2025年高二物理下學期“電磁魔術(shù)”揭秘試題一、單項選擇題（每題4分，共8題）靜電場中的“隱身術(shù)”如圖所示，真空中有兩個等量異種點電荷+Q和-Q，O為兩點電荷連線的中點，P、M為連線中垂線上的兩點，且OP=OM。將一正試探電荷從P點沿直線移動到M點，在此過程中，下列說法正確的是（）A.電場強度先增大后減小B.電勢先升高后降低C.電場力對試探電荷先做正功后做負功D.試探電荷的電勢能始終不變解析：等量異種電荷的中垂線上，O點電場強度最大，向兩側(cè)逐漸減小，故A錯誤；中垂線為等勢線，電勢處處為零，故B錯誤；電場力方向始終與中垂線垂直，不做功，電勢能不變，故C錯誤，D正確。磁場中的“指南針悖論”兩根平行長直導線a、b通有大小相等、方向相反的電流，O為兩導線連線的中點，P為連線中垂線上的一點。若撤去導線b，P點的磁感應強度大小變?yōu)樵瓉淼模ǎ〢.1/2B.√2/2C.1D.2解析：根據(jù)安培定則，兩導線在P點產(chǎn)生的磁場方向相同，設(shè)單根導線在P點的磁感應強度為B，則合磁感應強度為2B；撤去b后，僅剩a產(chǎn)生的磁場B，故變?yōu)樵瓉淼?/2，A正確。電磁感應中的“能量魔術(shù)”如圖所示，矩形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，線圈電阻為R，產(chǎn)生的交變電動勢瞬時值表達式為e=E?sinωt。下列說法正確的是（）A.線圈平面與磁場平行時，磁通量最大B.線圈轉(zhuǎn)動一周，外力做功為πE?2/(2R)C.若轉(zhuǎn)速加倍，電動勢的有效值變?yōu)樵瓉淼?倍D.若磁場磁感應強度減半，線圈中電流頻率也減半解析：線圈平面與磁場平行時，磁通量為零，A錯誤；電動勢有效值E=E?/√2，周期T=2π/ω，轉(zhuǎn)動一周外力做功W=E2T/R=πE?2/(ωR)，B錯誤；轉(zhuǎn)速加倍即ω加倍，E?=NBSω加倍，有效值隨之加倍，C正確；頻率由轉(zhuǎn)速決定，與磁場無關(guān)，D錯誤。電磁波的“穿墻術(shù)”關(guān)于電磁波，下列說法正確的是（）A.可見光屬于電磁波，而紫外線不屬于B.電磁波在真空中的傳播速度與頻率無關(guān)C.麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲通過實驗證實了電磁波可以傳遞能量D.電磁波由真空進入介質(zhì)時，波長變長，頻率變小解析：紫外線屬于電磁波，A錯誤；真空中光速c=3×10?m/s為定值，B正確；赫茲證實了電磁波的存在，C錯誤；頻率由波源決定，進入介質(zhì)時頻率不變，波速減小，波長變短，D錯誤。電磁繼電器的“開關(guān)魔法”某電磁繼電器的工作原理如圖所示，控制電路電源電壓為U?，線圈電阻為R?，銜鐵與觸點間的吸引力F與電流I的關(guān)系為F=kI2（k為常量）。若要使工作電路在銜鐵吸引力達到F?時接通，則控制電路中串聯(lián)的電阻R?應為（）A.U?/√(F?/k)-R?B.U?√(k/F?)-R?C.√(F?/k)U?-R?D.(U?2k)/F?-R?解析：由F?=kI2得I=√(F?/k)，根據(jù)歐姆定律I=U?/(R?+R?)，解得R?=U?√(k/F?)-R?，B正確。帶電粒子的“磁偏轉(zhuǎn)迷宮”一帶電粒子在垂直于勻強磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動，若磁感應強度突然增大為原來的2倍，粒子的軌道半徑和周期變化情況是（）A.半徑變?yōu)樵瓉淼?/2，周期變?yōu)樵瓉淼?/2B.半徑變?yōu)樵瓉淼?倍，周期變?yōu)樵瓉淼?/2C.半徑變?yōu)樵瓉淼?/2，周期變?yōu)樵瓉淼?倍D.半徑和周期都不變解析：由洛倫茲力提供向心力qvB=mv2/r得r=mv/(qB)，T=2πm/(qB)，B增大為2倍時，r變?yōu)?/2，T變?yōu)?/2，A正確。電磁感應中的“圖像謎題”如圖所示，閉合線圈abcd在勻強磁場中以恒定速度v向右穿過有理想邊界的磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向里。線圈中感應電流i隨時間t變化的圖像（規(guī)定順時針方向為正）可能是（）解析：線圈進入磁場時，磁通量增加，由楞次定律知感應電流為逆時針（負方向）；完全進入磁場后，磁通量不變，無電流；離開磁場時，磁通量減少，感應電流為順時針（正方向），且進入和離開時電流大小均為I=BLv/R，故圖像應為先負后零再正的矩形波。電容與電感的“儲能對決”在LC振蕩電路中，某時刻電容器極板上的電荷量為Q，線圈中的電流為I。若此時電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化，則（）A.Q正在增大，I正在增大B.Q正在減小，I正在增大C.Q正在增大，I正在減小D.Q正在減小，I正在減小解析：電場能向磁場能轉(zhuǎn)化時，電容器放電，電荷量Q減小，電流I增大，B正確。二、多項選擇題（每題5分，共4題）靜電場中的“電勢迷宮”某電場的電場線分布如圖所示，a、b、c為電場中的三點，下列說法正確的有（）A.a點的電場強度大于b點B.a點的電勢高于c點C.將正電荷從a點移到b點，電場力做正功D.將負電荷從b點移到c點，電勢能增加解析：電場線越密場強越大，a點場強大于b點，A正確；沿電場線方向電勢降低，a點電勢高于c點，B正確；正電荷從a到b，電場力方向與位移方向夾角大于90°，做負功，C錯誤；負電荷從b到c，電場力做負功，電勢能增加，D正確。電磁感應的“雙生感應”如圖所示，兩個閉合線圈A、B套在同一光滑絕緣桿上，A線圈固定，B線圈可自由移動。當A線圈中通有逐漸增大的順時針方向電流時，下列說法正確的有（）A.B線圈中產(chǎn)生逆時針方向的感應電流B.B線圈會向左移動C.A、B線圈之間存在相互排斥力D.B線圈的磁通量逐漸增大解析：A中電流增大，穿過B的磁通量增大，由楞次定律知B中產(chǎn)生逆時針電流，A正確；B要阻礙磁通量增大，會向右移動，與A排斥，B錯誤，C正確；磁通量隨A中電流增大而增大，D正確。電磁波譜的“魔術(shù)表演”關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的有（）A.無線電波的波長比可見光長B.X射線的頻率比紫外線高C.紅外線的熱效應比紫外線顯著D.所有電磁波在真空中的傳播速度都相同解析：無線電波波長最長，A正確；X射線頻率高于紫外線，B正確；紅外線熱效應顯著，C正確；電磁波在真空中速度均為c，D正確。帶電粒子在復合場中的“運動密碼”一帶電粒子在電場強度為E、磁感應強度為B的正交電磁場中做勻速直線運動，粒子速度方向垂直于E和B。若僅將磁場方向反向，則粒子將（）A.做勻速圓周運動B.做類平拋運動C.所受洛倫茲力大小不變D.所受電場力大小不變解析：原平衡狀態(tài)qE=qvB，磁場反向后洛倫茲力反向，合力為2qvB，粒子做曲線運動，A、B錯誤；洛倫茲力大小始終為qvB，C正確；電場力qE不變，D正確。三、實驗題（16分）“電磁秋千”的周期奧秘某實驗小組利用電磁打點計時器研究通電線圈在磁場中的擺動周期，裝置如圖所示。線圈兩端接在50Hz交流電源上，磁場由永磁體提供，線圈在安培力作用下左右擺動。（1）若測得打點計時器在紙帶上打出的連續(xù)5個點間的距離為2.40cm，則線圈擺動的周期為______s（保留兩位小數(shù)）。（2）為了探究線圈匝數(shù)對擺動周期的影響，應保持______和______不變，改變線圈匝數(shù)。（3）實驗發(fā)現(xiàn)，當線圈中電流增大時，擺動幅度增大，原因是______。答案：（1）0.20（2）磁場磁感應強度、線圈質(zhì)量（3）安培力F=BIL增大，回復力增大四、計算題（共40分）“磁懸浮列車”的動力原理（12分）磁懸浮列車的驅(qū)動原理如圖所示，車廂下方的電磁鐵在軌道兩側(cè)的鋁制導軌中產(chǎn)生渦流，渦流與磁場相互作用產(chǎn)生驅(qū)動力。已知導軌間勻強磁場的磁感應強度為B，導軌寬度為L，渦流等效電阻為R，車廂速度為v。（1）推導渦流產(chǎn)生的感應電動勢E的表達式；（2）若驅(qū)動力F與渦流電流I的關(guān)系為F=BIL，求驅(qū)動力的大小。解析：（1）導軌相對磁場運動，感應電動勢E=BLv；（2）電流I=E/R=BLv/R，驅(qū)動力F=BIL=B2L2v/R?！半姶排凇钡哪芰哭D(zhuǎn)化（14分）電磁炮是利用電磁力加速彈丸的武器，其簡化模型如圖所示。兩根平行導軌間距為d，彈丸質(zhì)量為m，電阻為r，導軌電阻不計，電源電動勢為E，內(nèi)阻為R。彈丸在安培力作用下從靜止開始加速，忽略摩擦和空氣阻力。（1）求彈丸所受安培力的大??；（2）若彈丸加速距離為x，求離開導軌時的速度v。解析：（1）電流I=E/(R+r)，安培力F=BId=BEd/(R+r)；（2）由動能定理Fx=1/2mv2，解得v=√[2BEdx/(m(R+r))]。“變壓器魔術(shù)”的電壓變換（14分）某理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n?:n?=10:1，原線圈接在u=220√2sin100πt（V）的交流電源上，副線圈接有一個電阻R=11Ω的用電器。（1）求副線圈兩端的電壓有效值；（2）求變壓器的輸入功率；（3）若將副線圈匝數(shù)增加10匝，原線圈匝數(shù)不變，副線圈電壓變?yōu)?5V，求原線圈匝數(shù)n?。解析：（1）原線圈電壓有效值U?=220V，副線圈U?=U?n?/n?=22V；（2）輸出功率P?=U?2/R=44W，輸入功率P?=P?=44W；（3）設(shè)n?=k，n?=10k，由U?'=U?(n?+10)/n?得25=220(k+10)/(10k)，解得k=44，n?=440匝。五、綜合題（20分）“電磁波通信”的距離極限某衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，地面發(fā)射站向地球同步衛(wèi)星發(fā)射頻率為f的電磁波，衛(wèi)星將信號放大后轉(zhuǎn)發(fā)回地面接收站。已知地球半徑為R，同步衛(wèi)星軌道半徑為6.6R，電磁波傳播速度為c。（1）求電磁波從發(fā)射到接收的總時間t；（2）若發(fā)射功率為P，衛(wèi)星接收天線面積為S，求衛(wèi)星接收到的功率密度（單位面積功率）I。解析：（1）傳播距離d=