专题11 电磁感应与电磁波初步 （知识梳理+考点精讲精练+实战训练） 【学考复习】 高中物理学业水平考试必备考点归纳与测试（新教材专用）

专题11电磁感应与电磁波初步目录TOC\o"1-2"\h\u知识梳理 1考点精讲精练 10考点一：磁场的基本概念和规律 10考点二：电磁感应的基本知识 14考点三：电磁波和能量量子化 19运动的描述实战训练 23知识点一磁场的基本概念和规律磁场磁感线一、电和磁的联系1．磁极：自然界中的磁体总是存在两个磁极。2．磁极间的作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。3．电流的磁效应(1)奥斯特实验：通电导线使小磁针偏转。(2)实验结论：电流可以产生磁场——发现了电流的磁效应。二、磁场1．定义：磁体与磁体之间，磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用，都是通过磁场发生的。基本性质：对放入其中的磁体或电流有力的作用。三、磁感线1．磁场的方向规定：小磁针静止时N极所指的方向。2．磁感线：用来形象地描述磁场的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致。3．磁感线的疏密表示磁场的强弱。四、安培定则1．直线电流的磁场：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图13.1-7所示。2．环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向，如图13.1-9、13.1-10所示。3．通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟螺线管电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向，或拇指指向螺线管的N极，如图13.1-8所示。五、安培分子电流假说1．分子电流假说：安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流，即分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。2．分子电流假说意义：能够解释磁化以及退磁现象，解释磁现象的电本质。磁感应强度磁通量一、磁感应强度1．电流元：很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的乘积Il。2．控制变量法探究影响通电导线受力的因素如图所示，三块相同的蹄形磁铁，并列放在桌上，直导线所在处的磁场认为是均匀的。(1)保持长度不变，改变电流大小，观察直导线摆动角度大小来比较磁场力大小。(2)保持电流大小不变，改变磁场中导线长度，通过观察直导线摆动角度大小比较磁场力大小。(3)实验结论：直导线与磁场垂直时，它受力大小既与导线的长度l成正比，又与导线中的电流I成正比。3．磁感应强度的大小在磁场中垂直于磁场方向放置的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度l的乘积Il的比值叫磁感应强度。4．公式：B＝eq\f(F,Il)。5．单位：国际单位是特斯拉，简称特，国际符号是T,1T＝1eq\f(N,A·m)。6.对磁感应强度的理解(1)公式B＝eq\f(F,Il)是磁感应强度的定义式，是用比值法定义的，磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质，而与F、I、l均无关。(2)在定义式B＝eq\f(F,Il)中，通电导线必须垂直于磁场方向放置。因为磁场中某点通电导线所受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关。导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同。通电导线受磁场力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零。(3)磁感应强度是矢量，运算遵守平行四边形定则。二、匀强磁场1．定义：各点的磁感应强度的大小相等、方向相同的磁场。磁感线特点：间隔相等的平行直线。三、磁通量1．定义：匀强磁场中磁感应强度和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积，即Φ＝BS。2.拓展：磁场B与研究的平面不垂直时，这个面在垂直于磁场B方向的投影面积S′与B的乘积表示磁通量。3．单位：国际单位制是韦伯，简称韦，符号是Wb,1Wb＝1T·m2。4．引申：B＝eq\f(Φ,S)，表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量，因此磁感应强度B又叫磁通密度。5.对磁通量的理解(1)磁通量的计算①公式：Φ＝BS。适用条件：①匀强磁场；②磁场与平面垂直。②若磁场与平面不垂直，应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积，Φ＝BScosθ。式中Scosθ即为平面S在垂直于磁场方向上的投影面积，也称为“有效面积”(如图所示)。(2)磁通量的正、负①磁通量是标量，但有正、负，若以磁感线从某一面上穿入时磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值。②若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2。(3)磁通量的变化量①当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS。②当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S。③B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1。但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。知识点二电磁感应的基本知识1．电流的磁效应引起的思考：既然电流能够产生磁场，那么，为什么不能用磁体使导线中产生电流呢？2．法拉第的探索：经历了长达10年的探索，经历了一次次失败，最终领悟到，“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。3．电磁感应：由磁产生电的现象。4．感应电流：由电磁感应产生的电流。二、产生感应电流的条件1．探索感应电流产生的条件(1)实验装置(2)实验过程开关和变阻器的状态线圈B中是否有电流开关闭合瞬间有开关断开瞬间有开关闭合时，滑动变阻器不动无开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片有产生感应电流的条件：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。3．感应电流的产生条件理解(1)闭合电路。(2)磁通量发生变化。4．产生感应电流的常见类型(1)导线ab切割磁感线时，闭合回路产生的电流(如图甲所示)。(2)磁铁插入和拉出线圈时，回路中产生的电流(如图乙所示)。(3)如图丙所示，当开关S闭合或断开时，回路B中产生电流。当开关闭合，滑动变阻器滑片向上或向下滑时，回路B中产生电流。三、电磁感应现象的应用1．最早的发电机：法拉第的圆盘发电机。2．电厂里的发电机、生产和生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据电磁感应制造的。3．汽车防抱死制动系统(ABS)(1)ABS系统的作用：为了防止汽车紧急制动时，因车轮被抱死，从而发生侧滑。(2)ABS系统的组成：由轮速传感器、电子控制模块和电磁阀组成。其中轮速传感器是利用电磁感应现象测量车轮转速的。4．无线充电技术：又称为非接触式感应充电，是利用供电设备直接将电能传送给用电器的技术。具有安全、耐用、方便等特点，还可应用于生物医疗。知识点三电磁波和能量量子化电磁波一、电磁场1．变化的磁场产生电场。2．变化的电场产生磁场。3．变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。二、电磁波1．麦克斯韦的预言(1)电磁波的预言：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播形成电磁波。(2)电磁波可以在真空中传播。(3)光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波的速度等于光速。2．赫兹的贡献：赫兹证实了电磁波的存在，证实了麦克斯韦的电磁场理论。三、电磁波谱1．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝λf。2．电磁波在真空中的速度：c＝3×108m/s。3．电磁波谱的概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，形成电磁波谱。4．电磁波谱组成5．各种电磁波的应用(1)无线电波中的长波、中波、短波用于广播及其他信号的传播。(2)微波用于卫星通信、电视等信号传输。(3)红外线用来加热理疗。(4)可见光让我们看见这个世界，也可用于通信。(5)紫外线可以消毒。(6)X射线用于诊断病情。(7)γ射线可以摧毁病变的细胞。四、电磁波的能量1．电磁波具有能量，电磁波是物质存在的一种形式。2．微波炉加热食物应用了一种电磁波——微波，食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，内能增加，温度升高。3．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量。五、电磁波通信1．电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息通信网络。2．以互联网为基础的信息服务都是通过电磁波来传递的。能量量子化一、热辐射1．热辐射：一切物体都在辐射电磁波。2．热辐射规律：温度越高，热辐射中波长较短的成分越强。3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。4．黑体辐射：黑体向外辐射电磁波的现象。5．对黑体的理解(1)绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。(2)黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。6．黑体辐射的实验规律(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。(2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。如图所示。二、能量子1．普朗克的能量子假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个最小的能量值ε叫作能量子。2．能量子大小：ε＝hν。ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，h＝6.62607015×10－34J·s。爱因斯坦光子假设：光是由一个个不可分割的能量子组成，这些能量子叫作光子，光子的能量ε＝hν。4.量子力学的建立及其应用20世纪20年代，量子力学建立了，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。核能的利用，计算机和智能手机的制造，激光技术等的应用都离不开量子力学。是量子力学引领我们迈入了现代社会，让我们享受到丰富多彩的现代生活。科学漫步："聆听"宇宙宇宙浩瀚无垠，神秘莫测。古人通过肉眼观察星空，绘制星图。望远镜的发明拓展了人类的视野，使人们对天体的了解更加清楚。三、能级1．定义：原子量子化的能量值。2．原子处于能级最低的状态时最稳定，由高能级向低能级跃迁时放出光子。3．原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于两个能级之差。4．原子光谱的谱线是一些分立的亮线。考点一：磁场的基本概念和规律真题讲解1．（2023·湖北·高二统考学业考试）东汉学者王充在《论衡》一书中描述的“司南”（如图所示），是我国古代用来指示方向的工具。“司南”能指南北的原因是（

）A．月球磁场的作用 B．地球磁场的作用C．司南和月球之间万有引力的作用 D．司南和地球之间万有引力的作用2．（2022下·贵州·高二统考学业考试）下列各图中，通电导线的电流方向与其产生的磁场方向关系正确的是（）A．

B．

C．

D．

3．（2022·海南·高二统考学业考试）用安培定则判断通电直导线磁场方向，下列示意图正确的是（

）A．

B．

C．

D．

4．（2023·湖南·高二学业考试）如图所示，在电磁铁正上方用弹簧挂着一条形磁铁，开关闭合瞬间，出现的现象是（）A．螺线管上方是S极，弹簧长度变短B．螺线管上方是S极，弹簧长度变长C．螺线管上方是N极，弹簧长度变长D．螺线管上方是N极，弹簧长度变短真题演练5．（2023下·广东·高二统考学业考试）图是电磁式充气泵的结构示意图。当电流从电磁铁的线圈a端流入时，小磁铁被吸引而向下运动，实现充气，则此时（）A．电磁铁上端是N极，小磁铁下端是N极B．电磁铁上端是N极，小磁铁下端是S极C．电磁铁上端是S极，小磁铁下端是N极D．电磁铁上端是S极，小磁铁下端是S极6．（2023下·广东·高二统考学业考试）关于磁场和磁感线，下列说法正确的是（）A．磁场和磁感线都是真实存在的B．磁感线越密的地方，磁场越强C．沿磁感线方向，磁场一定逐渐减弱7．（2021上·吉林·高二统考学业考试）如图所示，一根导线平行放置于小磁针的正上方，通电后发现小磁针转动了，当小磁针重新静止时其N极的指向为（）A．垂直纸面向外 B．垂直纸面向里C．水平向右 D．水平向定8．（2022·广东·高二统考学业考试）如图所示，地磁场的分布可用条形磁铁来模拟。北极的a点、赤道的b点和地心的c点的磁场感应强度分别是Ba、Bb和Bc，下列说法正确的是（）A．Ba>Bb，Bc的方向由N极指向S极B．，Bc的方向由S极指向N极C．，Bc的方向由N极指向S极D．，Bc的方向由S极指向N极考点二：电磁感应的基本知识真题讲解1．（2023·湖南·高二学业考试）如图所示，虚线I和II之间有垂直于纸面向里的匀强磁场。闭合线圈自高处落下，依次经过a、b、c三个位置。则线圈中没有感应电流产生的是（

）

A．位置a B．位置b C．位置c D．三个位置都没有2．（2023·湖南·高二统考学业考试）圆形金属线圈位于通电直导线的附近，线圈与通电导线在同一平面内，导线中电流方向如图所示。以下过程，线圈中不产生感应电流的是（

）

A．增大导线中的电流 B．线圈在平面内远离导线运动C．线圈在平面内靠近导线运动 D．线圈在平面内平行导线运动3．（2022下·贵州·高二统考学业考试）竖直向下的匀强磁场中有一闭合导线圈，它在始终未超出磁场的范围内做下列运动时，能产生感应电流的是（）A．

B．

C．

D．

4．（2023·湖南·高三统考学业考试）如图所示，虚线Ⅰ和Ⅱ之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，闭合线圈自高处落下，依次经过a、b、c三个位置．下列说法正确的是（）

A．线画在位置a不会产生感应电流B．线圈在位置b一定做加速运动C．线圈只有位置b和位置c会产生感应电流D．线圈a、b、c三个位置都有感应电流产生真题演练5．（2022下·河北·高二统考学业考试）发现电磁感应现象的科学家是（）A．牛顿 B．麦克斯韦 C．赫兹 D．法拉第6．（2023下·广东·高二统考学业考试）某小组用图所示电路研究电磁感应现象。开关闭合后，下列情形中，不会使电流表指针发生偏转的是（）A．线圈P静止于线圈Q中B．移动滑动变阻器的滑片C．将线圈P从线圈Q中抽出7．（2022上·广西·高二统考学业考试）如图所示，线圈A通过开关、电阻与电池相连，线圈B与电流计G相接，线圈A、B绕在铁芯P上，则（）A．开关S保持断开状态，电流计指针会偏转 B．开关S保持闭合状态，电流计指针会偏转C．开关S闭合瞬间，电流计指针会偏转 D．开关S断开瞬间，电流计指针不会偏转8．（2023上·浙江·高二学业考试）一个矩形闭合导线框在匀强磁场内运动，导线框回路中能产生感应电流的是（）A． B．C． D．考点三：电磁波和能量量子化真题讲解1．（2024·江苏·高二学业考试）许多科学家在物理学发展中做出了重要贡献。下列有关物理学家的贡献，正确的是（）A．安培提出了分子电流假说，能够解释一些磁现象B．法拉第发现了电流的磁效应，首次揭示了电现象和磁现象间的某种联系C．奥斯特发现电磁感应现象，使人们对电磁内在联系的认识更加完善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2．（2023·重庆·高三统考学业考试）关于电磁振荡以及电磁波的形成与传播的理解正确的是（）A．周期性变化的磁场一定能产生电磁波B．射线是原子核受激发所产生的，所以射线不是电磁波C．LC振荡电路可以产生电磁波，如果电路断开则电磁波立即消失D．北斗导航系统是通过电磁波来传递信息的3．（2022上·广西·高二学业考试）关于电磁场和电磁波的说法正确的是（）A．电场和磁场总是相互联系的，它们统称为电场B．电磁场由发生的区域向远处的传播形成电磁波C．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场D．电磁波是一种波，声波也是一种波，理论上它们是同种性质的波动4．（2022·浙江·高二学业考试）如图为公交车上车时刷卡的情景，当听到“嘀”的声音，表示刷卡成功。刷卡所用的IC卡内部有电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路。刷卡时，读卡机向外发射某一特定频率的电磁波，IC卡内的LC振荡电路产生电谐振，线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是（）A．读卡机发射的电磁波不能在真空中传播B．IC卡是通过X射线工作的C．读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则IC卡内不会产生感应电流D．IC卡既能接收读卡机发射的电磁波，也有向读卡机传输数据的功能真题演练5．（2021·江苏·高二统考学业考试）我们周围的物体都存在辐射电磁波，当温度升高时，辐射中波长较短的成分越来越强。已知光在真空中传播的速度等于，下列关于电磁波的说法中正确的是（）A．电磁波没有能量B．电磁波的传播需要介质C．电磁波在真空中传播的速度等于D．波长越短的电磁波在真空中传播的速度越快6．（2022上·江苏·高三学业考试）电视机是常见的家用电器，电视机在换台时，电视机遥控板发射的是（）A．电流 B．电子 C．声波 D．电磁波7．（2022上·江苏·高三学业考试）下列关于热辐射和黑体辐射的说法不正确的是（）A．一切物体都在辐射电磁波B．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波C．黑体辐射强度的极大值跟温度无关D．一般物体辐射电磁波的强度与温度有关8．（2022上·江苏·高三学业考试）某病人拍摄CT胸片，病发区的密度与其他部位不同，片中显示为白色斑点。CT机可以诊断病情是因为利用了（）A．长波 B．紫外线 C．红外线 D．X射线9．（2020·山东·高二学业考试）关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是（）A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康C．电磁波中频率最大的是X射线D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光1．（2022下·福建·高二统考学业考试）如图，匀强磁场方向水平向右，则小磁针静止时N极的指向是（）A．水平向左 B．水平向右C．竖直向上 D．竖直向下2．（2023·湖南·高二学业考试）将长的直导线垂直磁场方向放入匀强磁场中，导线中的电流大小为时，测得它所受的力大小为，则该磁场的磁感应强度大小为（）A．0.1T B．0.5T C．1.0T D．2.0T3．（2022·海南·高二统考学业考试）在匀强磁场中，穿过平面的磁通量最大时，该平面与磁场方向的关系为（

）A．

B．

C．

D．

4．（2022·海南·高二统考学业考试）小磁针静止在匀强磁场中，下列选项中N极指向正确的是（）A．

B．

C．

D．

5．（2023·湖南·高二统考学业考试）某智能手机中有多种传感器，其中包括磁传感器，安装合适的软件后，利用手机中的磁传感器可以测量磁感应强度。地磁场的磁感线分布如图（a）所示。小明为了测量当地的地磁场，如图（b），在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy平面。某次测量手机水平放置，z轴正方向竖直向上，测出以下数据、、。根据测量结果可以推断（）

A．测量地点位于南半球B．x轴正方向指向西方C．y轴正方向指向南方D．当地的地磁场大小约为50μT6．（2022下·河北·高二统考学业考试）如图所示，两个单匝闭合圆形线圈P、Q圆心均在O点，半径分别为r和2r，线圈P内处处存在垂直纸面向里的匀强磁场，则穿过P、Q两线圈的磁通量之比为（）A． B． C． D．7．（2022上·广西·高二统考学业考试）下列关于通电螺线管电流方向和磁场方向关系的判断，正确的是（）A． B．C． D．8．（2022上·江苏·高二学业考试）如图所示，闭合圆形金属线圈放在范围足够大的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直，下列情况线圈中能产生感应电流的是（）A．线圈以为轴转动 B．线圈绕过圆心且垂直于线圈平面的轴转动C．线圈向右平移 D．线圈向上平移9．（2022下·河北·高二统考学业考试）在“探究感应电流产生的条件”实验中，将线圈甲与一小量程电流表连成闭合回路，线圈乙通过滑动变阻器R、开关S与电源两端连接，如图所示。现将线圈乙插入线圈甲中保持不动，下列说法正确的是（）A．闭合开关S瞬间，线圈甲中有感应电流产生B．闭合开关S，电路稳定后，将滑