1、单元素养评价(五)(第5、6章)(60分钟60分)一、选择题(本题共11小题,每小题3分,共33分)1.下列关于磁感应强度的概念的说法正确的是()A.放在某处的小磁针N极不受磁场力作用,该处磁场的磁感应强度可能不为0B.放在某处的小磁针N极受到了磁场力作用,该处磁场的磁感应强度一定不为0C.磁场中某位置处的磁感应强度的大小,与该处的电流元的放法有关D.磁场中某位置处的磁感应强度的方向,与该处电流元所受到的磁场力方向可能一致【解析】选B。小磁针在磁场中一定会受到磁场力作用,选项A错误,B正确;磁场中某处的磁感应强度大小和方向都由磁场本身决定,选项C错误;磁场中某位置处的磁感应强度的方向,与该处电
2、流元所受到的磁场力方向一定不一致,选项D错误。2.如甲、乙、丙、丁四幅图所示,当闭合开关后,判断通电导线周围的磁场中小磁针a、b静止时N极的指向,正确的是()A.外、里;里、外;右、左;上、下B.里、外;外、里;右、左;上、下C.外、里;里、外;左、右;上、下D.外、里;里、外;右、左;下、上【解析】选A。根据安培定则可知,甲图中环形电流的方向为逆时针方向,内部的磁场方向向外,所以a的N极指向外,b的N极指向里;乙图中环形电流的方向为顺时针方向,所以内部的磁场方向向里,a的N极指向里,b的N极指向外;丙图中通电螺线管内部的磁场方向向上,U形电磁铁的右端是N极,左端是S极,所以a的N极指向右,b
3、的N极指向左;丁图中通电螺线管内部的磁场方向向下,电磁铁的下端是N极,上端是S极,所以b的N极指向下,a的N极指向上,故A正确,B、C、D错误。3.如图是条形磁铁的部分磁感线分布示意图,关于图中a、b两点磁场的描述,正确的是()A.a点的磁场方向为图中Ba指向B.b点的磁场方向为图中Bb指向C.a点的磁场比b点强D.a点的磁场比b点弱【解析】选C。磁感线上某点的切线方向表示该点磁场的方向,题图中a、b两点的磁场方向均是错误的,故A、B错误;磁感线的疏密表示磁场的强弱,a点的磁感线比较密,则a点磁场比b点强,故C正确,D错误。【加固训练】如图表示磁场的磁感线,磁场中a点的磁感应强度与b点的磁感应
4、强度相同的是()【解析】选D。磁感线的疏密可表示磁感应强度的大小,而匀强磁场中各处磁场均相同,从图中可以知道,只有D选项中,a、b两点处磁感线的疏密相同,则D正确,A、B、C错误。4.关于磁通量,下列说法中正确的是()A.穿过某一面积的磁通量为零,该处磁感应强度为零B.磁场中磁感应强度大的地方,磁通量一定很大C.穿过某垂直于磁场方向投影面的磁感线条数越多,磁通量越大D.在磁场中所取平面的面积越大,磁通量越大【解析】选C。在磁感应强度大的地方,若某平面与磁场平行,即使是增大平面的面积,穿过该平面的磁通量也一直为零;由磁通量=BS知,穿过某垂直于磁场方向投影面的磁感线条数越多,磁通量越大,故C正确
5、,A、B、D错误。5.如图所示,a、b、c三个闭合线圈,放在同一平面内,当a线圈中有电流I通过时,它们的磁通量分别为a、b、c,下列说法中正确的是()A.abbcC.accb【解析】选B。因为磁感线是闭合曲线,故a线圈的环形电流产生的磁场在a线圈内部垂直纸面向里,在a线圈外部垂直纸面向外,而磁通量是合磁通量,故b、c线圈有“抵消”,c线圈“抵消”最多,故a线圈磁通量最大。则B正确,A、C、D错误。【加固训练】如图所示,在条形磁铁的外面套着一个闭合金属弹簧线圈P,现用力从四周拉弹簧线圈,使线圈包围的面积变大,则下列关于穿过弹簧线圈磁通量的变化以及线圈中是否有感应电流产生的说法中,正确的是()A.
6、磁通量增大,有感应电流产生B.磁通量增大,无感应电流产生C.磁通量减小,有感应电流产生D.磁通量减小,无感应电流产生【解析】选C。本题中条形磁铁磁感线的分布如图所示(从上向下看)。磁通量是指穿过一个面的磁感线的多少,由于垂直纸面向外的和垂直纸面向里的磁感线要抵消一部分,当弹簧线圈P的面积扩大时,垂直纸面向里的磁感线条数增加,而垂直纸面向外的磁感线条数是一定的,故穿过这个面的磁通量将减小,回路中会有感应电流产生,则C正确,A、B、D错误。6.如图所示,磁带录放机既可用作录音,也可用作放音,其主要部件为匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b,不论是录音过程还是放音过程,磁带或磁头软铁都会存在磁化现象。
7、下面是对于它们在录音、放音过程中主要工作原理的描述,正确的是()A.放音的主要原理是电磁感应,录音的主要原理是电流的磁效应B.录音的主要原理是电磁感应,放音的主要原理是电流的磁效应C.放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用D.录音和放音的主要原理都是电磁感应【解析】选A。在使用录放机进行放音和录音时,录音过程是由电信号转变为磁信号,而放音过程是把磁带上的磁信号转变为电信号,故放音过程磁生电是电磁感应,录音过程电生磁是电流的磁效应,A正确,B、C、D错误。7.下列关于电磁波的说法正确的是()A.电磁波只能在真空中传播B.电场随时间变化时一定产生电磁波C.做变速运动的电荷会在空间产生电磁波D.麦
8、克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在【解析】选C。电磁波在介质中也能传播,比如光是一种电磁波,在水和玻璃等介质中也能传播,故A错误;均匀变化的电场产生恒定的磁场,不能再产生电场,因而不能产生电磁波,故选项B错误;做变速运动的电荷会在空间产生变化的电磁场,形成电磁波,故C正确;麦克斯韦预言了电磁波的存在,是赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,故选项D错误。8.麦克斯韦的电磁场理论指出:变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场。电场和磁场在空间的交替传播就形成了电磁波。从1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在至今,电磁波已经与我们的生活紧密相关:机场安检门使用频率为7 kHz的电磁波,GPS定位系统
9、使用频率为10.23 MHz(1 MHz=106Hz)的电磁波,手机工作时使用频率为8001 900 MHz的电磁波,无线WiFi使用频率为2.4 GHz(1 GHz=109Hz)的电磁波,地铁行李安检时使用频率为1018 Hz的电磁波。根据图中给出的电磁波谱和相关信息,下列说法正确的是()A.手机工作时使用的电磁波是纵波B.机场安检门使用的电磁波只能在空气中传播C.地铁行李安检时使用的电磁波是利用了电磁波的穿透本领D.无线WiFi使用的电磁波比GPS定位系统使用的电磁波的波长长【解析】选C。手机工作时使用的电磁波均为横波,故A错误;电磁波可以在真空中传播,也可以在介质中传播,故B错误;地铁行
10、李安检时使用的电磁波是利用了电磁波的穿透本领,故C正确;无线WiFi使用的电磁波比GPS定位系统使用的电磁波频率高,波长短,故D错误。9.如图甲所示,市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子。在阳光的照射下,小电扇快速转动,能给炎热的夏季带来一丝凉意。根据装置示意图乙,下列关于能量转化说法正确的是()A.太阳能电能机械能B.太阳能机械能电能C.电能太阳能机械能D.机械能太阳能电能【解析】选A。太阳能电池板将太阳能转化为电能储存在电池板中,太阳能电池板对小电动机供电时,小电动机将电能转化为小电扇快速转动的机械能,故A正确,B、C、D错误。10.目前,我国正在开展5G网络试点工作,并将于2020年全面进
11、入5G时代。届时,将开启万物互联时代:车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实。5G(即第五代移动通信技术)采用3 3005 000 MHz频段,相比于现有的4G(即第四代移动通信技术,1 8802 635 MHz 频段)技术而言,具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比,下列说法正确的是()A.5G信号在真空中的传播速度更快B.5G信号光子能量比4G信号光子能量大C.5G信号不具有粒子性D.5G信号不能衍射【解析】选B。任何电磁波在真空中的传播速度均为光速,传播速度相同,A错误;由光子能量=h可知,频率越高光子所含能量越大,5G信号的频率比4G
12、信号的频率大,光子能量大,故B正确;电磁波具有波粒二象性,能发生干涉及衍射,故C、D错误。11.如图所示是一种地下铁道,车站的路轨建得高些。当车辆以一定的速度到达坡下A点时关闭发动机,在车上坡进站时通过刹车控制车速使其在B点正好停下。则该车从A到B的过程中()A.动能增加B.动能减少C.机械能守恒D.重力势能减少【解析】选B。在由A到B的运动过程中速度减小,动能减少,B点比A点高,所以重力势能是增加的,由于摩擦的存在,机械能不守恒,故B正确,A、C、D错误。【加固训练】如图所示,一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落,到最低点时距水面还有数米距离。假定空气阻力可忽略,运动员可视为质点,
13、下列说法不正确的是()A.运动员到达最低点前重力势能始终减小B.蹦极绳张紧后的下落过程中,弹力做负功,弹性势能增加C.蹦极过程中,运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒D.蹦极过程中,重力势能的改变与重力势能零点的选取有关【解析】选D。重力做功决定重力势能的变化,随着高度的降低,重力一直做正功,重力势能一直减小,故A正确;弹性势能的变化取决于弹力做功,当蹦极绳张紧后,随着运动员的下落弹力一直做负功,弹性势能一直增大,故B正确;在蹦极过程中,由于只有重力和蹦极绳的弹力做功,故由运动员、地球及蹦极绳组成的系统机械能守恒,故C正确;重力势能的大小与势能零点的选取有关,而重力势能的改变与势能零点选
14、取无关,故选项D错误。二、计算题(本题共3小题,共27分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)12.(8分)某缓冲装置的理想模型如图所示,劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连,轻杆可在固定的槽内移动,与槽间的滑动摩擦力恒为f。轻杆向右移动不超过l时,装置可安全工作。一质量为m的小车若以速度v0撞击弹簧,可使轻杆向右移动。轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且不计小车与地面的摩擦。(1)若弹簧劲度系数为k,求轻杆开始移动时,弹簧的压缩量x;(2)求小车离开弹簧瞬间的速度v;【解析】(1)对轻杆有f=kx,得x=(3分)(2)根据能量守恒有m=+mv2,(3分)得出小车反弹离开
15、弹簧瞬间的速度v=(2分)答案:(1)(2)13.(9分)如图所示,在边长为2l的正方形区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,有一边长为l的正方形导线框沿垂直磁场的方向以速度v匀速通过磁场区域,从ab刚进入磁场开始计时。(1)指出哪些时间段内有感应电流产生。(2)画出磁通量随时间变化的图像。【解析】(1)导线框进入磁场的过程,在0时间段内有感应电流产生;(3分)导线框离开磁场过程,在时间段内有感应电流产生。(3分)(2)磁通量随时间变化的图像如图所示。(3分) 答案:(1)0(2)见解析图14.(10分)风力发电是一种环保的电能获取方式。设计时每台风力发电机的功率为40
16、kW。实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%,空气的密度是1.29 kg/m3,当地水平风速约为10 m/s,问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求?【解析】设叶片的长度为L,风速为v,在时间t内流向叶片的空气质量为m=V=L2vt,(2分)空气的动能Ek=mv2。(2分)由能量关系知:Ek=Pt,(2分)整理得功率P=L2v3。(2分)代入题给数据,解得L10 m。(2分)答案:10 m(30分钟40分)15.(5分)为了判断一个未知正负极的蓄电池极性,某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来,发现小磁针的N极立即向螺线管偏转,如图所示。用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管两极
17、,下列判断正确的是()A.电源M端为正极B.电源N端为正极C.螺线管P端为S极D.螺线管内部磁场方向由P指向Q【解析】选B。小磁针的N极向螺线管偏转说明小磁针所在位置磁场方向向左,即螺线管P端为N极,Q端为S极,选项C错误;在螺线管的内部磁场方向由S极指向N极,所以螺线管内部磁场方向由Q指向P,选项D错误;根据安培定则可知,在电源外部电流从N流向M,电源N端为正极,选项A错误,B正确。16.(5分)(多选)在如图所示的电路中,当开关S闭合后,为使灵敏电流计的指针偏转,下列措施可行的是()A.将A线圈向左靠近B线圈B.将开关S突然断开C.保持右边电路电流不变D.将滑动变阻器的阻值调小【解析】选A
18、、B、D。线圈A中磁通量发生变化时会引起线圈B中的磁通量变化,所以将滑动变阻器的阻值调小、将开关S突然断开都能使磁通量发生变化,使线圈B中产生感应电流,灵敏电流计的指针就会发生偏转,选项B、D正确;当A线圈靠近的时候也可以使穿过B线圈的磁通量变化,所以选项A正确,A线圈中的电流不变化,B线圈中的磁通量不变化,因此不能产生感应电流,选项C错误。【加固训练】在无线电仪器中,常需要在距离较近处安装两个线圈,并要求当一个线圈中有电流变化时,对另一个线圈中的电流的影响尽量小。下列各图中的两个线圈的相对安装位置最符合该要求的是()【解析】选D。只有按D图安装时,其中一个线圈中的电流产生的磁场穿过另一线圈的
19、磁通量才为零,一个线圈中的电流的变化不会使另一线圈发生电磁感应。则D正确,A、B、C错误。17.(5分)如图甲所示,a、b两平行直导线中通有相同的电流,当两通电导线垂直圆平面放置于圆周上,且两导线与圆心连线的夹角为60时,圆心处的磁感应强度大小为B。如图乙所示,c导线中通有与a、b导线完全相同的电流,a、b、c垂直圆平面放置在圆周上,且a、b两导线与圆心连线的夹角为120,b、c两导线与圆心连线的夹角为30,则此时圆心处的磁感应强度大小为()A.BB.BC.0D.B【解析】选A。当a、b两导线与圆心连线的夹角为60时,它们在圆心处的磁感应强度如图甲所示,设Ba=Bb=B1,则有B=B1。当a、
20、b两导线与圆心连线夹角为120时,如图乙所示,它们在圆心处的磁感应强度矢量和为B=B1,再与c导线在圆心处产生的磁场叠加,磁感应强度矢量和为B1,因此圆心处的磁感应强度大小为B,故A正确,B、C、D错误。【加固训练】(多选)三条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线搭成一等边三角形。在导线中通过的电流均为I,电流方向如图所示。a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上,且到相应顶点的距离相等。将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3。下列说法正确的是()A.B1=B2B3B.B1=B2=B3C.a和b处磁场方向垂直于纸面向外,c处磁场方向垂直于纸面向里D.a处磁场方向垂直于纸面
21、向外,b和c处磁场方向垂直于纸面向里【解题指南】解答本题时应注意理解以下两点:(1)直线电流的磁场方向用安培定则判定。(2)磁感应强度的叠加可以用等效补偿法来分析。【解析】选A、C。靠近a点的两根导线产生的磁场叠加后,磁感应强度为零,a点磁感应强度由离a最远的导线决定,b点的磁感应强度大小与a点相同,对于c点,三根导线的磁感应强度方向相同,叠加后的磁感应强度最大,选项A正确,选项B错误;由安培定则和磁感应强度的矢量叠加可得,C正确,D错误。【总结提升】磁场的叠加和安培定则应用的“三点注意”(1)根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向。(2)磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向。(
22、3)磁感应强度是矢量,多个通电导体产生的磁场叠加时,合磁场的磁感应强度等于场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和。18. (5分)(多选)如图所示,四面体OABC处在沿Ox方向的匀强磁场中,下列关于磁场穿过各个面的磁通量的说法中正确的是()A.穿过AOB面的磁通量为零B.穿过ABC面和BOC面的磁通量相等C.穿过AOC面的磁通量为零D.穿过ABC面的磁通量大于穿过BOC面的磁通量【解析】选A、B、C。此题实际就是判断磁通量的有效面积问题。匀强磁场沿Ox方向没有磁感线穿过AOB面、AOC面,所以磁通量为零,选项A、C正确;在穿过ABC面时,磁场方向和ABC面不垂直,考虑夹角后发现,ABC面在垂直
23、于磁感线方向上的投影就是BOC面,所以穿过二者的磁通量相等,选项B正确,D错误。19. (5分)(多选)如图所示,空间存在两个磁场,磁感应强度大小均为B,方向相反且垂直纸面,MN、PQ为其边界,OO为其对称轴。一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd,回路在纸面内以恒定速度v0向右运动,则()A.当运动到关于OO对称的位置时穿过回路的磁通量为零B.当运动到关于OO对称的位置时穿过回路的磁通量向里C.在从左边磁场运动到右边磁场的过程中穿过回路的磁通量一直减少D.在从左边磁场运动到右边磁场的过程中穿过回路的磁通量先减少后增加【解析】选A、D。正方形闭合回路运动到关于OO对称的位置时,穿过回路的两
24、个方向相反的磁场面积相等,且磁感应强度大小均为B,故穿过回路的磁通量为零,选项A正确,B错误;正方形闭合回路在从左边磁场运动到右边磁场的过程中,穿过回路的磁通量先减少后增加,选项C错误,D正确。20.(5分)(多选)下列说法中正确的是()A.电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递B.空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成“能源危机”【解析】选A、B。热量不能自发地从低温物体传到高温物体,即自发热传递具有方向性,选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果,选项
25、A正确;电流做功产生热,所以向室外放热多,从室内吸热少,选项B正确;不可能从单一热库吸收热量,使之完全变为功,而不产生其他影响,即第二类永动机不存在,选项C错误;由能量守恒定律知,能量总是守恒的,只是存在的形式不同,选项D错误。21. (10分)如图所示,有一个100匝的线圈,其横截面是边长L=0.20 m的正方形,放在磁感应强度为B=0.50 T的匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直。问:(1)此时线圈的磁通量是多少?(2)若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变),在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少?(3)将第二问中的线圈绕一条直径旋转180磁通量大小改变了多少?【解析】
26、(1)线圈横截面是正方形时的面积S1=L2=(0.20)2 m2=4.010-2 m2。(1分)穿过线圈的磁通量1=BS1=0.504.010-2 Wb=2.010-2 Wb。(2分)(2)横截面为圆形时,其半径r=。(1分)横截面面积S2=()25.110-2 m2。(1分)穿过线圈的磁通量2=BS2=0.505.110-2 Wb=2.5510-2 Wb。(2分)所以,磁通量的变化量=2-1=(2.55-2.0)10-2 Wb=5.510-3 Wb。(1分)(3)线圈绕一条直径旋转180后磁通量变为-2,=|(-2)-2|=22=5.110-2 Wb。(2分)答案:(1)2.010-2 Wb(2)5.510-3 Wb(3)5.110-2 Wb
