教科版高中物理必修第三冊第三章電磁場與電磁波初步第四章能源與可持續(xù)發(fā)展測試含答案

第三章電磁場與電磁波初步第四章能源與可持續(xù)發(fā)展注意事項(xiàng)1.全卷滿分100分?？荚囉脮r(shí)75分鐘。2.無特殊說明,本試卷中重力加速度g取10m/s2。一、單項(xiàng)選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求)1.下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的說法中,錯誤的是()A.能量在轉(zhuǎn)化過程中,有一部分能量轉(zhuǎn)化為周圍環(huán)境中的內(nèi)能,我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用B.各種形式的能量在轉(zhuǎn)化時(shí),總能量是不變的C.在能源的利用過程中,能量的總量并未減少,但在可利用的品質(zhì)上降低了,從便于利用的變成了不便于利用的D.各種能量在不轉(zhuǎn)化時(shí)是守恒的,但在轉(zhuǎn)化時(shí)是不守恒的2.下列說法正確的是()A.遙控器發(fā)出的紅外線的頻率比醫(yī)院CT中的X射線的頻率大B.磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與F成正比,與IL成反比C.電場周圍總有磁場,磁場周圍總有電場D.能量子與電磁波的頻率成正比3.一線圈用細(xì)桿懸于P點(diǎn),開始時(shí)細(xì)桿處于水平位置,釋放后讓線圈在如圖所示的勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動。已知線圈平面始終與紙面垂直,則線圈由位置B到位置C的過程中,穿過線圈的磁通量()A.一直變大 B.一直變小C.先變大后變小 D.先變小后變大4.我國擁有世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡,被稱為“天眼”。如圖所示,“天眼”的“眼眶”所圍圓面積為S,其所在處地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,與“眼眶”平面垂直、平行的分量分別為B1、B2,則()A.穿過“眼眶”的磁通量大小為BSB.穿過“眼眶”的磁通量大小為B2SC.在地球自轉(zhuǎn)180°的過程中,穿過“眼眶”磁通量的變化量為0D.在地球自轉(zhuǎn)180°的過程中,穿過“眼眶”磁通量的變化量為2B1S5.如圖所示,通電直導(dǎo)線AC的左側(cè)O處有一小磁針(圖中未畫出),靜止時(shí)小磁針的N極垂直紙面向里。圖中D、O、E連線與導(dǎo)線AC垂直,下列說法正確的是()A.直導(dǎo)線AC中的電流方向是從A流向CB.關(guān)于直導(dǎo)線AC與O對稱的E處的磁場與O處磁場相同C.將小磁針平移到O的左側(cè)D處,靜止時(shí)小磁針的N極垂直紙面向外D.直導(dǎo)線AC中的電流逐漸增大的過程中,小磁針將旋轉(zhuǎn)6.一直導(dǎo)線通有水平向右的電流,帶有絕緣外皮的金屬圓環(huán)放置方式如圖所示。當(dāng)導(dǎo)線中的電流增大時(shí),圓環(huán)能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()甲乙丙丁A.甲圖中直導(dǎo)線與圓環(huán)在同一平面內(nèi)B.乙圖中直導(dǎo)線與環(huán)面垂直C.丙圖中直導(dǎo)線在水平圓環(huán)直徑正上方且與直徑平行D.丁圖中直導(dǎo)線與圓環(huán)接觸且與圓環(huán)直徑重合7.如圖所示,我國的探月衛(wèi)星在進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道時(shí),由于衛(wèi)星姿勢的改變,衛(wèi)星中一邊長為50cm的正方形導(dǎo)線框由水平方向轉(zhuǎn)至豎直方向,此處磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B=4×10-5T,方向如圖所示,則下列說法正確的是(sin37°=0.6,cos37°=0.8)()A.在水平位置時(shí),穿過線框的磁通量的大小為8.0×10-6WbB.在豎直位置時(shí),穿過線框的磁通量的大小為6.0×10-6WbC.該過程中穿過線框的磁通量的變化量的大小是1.4×10-5WbD.該過程中穿過線框的磁通量的變化量的大小是2×10-6Wb8.空間中存在方向未知、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場,距離為2a的兩直導(dǎo)線平行固定在絕緣水平面上,當(dāng)兩直導(dǎo)線中分別通以大小相等、方向如圖所示的電流時(shí),發(fā)現(xiàn)在水平面上方到兩直導(dǎo)線的距離都為2a的P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度恰好為零。若僅改變其中一根通電直導(dǎo)線中電流的方向,則P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?)A.B0 B.2B0 C.2B0 D.233二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。每小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,全部選對得4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分)9.能源短缺和環(huán)境惡化指的是()A.煤炭和石油的開采與技術(shù)有關(guān),在當(dāng)前技術(shù)條件下,煤炭和石油的開采是有限的,這叫能源短缺B.煤炭和石油資源是有限的,短時(shí)間內(nèi)不能再次生成,這叫能源短缺C.煤炭和石油具有很大的氣味,在開采、存放和使用過程中這些氣味會聚集在空氣中污染空氣,使環(huán)境惡化D.大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時(shí)排出的有害氣體污染了空氣,改變了大氣成分,使環(huán)境惡化10.如圖,在垂直于紙面的范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場中,有一個(gè)矩形線圈abcd,線圈平面與磁場垂直,O1O2與O3O4都是線圈的兩個(gè)對稱軸,在下列運(yùn)動中,線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()A.線圈向左或向右平動 B.線圈向上或向下平動C.線圈繞O1O2軸勻速轉(zhuǎn)動 D.線圈繞O3O4軸變速轉(zhuǎn)動11.現(xiàn)代社會經(jīng)常要用到紅外測溫儀。當(dāng)被測物體向外輻射紅外線時(shí),能量介于0.2eV~1.2eV之間的紅外線光子方可被測溫儀感知。如圖為氫原子能級圖,要使氫原子輻射光子可被紅外測溫儀捕捉,氫原子發(fā)生的躍遷可能是()A.從n=5向n=4躍遷 B.從n=3向n=5躍遷C.從n=4向n=3躍遷 D.從n=3向n=2躍遷12.如圖所示,以O(shè)點(diǎn)為圓心的圓周上有六個(gè)等分點(diǎn)a、b、c、d、e、f,兩根直導(dǎo)線垂直紙面放在a、d兩點(diǎn)?，F(xiàn)給導(dǎo)線通有大小相等、方向垂直紙面向里的電流,下列說法正確的是()A.O處磁感應(yīng)強(qiáng)度最大 B.a、d兩處磁場方向相同C.a、d兩處磁場方向相反 D.b、c、e、f四點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等三、非選擇題(本題共6小題,共60分)13.(6分)某學(xué)習(xí)小組利用小磁針穩(wěn)定后的方向來探究通電螺線管周圍的磁場方向。(1)通電螺線管正上方小磁針靜止時(shí)所指的方向如圖所示,則螺線管下方小磁針I(yè)指向左邊的是(選填“N”或“S”)極,螺線管內(nèi)部小磁針I(yè)I指向左邊的是(選填“N”或“S”)極。

(2)根據(jù)小磁針靜止時(shí)所指的方向判斷,下面四圖中正確的是。

A B C D14.(8分)如圖為“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”的實(shí)驗(yàn)裝置。(1)請?jiān)趫D中用實(shí)線將所缺的導(dǎo)線補(bǔ)接完整。根據(jù)連線,在閉合開關(guān)S前,滑片P應(yīng)置于滑動變阻器的(選填“最左端”“中間”或“最右端”)。

(2)在完成“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”這一實(shí)驗(yàn)后,接下來繼續(xù)使用這一實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行“研究磁通量變化時(shí)感應(yīng)電流的方向”這一實(shí)驗(yàn)。閉合開關(guān)S,使A放置在B線圈中保持靜止,減小滑動變阻器接入電路中的阻值,觀察到靈敏電流計(jì)G的指針向左偏轉(zhuǎn)。根據(jù)這一現(xiàn)象判斷,當(dāng)A線圈相對B線圈向上運(yùn)動時(shí),靈敏電流計(jì)的指針(選填“向左”或“向右”)偏轉(zhuǎn)。

15.(8分)風(fēng)能將成為21世紀(jì)大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能(氣流的動能)轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其主要部件包括風(fēng)輪機(jī)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等,如圖所示。(1)風(fēng)輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)所掃過的面積為風(fēng)力發(fā)電機(jī)可接受風(fēng)能的面積。設(shè)空氣密度為ρ,氣流速度為v,風(fēng)輪機(jī)葉片長度為r,求單位時(shí)間內(nèi)流向風(fēng)輪機(jī)的最大風(fēng)能Pm。(2)已知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電功率P與Pm成正比。某風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速v1=9m/s時(shí)能夠輸出電功率P1=540kW。我國某地區(qū)風(fēng)速不低于v2=6m/s的時(shí)間每年約為5000小時(shí)。試估算這臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)在該地區(qū)的最小年發(fā)電量是多少千瓦時(shí)。16.(10分)如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場僅存在于坐標(biāo)系第一象限邊長為2L的正方形范圍內(nèi),左右各一半面積的范圍內(nèi),磁場方向相反。有一個(gè)邊長為L的正方形導(dǎo)線框abcd,開始與直角坐標(biāo)系共面。(1)若導(dǎo)線框ab邊與y軸重合,以ab為軸cd邊向外勻速轉(zhuǎn)動,試問導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動120°時(shí),穿過導(dǎo)線框的磁通量。(2)若導(dǎo)線框沿垂直磁感線方向以速度v勻速通過磁場,從ab邊進(jìn)入磁場算起,規(guī)定剛開始時(shí)磁通量為正值,試推導(dǎo)線框的磁通量隨坐標(biāo)變化的函數(shù)關(guān)系式,并畫出穿過線框的磁通量隨橫坐標(biāo)的變化圖像。17.(12分)已知通電的長直導(dǎo)線在周圍空間某位置產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=kIr,其中I為電流,r為該位置到長直導(dǎo)線的距離,k為常數(shù)。如圖所示,現(xiàn)有通電的兩根長直導(dǎo)線分別固定在正方體abcd-efgh的兩條邊dh和hg上,彼此絕緣,電流方向分別由d流向h、由h流向g,dh中電流是hg中電流大小的一半,dh中的電流在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。不計(jì)導(dǎo)線的粗細(xì),a、e兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小分別是多少18.(16分)如圖所示,足夠長的金屬框架MON與足夠長的導(dǎo)體棒DE構(gòu)成回路,處在勻強(qiáng)磁場中且與磁場垂直。(1)若B0=0.2T,DE從O點(diǎn)出發(fā),向右以v0=0.5m/s的速度勻速運(yùn)動4s時(shí),回路的磁通量的變化量是多少?(2)在圖中,若回路面積從S0=2m2變到S1=12m2,同一時(shí)間內(nèi)B從B0=0.2T變到B1=1.0T,回路中的磁通量變化量是多少?(3)若開始時(shí)B0=0.2T,DE從O點(diǎn)右側(cè)1m處出發(fā),向右以v1=1m/s的速度勻速運(yùn)動,且閉合回路中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,求磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B隨時(shí)間t變化的表達(dá)式。答案與解析第三章電磁場與電磁波初步第四章能源與可持續(xù)發(fā)展1.D2.D3.C4.C5.A6.A7.C8.B9.BD10.CD11.AC12.CD1.D根據(jù)能量守恒定律可知,無論在能量的轉(zhuǎn)化還是在能量的轉(zhuǎn)移過程中,能量的總量都是不變的。由能量的耗散知,在能量轉(zhuǎn)化的過程中,有一部分能量轉(zhuǎn)化為周圍環(huán)境中的內(nèi)能,而我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用,這表明,在能源的利用過程中,能量的總量雖然并未減少,但是在可利用的品質(zhì)上降低了,從便于利用的變成不便于利用的,而自然界的總能量仍是守恒的,故選項(xiàng)A、B、C正確,D錯誤,故選D。2.D遙控器發(fā)出的紅外線的頻率比醫(yī)院CT中的X射線的頻率小,故A錯誤;磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場本身決定,與F、IL無關(guān),故B錯誤;根據(jù)麥克斯韋理論可知變化的電場周圍產(chǎn)生磁場,變化的磁場周圍產(chǎn)生電場,故C錯誤;根據(jù)公式E=hν,可知能量子與電磁波的頻率成正比,故D正確。3.C線圈在位置B和位置C時(shí)都不與磁場垂直,而當(dāng)線圈與磁場垂直時(shí),穿過線圈的磁通量最大,所以線圈由位置B到位置C的過程中,穿過線圈的磁通量先變大后變小,選項(xiàng)C正確。4.C穿過“眼眶”的磁通量大小為Φ=B1S,故A、B錯誤;在地球自轉(zhuǎn)180°的過程中,“眼眶”相對地磁場靜止,穿過“眼眶”磁通量的變化量為0,故C正確,D錯誤。5.A靜止時(shí)小磁針的N極垂直紙面向里,即磁場方向向里,根據(jù)安培定則可知直導(dǎo)線AC中的電流方向是從A流向C,如圖所示,故選項(xiàng)A正確;根據(jù)安培定則可知,關(guān)于直導(dǎo)線AC與O對稱的E處的磁場與O處磁場方向相反,故選項(xiàng)B錯誤;D、O兩點(diǎn)磁場方向相同,所以將小磁針平移到O的左側(cè)D處,靜止時(shí)N極依然垂直紙面向里,故選項(xiàng)C錯誤;直導(dǎo)線AC中的電流逐漸增大的過程中,磁場方向不變,所以小磁針不會轉(zhuǎn)動,故選項(xiàng)D錯誤。6.A由于通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場是以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的一系列同心圓,甲圖中直導(dǎo)線與圓環(huán)在同一平面內(nèi),當(dāng)導(dǎo)線中的電流增加時(shí),穿過金屬圓環(huán)的磁通量增加,根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可知圓環(huán)中有感應(yīng)電流產(chǎn)生;乙圖中直導(dǎo)線與環(huán)面垂直,沒有磁感線穿過圓環(huán),因此當(dāng)導(dǎo)線中的電流增加時(shí),穿過金屬圓環(huán)的磁通量仍為零,不會產(chǎn)生感應(yīng)電流;丙、丁圖中穿入圓環(huán)的磁感線的條數(shù)和穿出圓環(huán)的磁感線的條數(shù)相等,合磁通量為零,因此當(dāng)導(dǎo)線中的電流增加時(shí),穿過金屬圓環(huán)的磁通量仍為零,不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。故選A。7.C圖形剖析在水平位置時(shí)穿過線框的磁通量為Φ1=BSsin37°=4×10-5×0.52×0.6Wb=6.0×10-6Wb,在豎直位置時(shí)穿過線框的磁通量為Φ2=-BScos37°=-4×10-5×0.52×0.8Wb=-8.0×10-6Wb,磁通量的變化量的大小為ΔΦ=Φ2-Φ1=1.4×10-5知識拓展磁通量的正、負(fù)磁通量是標(biāo)量,但是有正負(fù)。磁通量的正、負(fù)不代表大小,只表示磁感線是怎樣穿過平面的。即若以向里穿過某面的磁通量為正,則向外穿過這個(gè)面的磁通量為負(fù)。8.B圖形剖析甲乙由幾何關(guān)系可知,兩導(dǎo)線與P點(diǎn)的連線相互垂直,則由安培定則可知兩導(dǎo)線在P點(diǎn)的磁場方向如圖甲所示,可知B1=B2=B0cos45°=22B0,其中B0方向水平向左;若僅改變其中一根通電直導(dǎo)線中電流的方向,如圖乙所示,則P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)锽=B02+(2B19.BD煤炭和石油都是由幾億年以前的生物遺體形成的,這些能源短時(shí)間內(nèi)不能再次生成,它們的儲量是有限的,并不是取之不盡、用之不竭的,這是能源短缺;大量化石能源在使用時(shí)會排出有害氣體污染空氣,這是環(huán)境惡化。故B、D正確。10.CD由題意可知磁場范圍足夠大,線圈向左、向右、向上、向下平動時(shí),穿過線圈的磁通量均不變,線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,選項(xiàng)A、B錯誤;線圈繞O1O2軸勻速轉(zhuǎn)動,或者繞O3O4軸變速轉(zhuǎn)動,穿過線圈的磁通量變化,線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,選項(xiàng)C、D正確。11.AC從n=5向n=4躍遷時(shí),輻射出的光子能量為(-0.54eV)-(-0.85eV)=0.31eV,在紅外線光子的能量范圍之內(nèi),則可被紅外測溫儀捕捉,選項(xiàng)A正確;從n=3向n=5躍遷時(shí)要吸收能量,選項(xiàng)B錯誤;從n=4向n=3躍遷時(shí),輻射出的光子能量為(-0.85eV)-(-1.51eV)=0.66eV,在紅外線光子的能量范圍之內(nèi),則可被紅外測溫儀捕捉,選項(xiàng)C正確;從n=3向n=2躍遷時(shí),輻射出的光子能量為(-1.51eV)-(-3.4eV)=1.89eV,不在紅外線光子的能量范圍之內(nèi),則不可被紅外測溫儀捕捉,選項(xiàng)D錯誤。12.CD根據(jù)安培定則知,a處電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直a、d連線向下,d處電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直a、d連線向上,如圖甲所示,由于兩導(dǎo)線電流大小相等,O到a、d的距離相等,所以BaO=BdO,O處磁感應(yīng)強(qiáng)度為0,選項(xiàng)A錯誤;a處電流在d點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直a、d連線向下,d處電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直a、d連線向上,a、d兩處磁場方向相反,選項(xiàng)B錯誤,C正確;a處電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直a、b連線向左,d處電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直d、b連線向上,由平行四邊形定則求得b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bb,如圖乙所示,同理可求得c、e、f點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bc、Be、Bf,由于Bdf=Bae=Bac=Bdb,Baf=Bde=Bdc=Bab,因此Bb、Be、Bf、Bc大小相等,選項(xiàng)D正確。甲乙13.答案(1)S(2分)N(2分)(2)A(2分)解析(1)觀察通電螺線管正上方小磁針靜止時(shí)所指的方向,可知通電螺線管右端為S極,左端為N極,則螺線管下方小磁針I(yè)指向左邊的是S極;因?yàn)橥娐菥€管內(nèi)部磁場由S極指向N極,所以通電螺線管內(nèi)部磁場從右向左,根據(jù)小磁針靜止時(shí)N極所指的方向是該點(diǎn)的磁場方向,可知小磁針I(yè)I指向左邊的是N極。(2)由右手螺旋定則可以判斷出通電螺線管右側(cè)為N極,左側(cè)為S極,根據(jù)小磁針靜止時(shí)N極所指的方向是該點(diǎn)的磁場方向可得A正確。14.答案(1)圖見解析(4分)最左端(2分)(2)向右(2分)解析(1)如圖所示。由圖可以看出,滑動變阻器采用限流式接法接入電路中,開關(guān)閉合之前,要將滑動變阻器連入電路的阻值調(diào)到最大,即將滑片置于最左端。(2)減小滑動變阻器接入電路中的阻值,流過A線圈的電流增大,穿過B線圈的磁通量增大,靈敏電流計(jì)的指針向左偏轉(zhuǎn)。當(dāng)A線圈相對B線圈向上運(yùn)動時(shí),穿過B線圈的磁通量減小,則靈敏電流計(jì)的指針向右偏轉(zhuǎn)。15.答案(1)12πρr2v3(2)8×105kW·解析(1)風(fēng)垂直流向風(fēng)輪機(jī)時(shí),提供的風(fēng)能功率最大。葉片旋轉(zhuǎn)面積為S=πr2單位時(shí)間內(nèi)垂直流向葉片旋轉(zhuǎn)面積的氣體質(zhì)量為m=ρvS=ρv·πr2(1分)風(fēng)能的最大功率可表示為Pm=12mv2(2分得出Pm=12(ρvS)v2=12πρr2v3(1(2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為P2=v2v13·P1=693×540最小年發(fā)電量約為W=P2t=160×5000kW·h=8×105kW·h(2分)16.答案(1)12BL(2)見解析關(guān)鍵點(diǎn)撥當(dāng)ab邊通過磁場區(qū)域虛線時(shí),導(dǎo)線框的一部分面積在右側(cè)磁場,一部分面積在左側(cè)磁場,則同時(shí)有磁感線沿相反方向穿過導(dǎo)線框,此時(shí)應(yīng)該求穿過導(dǎo)線框的合磁通量。解析(1)導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動120°時(shí),與磁場方向夾角為60°,則磁通量Φ=BL2cos60°=12BL2(2分(2)從ab邊進(jìn)入磁場算起,0~L過程線框在左側(cè)磁場,有Φ1=BLx(1分)L~2L過程,ab邊進(jìn)入右側(cè)磁場,cd邊在左