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第十三章 电磁感应与电磁波初步
（90分钟，100分）
单项选择题:本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有-一个选项符合题目要求。
1．智能手机安装适当的软件后，利用手机中的磁传感器可以测量磁感应强度。如图所示，小厦同学在厦门市某公园测量地磁场，将手机水平放置后建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为面，屏幕朝上且轴正向指向北方。若忽略其他磁场的干扰，则所测得地磁场的磁感应强度，，可能为　　
A．，， B．，，
C．，， D．，，
【答案】
【解答】解：地磁场的方向由地理南极指向地理北极，厦门在北半球，水平方向的电场线方向向北，竖直方向的电场线方向向下，以向东方向为轴正方向，以竖直向上为轴正方向，以向北方向为轴正方向，则
沿轴方向的磁感应强度为正值，沿轴方向的磁感应强度为负值，故正确，错误。
故选：。
2．如图，在水平虚线右方存在方向竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为。边长为的匝线圈垂直磁场放置，线圈左边一半始终在磁场外，右边一半始终在磁场内。穿过线圈的磁通量的大小为　　
A． B． C． D．
【答案】
【解答】解：由磁通量的定义知
磁感线穿过的面积为
联立可得：，故错误，正确。
故选：。
3．下列说法中不正确的是　　
A．甲图中导线通电后，其正下方小磁针的极向纸面里转动
B．如图乙所示，如果长为、通过电流为的短直导线在该磁场中所受磁场力的大小为，则可测出该处磁感应强度必为
C．如图丙所示，绕虚线轴转动的线圈平面转到图示位置时，穿过线圈平面的磁通量为0
D．如图丁所示，闭合线圈在匀强磁场中两个图示位置间来回水平运动，由于穿过闭合线圈的磁通量并未发生变化，故不会产生感应电流
【答案】
【解答】解：、根据安培定则可知，图中直线电流下方的磁场方向垂直纸面向里，所以其正下方小磁针的极向纸面里转动，故正确；
、只有当通电导线与磁场方向垂直时，安培力，该处没有指明通电导线与磁场方向垂直，则该处磁感应强不一定为，故错误；
、绕虚线轴转动的线圈平面转到图示位置时磁场与线圈平面平行，穿过此线圈平面的磁通量为0，故正确；
、闭合线圈在匀强磁场中两个图示位置间来回水平运动，穿过闭合回路的磁通量没有发生变化，虽然做切割磁感线运动，线圈中不会产生感应电流，故正确。
本题选错误的，
故选：。
4．关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是　　
A．和声波的传播类似，电磁波的传播也需要介质
B．均匀变化的电场产生恒定的磁场
C．恒定的磁场产生恒定的电场
D．恒定的电场产生变化的磁场
【答案】
【解答】解：．机械波传播需要介质，电磁波传播不需要介质，故错误；
．根据麦克斯韦的电磁场理论可知，均匀变化的电场产生恒定磁场，恒定的电场不产生磁场，均匀变化的磁场产生恒定电场，恒定的磁场不产生电场，故正确，错误。
故选：。
5．下列关于甲、乙、丙、丁四幅图的说法，正确的是　　
A．图甲中，当两导体棒以相同初速度和加速度沿导轨向右运动时，回路中能产生感应电流
B．图乙中，当导体棒在匀强磁场中绕端逆时针匀速转动时，电阻中有向左的感应电流
C．图丙中，水平放置的闭合导体圆环一条直径正上方的水平直导线中通有交变电流，圆环中有感应电流
D．图丁中，当滑动变阻器的滑片向右速滑动时，不闭合的导体环中能产生感应电流
【答案】
【解答】解：．图甲中，穿过回路的磁通量不发生变化，不能产生感应电流，故错误；
．图乙中，穿过电阻、导体棒及圆环组成的闭合回路中的磁通量发生了变化，在电阻中有感应电流，结合右手定则可知，电阻中有向左的感应电流，故正确；
．图丙中，穿过闭合环中的磁通量始终为0，磁通量不发生变化，在闭合的导体环中不能产生感应电流，故错误；
．图丁中，穿过环中的磁通量减小了，但是导体环不闭合，环中无感应电流产生，故错误。
故选：。
6．电磁波为信息的传递插上了“翅膀”。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。关于电磁波，下列说法正确的是　　
A．电磁波的传播需要介质
B．雷达是用射线来测定物体位置的设备
C．电磁波的波速、波长、频率的关系为
D．遥控器发出的红外线和医院“”中的射线的波长相同
【答案】
【解答】解：．电磁波本身就是一种客观存在的物质，电磁波传播不需要介质，而机械波传播需要介质，故错误；
．雷达是用微波，而不是射线来测定物体位置的设备，故错误；
．电磁波的波速、波长、频率的关系为，故正确；
．遥控器发出的红外线的波长一般是波长是，医院“”中的射线的波长在 之间，两者的波长不相同，故错误。
故选：。
7．大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，用这些光照射如图甲所示的光电管的阴极。已知氢原子的部分能级图如图乙所示，阴极为金属钨，其逸出功为。下列说法中正确的是　　
A．这些氢原子最多发出6种不同频率的光
B．能使金属钨发生光电效应的光有4种
C．逸出光电子的最大初动能一定为
D．若将滑动变阻器的滑片调到最左端，电路中的光电流一定变为0
【答案】
【解答】解：、大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出种不同频率的光，故正确；
、根据能级跃迁公式可计算出对应跃迁的能级产生的能量为：
，
，
，
，
，
，
根据光电效应的条件可知能使金属钨发生光电效应的光有3种分别为、、。
根据电效应方程可知光电子的最大初动能为，故错误；
、滑动变阻器的滑片调到最左端，光电管两端电压为零，但光电子有速度，仍能够到达极板，光电流不可能为0，故错误。
故选：。
8．如图甲是研究光电效应的电路图，图乙是汞原子的能级图，若用处于能级的汞原子跃迁发出的光子照射某种金属，恰好可以使它发生光电效应，则　　
A．该金属的逸出功
B．用处于能级的汞原子跃迁发出的光子照射该金属，不能发生光电效应
C．一个处于能级的汞原子跃迁发出的光子种类最多有两种
D．用处于能级的汞原子跃迁发出的光子照射该金属时，将滑动变阻器的滑动端移动到合适位置，可使甲图中电流表示数为零
【答案】
【解答】解：．处于能级的汞原子跃迁到能级，发出光子的能量为
该光子恰好可以使某种金属发生光电效应，则
可知，该金属的逸出功，故错误；
．处于能级的汞原子跃迁到能级发出的光子能量为，能使该金属发生光电效应，故错误；
．一个处于能级的汞原子可能先跃迁到能级，放出一个光子，再从能级向能级跃迁放出一个光子，一共最多放出两个光子，故正确；
．图甲所示研究光电效应的电路电源为正向接法，放出的电子能被电场加速运动至阳极，无论滑动变阻器的滑片位置在哪，电流表示数都不会为零，故错误；
故选：。
二、多项选择题:本题共4小题每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9．如图所示，长方形框架的面积为，框架平面与磁感应强度大小为的匀强磁场方向垂直．下列说法正确的是　　
A．框架在图示位置时，穿过框架平面的磁通量为
B．框架绕转过角时，穿过框架平面的磁通量为
C．框架从图示位置转过角时，穿过框架平面的磁通量为零
D．框架从图示位置转过角时，穿过框架平面的磁通量为
【答案】
【解答】解：、线圈与磁场垂直，穿过线圈的磁通量等于磁感应强度与线圈面积的乘积。故图示位置的磁通量为，故正确；
、使框架绕转过角，则在磁场方向的投影面积为，则磁通量为，故错误；
、线圈从图示转过的过程中，垂直磁场方向上的投影面积逐渐减小，故磁通量逐渐减小，当线圈从图示转过时，磁通量为0，故正确；
、从初始位置转过角，穿过框架平面的磁通量大小为，方向与开始时相反，可以写出，故错误；
故选：。
10．如图甲所示，、、三点位于两个等量异种电荷的连线上，为连线中点，、到点的距离相等；如图乙所示，两根相互平行的长直导线垂直纸面通过、两点，为的中点，、两点位于的连线上，且、到的距离相等，两导线中通有等大反向的恒定电流，下列说法正确的是　　
A．点处的电场强度方向水平向右
B．点处的磁感应强度方向水平向右
C．、处的电场强度大小相等，方向相反
D．、处的磁感应强度大小相等，方向相同
【答案】
【解答】解：、正电荷在点处的电场强度方向水平向右，负电荷在点处的电场强度方向水平向右，根据场强叠加可知，点处的总电场强度水平向右，故正确；
、、处的电场强度大小相等，方向相同，均水平向右，故错误；
、根据安培定则可知，、点的长直导线在、、点处的磁感应强度方向均竖直向下，根据对称性以及场强叠加可知，、处的磁感应强度大小相等，方向相同，由此可知点处的磁感应强度竖直向下，故正确，错误。
故选：。
11．如图所示，正确连接电路后，下列图示情景中能产生感应电流的是　　
A．图甲中使导体棒平行于磁感线竖直向下运动
B．图乙中使条形磁铁插入或拔出线圈
C．图丙中开关保持闭合，改变滑动变阻器接入电路的阻值的过程中
D．图丙中开关保持闭合，、螺线管相对静止一起在水平桌面上平移
【答案】
【解答】解：、图甲中使导体棒平行于磁感线竖直向下运动，穿过导体棒与导线组成的回路磁通量不变，没有感应电流，故错误；
、图乙中使条形磁铁插入或拔出线圈，穿过线框的磁通量发生变化，将产生感应电流，故正确；
、图丙中开关保持闭合，改变滑动变阻器接入电路的阻值的过程中，螺线管中电流变化，产生的磁场变化，穿过螺线管的磁通量发生改变，将产生感应电流，故正确；
、图丙中开关保持闭合，、螺线管相对静止一起在水平桌面上平移，穿过螺线管的磁通量不变，没有感应电流，故错误。
故选：。
12．“中国天眼”位于贵州的大山深处，它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。关于电磁波，下列说法正确的是　　
A．电磁波可以在真空中传播
B．电磁波传播过程中，电场和磁场是独立存在的，没有关联
C．红外线的波长比紫外线的长
D．洛伦兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论
【答案】
【解答】解：、电磁波可以在介质与真空中传播，故正确；
、电磁波传播过程中，周期性变化的电场激发出周期性变化的磁场，空间将产生电磁波，故错误；
、红外线为非可见光，频率比红光低；紫外线也是非可见光，但频率比紫光高，因此红外线的频率低于紫外线的频率，故红外线的波长比紫外线长，故正确；
、赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论，故错误。
故选：。
非选择题:本题共6小题，共60分。
13．自从1865年麦克斯韦预言电磁波的存在，人们的生活已经与电磁波密不可分。不同频率的电磁波被应用于生活的各个领域。例如：我国自主建立的北斗导航系统所使用的电磁波频率约为，家用所使用的电磁波频率约为，则信号与北斗导航信号叠加时，　不能　（填“能”或“不能” 产生干涉现象；当信号穿越墙壁进入另一个房间后，其波长　　，原因是　　。
【答案】不能，变大，电磁波穿越墙壁后能量会减小，但波的频率会不变，同时传播速度不变，故波长不变。
【解答】解：发生干涉现象的两列波频率必须相等。所以信号与北斗导航信号叠加时，不能发生干涉现象。电磁波穿越墙壁后能量会减小，但波的频率会不变，同时传播速度不变，故波长不变。
故答案为：不能，变大，电磁波穿越墙壁后能量会减小，但波的频率会不变，同时传播速度不变，故波长不变。
14．若电磁波在空气中的传播速度为，频率为，则该电磁波在空气中的波长　　．一种电磁波的频率是，当它从水中进入空气中时速度　 　（填变大、变小、不变）．
【解答】解：根据，得
电磁波由水中进入空气中，根据可知，不变，变大，则波速变大
故答案为：，变大
四．计算题（共3小题）
15．矩形线框的边长分别为、，可绕它的一条对称轴转动，匀强磁场的磁感应强度为，方向与垂直，初位置时线框平面与平行，如图所示。
（1）初位置时穿过线框的磁通量为多少？
（2）当线框沿如图所示方向绕过时，磁通量为多少？这一过程中磁通量的变化△为多少？
【答案】（1）初位置时穿过线框的磁通量为0；
（2）穿过线框的磁通量为，这一过程中穿过线框的磁通量的变化量△为。
【解答】解：（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。
（2）当线框绕轴沿图示方向转过时，线框与的夹角为，则
这一过程中穿过线框的磁通量的变化量为
△
答：（1）初位置时穿过线框的磁通量为0；
（2）穿过线框的磁通量为，这一过程中穿过线框的磁通量的变化量△为。
16．如图所示，线圈面积为，线圈平面与磁感应强度为的匀强磁场方向垂直。设图示情况下的磁通量为正值。问：
（1）若线圈为匝，穿过线圈平面的磁通量为多少？
（2）当线圈绕轴转过时，穿过线圈平面的磁通量为多少？
（3）线圈从初始位置转过时，穿过线圈平面的磁通量变化了多少？
【答案】（1）若线圈为匝，穿过线圈平面的磁通量为；
（2）当线圈绕轴转过时，穿过线圈平面的磁通量为；
（3）线圈从初始位置转过时，穿过线圈平面的磁通量变化了。
【解答】解：（1）穿过线圈平面的磁通量为
（2）当线圈绕轴转过时，穿过线圈平面的磁通量为
（3）线圈从初始位置转过时，穿过线圈平面的磁通量为
磁通量变化量为△，大小为；
答：（1）若线圈为匝，穿过线圈平面的磁通量为；
（2）当线圈绕轴转过时，穿过线圈平面的磁通量为；
（3）线圈从初始位置转过时，穿过线圈平面的磁通量变化了。
17．一群氢原子处于量子数的能级状态，氢原子的能级图如图所示，则：
金属 铯 钙 镁 钛
逸出功 1.90 2.70 3.7 4.14
（1）氢原子可能发射几种频率的光子？
（2）氢原子由量子数的能级跃迁到的能级时辐射光子的能量是多少电子伏？
（3）用（2）中的光子照射下表中几种金属，哪些金属能发生光电效应？发生光电效应时，发射光电子的最大初动能是多大？
【答案】（1）氢原子可能发射6种频率的光子；
（2）氢原子由量子数的能级跃迁到的能级时辐射光子的能量是；
（3）只有铯金属能发生光电效应，发生光电效应时，发射光电子的最大初动能是。
【解答】解：（1）根据知，这群氢原子可能辐射6种频率的光子；
（2）跃迁到辐射的光子能量为；
（3）根据发生光电效应的条件可知，只有铯金属能发生光电效应，根据
答：（1）氢原子可能发射6种频率的光子；
（2）氢原子由量子数的能级跃迁到的能级时辐射光子的能量是；
（3）只有铯金属能发生光电效应，发生光电效应时，发射光电子的最大初动能是。
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