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初识电磁场与电磁波　能源与可持续发展　检测试题
一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16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.能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性,下列现象属于能量耗散的是(　　)
A.利用水能发电转化成电能
B.利用太阳能发电转化成电能
C.电池的化学能转化成电能
D.火炉把房间的温度升高
2.下列关于电磁场和电磁波的说法正确的是(　　)
A.紫外线是一种频率比紫光更低的电磁波,能够灭菌
B.变化的磁场可以产生电场,变化的电场可以产生磁场
C.电磁波与声波一样不可以在真空中传播
D.麦克斯韦第一次在实验室通过实验验证了电磁波的存在
3.图甲和图乙中两点电荷带电荷量相等,图丙和图丁中通电导线电流大小相等,竖直线为两点电荷、两通电导线的中垂线,O为连线的中点。下列说法正确的是(　　)
A.图甲和图丁中,在连线和中垂线上,O点的场强和磁感应强度都最大
B.图甲和图丁中,在连线和中垂线上,关于O点对称的两点场强和磁感应强度都相同
C.图乙和图丙中,在连线和中垂线上,O点的场强和磁感应强度都最大
D.图乙和图丙中,在连线和中垂线上,关于O点对称的两点场强和磁感应强度相同
4.如图所示是一条形磁铁周围部分磁感线分布示意图,线OO′是条形磁铁的中轴线。在磁场中取两个面积相等的圆环S1、S2进行研究,且圆环圆心在中轴线上,P、Q分别是圆环S1上下对称两点,P、P′分别是圆环S1、S2上相同位置的两点。下列说法正确的是(　　)
A.P点磁感应强度的大小比Q点的大
B.P点磁感应强度的大小比P′点的小
C.穿过S1的磁通量比穿过S2的大
D.穿过S1的磁通量与穿过S2的一样大
二、双项选择题:本题共4小题,每小题6分,共24分。每小题有两项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
5.下列说法正确的是(　　)
A.闭合金属线圈处在变化的磁场中,一定产生感应电流
B.闭合金属线圈在磁场中运动,一定产生感应电流
C.只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中就有感应电流产生
D.闭合金属线圈在磁场中转动,线圈中不一定产生感应电流
6.全球可利用的风能为2×107 MW(1 MW=106 W),比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍,我国风能资源总储量约1.6×105 MW 。装机容量达到2 240万千瓦的三峡水电站,已成为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。下列说法正确的是(　　)
A.风力发电是把机械能转化为电能
B.我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量
C.风力发电过程违反能量守恒定律
D.水能和风能都是清洁能源且都是不可再生能源
7.把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中,图中能正确反映各量间关系的是(　　)
A B
C D
8.高压输电线上使用正方形间隔棒支撑导线,目的是将导线间距固定为l,防止导线相碰,其截面图如图所示,abcd的几何中心为O,当L1、L2、L3、L4四根导线通有等大同向电流时,不计地磁场的影响,则(　　)
A.穿过abcd的磁通量为零
B.穿过abcd的磁通量不为零
C.O点的磁感应强度不为零
D.ad边中点处的磁感应强度不为零
三、非选择题:共60分。
9.(3分)磁通量是　　　量,国际单位是　　　　,简称韦,符号为Wb,1 Wb=1 　　　　。
10.(3分)根据　　　　电磁场理论,　　　　的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)一定是稳定的,周期性变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)一定是　　　　变化的。
11.(3分)量子假说认为,物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一　　 　　能量单位ε的　　　　,这个能量值ε叫作　　　　。
12.(6分)逆向思维是一种重要的思想方法,在这种思想方法的引领下,许多重要的科学定律被发现。“电生磁,磁生电”这种逆向互生的关系,体现了物理学中的一种对称美。请思考:
(1)1831年,物理学家法拉第用如图甲所示的实验,成功发现了磁生电现象,当开关始终处于闭合状态时,a线圈中　　 　　(选填“有”或“无”)感应电流产生,当开关闭合或断开瞬间,
a线圈中　　 　　(选填“有”或“无”)感应电流产生。
(2)如图乙所示是某兴趣小组研究磁生电现象所准备的器材。
请用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路,将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路,并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量,使副线圈回路产生感应电流的三种方式:
①　 ;
②　 ;
③　 。
13.(6分)某地要把河水抽高20 m进入蓄水池,用一台电动机通过传动效率为80%的皮带,带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380 V,此时输入电动机的电功率为 19 kW,电动机的内阻为0.4 Ω。已知水的密度为1×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2。求:
(1)电动机内阻消耗的热功率;
(2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)。
14.(11分)太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能,再利用电动机来驱动汽车的一种新型汽车。太阳能实验车上太阳能发电面板的有效面积S=8 m2,太阳光照射到每平方米太阳能板上的辐射功率为P0=1 kW,在晴朗的天气,电池对着太阳时产生的电压为U=120 V,并对车上的电动机提供I=10 A的电流,试问:
(1)太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少
(2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%,当汽车在水平路面上匀速行驶时,受到的牵引力为150 N,则汽车的行驶速度是多少
15.(12分)科学技术是一把双刃剑。电磁波的应用也是这样。它在使人类的生活发生日新月异变化的同时也存在副作用——电磁污染。频率超过0.1 MHz的电磁波的强度足够大时就会对人体构成威胁。按照有关规定,人体所受到的电磁辐射强度(即单位时间内垂直通过单位面积的电磁波的能量)不得超过某一规定值Ie。已知某无线通信设备发射电磁波的功率为P,设该通信设备向四面八方均匀地发射电磁波,且电磁波在传播过程中无能量损失。由数学知识可知,球面的面积S=4πr2(式中r为球半径),球半径与球面总是垂直的。根据上述资料,可估算出人体到该通信设备发射电磁波处的安全距离至少应为多少时,人体所受的电磁辐射强度才不会超过规定值
16.(16分) 如图所示,在直角三角形ABC的A点和B点分别固定一垂直于纸面的无限长通电直导线,其中A点处导线中电流大小为I0,方向垂直于纸面向外,∠A=30°,已知通电直导线形成的磁场在空间某点处的磁感应强度B=k,k为比例系数,r为该点到导线的距离,I为导线中的电流大小。今测得C点的磁场沿BC方向向右,求:
(1)B点处导线中电流的方向;
(2)B点处导线中电流的大小IB。初识电磁场与电磁波　能源与可持续发展　检测试题
一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16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.能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性,下列现象属于能量耗散的是(　　)
A.利用水能发电转化成电能
B.利用太阳能发电转化成电能
C.电池的化学能转化成电能
D.火炉把房间的温度升高
【答案】 D
【解析】 机械能、太阳能、化学能转化为电能只是能量转化,一种形式的能转化为另一种形式的能,相互之间是可以转化的,没有涉及系统的内能流散到周围环境中。利用水能发电转化成电能、利用太阳能发电转化成电能、电池的化学能转化成电能都是能量相互转化,而火炉把房间的温度升高,属于能量耗散的过程中能量向可利用品质低的大气内能转化,故A、B、C错误,D正确。
2.下列关于电磁场和电磁波的说法正确的是(　　)
A.紫外线是一种频率比紫光更低的电磁波,能够灭菌
B.变化的磁场可以产生电场,变化的电场可以产生磁场
C.电磁波与声波一样不可以在真空中传播
D.麦克斯韦第一次在实验室通过实验验证了电磁波的存在
【答案】 B
【解析】 紫外线是一种频率比紫光更高的电磁波,能够灭菌,故A错误;根据麦克斯韦电磁场理论可知,变化的磁场可以产生电场,变化的电场可以产生磁场,故B正确;电磁波可以在真空中传播,故C错误;赫兹第一次在实验室通过实验验证了电磁波的存在,故D错误。
3.图甲和图乙中两点电荷带电荷量相等,图丙和图丁中通电导线电流大小相等,竖直线为两点电荷、两通电导线的中垂线,O为连线的中点。下列说法正确的是(　　)
A.图甲和图丁中,在连线和中垂线上,O点的场强和磁感应强度都最大
B.图甲和图丁中,在连线和中垂线上,关于O点对称的两点场强和磁感应强度都相同
C.图乙和图丙中,在连线和中垂线上,O点的场强和磁感应强度都最大
D.图乙和图丙中,在连线和中垂线上,关于O点对称的两点场强和磁感应强度相同
【答案】 D
【解析】 题图甲和题图丁中,在连线和中垂线上,关于O点对称的两点场强和磁感应强度大小都相等,方向不同,并且在O点的场强和磁感应强度都最小,故A、B错误;同理,题图乙和题图丙中,在连线上,O点的场强和磁感应强度都最小,在中垂线上则最大;而在连线和中垂线上关于O点对称的两点场强和磁感应强度大小相等,方向相同,故C错误,D正确。
4.如图所示是一条形磁铁周围部分磁感线分布示意图,线OO′是条形磁铁的中轴线。在磁场中取两个面积相等的圆环S1、S2进行研究,且圆环圆心在中轴线上,P、Q分别是圆环S1上下对称两点,P、P′分别是圆环S1、S2上相同位置的两点。下列说法正确的是(　　)
A.P点磁感应强度的大小比Q点的大
B.P点磁感应强度的大小比P′点的小
C.穿过S1的磁通量比穿过S2的大
D.穿过S1的磁通量与穿过S2的一样大
【答案】 C
【解析】 根据条形磁铁的磁感线分布特点及对称性可知,P、Q两点的磁感线疏密程度相同,故两点的磁感应强度大小相等,A错误;P点的磁感线比P′点的磁感线密,则P点的磁感应强度比P′点的大,B错误;由题图可知,穿过S1的磁感线条数比穿过S2的磁感线条数多,则穿过S1的磁通量比穿过S2的大,C正确,D错误。
二、双项选择题:本题共4小题,每小题6分,共24分。每小题有两项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
5.下列说法正确的是(　　)
A.闭合金属线圈处在变化的磁场中,一定产生感应电流
B.闭合金属线圈在磁场中运动,一定产生感应电流
C.只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中就有感应电流产生
D.闭合金属线圈在磁场中转动,线圈中不一定产生感应电流
【答案】 CD
【解析】 闭合金属线圈处在变化的磁场中,如果线圈平面与磁场的方向平行,磁通量没有变化,没有感应电流产生,故A错误;整个的闭合金属线圈在磁场中做切割磁感线运动时,闭合金属线圈中磁通量没有变化,就没有感应电流产生,故B错误;根据感应电流产生的条件可知,只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中就有感应电流产生,故C正确;闭合金属线圈在磁场中转动,若线圈平面与磁场的方向平行,则磁通量没有变化,不会产生感应电流,故D正确。
6.全球可利用的风能为2×107 MW(1 MW=106 W),比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍,我国风能资源总储量约1.6×105 MW 。装机容量达到2 240万千瓦的三峡水电站,已成为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。下列说法正确的是(　　)
A.风力发电是把机械能转化为电能
B.我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量
C.风力发电过程违反能量守恒定律
D.水能和风能都是清洁能源且都是不可再生能源
【答案】 AB
【解析】 风力发电是把风的机械能转化为电能,A正确;我国风能资源总储量约1.6×
105 MW=1.6×1011 W,三峡水电站的装机容量为2 240万千瓦,合2.24×1010 W,因此我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量,B正确;风力发电是把风的机械能转化为电能,不违反能量守恒定律,C错误;水能和风能都是清洁能源且都是可再生能源,D错误。
7.把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中,图中能正确反映各量间关系的是(　　)
A B
C D
【答案】 BC
【解析】 磁感应强度的大小和方向由磁场自身决定,不随F或Il的变化而变化,故B正确,D错误;当导线垂直于磁场放置时,有B=,即F=IlB,所以B不变的情况下F与Il成正比,故A错误,C正确。
8.高压输电线上使用正方形间隔棒支撑导线,目的是将导线间距固定为l,防止导线相碰,其截面图如图所示,abcd的几何中心为O,当L1、L2、L3、L4四根导线通有等大同向电流时,不计地磁场的影响,则(　　)
A.穿过abcd的磁通量为零
B.穿过abcd的磁通量不为零
C.O点的磁感应强度不为零
D.ad边中点处的磁感应强度不为零
【答案】 AD
【解析】 根据安培定则可知,四根通电导线产生的磁场方向与abcd所在平面平行,故穿过abcd的磁通量为零,故A正确,B错误;因四条导线中的电流大小相等,O点与四条导线的距离均相等,由安培定则和对称性可知,L1在O点的磁感应强度与L3在O点的磁感应强度等大反向,L2在O点的磁感应强度与L4在O点的磁感应强度等大反向,故O点的磁感应强度为零,故C错误;根据安培定则以及对称性,L1和L4在ad边中点处的磁感应强度方向与L2和L3在ad边中点处的磁感应强度方向相反,但大小不相等,所以ad边中点处的磁感应强度不为零,故D正确。
三、非选择题:共60分。
9.(3分)磁通量是　　　量,国际单位是　　　　,简称韦,符号为Wb,1 Wb=1 　　　　。
【答案】 标　韦伯　T·m2
【解析】 磁通量是标量;国际单位是韦伯;根据Φ=BS可知,1 Wb=1 T·m2。
10.(3分)根据　　　　电磁场理论,　　　　的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)一定是稳定的,周期性变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)一定是　　　　变化的。
【答案】 麦克斯韦　均匀变化　周期性
【解析】 根据麦克斯韦电磁场理论,均匀变化的电场(或磁场)产生稳定的磁场(或电场);周期性变化的电场(或磁场)产生周期性变化的磁场(或电场),周期性变化的电场和磁场相互激发,形成统一的电磁场,电磁场传播出去就形成了电磁波。
11.(3分)量子假说认为,物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一　　 　　能量单位ε的　　　　,这个能量值ε叫作　　　　。
【答案】 最小　整数倍　能量子
12.(6分)逆向思维是一种重要的思想方法,在这种思想方法的引领下,许多重要的科学定律被发现。“电生磁,磁生电”这种逆向互生的关系,体现了物理学中的一种对称美。请思考:
(1)1831年,物理学家法拉第用如图甲所示的实验,成功发现了磁生电现象,当开关始终处于闭合状态时,a线圈中　　 　　(选填“有”或“无”)感应电流产生,当开关闭合或断开瞬间,
a线圈中　　 　　(选填“有”或“无”)感应电流产生。
(2)如图乙所示是某兴趣小组研究磁生电现象所准备的器材。
请用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路,将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路,并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量,使副线圈回路产生感应电流的三种方式:
①　 ;
②　 ;
③　 。
【答案】 (1)无　有　(2)见解析
【解析】 (1)当开关始终处于闭合状态时,因穿过a线圈的磁通量不变,所以无感应电流产生。闭合开关瞬间,穿过a线圈的磁通量突然增大,所以有感应电流产生。断开开关瞬间,穿过a线圈的磁通量突然减小,所以有感应电流产生。
(2)实物连接如图所示。
①将线圈A插入线圈B中,合上(或断开)开关瞬间;
②合上开关后,将线圈A插入线圈B中或从线圈B中抽出;
③合上开关,将线圈A插入线圈B后,移动滑动变阻器的滑片。
13.(6分)某地要把河水抽高20 m进入蓄水池,用一台电动机通过传动效率为80%的皮带,带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380 V,此时输入电动机的电功率为 19 kW,电动机的内阻为0.4 Ω。已知水的密度为1×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2。求:
(1)电动机内阻消耗的热功率;
(2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)。
【答案】 (1)1×103 W　(2)2×104 s
【解析】 (1)设电动机的电流为I,则I== A=50 A,
设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr,则Pr=I2r=502×0.4 W=1×103 W。
(2)设蓄水总质量为M,所用抽水时间为t,抽水高度为h,容积为V,水的密度为ρ,则M=ρV,
设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp,
则ΔEp=Mgh,
设电动机的输出功率为P0,则P0=P-Pr,
根据能量守恒定律得P0t×60%×80%=ΔEp,
代入数据解得t=2×104 s。
14.(11分)太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能,再利用电动机来驱动汽车的一种新型汽车。太阳能实验车上太阳能发电面板的有效面积S=8 m2,太阳光照射到每平方米太阳能板上的辐射功率为P0=1 kW,在晴朗的天气,电池对着太阳时产生的电压为U=120 V,并对车上的电动机提供I=10 A的电流,试问:
(1)太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少
(2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%,当汽车在水平路面上匀速行驶时,受到的牵引力为150 N,则汽车的行驶速度是多少
【答案】 (1)15%　(2)6 m/s
【解析】 (1)太阳能电池的面板接收到的太阳能的功率为P太=P0S=1×103×8 W=8 000 W,
转化为太阳能汽车的电功率为P电=UI=120×10 W=1 200 W,
太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为η1=×100%=×100%=15%。
(2)汽车的机械功率为P机=P电×η2=1 200 W×75%=900 W,
当汽车匀速行驶时,有P机=Fv,
则v== m/s=6 m/s。
15.(12分)科学技术是一把双刃剑。电磁波的应用也是这样。它在使人类的生活发生日新月异变化的同时也存在副作用——电磁污染。频率超过0.1 MHz的电磁波的强度足够大时就会对人体构成威胁。按照有关规定,人体所受到的电磁辐射强度(即单位时间内垂直通过单位面积的电磁波的能量)不得超过某一规定值Ie。已知某无线通信设备发射电磁波的功率为P,设该通信设备向四面八方均匀地发射电磁波,且电磁波在传播过程中无能量损失。由数学知识可知,球面的面积S=4πr2(式中r为球半径),球半径与球面总是垂直的。根据上述资料,可估算出人体到该通信设备发射电磁波处的安全距离至少应为多少时,人体所受的电磁辐射强度才不会超过规定值
【答案】
【解析】 设人到发射电磁波处的距离为r,以发射电磁波处为球心,以r为半径作一球面,若球面上电磁波的辐射强度为Ie,
则4πr2Ie=P,
所以r=,
即人离波源的距离至少为才是安全区。
16.(16分) 如图所示,在直角三角形ABC的A点和B点分别固定一垂直于纸面的无限长通电直导线,其中A点处导线中电流大小为I0,方向垂直于纸面向外,∠A=30°,已知通电直导线形成的磁场在空间某点处的磁感应强度B=k,k为比例系数,r为该点到导线的距离,I为导线中的电流大小。今测得C点的磁场沿BC方向向右,求:
(1)B点处导线中电流的方向;
(2)B点处导线中电流的大小IB。
【答案】 (1)垂直于纸面向里　(2)I0
【解析】 (1)由题意,C点磁场的磁感应强度B合沿BC方向向右,设A点处导线和B点处导线在C点激发的磁场的磁感应强度分别为BA和BB,根据安培定则可知BA方向垂直于AC斜向右上,则BB的方向一定为垂直于BC向下,如图所示,所以B点处导线中电流垂直于纸面向里。
(2)由图可知=sin 30°,
由题意知BA=k,BB=k,
由几何关系知lAC=2lBC,
联立解得IB=I0。

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