强弱的物理量,是矢量
B.磁感应强度的方向跟产生磁场的电流方向有关
C.磁感应强度的方向跟放入磁场中的受磁场力作用的电流方向有关
D.磁感线的切线方向表示磁场的方向,其疏密表示磁感应强度的大小
答案:ABD
解析:磁感应强度是矢量,既有大小,又有方向;是用来表示磁场强弱的物理量,A正确。磁感线的切线方向表示磁场的方向,也与磁感应强度的方向相同,其疏密表示磁感应强度的大小,D正确。电流能够产生磁场,其磁感应强度的方向与电流的方向有关,即满足安培定则,B正确。而磁感应强度的大小与方向是磁场自身的属性,与放在磁场中的电流受力的情况无关,C错误。
7.如图所示,回形针系在细线下端被磁体吸引,下列说法正确的是(　　)
A.回形针下端为N极
B.回形针上端为N极
C.用酒精灯对回形针加热,过一会儿发现回形针不被磁体吸引了,原因是回形针加热后,分子电流排列无序了
D.用酒精灯对回形针加热,回形针不被磁体吸引,原因是回形针加热后,分子电流消失了
答案:AC
解析:被磁化后回形针的下端为N极,A对,B错;对回形针加热,回形针磁性消失是因为分子电流排列无序了,故C对,D错。
8.如图所示,水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线,以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系。四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内对称放置,两直导线中的电流大小与变化情况完全相同,电流方向如图中所示,当两直导线中的电流都增大时,四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是(　　)
A.线圈a中无感应电流
B.线圈b中有感应电流
C.线圈c中有感应电流
D.线圈d中无感应电流
答案:CD
解析:根据安培定则可判断出电流产生的磁场方向,两通电直导线在线圈a处产生的磁场方向均垂直于纸面向里,在线圈c处产生的磁场方向均垂直于纸面向外,线圈b、d中的磁通量始终为零,故增大两直导线中的电流时,穿过线圈a、c的磁通量发生变化,线圈a、c中有感应电流产生,而线圈b、d中无感应电流产生。选项C、D正确,A、B错误。
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
9.(9分)二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射,这种长波辐射的波长范围约是1.4×10-3 ~1.6×10-3 m,相应的频率范围是　　　　　,相应的光子能量的范围是　　　　　　。(已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空中的光速c=3.0×108 m/s。结果保留两位有效数字)
答案:1.9×1011~2.1×1011 Hz　1.3×10-22~1.4×10-22 J
解析:由c=λν得ν=
则求得频率范围为1.9×1011~2.1×1011 Hz
又由ε=hν得能量范围为1.3×10-22~1.4×10-22 J。
10.(9分)下图为研究感应电流产生的条件的实验电路图。
(1)请在图中连线,把实验装置连接完整。
(2)开始实验时,滑动变阻器滑片P应该放置在　　　　(选填“a”或“b”)端。
(3)闭合开关后,请写出三种使线圈B中产生感应电流的方法:
①　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
③　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)见解析图　(2)a　(3)①断开开关　②插入或拔出线圈A　③移动滑动变阻器的滑片
解析:(1)将电源、开关、滑动变阻器、线圈A串联成一个回路,注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱,再将电流计与线圈B串联成另一个回路,电路图如图所示。
(2)由图示电路图可知,滑动变阻器采用限流式接法,为保护电路应该使接入电路的电阻最大,在闭合开关S前,滑动变阻器滑片P应置于a端。
(3)开关S闭合后有多种方法能使线圈B中产生感应电流,如移动滑动变阻器的滑片、线圈A在线圈B中插入或拔出、断开开关等。
11.(14分)已知某地地面处地磁场的磁感应强度的水平分量约为3×10-5 T,某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验。他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上,如图所示。小磁针静止时N极指向y轴正方向,当接通电源后,发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角的方向。请在图上标明螺线管导线的绕向,并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度的大小(结果保留一位有效数字)。
答案:见解析
解析:导线的绕向如图所示。
由题意,可知B=B地tan 60°=5×10-5 T。
12.(14分)在半径r=10 m的球壳中心有一盏功率为P=40 W的钠光灯(可视为点光源),发出的钠黄光的波长为λ=0.59 μm,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中光速c=3×108 m/s。试求每秒穿过S=1 cm2球壳面积的光子数目。
答案:9.4×1012
解析:钠黄光的频率
ν= Hz=5.1×1014 Hz
则一个光子的能量
ε=hν=6.63×10-34×5.1×1014 J=3.4×10-19 J
又钠光灯在t=1 s内发出光能
E=Pt=40×1 J=40 J
那么在t=1 s内穿过S=1 cm2球壳面积的光能量
E1= J=3.2×10-6 J
则每秒穿过该球壳1 cm2面积的光子数
n==9.4×1012。
13.(14分)矩形线框abcd的两边长分别为l1、l2,可绕它的一条对称轴OO'转动,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与OO'垂直,如图所示,初位置时线框平面与B平行。
(1)初位置时穿过线框的磁通量Φ0为多少
(2)当线框绕轴OO'沿图示方向转过60°时,磁通量Φ为多少 这一过程中磁通量的变化量ΔΦ为多少
答案:(1)0　(2)Bl1l2　Bl1l2
解析:(1)线框在初始位置时,线框平面与磁场平行,有效面积为零,则Φ0=0。
(2)当线框绕轴OO'沿图示方向转过60°时,线框平面与B的夹角为60°,
则Φ=B·Ssin 60°=BS=Bl1l2
ΔΦ=Φ-Φ0=Bl1l2。
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