甘肃省民乐一中、张掖二中物理第十三章 电磁感应与电磁波精选测试卷专题练习
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甘肃省民乐一中、张掖二中物理第十三章 电磁感应与电磁波精选测试卷专题练习 一、第十三章 电磁感应与电磁波初步选择题易错题培优(难)
1.如图所示,三根相互平行的固定长直导线1L 、2L 和3L 垂直纸面如图放置,与坐标原点分别位于边长为a 的正方形的四个点上, 1L 与2L 中的电流均为I ,方向均垂直于纸面向外, 3L 中的电流为2I ,方向垂直纸面向里(已知电流为I 的长直导线产生的磁场中,距导
线r 处的磁感应强度kI B r
(其中k 为常数).某时刻有一质子(电量为e )正好沿与x 轴正方向成45°斜向上经过原点O ,速度大小为v ,则质子此时所受磁场力为( )
A .方向垂直纸面向里,大小为
23kIve B .方向垂直纸面向外,大小为
32kIve C .方向垂直纸面向里,大小为
32kIve a D .方向垂直纸面向外,大小为
232kIve a
【答案】B
【解析】
【详解】 根据安培定则,作出三根导线分别在O 点的磁场方向,如图:
由题意知,L 1在O 点产生的磁感应强度大小为B 1= kI
a
,L 2在O 点产生的磁感应强度大小
为B2=
2
kI
a
,L3在O点产生的磁感应强度大小为B3=2kI
a
,先将B2正交分解,则沿x轴
负方向的分量为B2x=
2
kI
a
sin45°=
2
kI
a
,同理沿y轴负方向的分量为
B2y=
2
kI
a
sin45°=
2
kI
a
,故x轴方向的合磁感应强度为B x=B1+B2x=
3
2
kI
a
,y轴方向的合磁感应强度为B y=B3−B2y=
3
2
kI
a
,故最终的合磁感应强度的大小为22
32
2
x y
kI
B B B
a
==,
方向为tanα=y
x
B
B
=1,则α=45°,如图:
故某时刻有一质子(电量为e)正好沿与x轴正方向成45°斜向上经过原点O,由左手定则
可知,洛伦兹力的方向为垂直纸面向外,大小为f=eBv=
32
2
kIve
a
,故B正确; 故选B.
【点睛】
磁感应强度为矢量,合成时要用平行四边形定则,因此要正确根据安培定则判断导线周围磁场方向是解题的前提.
2.取两个完全相同的长导线,用其中一根绕成如图(a)所示的螺线管,当该螺线管中通以电流强度为I的电流时,测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B,若将另一根长导线对折后绕成如图(b)所示的螺线管,并通以电流强度也为I的电流时,则在螺线管内中部的磁感应强度大小为()
A.0 B.0.5B C.B D.2 B
【答案】A
【解析】
试题分析:乙为双绕线圈,两股导线产生的磁场相互抵消,管内磁感应强度为零,故A正确.
考点:磁场的叠加
名师点睛:本题比较简单,考查了通电螺线管周围的磁场,弄清两图中电流以及导线的绕
法的异同即可正确解答本题.
3.三根相互平行的通电长直导线放在等边三角形的三个顶点上,右图为其截面图,电流方向如图所示.若每根导线的电流均为I,每根直导线单独存在时,在三角形中心O点产生的磁感应强度大小都是B ,则三根导线同时存在时O点的磁感应强度大小为()
A.0 B.B C.2B D.B
【答案】C
【解析】
分析:三角形中心O点到三根导线的距离相等.根据安培定则判断三根导线在O点产生的磁感应强度的方向,根据平行四边形定则进行合成,求出三根导线同时存在时的磁感应强度大小.
解答:解:根据安培定则判断得知:三根导线在O点产生的磁感应强度的方向分别为:上面导线产生的B方向水平向左,大小为B;
下面左边导线产生的B方向斜向左上方,与水平成60°角,
下面右边导线产生的B方向斜向右上方,与水平成60°角,
则根据平行四边形定则进行合成可知,下面两根导线产生的合场强大小为B ,方向水平向左,所以三根导线同时存在时的磁感应强度大小为2B,方向水平向左.
故选C
点评:本题首先运用安培定则判断B的方向,其次要利用平行四边形定则进行合成,同时要利用好几何关系.
4.如图甲,一电流强度为I的通电直导线在其中垂线上A点处的磁感应强度B∝,式中r
是A点到直导线的距离.在图乙中是一电流强度为I的通电圆环,O是圆环的圆心,圆环的半径为R,B是圆环轴线上的一点,OB间的距离是r0,请你猜测B点处的磁感应强度是( )
A.
2
2
R I
B
r
B .()32220I B R r
∝+ C .()232220R I
B R r
∝+
D .()203
2220r I B R r ∝+
【答案】C
【解析】
因一电流强度为I 的通电直导线在其中垂线上A 点处的磁感应强度B ∝ I
r
,设比例系数为k ,得:B=K I r ,其中 I r
的单位A/m ;220R I r 的单位为A ,当r 0为零时,O 点的磁场强度变为无穷大了,不符合实际,选项A 错误.()3
2220I
R r + 的单位为A/m 3,单位不相符,选项
B 错误,()232220R I
R
r +的单位为A/m ,单位相符;当r 0为零时,也符合实际,选项C 正
确.()203
2220r I R r + 的单位为A/m ,单位相符;但当r 0为零时,O 点的磁场强度变为零了,
不符合实际,选项D 错误;故选C .
点睛:本题关键是结合量纲和特殊值进行判断,是解决物理问题的常见方法,同时要注意排除法的应用,有时能事半功倍.
5.如图所示为水平放置的两根等高固定长直导线的截面图,O 点是两导线间距离的中点,a 、b 是过O 点的竖直线上与O 点距离相等的两点,两导线中通有大小相等、方向相反的恒定电流.下列说法正确的是( )
A .两导线之间存在相互吸引的安培力
B .O 点的磁感应强度为零
C .O 点的磁感应强度方向竖直向下
D .a 、b 两点的磁感应强度大小相等、方向相反
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
由图可知,两处电流的方向相反,所以它们之间存在相互排斥的作用力.故A错误.由安培定则可知,左侧的电流在O处产生的磁场方向竖直向下,右侧的电流在O处产生的磁场方向竖直向下,方向相同,所以合磁场的方向向下.故B错误,C正确.结合安培定则,分别作出两处电流在a、b两点的磁场方向如图,可知a、b两点的磁感应强度方向相同.故D错误.故选C.
6.当导线中分别通以图示方向的电流,小磁针静止时北极指向读者的是()
A.B.
C.D.
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A、通电直导线电流从左向右,根据右手螺旋定则,则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向里,所以小磁针静止时北极背离读者,故A错误;
B、如图所示,根据右手螺旋定则,磁场的方向逆时针(从上向下看),因此小磁针静止时北极背离读者,故B错误;
C、环形导线的电流方向如图所示,根据右手螺旋定则,则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向外,所以小磁针静止时北极指向读者,故C正确;
D、根据右手螺旋定则,结合电流的方向,则通电螺线管的内部磁场方向,由右向左,则小磁针的静止时北极指向左,故D错误;
7.如图所示,把两个完全一样的环形线圈互相垂直地放置,它们的圆心位于一个共同点O 上,当通以相同大小的电流时,O点处的磁感应强度与一个线圈单独产生的磁感应强度大
小之比是( )
A .1∶1
B 2∶1
C .12
D .2∶1
【答案】B
【解析】
【详解】 根据安培定则可知,竖直方向的通电圆环在圆心O 处产生的磁感应强度方向垂直纸面向里,大小为B ,水平方向的通电圆环在圆心O 处产生的磁感应强度方向竖直向上,大小为B ,两者相互垂直,圆心O 处的磁感强度的大小是2O B B =,一个线圈单独产生的磁感应强度大小为B ,则O 点处的磁感应强度与一个线圈单独产生的磁感应强度大小之比2,故B 正确,A 、C 、D 错误;
故选B .
【点睛】
该题是关于磁场的叠加问题,首先运用安培定则每个圆环在圆心O 处产生的磁感应强度的方向,利用平行四边形定则进行矢量合成,即求出O 处的磁感应强度大小.
8.下列关于电磁感应现象的认识,正确的是( )
A .它最先是由奥斯特通过实验发现的
B .它说明了电能生磁
C .它是指变化的磁场产生电流的现象
D .它揭示了电流受到安培力的原因
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
电磁感应现象最先是由法拉第通过实验发现的,它说明了磁能生电的问题,它是指变化的磁场产生电流的现象,故选项C 正确.
9.如图所示,ACE 是半圆弧,O 为圆心,C 为半圆弧的最高点,37COD ∠=︒,A 、C 、D 处各有一垂直纸面的通电直导线,电流大小均为I ,长度均为L ,A 和D 处通电直导线的电流方向垂直纸面向外,C 处通电直导线的电流方向垂直纸面向里,三根通电直导线在O 点处产生的磁感应强度大小均为B ,则O 处的磁感应强度大小为( )
A .5B
B .2B
C .55B
D .0
【答案】C
【解析】
【详解】 根据右手螺旋定则画出A 、C 、D 各通电直导线在O 处产生的磁感应强度,如图所示。
将D B 分解到水平和竖直两个方向上,并分别在两个方向合成,则水平方向的合矢量
cos370.2x B B B B ︒=-=
竖直方向的合矢量
sin370.4y B B B B ︒=-=
所以O 点处的磁感应强度大小
225(0.2)(0.4)O B B B B =+=
故选C 。
10.如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框,在下列四种情况下,线框中会产生感应电流的是( )
A .线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中左右运动
B .线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中上下运动
C .线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线 AB 转动
D .线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线 CD 转动
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
产生感应电流的条件是穿过闭合线圈的磁通量发生变化,ABD中线圈中的磁通量都不发生变化,只有C中闭合线圈的磁通量发生变化。
故选:C。
11.如图所示,在匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,两者之间的距离为l,图中P、Q连线竖直。
当两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零。
已知通电导线P在a处产生的磁感应强B,则()
度大小为
3B,方向竖直向上
A
3B,方向竖直向下
B
2B,方向水平向右
C
2B,方向水平向左
D
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离为l的a点处的磁B,如下图所示
感应强度为
由此可知,外加的磁场方向与PQ 平行,且由Q 指向P ,即竖直向上,依据几何关系,及三角知识,则有
103B B =
故A 正确,BCD 错误。
故选A 。
12.已知无限长的直线电流磁场的磁感应强度的大小跟电流强度I 成正比,跟离开导线的距离r 成反比,即kI B r
=(k >0)。
如图所示,三根无限长的通电直导线M 、N 、P 都垂直纸面放置,构成一个直角三角形,∠N=90°,∠P=30°,O 为MP 边中点。
三根导线中电流大小相同,方向如图。
则O 点磁场方向应为( )
A .A 方向
B .E 方向
C .C 方向
D .D 方向
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】 ABCD .由安培定则判断通电直导线产生的磁场方向,可知M 、P 在O 点产生的磁场方向都过O 点且垂直于MP 向下;N 在O 点产生的磁场方向过O 点垂直于NO 向上。
再把它们矢量求和,方向沿OC 方向,ABD 错误,C 正确。
故选C 。
13.如图所示,A 、B 两回路中各有一开关S 1、S 2,且回路A 中接有电源,回路B 中接有灵敏电流计,下列操作及相应的结果可能的是( )
A.先闭合S2,后闭合S1的瞬间,电流计指针偏转
B.S1、S2闭合后,在断开S2的瞬间,电流计指针偏转
C.先闭合S1,后闭合S2的瞬间,电流计指针偏转
D.S1、S2闭合后,在断开S1的瞬间,电流计指针偏转
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】
A.先闭合S2,构成闭合电路,当后闭合S1的瞬间时,通过线圈A的电流增大,导致穿过线圈B的磁通量发生变化,从而产生感应电流,则指针发生偏转,故A正确;
B.当S1、S2闭合后,稳定后线圈B中没有磁通量的变化,因而线圈B中没有感应电流,在断开S2的瞬间,当然指针也不偏转,故B错误;
C.先闭合S1,后闭合S2的瞬间,穿过线圈B的磁通量没有变化,则不会产生感应电流,故C错误;
D.当S1、S2闭合后,在断开S1的瞬间,导致穿过线圈B的磁通量发生变化,因而出现感应电流,故D正确,
故选AD
14.下列说法中正确的是()
A.机械波和电磁波都能在真空中传播
B.铁路,民航等安检口使用红外线对行李内物品进行检测
C.根据狭义相对论的原理知,在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的
D.两列波叠加时产生干涉现象,其振动加强区域与减弱区域是稳定不变的
【答案】CD
【解析】
【分析】
【详解】
机械波的传播需要介质,A错;红外线热效应显著,而穿透本领较弱,不能用来安检,铁路、民航等安检口使用x射线线对行李内物品进行检测.故B错误.根据相对论的基本原理得知:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的.故C正确.两列波发生干涉时,振动加强区域与减弱区域是相互间隔,是稳定不变的.故D正确.
15.如图,正四棱柱abcd—a′b′c′d′的两条棱bb′和dd′上各有一根通有相同恒定电流的无限长直导线,则()
A.a点磁场方向平行于db连线
B.a、c两点的磁感应强度相同
C.ac连线上由a到c磁感应强度先增大后减小
D.穿过矩形ab b′a′和矩形add′a′的磁感线条数相等
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】
A.由右手螺旋定则可知,bb′处通电导线在a点产生的磁感应强度垂直纸面向外,dd′处通电导线在a点产生的磁感应强度沿ab向下,且两导线在a处产生的磁感应强度大小相等,由矢量合成可知,a点磁场方向平行于db连线,故A正确;
B.由右手螺旋定则可知,dd′处通电导线在c点产生的磁感应强度垂直纸面向里,bb′处通电导线在a点产生的磁感应强度沿cd向上,且两导线在c处产生的磁感应强度大小相等,由矢量合成可知,c点磁场方向平行于db连线,但与a点磁场方向相反,故B错误;C.由于ac与bd相互垂直,设垂足为M,由右手螺旋定则可知,M点的磁感应强度为0,则ac连线上由a到c磁感应强度先减小后增大,故C错误;
D.bb′处通电导线产生的磁场穿过矩形abb′a′的磁通量为0,dd′处通电导线产生的磁场穿过矩形add′a′的磁通量为0,则穿过矩形abb′a′和矩形add′a′的磁感线条数别为dd′处通电导线产生的磁场和bb′处通电导线产生的磁场,由于两导线电流相等,分别到两距形的距离相等,则穿过矩形abb′a′和矩形add′a′的磁感线条数相等,故D正确。
故选AD。
二、第十三章电磁感应与电磁波初步实验题易错题培优(难)
16.在研究电磁感应现象的实验中,首先按图甲接线,以查明电流表指针的偏转方向与电流方向之间的关系;当闭合开关S时,观察到电流表指针向左偏,不通电时电流表指针停在正中央.然后按图乙所示,将电流表与线圈B连成一个闭合回路,将线圈A、电池、滑动变阻器R′和开关S串联成另一个闭合电路.
(1)S闭合后,将螺线管A插入螺线管B的过程中,电流表的指针将如何偏转?
__________(填不偏转、向右偏转或向左偏转)
(2)线圈A放在B中不动时,指针如何偏转?__________(填不偏转、向右偏转或向左偏转)
(3)线圈A放在B中不动,将滑动变阻器的滑片P向左滑动时,电流表指针将如何偏转?__________(填不偏转、向右偏转或向左偏转)
(4)线圈A放在B中不动,突然断开S,电流表指针将如何偏转?_________(填不偏转、向右偏转或向左偏转)
【答案】向右偏转不偏转向右偏转向左偏转
【解析】
【详解】
(1)线圈A中磁场方向向上,插入B线圈,故线圈B中磁通量变大,阻碍变大,故感应电流的磁场方向向下,故电流从右向左流过电流表,故电流表指针向右偏转;
(2)线圈不动,磁通量不变,无感应电流,故指针不动;
(3)线圈A中磁场方向向上,滑片向左移动,电流变大,故线圈B中磁通量变大,阻碍变大,故感应电流的磁场方向向下,故电流从右向左流过电流表,故电流表指针向右偏转;(4)线圈A中磁场方向向上,突然断开S,磁通量减小,阻碍减小,故感应电流的磁场方向向上,故电流从左向右流过电流表,故电流表指针向左偏转;
【点睛】本题关键是先根据安培定则判断出A中磁场方向,然后根据楞次定律判断线圈B 中感应电流的方向.
17.如图所示,是“研究电磁感应现象”的实验装置.
(1)将实物电路中所缺的导线补充完整___________.
(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,线圈L1插入线圈L2后,将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时,灵敏电流计的指针将________偏转.(选填“向左”“向右”或“不”)
(3)在实验中,线圈L1插入或拔出线圈L2,导致电流计指针发生了偏转,这是________转化为电能.
【答案】向左机械能
【解析】
【详解】
(1)[1]将线圈B和电流计串联形成一个回路,将电键、滑动变阻器、电压、线圈A串联而成
另一个回路即可,实物图如下所示:
(2)[2]如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,说明穿过线圈的磁通量增加,电流计指针向右偏,合上开关后,将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时,穿过线圈的磁通量减少,电流计指针将向左偏。
(3)[3]线圈A插入或拔出线圈B,导致电流计指针发生了偏转,对应的是动生电动势,由能量守恒定律可知,是将机械能转化为电能。
【点睛】
知道探究电磁感应现象的实验有两套电路,这是正确连接实物电路图的前提与关键.对于该实验,要明确实验原理及操作过程,平时要注意加强实验练习.
18.如图,一长直铁芯上绕有固定线圈M,铁芯右侧悬挂一闭合金属环N,金属环与铁芯共轴。
将M接在如图所示的电路中,其中R为滑动变阻器,E1和E2为直流电源,S为单刀双掷开关。
(1)请填写下列操作中金属环N的摆动方向___________(选填“向左”、“向右”或“不动”)。
操作环N摆动方向
在S断开的情况下,S向a闭合的瞬间①_________
在S断开的情况下,S向b闭合的瞬间②_________
在S已向a闭合的情况下,将R的滑
③_________
动头向d端移动时
在S已向b闭合的情况下,将R的滑
④_________
动头向d端移动时
在S已向a闭合的情况下,将R的滑⑤_________
动头向c端移动时
在S已向b闭合的情况下,断开S⑥_________
(2)从上述实验现象中可以归纳出:使环N向右摆动的操作引起的共同变化有(请写出2个)______;_____。
【答案】向右向右向右向右向左不动电路中电流增大穿过金属环的磁通量增加(或通电螺线管M的磁场增强)
【解析】
【详解】
(1)[1]在S断开的情况下,S向a闭合的瞬间,线圈M中的电流有无到有增大,磁场由无到有增强,通过金属环N的磁通量由无到有增大,相当于线圈M向金属环N靠近,根据楞次定律“来拒去留”,可判断金属环N将向右摆动。
[2]在S断开的情况下,S向b闭合的瞬间,线圈M中的电流有无到有增大,磁场由无到有增强,通过金属环N的磁通量由无到有增大,相当于线圈M向金属环N靠近,根据楞次定律“来拒去留”,可判断金属环N将向右摆动。
[3]在S已向a闭合的情况下,将R的滑动头向d端移动时,接入电路的电阻减小,电流增大,线圈M中的磁场增强,通过金属环N的磁通量增大,相当于线圈M向金属环N靠近,根据楞次定律“来拒去留”,可判断金属环N将向右摆动。
[4]在S已向b闭合的情况下,将R的滑动头向d端移动时,接入电路的电阻减小,电流增大,线圈M中的磁场增强,通过金属环N的磁通量增大,相当于线圈M向金属环N靠近,根据楞次定律“来拒去留”,可判断金属环N将向右摆动。
[5]在S已向a闭合的情况下,将R的滑动头向c端移动时,接入电路的电阻变大,电流减小,线圈M中的磁场减弱,通过金属环N的磁通量减小,相当于线圈M远离金属环N,根据楞次定律“来拒去留”,可判断金属环N将向左摆动。
[6]在S已向b闭合的情况下,断开S后,线圈M中没有电流通过,无磁场,所以金属环N 不动。
(2)[7] [8]从上述实验现象中可以归纳出:使环N向右摆动的操作引起的共同变化有电路中电流增大,穿过金属环的磁通量增加(或通电螺线管M的磁场增强)。
19.(1)在“研究电磁感应现象”的实验中:为了研究感应电流的方向,图中滑动变阻器和电源的连线已经画出,请将图中实物连成实验所需电路图___________。
(2)线圈A放在B中不动,在突然接通S时,B线圈中产生的感应电流方向与A线圈中的电流方向____________(填“相同”或“相反”或“无电流”)。
(3)连接好实验线路后,闭合开关,发现电流计的指针向左偏,则在闭合开关后,把螺线管A插入螺线管B的过程中,电流表的指针将向_____________偏转(填“向左”“向右”或“不”)。
(4)闭合开关后,线圈A放在B中不动,在滑动变阻器的滑片P向右滑动的过程中,电流表指针将向____________偏转(填“向左”“向右”或“不”)。
【答案】相反向左向右
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]连接电路如图。
(2)[2]突然接通S后,A线圈中的磁通量增大,根据楞次定律可知B线圈中感应电流产生的磁场应阻碍A线圈中磁通量的增大,所以B线圈中产生的感应电流方向与A线圈中的电流方向相反。
(3)[3]闭合开关,B线圈中磁通量增大,电流表指针向左偏转,把螺线管A插入螺线管B的过程中,磁通量增大,所以电流表指针向左偏转。
(4)[4]线圈A放在B中不动,在滑动变阻器的滑片P向右滑动的过程中,电流减小,线圈B 中磁通量减小,电流表指针向右偏转。
20.某兴趣小组的一同学将电池组、滑动变阻器、带铁芯的原线圈A、副线圈B、电流计及开关按图示方式连接来研究电磁感应现象.
(1)将原线圈A插入副线圈B中,闭合开关瞬间,副线圈中感应电流与原线圈中电流的方向_____(选填“相同”或“相反”).
(2)该同学发现:在原线圈A放在副线圈B中的情况下,将开关接通的瞬间电流计指针向左偏转,则开关闭合后将变阻器的滑动片P快速向接线柱C移动过程中,电流计指针将_____(选填“左偏”、“右偏”或“不偏”).若要看到电流计指针向右偏,请你说出两种具体做法:①_____;②_____.
【答案】相反左偏滑动变阻器滑片向左滑动断开开关瞬间
【解析】
【详解】
(1)将原线圈A插入副线圈B中,闭合开关瞬间,穿过副线圈的磁通量增大,由楞次定律可知,副线圈中感应电流与原线圈中电流的方向相反;
(2)在原线圈A放在副线圈B中的情况下,将开关接通时,通过副线圈的磁通量增大,接通开关的瞬间电流计指针向左偏转,这说明通过副线圈的磁通量增大时,线圈产生的感应电流使电流表指针向左偏转;当开关闭合后将变阻器的滑动片P快速向接线柱C移动过程中,线圈A中电流增大,产生的磁场增大,穿过副线圈的磁通量增大,电流计指针将左偏;
要使电流计指针向右偏,穿过副线圈的磁通量应减小,由电路图可知,此时应该:滑动变阻器滑片向左滑动,或闭断开关瞬间.
【点睛】
本题无法直接利用楞次定律进行判断,但是可以根据题意得出产生使电流表指针右偏的条件,即可不根据绕向判出各项中应该出现的现象.。