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文档简介
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
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