新教材人教版高中物理必修第三册-第十三章电磁感应与电磁波初步-知识点考点总结及配套练习-含解析

第十三章电磁感应与电磁波初步1、磁场磁感线一认识磁场的性质1.对磁场性质的理解:基本性质对放入其中的磁体或电流产生力的作用客观性质磁场虽然不是由分子、原子组成的,但是它和常见的桌子、房屋、水和空气一样,是一种客观存在的物质特殊性质磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同,它是以一种场的形式存在的形象性磁体之间、磁体与电流间,电流与电流间通过磁场发生作用,如同用弹簧连接的小球,靠弹簧发生相互作用一样2.电场与磁场的比较:比较项目电场磁场不同点产生电荷周围磁体、电流、运动电荷周围基本性质对放入其中的电荷有电场力的作用对放入其中的磁极、电流有磁场力的作用作用特点对放入其中的磁体无力的作用对放入其中的静止电荷无力的作用相同点磁场和电场一样,都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质,都具有能量【思考·讨论】图一中异名磁极相互吸引,同名磁极相互排斥,图二中一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间,通以电流,导线就会移动;图三中两条通过同向电流的导线相互吸引,通过反向电流的导线相互排斥,这些相互作用是怎样实现的?提示:磁体的周围和电流的周围都存在着磁场,磁体和磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场来传递的。【典例示范】下列关于磁场的说法中,正确的是 ()A.只有①磁铁周围才存在磁场B.磁场是为了解释磁极间的相互作用而人为规定的C.磁场只有②在磁极与磁极、磁极和通电导线发生作用时才产生D.磁极与磁极之间、磁极与通电导线之间、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的【审题关键】序号信息提取①电流周围也有磁场②电流和电流之间发生作用时也有【解析】选D。磁场存在于磁体周围和电流周围,故A错误;磁场是实际存在的,不是假想的,磁感线是假想的,故B错误;磁场存在于磁体和电流周围,即使没有发生作用,磁场仍然是存在的,故C错误;磁极与磁极,磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的,故D正确。【素养训练】1.如图所示,小磁针N极指向正确的是 ()【解析】选A。放入磁场中某点的小磁针,静止时N极所指的方向就是该点磁场的方向,可以判断A正确,B、C、D错误。2.(多选)司南是中国古代辨别方向用的一种仪器,据近代考古学家猜测,司南是用天然磁铁矿石琢成一个勺形的东西,放在一个光滑的盘上,盘上刻着方位,可以辨别方向,如图所示,下列说法正确的是 ()A.司南不可能仅具有一个磁极B.司南能够指向南北,说明地球具有磁场C.司南的指向会受到附近铜块的干扰D.在司南正上方附近沿勺柄方向放置一直导线,导线通电时司南会发生偏转【解析】选A、B、D。磁极是成对出现的,则司南不可能仅具有一个磁极,故A正确;司南能够指向南北,说明地球具有磁场,故B正确;铜不是磁性材料,则司南的指向不会受到附近铜块的干扰,故C错误;在司南正上方附近沿勺柄方向放置一直导线,因直导线下面的磁场与直导线垂直,可知导线通电时司南会发生偏转,故D正确。【补偿训练】1.如图所示,一条形磁铁的周围放着能自由转动的甲、乙、丙、丁四根小磁针,静止时,画错的是 ()A.甲B.乙C.丙D.丁【解析】选A。磁场中的磁感线方向从磁体的N极出来回到S极,小磁针静止时N极所指的方向与磁感线的方向相同;由图可以看出甲错误;故A正确。2.下列关于磁场的说法,正确的是 ()A.在地磁场的作用下小磁针静止时指南的磁极叫北极,指北的磁极叫南极B.磁场和电场一样,是客观存在的特殊物质C.磁铁与磁铁之间的相互作用是通过磁场发生的,通电导体与通电导体之间的相互作用是通过电场发生的D.19世纪初,法国科学家安培认为电与磁是联系的【解析】选B。小磁针放在该处静止时北极所指的方向为北极,即指北的磁极叫北极,指南的磁极叫南极,故A错误;磁极之间的相互作用是通过磁场发生的,通电导体与通电导体之间的相互作用是通过磁场发生的,故C错误;磁场和电场一样,也是一种客观存在的特殊物质,故B正确;19世纪初,法国科学家安培认为电与磁是互不联系的,故D错误。二认识磁感线的性质1.常见磁体的磁感线:2.磁感线与电场线的比较:比较内容磁感线电场线相似点引入目的形象地描述场而引入的假想线,实际不存在疏密场的强弱切线方向场的方向相交不能相交不同点闭合曲线不闭合,起始于正电荷,终止于负电荷或无穷远;或者起始于无穷远,终止于负电荷【思考·讨论】如图是U形磁体的磁感线。(1)a点没有磁感线,a点的磁场等于零吗?提示:磁场不等于零,磁体周围存在磁场,磁感线是形象地描述磁场而引入的假想线,实际不存在,磁感线的疏密表示磁场的强弱,密集的地方磁场强,稀疏的地方磁场弱。(2)磁感线是起始于正电荷,终止于负电荷吗?提示:不是。磁感线是闭合曲线,没有起点和终点,图中没有画出磁体内部的磁感线。【典例示范】如图为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况,O点(图中白点)为坐标原点,沿z轴正方向磁场大小的变化最有可能是图中的(磁场的大小用B来表示)()【解题探究】(1)沿z轴正方向磁感线疏密情况是怎样的?提示:由密到疏再到密,即磁场由大到小再到大。(2)能表示磁场由大到小再到大的函数图像怎样判断?提示:C表示磁感应强度由大到小再到大。【解析】选C。磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线,其疏密程度反映磁场的强弱,磁感线越密的地方磁场越强,沿z轴正方向磁感线由密到疏再到密,即磁感应强度由大到小再到大,故只有C正确。【规律方法】磁场中的磁感线描述(1)在没画磁感线的地方,并不表示没有磁场存在;(2)若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加,磁感线描述的是叠加后的磁场的磁感线分布情况。【母题追问】1.把一个小磁针放置在【典例示范】磁场(未标出方向)中,静止时的指向如图所示。下列分析正确的是 ()A.S极指向该点磁场方向B.N极指向该点磁场方向C.该磁场是匀强磁场D.a点的磁场方向水平向右【解析】选B。物理学上规定:小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向,故B正确;该点的磁场方向与S极指的方向相反,故A错误;由图看出,该磁场的磁感线分布不均匀,说明各处的磁感应强度不是处处相同,所以该磁场不是匀强磁场,故C错误;a点的磁场方向沿磁感线的切线方向:斜向右上方,故D错误。2.在【典例示范】磁场中,取其中的一条磁感线,其上有A、B两点,则()A.A点的磁感应强度一定大B.B点的磁感应强度一定大C.因为磁感线是直线,A、B两点的磁感应强度一样大D.条件不足,无法判断【解析】选D。由磁场中一根磁感线无法判断某点周围的磁感线的疏密,故也无法判断某点磁场的强弱,故选项D正确。【补偿训练】1.关于电场线和磁感线,下列说法正确的是 ()A.电场线和磁感线都是闭合的曲线B.磁感线是从磁体的N极发出,终止于S极C.电场线和磁感线都不能相交D.电场线和磁感线都是现实中存在的【解析】选C。电场线和磁感线是分别用于描述电场和磁场分布情况的,在现实中都是不存在的;二者都不能相交;电场线是不闭合的,而磁感线是闭合曲线,选项C正确。2.关于磁感线,下列说法正确的是 ()A.条形磁铁的磁感线从磁铁的N极出发,终止于磁铁的S极B.磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线疏的地方磁场弱,磁感线密的地方磁场强C.磁感线是客观存在的物质,没画磁感线的地方就表示磁场不存在D.通电长直导线周围的磁场方向可以用左手定则进行判断【解析】选B。在磁体的外部,磁感线是从磁体的N极出发回到S极,但在磁体的内部,磁感线是从磁体的S极出发回到N极,故A错误;磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线疏的地方磁场弱,磁感线密的地方磁场强,故B正确;磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向,但磁感线不是真实存在的,故C错误;通电长直导线周围的磁场方向可以用右手螺旋定则进行判断,故D错误。三科学探究——安培定则的应用三种常见的电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图以导线上任意点为圆心的多组同心圆,越向外越稀疏,磁场越弱内部磁场比环外强,磁感线越向外越稀疏内部为匀强磁场且比外部强,方向由S极指向N极;外部类似条形磁铁,由N极指向S极【思考·讨论】演示实验:将一根与电源、开关相连接的直导线用架子架高,沿南北方向水平放置。将小磁针平行地放在直导线的下方。(1)观察直导线通、断电时小磁针的偏转情况,实验说明了什么? (科学探究)提示:直线通电时,小磁针的N极向外偏转,直导线断电时,小磁针仍然指向南北方向,说明通电导线周围存在磁场。(2)我们知道,磁场是有方向的,那么电流周围的磁场方向是怎样的呢?它与电流的方向有关吗?提示:通电直导线周围的磁场与导线中电流的方向有关,电流和磁场的关系安培非常巧妙地总结出来,即安培定则。【典例示范】(多选)一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的下方,并与磁针指向平行,如图所示,此时小磁针的S极向纸内偏转,则这束带电粒子可能是()A.向右飞行的正离子束 B.向左飞行的正离子束C.向右飞行的负离子束 D.向左飞行的负离子束【解题探究】(1)小磁针的S极向纸内偏转,可判断磁场的方向是怎样?提示:磁场方向垂直于纸面向外。(2)带电粒子从小磁针下面通过时,电流的方向是沿什么方向?提示:由安培定则可得电流方向向右,形成方向向右的电流的可以是正离子向右,负离子向左。【解析】选A、D。小磁针S极向纸内偏转,说明电流产生的磁场在小磁针处垂直纸面向外,由安培定则可得电流方向向右,可以形成方向向右的电流的是向右飞行的正离子束或向左飞行的负离子束,则A、D正确。【素养训练】1.如图所示,E、F分别表示蓄电池两极,P、Q分别表示螺线管两端。当闭合开关时,发现小磁针N极偏向螺线管Q端。下列判断正确的是 ()A.E为蓄电池正极B.螺线管P端为S极C.流过电阻R的电流方向向上D.管内磁场方向由P指向Q【解析】选C。由题知,闭合开关时,螺线管Q端为S极,管内磁场方向由Q指向P,根据安培定则判断知,E为蓄电池的负极,电阻R中的电流方向向上,故C项正确。2.在如图所示的磁场中有一个垂直于磁场方向放置的闭合圆环,现在圆环的直径ab平行于导线ef,沿直径由a到b移动时,则磁场的变化情况是()A.变小 B.变大C.不变 D.先变小后变大【解析】选C。由图可知,圆环的直径ab平行于导线ef,沿直径由a到b移动时,磁场不变,故C正确。3.如图所示,通电螺线管中放入一小磁针,则通电后小磁针的N极指向及螺线管a端的极性分别为 ()A.小磁针的N极指向a端,a端为N极B.小磁针的N极指向a端,a端为S极C.小磁针的N极指向b端,a端为N极D.小磁针的N极指向b端,a端为S极【解析】选A。由安培定则可得,螺线管a端为N极,b端为S极,螺线管内部磁感线从S极指向N极,所以小磁针N极指向a端,故A正确。【补偿训练】如图所示,环形导线周围有三只小磁针a、b、c,闭合开关S后,三只小磁针N极的偏转方向是 ()A.全向里 B.全向外C.a向里,b、c向外 D.a、c向外,b向里【解析】选D。由安培定则可以判断环形导线内部磁场方向向里,外部磁场方向向外,a、c磁针的N极向外,b磁针的N极向里。2、磁感应强度磁通量一磁感应强度的含义1.磁感应强度由磁场本身决定,就像电场强度由电场本身决定一样,跟该位置放不放通电导线无关,因此不能根据公式B=说B与F成正比,与Il成反比。2.磁感应强度B的定义式也是其度量式,但用来测量的小段通电导线必须垂直放入磁场,如果小段通电导线平行放入磁场,则所受磁场力为零,但不能说该点的磁感应强度为零。3.磁感应强度是矢量,其方向为放入其中的小磁针静止时N极的指向。4.磁感应强度B与电场强度E的比较:比较项目磁感应强度(B)电场强度(E)定义比值定义法B=(条件:I⊥B)比值定义法E=物理意义反映磁场力的性质反映电场力的性质决定因素与磁场有关,与电流元无关与电场有关,与试探电荷无关方向(矢量)小磁针静止时N极的指向;叠加时遵从平行四边形定则带正电的试探电荷的受力方向;叠加时遵从平行四边形定则单位TN/C形象表示磁感线的疏密表示磁场的强弱、某点的切线方向表示磁感应强度方向电场线的疏密表示电场的强弱、某点的切线方向表示电场强度方向区别(1)正电荷所受电场力方向为电场强度方向,而电流所受磁场力方向并不是磁感应强度的方向。(2)电荷在电场中一定受力,而电流在磁场中不一定受力(电流与磁场方向平行时不受力)相同都是矢量,叠加时等于各分(电场)磁场的矢量和【思考·讨论】(1)图甲小磁针能定量反映磁场的强弱吗?提示:不能。因为N极不能单独存在。小磁针静止时所受的合力为零,因而不能用测量N极受力大小来确定磁感应强度的大小。(2)磁场对通电导线有力的作用,如图乙中能通过通电导线受力的大小来判断磁场的强弱吗?通过怎样的实验来验证这些猜想?提示:应用控制变量法,保持电流和通电导线的长度不变,判断导线受力的大小,可以判断磁场的强弱。(3)在磁场的同一位置,无论怎样改变I、l,F与Il的比值是变化的吗? (物理观念)提示:比值不变,而不同位置比值是不一样的,磁场越强,这个比值也就越大,这个比值不随通电导线电流和长度的改变而改变,因而它所反映的就是磁场本身的性质。【典例示范】匀强磁场中长2cm的通电导线垂直①于磁场时,当通过导线的电流为2A时,它受到的磁场力大小为4×10-3N,问:该处的磁感应强度B是多大②? 【审题关键】序号信息提取①导线与磁场方向垂直时磁感应强度最大。②磁感应强度是矢量,这里只计算大小。【解析】当磁场方向与导体垂直时磁感应强度最小,根据磁感应强度的定义B==T=0.1T答案:0.1T【规律方法】磁感应强度的影响因素磁场的磁感应强度只取决于磁场本身,与试探电流元无关,正如电场中的电场强度与检验电荷无关一样,是磁场本身的属性。【母题追问】1.在【典例示范】中若电流不变,导线长度减小到1cm,则它受磁场力F和该处的磁感应强度B各是多少?【解析】某处的磁感应强度由建立该磁场自身情况和该点的空间位置来决定,与检验通电直导线的电流大小、导线长短无关,因此B保持不变,即B=0.1T由F=BIL可知当通过导线的电流为2A时,F=BIL=0.1T×2A×0.01m=2×10-3N,答案:2×10-3N0.1T2.在【典例示范】中将导线放在匀强磁场中,受到的安培力为0.2N,则匀强磁场的磁感应强度的大小可能是 ()A.0.8TB.0.4TC.0.2T D.0.1T【解析】选A。长为0.2m的直导线中通入2A的电流,将导线放在匀强磁场中,受到的磁场力为0.2N,当磁场的方向与电流的方向垂直时,磁感应强度最小。B==T=0.5TB≥0.5T,故A正确,B、C、D错误。【补偿训练】1.下列关于磁感应强度大小的说法,正确的是 ()A.通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大B.通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大C.放在匀强磁场中各处的通电导线,受力大小和方向处处相同D.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关【解析】选D。磁场中某点磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定,与通电导线的受力及方向都无关,故选项A错误,选项D正确;通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关,而且与通电导线的取向有关,故选项B错误;虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等,但当导线在各个位置的方向不同时,磁场力是不相同的(导线与磁场垂直时所受磁场力最大,与磁场平行时所受磁场力为0),而选项C中没有说明导线在各个位置的取向是否相同,所以选项C错误。2.(多选)下列关于磁感应强度的方向的说法中,正确的是 ()A.某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向B.小磁针N极受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向C.垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向D.磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向【解析】选B、D。磁场中某点磁感应强度的方向表示该点磁场的方向,磁场方向也就是小磁针N极受力的方向。但电流受力的方向不代表磁感应强度和磁场的方向。二磁通量的计算1.磁通量Φ的定义:磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量,定义式为Φ=BS。(1)面积S是指闭合电路中包含磁场的那部分的有效面积。如图所示,若闭合电路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直,面积分别为S1和S2,且S1>S2,但磁场区域恰好只有ABCD区域那么大,则穿过两闭合电路的磁通量是相同的,即Φ=BS2。(2)如果面积S与磁感应强度B不垂直,可将磁感应强度B向着垂直于面积S的方向投影,也可以将面积S向着垂直于磁感应强度B的方向投影。当B∥S时,Φ=0;当B⊥S时,Φ最大。2.磁通量的方向:磁通量是标量,但有正负,若设初始时为正,则转过180°时为负。它的方向只表示磁感线是穿入还是穿出。当穿过某一面积的磁感线既有穿入的又有穿出的时,二者将互相抵消一部分,这类似于导体带电时的“净”电荷。3.磁通量的变化ΔΦ:由公式:Φ=BScosθ,θ为S与垂直于磁场的平面的夹角,磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式,主要有:(1)S、θ不变,B改变,这时ΔΦ=ΔBScosθ(2)B、θ不变,S改变,这时ΔΦ=ΔSBcosθ(3)B、S不变,θ改变,这时ΔΦ=BS(cosθ2-cosθ1)可见磁通量Φ是由B、S及它们间的夹角θ共同决定的,磁通量的变化情况应从这三个方面去考虑。【思考·讨论】情境一:磁场方向与平面垂直时。如图一情境二:磁场方向与平面不垂直时。如图二(1)如图一,在磁感应强度为B的匀强磁场中,当磁场方向与某一面积S垂直时,则穿过该面积的磁通量是多少?提示:磁场中穿过某一面积(S)的磁感线条数称穿过该面积的磁通量,即Φ=BS。(2)如果面积为S的平面与磁场方向不垂直时,则穿过该面积的磁通量是多少?提示:当平面与磁场方向的夹角变化时,穿过平面的磁感线条数也发生变化。穿过平面的磁感线条数与平面在垂直磁场方向上的投影面积穿过的磁感线条数相等,即Φ=BScosα。α为平面与垂直磁场方向的夹角。【典例示范】如图所示是等腰直角三棱柱,其中abcd面为正方形,边长为L,将它按图示方式放置于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,求通过dcfe面、abfe面和abcd面的磁通量大小。 【解析】已知abcd面为正方形,边长为L,abfe面与dcfe面垂直,与abcd面夹角为45°,则dcfe面的面积为L2,磁场方向与dcfe面垂直,由Φ=BScosθ得通过dcfe面的磁通量:Φ1=BL2磁场方向与abfe面平行,通过abfe面的磁通量:Φ2=0由abcd面为正方形,边长为L,则面积为L2,平面与磁场垂直平面的夹角为45°,通过abcd面的磁通量:Φ3=BL2答案:BL20BL2【素养训练】1.一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右,一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置,平面abcd与竖直方向成θ角。将abcd绕ad轴转180°角,则穿过线圈平面的磁通量变化量的大小为 ()A.0B.2BSC.2BScosθ D.2BSsinθ【解析】选C。初始位置,平面abcd的有效面积为与B垂直的竖直投影面积为Scosθ,其磁通量为BScosθ;将abcd绕ad轴转180°角后,其磁通量为-BScosθ,则穿过线圈平面的磁通量变化量的大小为ΔΦ=|Φ2-Φ1|=2BScosθ,故C正确。2.一球冠处于磁感应强度为B的匀强磁场中,如图所示,若球冠的底面大圆半径为r,磁场方向与球冠底面垂直,则穿过整个球冠的磁通量为多少?【解析】由图可知,球冠中的磁通量即为磁感应强度与球冠在垂直磁场方向上的投影面积;即为:S=πr2;故磁通量为Φ=Bπr2。答案:Bπr2【补偿训练】1.(多选)关于磁通量,下列叙述正确的是 ()A.穿过某一面的磁感线的条数越多,则穿过该面的磁通量越大B.穿过两个面的磁感线的条数相等,则穿过两个面的磁通量相等C.磁场中某处的磁感应强度等于穿过该处单位面积的磁通量D.磁场中某处的磁感应强度等于垂直穿过该处单位面积的磁通量【解析】选A、B、D。磁场中穿过某一面积的磁感线条数称穿过该面积的磁通量,故A、B正确;B=中,S是与B垂直的面积,故C错误,D正确。2.如图所示,a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内,当线圈a中有电流I通过时,穿过它们的磁通量分别为Φa、Φb、Φc,则 ()A.Φa<Φb<ΦcB.Φa>Φb>ΦcC.Φa<Φc<ΦbD.Φa>Φc>Φb【解析】选B。磁通量可以形象地理解为穿过回路的磁感线的条数;若该回路面积内有磁感线穿进和穿出两种情况,可把磁通量理解为穿过回路的净磁感线的条数。当a中有电流通过时,穿过a、b、c三个闭合线圈垂直纸面向里的磁感线条数一样多,向外的磁感线的条数c中最多,其次是b中,a中没有向外的磁感线,因此穿过闭合线圈的净磁感线条数a中最多,b中次之,c中最少,即Φa>Φb>Φc,故选项B正确。3、电磁感应现象及应用电磁感应产生的条件1.电磁感应:(1)电磁感应现象:当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有电流产生,这种现象称为电磁感应现象。(2)产生感应电流的条件①电路闭合;②磁通量变化。(3)电磁感应现象的实质:电路中产生感应电动势,如果电路闭合则有感应电流产生。(4)能量转化:发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为电能。2.常见的产生感应电流的三种情况:3.判断电磁感应现象是否发生的一般流程(1)确定研究的闭合回路;(2)弄清楚回路内的磁场分布,并确定该回路的磁通量Φ;(3)磁通量变化与感应电流的产生【思考·讨论】保持线框平面始终与磁感线垂直,图甲中线框在磁场中上下运动;图乙中线框在磁场中左右运动;如图丙所示,有一个线圈与一个灵敏电流计连成闭合电路,将一条形磁铁的一部分插入线圈中。(1)保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中上下运动(图甲)。线框中是否产生感应电流?提示:图甲中,线框在磁场中上下运动的过程中,导体没有切割磁感线,穿过线框的磁通量没有发生变化,所以无感应电流产生。(2)保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中左右运动(图乙),线框中是否产生感应电流?提示:图乙中,线框在磁场中左右运动的过程中,尽管导体切割磁感线,但是整个线框都处在磁场中,穿过线框的磁通量没发生变化,所以无感应电流产生。(3)条形磁铁向左右运动时(丙图),电流计的指针是否发生偏转?为什么?提示:发生偏转。闭合螺线管线圈中磁通量发生变化。(4)条形磁铁插入到线圈后停止运动(丙图),电流计的指针是否发生偏转?为什么?提示:不发生偏转。闭合螺线管线圈中磁通量没有变化。(5)某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时,回路一定无感应电流吗?提示:不一定,如果穿过闭合回路的磁通量正在变化,只是某一时刻磁通量为零,则回路中会产生感应电流。【典例示范】如图所示,一个U形金属导轨水平放置,其上放有一个金属导体棒ab,有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与竖直方向的夹角为θ。在下列各过程中,一定能在轨道回路里产生感应电流的是 ()A.ab向右运动,同时使θ减小B.使磁感应强度B减小,θ角同时也减小C.ab向左运动,同时增大磁感应强度BD.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)【解析】选A。设此时回路面积为S,据题意,磁通量Φ=BScosθ,S增大,θ减小,cosθ增大,则Φ增大,A正确;B减小,θ减小,cosθ增大,Φ可能不变,B错误;S减小,B增大,Φ可能不变,C错误;S增大,B增大,θ增大,cosθ减小,Φ可能不变,D错误。【规律方法】判断有无感应电流产生的方法判断有无感应电流产生,关键是抓住两个条件:(1)电路是否为闭合回路;(2)穿过电路本身的磁通量是否发生变化。【素养训练】1.如选项图所示的条件下,闭合矩形线圈能产生感应电流的是()【解析】选D。A.因为线圈平面平行于磁感线,在以OO′为轴转动的过程中,线圈平面始终与磁感线平行,穿过线圈的磁通量始终为零,所以无感应电流产生,A错误;B.线圈平面也与磁感线平行,穿过线圈的磁通量为零,竖直向上运动过程中,线圈平面始终与磁感线平行,磁通量始终为零,故无感应电流产生,B选项错误;C.尽管线圈在转动,但B与S都不变,B又垂直于S,所以Φ=BS始终不变,线圈中无感应电流,C项错误;D.图示状态Φ=0,当转过90°时Φ=BS,所以转动过程中穿过线圈的磁通量在不断地变化,因此转动过程中线圈中产生感应电流,D选项正确。2.(多选)如图所示,1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上,A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路,B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路。通过多次实验,法拉第终于总结出产生感应电流的条件,关于该实验下列说法正确的是()A.闭合开关S的瞬间,电流表G中有感应电流B.闭合开关S的瞬间,电流表G中无感应电流C.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中有感应电流D.闭合开关S后,滑动变阻器移动到最右端,电流表G中有稳定的感应电流【解析】选B、C。闭合S的瞬间,穿过B的磁通量没有变化,G中无感应电流,A错误,B正确;当闭合S后,若R增大,则A中电流减小,则A中磁场减小,穿过B的磁通量发生变化,C正确;闭合开关S后,滑动变阻器移动到最右端时,电路电流达到最大值,此后电流稳定不变,磁场也稳定不变,则穿过B的磁通量不发生变化,则D错误。【补偿训练】1.(多选)如图所示,开始时矩形线圈与磁场垂直,且一半在匀强磁场中,另一半在匀强磁场外,若要使线圈中产生感应电流,下列方法中可行的是()A.将线圈向左平移一小段距离B.将线圈向上平移C.以AB边为轴转动(小于60°)D.以AD边为轴转动(小于90°)【解析】选A、C、D。线圈左右移动时,线圈在匀强磁场中的面积发生变化,磁通量变化,故有感应电流产生,上下移动线圈时,B与S均未发生变化,线圈内磁通量不变,故无感应电流产生。若以AB边为轴转动,B与S的夹角发生变化,同样以AD边为轴转动时,B与S的夹角发生变化引起磁通量的变化,产生感应电流,故选项A、C、D正确。2.(多选)在匀强磁场中有两条平行的金属导轨,磁场方向与导轨平面垂直;导轨上有两条可沿导轨自由移动的导体棒ab、cd,这两个导体棒的运动速度分别为v1、v2,如图所示,则下列四种情况,ab棒中有感应电流通过的是()A.v1>v2 B.v1<v2C.v1≠v2 D.v1=v2【解析】选A、B、C。题中导轨位于匀强磁场中,只要满足v1≠v2,回路的面积发生变化,从而磁通量发生变化,回路中就有感应电流产生,故A、B、C正确。4、电磁波的发现及应用一电磁波的性质1.麦克斯韦电磁场理论:(1)变化的磁场周围会产生电场:麦克斯韦提出,在变化的磁场周围会激发出一种电场,不管有无闭合电路,变化的磁场激发的电场总是存在的,如图所示:(2)变化的电场周围会产生磁场:麦克斯韦从场的观点得出,即使没有电流存在,只要空间某处的电场发生变化,就会在其周围产生磁场。(3)对麦克斯韦电磁场理论的理解:恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场2.电磁波的性质:(1)电磁波是横波,在传播方向上,任意一点的E和B都随时间周期性变化,E和B彼此垂直,且与电磁波的传播方向垂直。如图(2)电磁场中储存电磁能,电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。(3)任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度,即c=3.0×108m/s,电磁波传播虽然不需要介质,但在其他介质中的速度都比在真空中的小。(4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。(5)光也是一种电磁波,电磁波在真空中的传播速度与光速c相同。【思考·讨论】(1)观察上面两幅图,变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗?提示:变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的;而静电场中的电场线是不闭合的。(2)变化的磁场一定能产生电磁波吗?为什么?提示:不一定,均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场,不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场,如果变化的磁场能产生变化的电场,变化的电场又能产生变化的磁场,才能在周围空间产生电磁波。【典例示范】根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是 ()A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场【解题探究】(1)恒定电场(磁场)能产生磁场(电场)吗?提示:不能。(2)均匀变化电场(磁场)能产生什么样磁场(电场)?提示:均匀变化电场(磁场)能产生恒定磁场(电场)。(3)非均匀变化电场(磁场)产生怎样变化的磁场(电场)?提示:非均匀变化电场(磁场)产生变化磁场(电场)。(4)周期性变化电场(磁场)产生什么样的磁场(电场)?提示:周期性变化电场(磁场)产生周期性变化的磁场(电场)。【解析】选D。根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,只有D项正确。【素养训练】1.(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场,下图是表示变化的场产生的另外的场),正确的是()【解析】选B、C。A图中的上图磁场是稳定的,由麦克斯韦的电磁场理论可知,其周围空间不会产生电场,A图中的下图是与其不对应的;B图中的上图是均匀变化的电场,应该产生稳定的磁场,下图的磁场是稳定的,所以B图正确;C图中的上图是周期性变化的磁场,它能产生同频率周期性变化的电场,且相位相差,C图是正确的;D图的上图是周期性变化的电场,在其周围空间产生周期性变化的磁场,但是下图中的图像与上图相比较,相位相差π,故D图错误。所以只有B、C两图正确。2.关于电磁波,下列说法正确的是 ()A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波C.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输D.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失【解析】选B。电磁波在真空中的传播速度都相同,与电磁波的频率无关,故A错误。根据麦克斯韦电磁理论,B正确。电磁波传递信号可以实现无线通信,电磁波也能通过电缆、光缆传输,故C错误。发射电路的电磁振荡停止了,只是不能产生新的电磁波,但已发出的电磁波不会立即消失,还要继续传播,故D错误。【补偿训练】1.关于电磁场和电磁波,下列说法中正确的是 ()A.电磁波是纵波B.静止的电荷放在变化的磁场中不会受到力的作用C.当电磁波在空间中传播时,能量也随着一起传播D.电磁波的传播速度与介质无关【解析】选C。电磁波是变化的电场和磁场交替出现产生的。电场、磁场的传播方向相互垂直,因此电磁波是横波,故选项A错;变化的磁场产生电场,电场对电荷有力的作用,故选项B错;电磁波传播过程中,遇到导体能产生感应电流,说明电磁波在传播过程中也传播能量,故C正确;电磁波传播的速度与介质有关,在不同介质中传播的速度不同,故选项D错。2.下列关于电磁波的说法,正确的是 ()A.只要电场和磁场发生变化,就能产生电磁波B.电磁波传播需要介质C.停止发射电磁波,发射出去的电磁波仍能独立存在D.电磁波的应用之一是电磁起重机【解析】选C。对电磁波的产生机制及传播途径要搞清,如果电场(或磁场)是均匀变化的,产生的磁场(或电场)是恒定的,就不能产生新的电场(或磁场),也就不能产生电磁波。电磁波不同于机械波,它的传播不需要介质,故A、B错,C对;电磁起重机利用的是电流的磁效应,故D错。二电磁波谱的性质1.电磁波谱:按电磁波的波长或频率大小的顺序把他们排列成谱。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射线)、γ射线等合起来,便构成了范围非常广阔的电磁波谱。2.各种不同的电磁波既有共性,又有个性:(1)共性:它们在本质上都是电磁波,它们的行为服从相同的规律,都满足公式v=fλ,它们在真空中的传播速度都是c=3.0×108m/s,它们的传播都不需要介质,各波段之间的区别并没有绝对的意义。(2)个性:不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性。3.电磁波谱及其应用:波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线特性波动性强热作用产生视觉荧光效应穿透能力强穿透能力强应用通讯广播、导航等加热理疗照明照相杀菌消毒、医疗等工业探伤、医学透视工业探伤、医学治疗【思考·讨论】1.无线电波的波长范围如何?无线电波有何应用?提示:波长大于1mm。无线电波可应用于广播、电视、天体物理研究。2.红外线有何特点?提示:红外线具有热效应,任何物体都能辐射红外线,温度越高,红外辐射越强。3.X射线和γ射线的波长有何特点?提示:波长比紫外线更短,频率比紫外线更大。【典例示范】微波炉的工作应用了一种电磁波——微波(微波的频率为2.45×109Hz)。食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动,内能增加,温度升高,食物增加的能量是微波给它的。下表是某微波炉的部分技术参数,问: (1)该微波炉内磁控管产生的微波波长是多少?(2)该微波炉在使用微波挡工作时的额定电流是多少?(3)如果做一道菜,使用微波挡需要正常工作30min,则做这道菜需消耗多少电能?【解析】(1)微波炉的波长为λ==m≈0.12m。(2)微波挡工作时的额定电流为I==A=5A(3)消耗的电能ΔE=W=Pt=1100×1800J=1.98×106J。答案:(1)0.12m(2)5A(3)1.98×106J【素养训练】1.(多选)下列说法正确的是 ()A.红外线易穿透云层,故广泛应用于遥感技术领域B.医院用X光进行透视,是因为它是各种电磁波中穿透能力最强的C.阳光可以晒黑皮肤,主要是阳光中红外线的作用D.电取暖器利用了红外线的热作用【解析】选A、D。红外线衍射明显,选项A正确;γ射线穿透能力最强,选项B错误;阳光晒黑皮肤是紫外线的作用,选项C错误;红外线有显著的热作用,选项D正确。2.我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星,它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1～10m范围内,则对该无线电波的判断正确的是 ()A.米波的频率比厘米波频率高B.和声波一样需靠介质传播C.同光波一样会发生反射现象D.雷达发射的无线电波只传递信息不传递能量【解析】选C。据c=λf得f=,故波长越长,频率越低,选项A错误;无线电波属于电磁波,传播不需要介质,选项B错误;反射是波所特有的现象,选项C正确,雷达发射的无线电波传递信息也传递能量,选项D错误。【补偿训练】1.如果在微波炉中放一个鸡蛋,先被加热的是 ()A.炉内空气B.蛋壳C.蛋黄 D.同时被加热【解析】选C。微波炉就是用电子元件激发出频率相当高的交替电磁场,相当于微波,处于电磁场中的导体(蛋黄)产生涡流,电磁能转化成内能,所以蛋黄先热。2.下列哪种现象是由于所产生的电磁波引起的 ()A.用室内天线接收微弱信号时,人走过时电视画面会发生变化B.在夜晚用电高峰时,有部分地区白炽灯变暗发红,日光灯不容易启动C.把半导体收音机放在开着的日光灯附近会听到噪声D.在边远地区用手机通话时,会发生信号中断的情况【解析】选C。电视信号由于人走过而发生变化是由于人对信号的干扰,A错误;电灯变暗是由于电压在输电线上损失过多,B错误;日光灯在工作时,其镇流器会发出微弱的电磁波,C正确;手机通话效果不好是由于信号弱的原因,D错误。5、能量量子化一热辐射的特点1.一般物体与黑体的比较:热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关,与材料的种类及表面状况有关既吸收又反射,其能力与材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波,不反射2.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。3.辐射强度与波长关系图像:4.电磁理论对黑体辐射理论解释遇到的困难:当波长趋于零时,辐射强度变为无穷大,在物理学中称它为“紫外灾难”。电磁理论解释黑体辐射的实验规律遇到了严重的困难。【思考·讨论】(1)一般材料的物体和黑体辐射电磁波的情况有什么不同呢?提示:一般材料的物体辐射电磁波的情况除与温度有关,还与材料的种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。(2)只有高温时才可以发生热辐射吗?提示:热辐射不一定要高温,任何温度的物体都发出一定的热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。【典例示范】(多选)黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知 ()A.随温度升高,各种波长的辐射强度都增加B.随温度降低,各种波长的辐射强度都增加C.随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.随温度降低,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动【解析】选A、C、D。由题图可知,随温度升高,各种波长的辐射强度都增加,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,当温度降低时,上述变化都将反过来,故A、C、D正确,B错误。【素养训练】1.(多选)关于对热辐射的认识,下列说法正确的 ()A.温度越高,物体辐射的电磁波越强B.冷的物体只吸收电磁波C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关,与材料的种类及表面状况无关D.常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色【解析】选A、D。一切物体都在不停地向外辐射电磁波,且温度越高,辐射的电磁波越强,A正确,B错误;选项C是黑体辐射的特性,C错误;常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色,D正确。2.关于黑体及黑体辐射,下列说法正确的是 ()A.黑体是真实存在的B.普朗克引入能量子的概念,得出黑体辐射的强度按波长分布的公式,与实验符合得非常好,并由此开创了物理学的新纪元C.随着温度升高黑体辐射的各波长的强度有些会增强,有些会减弱D.黑体辐射无任何实验依据【解析】选B。黑体并不是真实存在的,故A错误;普朗克引入能量子的概念,得出黑体辐射的强度按波长分布的公式,与实验符合得非常好,并由此开创了物理学的新纪元,故B正确;随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加,故C错误;黑体辐射是有实验依据的,故D错误。【补偿训练】对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是 ()A.温度B.材料C.表面状况D.以上都正确【解析】选A。对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是温度,A正确,B、C、D错误。二能量子和能级1.能量子:(1)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,带电微粒辐射或吸收能量时也是以这个能量值为单