新教材2021-2022学年高中物理鲁科版必修第三册课件：第5章

本章整合第5章2021内容索引0102知识网络体系构建重点难点归纳整合知识网络体系构建初识电磁场与电磁波

磁体或电流周围的一种物质

描述磁场强弱和方向的物理量

垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线的长度l的乘积之比

特斯拉,符号T小磁针静止时N极的指向

⑦磁感线上每点的切线方向表示该点的磁场方向,磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线密集的地方磁场强,磁感线稀疏的地方磁场弱

⑧用右手握住通电直导线,让伸直的拇指所指的方向与电流的方向一致,则四指弯曲的方向就是电流周围磁感线的环绕的方向⑨让右手弯曲四指与环形电流的方向一致,则伸直拇指所指的方向就是环形电流中心轴线处的磁感线方向初识电磁场与电磁波

磁感应强度B与垂直磁场的面积S的乘积Φ=BS

磁感应强度B又叫磁通密度,等于穿过垂直于磁感线的单位面积的磁通量

只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就会产生电流变化的磁场在周围空间激发出一种电场,变化的电场也能够产生磁场初识电磁场与电磁波

光的发射、传播和接收都是以一份份光子的形式进行的

物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍,即E=nε(n=1,2,3…)

物质辐射(或吸收)的一份最小能量,就是一个能量子。能量ε与频率ν成正比,即ε=hν重点难点归纳整合一安培定则的应用和磁场的叠加1.安培定则的“因”和“果”类别原因(电流方向)结果(磁场方向)直线电流的磁场大拇指弯曲的四指环形电流及通电螺线管的磁场弯曲的四指大拇指2.磁场的叠加(1)磁感应强度为矢量,合成与分解遵循平行四边形定则。(2)两个电流附近的磁场某处的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的。例1一束带电粒子沿水平方向匀速飞过小磁针上方时,磁针的N极向西偏转,这一束带电粒子可能是(

)A.向南飞行的正离子束 B.向南飞行的负离子束C.向西飞行的正离子束 D.向西飞行的负离子束解析

小磁针的N极向西偏转,说明磁场方向是向西的。则运动的带电粒子形成的电流方向向北。若为正电荷,则电荷向北飞行;若为负电荷,电荷向南飞行,B正确。答案

B变式训练1如图所示,M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点,O为半圆弧的圆心,∠MOP=60°,在M、N处各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图所示,这时O点的磁感应强度大小为B1。若将M处长直导线移至P处,则O点的磁感应强度大小为B2,那么B2与B1之比为(

)A.∶1 B.∶2C.1∶1 D.1∶2答案

B二磁通量1.定义在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向垂直的面积S和B的乘积。2.公式Φ=BS适用条件:(1)匀强磁场;(2)S为垂直磁场的有效面积。3.矢标性磁通量的正、负号不表示方向,磁通量是标量。例2如图所示,正方形线圈abcd位于纸面内,边长为L,匝数为N,过ab中点和cd中点的连线OO'恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上,磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为(

)答案

A变式训练2(2021山东济南检测)如图所示,同一平面内有两个同心放置的金属圆环,条形磁铁穿过圆心且与两环所在平面垂直,则通过两圆环的磁通量Φa、Φb间的关系是(

)A.Φa>Φb

B.Φa<ΦbC.Φa=Φb

D.不能确定解析

通过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的条数,首先明确条形磁铁的磁感线分布情况,另外要注意磁感线是闭合的曲线。条形磁铁的磁感线在磁体的内部是从S极到N极,在磁体的外部是从N极到S极,内部有多少根磁感线,外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线。对两个圆环,磁体内部的磁感线全部穿过圆环,外部的磁感线穿过多少,磁通量就抵消多少,所以圆环面积越大,磁通量反而越小,故A正确。答案

A三电磁感应现象的判断1.磁通量发生变化的三种常见情况(1)磁场强弱不变,回路面积改变;(2)回路面积不变,磁场强弱改变;(3)回路面积和磁场强弱均不变,但二者的夹角发生改变。2.判断电磁感应现象是否发生的一般流程

例3如下列选项所示,能产生感应电流的是(

)解析

A选项中线圈没闭合,无感应电流;B选项中磁通量增大,有感应电流;C选项中导线在圆环的正上方,不论电流如何变化,穿过线圈的磁通量恒为零,无感应电流;D选项中的磁通量恒定,无感应电流。故选B。答案

B变式训练3(2021湖南长沙检测)如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路,在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A,下列情况中铜环A中没有感应电流的是(

)A.线圈中通以恒定的电流B.通电时,使变阻器的滑片P做匀速移动C.通电时,使变阻器的滑片P做加速移动D.将开关突然断开的瞬间解析

线圈中通以恒定的电流时,线圈产生稳定的磁场,穿过铜环A的磁通量不变,没有感应电流产生;通电时,使变阻器的滑片P滑动时,变阻器接入电路的电阻变化,回路中电流变化,线圈产生的磁场变化,穿过铜环A磁通量变化,产生感应电流;将开关突然断开的瞬间,线圈产生的磁场从有到无,穿过铜环A的磁通量减小,产生感应电流,故选A。答案

A本课结束第1节磁场及其描述第5章2022内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.理解磁场和磁感应强度的概念,知道磁场是客观存在的物质及其基本特性。(物理观念)2.知道磁感线的特点和作用,能运用磁感线模型解决问题。(科学思维)3.熟悉几种电流周围磁感线的形状,熟练运用安培定则判断有关问题。(科学思维)4.了解我国古代在磁学方面的研究成果及其对人类文明的影响,能体会磁技术对人类生活和社会发展带来的影响。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、磁场

磁感应强度1.磁场(1)磁场:磁体或电流周围的空间存在一种特殊的物质。(2)基本性质:磁场能够对磁体产生力的作用。(3)磁场的方向:人们把磁场中某点小磁针静止时北极的指向规定为该点磁场的方向。(4)磁场的强弱:在磁场中的不同位置,其强弱不尽相同。例如,条形磁铁形成的磁场,在靠近北极(N极)和南极(S极)处较强,在靠近中间位置较弱。2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场强弱和方向的物理量。(2)定义:把垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线的长度l的乘积之比,称为磁感应强度,用B表示。②单位:在国际单位制中的单位是特斯拉,简称特,符号是T。1T=。③方向:磁场中某点磁感应强度的方向,即该点的磁场方向,也就是放在该点的小磁针静止时N极的指向。④叠加原理:磁感应强度是矢量,遵从叠加原理。即如果有几个磁场同时存在,它们的磁场就互相叠加,这时某点的磁感应强度就等于各个磁场单独存在时在该点磁感应强度的矢量和。二、磁感线1.磁感线(1)定义:在磁场中画出的一些有方向的假想曲线,曲线上任意一点的切线方向即该点的磁场方向。(2)特点①磁感线是闭合曲线,不会相交。②磁感线分布越密的地方,磁感应强度越大;磁感线分布越疏的地方,磁感应强度越小。2.匀强磁场(1)概念:在磁场的某个区域内,如果各点的磁感应强度的大小和方向都相同,这个区域的磁场称为匀强磁场。(2)磁感线形状:一组平行且等距的直线。三、电流的磁场1.通电直导线周围的磁场(1)磁感线形状:如图甲所示,以电流为中心的同心圆。(2)安培定则——判断方法用右手握住通电直导线,让伸直的拇指的方向与电流的方向一致,则四指弯曲的方向就是电流周围磁感线的环绕的方向。2.通电圆环周围的磁场(1)磁感线形状:如图甲所示,环绕环形电流的闭合曲线,在环形电流的中心轴上,磁感线与环形电流所在的平面垂直。(2)安培定则——判断方法让右手弯曲四指的方向与环形电流的方向一致,则伸直拇指所指的方向就是环形电流中心轴线处的磁感线方向。3.通电螺线管周围的磁场(1)磁感线形状:如图甲所示,通电螺线管外部的磁感线与条形磁铁的磁感线相似,其内部的磁感线与螺线管的轴线平行,并和外部的磁感线连接,形成闭合曲线。(2)安培定则——判断方法用右手握住螺线管,让弯曲四指所指的方向与电流的方向一致,则伸直拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向。想一想通电的螺线管相当于一个条形磁铁,一端是N极,另一端是S极,把一个小磁针放入螺线管内部,小磁针的N极指向螺线管的哪里?提示

指向螺线管的N极。小磁针N极的指向是N极受到磁场力的方向,N极受力的方向是该位置的磁感线的方向,在螺线管内部,磁感线方向由S极指向N极,所以小磁针的N极指向螺线管的N极。四、磁的应用及意义1.指南针与航海业的发展对磁技术的应用中,首屈一指的当数我国发明的指南针。指南针的发明开启了航海技术的革命,推动了航海事业的发展。2.磁与现代技术(1)磁悬浮列车有常导电磁铁吸引式和超导电磁铁相斥式两种。常导电磁铁吸引方式是在导体底部和两侧倒转向上的顶部安装磁铁,在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设作用板和感应钢板,使导轨钢板的吸引力与车辆重力平衡,从而使车体悬浮于轨道上运行;超导电磁铁相斥式是根据磁铁同极相斥的原理使车体悬浮。(2)核磁共振成像技术是磁在医学诊断方面的应用。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)磁场看不见,摸不着,因此磁场是人们假想的,实际并不存在。(

)解析

磁场和电场一样,是客观存在的一种物质。答案

×(2)磁体与磁体之间的作用是通过磁场发生的,通电导线与通电导线之间的作用是通过电场发生的。(

)解析

磁体与磁体之间的作用是通过磁场发生的,通电导线与通电导线之间的作用也是通过磁场发生的。答案

×(3)用铁屑可以演示磁体周围磁感线的分布,所以磁感线是客观存在的。(

)解析

磁感线是为了形象地描述磁场而引入的假想线,实际并不存在。答案

×(4)磁场中某点磁感应强度的方向与放在该点小磁针N极的指向一定相同。(

)解析

与放在该点小磁针静止时N极的指向一定相同。答案

×(5)环形电流的磁场相当于小磁针,通电螺线管的磁场相当于条形磁铁。(

)答案

√2.(多选)如图所示,一束带正电的粒子沿水平向右的方向飞过小磁针的上方(虚线所示),并与磁针指向平行,则(

)A.虚线上方的磁场方向为垂直纸面向外B.虚线下方的磁场方向为垂直纸面向外C.小磁针的N极转向为垂直纸面向外D.小磁针的N极转向为垂直纸面向里解析

带正电粒子向右运动,形成向右的电流,根据安培定则可知,虚线上方的磁场方向为垂直纸面向外,下方的磁场方向为垂直纸面向里,选项A对,B错;小磁针N向着磁场方向转动,即垂直纸面向里,选项D正确。答案

AD课堂篇探究学习探究一对磁感应强度的理解【情境探究】如图所示,三块相同的蹄形磁铁并列放在桌上,将一根直导线水平悬挂在磁铁的两极间,导线的方向与磁感应强度的方向垂直。可以通过控制电路中滑动变阻器来调节导线上的电流大小,分别接通“2、3”和“1、4”,可以改变导线通电部分的长度。(1)当电路接在“2、3”时,调节滑动变阻器使导线中电流增大时,可以观察到什么现象?说明了电流越大时,磁场对电流的作用力怎么变化?(2)把电路接在“2、3”时,观察导线摆动的角度,然后把电路改接在“1、4”,可以观察到什么现象?说明了在磁场中的通电导线越长时,磁场对电流的作用力怎么变化?(3)根据上述实验现象,通电直导线垂直放置在确定的磁场中受到的磁场力F与通过的电流强度I、导线长度L的关系分别是怎样的?写出关系式。(4)根据上面关系,思考应该如何定义磁感应强度。写出定义和定义式。要点提示

(1)电流越大,竖直导线的摆角越大,说明电流越大时,导线受力越大。(2)通电导线越长,竖直导线的摆角越大,说明通电导线越长,导线受力越大。(3)磁场力F与电流I和导线长度L成正比,关系式为F=BIL。(4)将通电导线垂直放入磁场,它受到的磁场力F与IL的比值叫磁感应强度,用公式表示为

。【知识归纳】磁感应强度的特点1.磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场,这时L应很短,IL称为“电流元”,相当于静电场中的“试探电荷”。2.磁感应强度是反映磁场强弱的物理量,它是用比值法定义的物理量,由磁场自身决定,与是否引入电流元、引入的电流元是否受力及受力大小无关。3.因为通电导线取不同方向时,其受力大小不相同,故在定义磁感应强度时,式中F是指通电直导线垂直磁场放置时受到的磁场力。4.磁感应强度是矢量,它的方向可以有以下几种表述方式:(1)小磁针静止时N极所指的方向,即N极受力的方向。(2)小磁针静止时S极所指的反方向,即S极受力的反方向。(3)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。5.磁感应强度的叠加规律:满足平行四边形定则。【实例引导】例1(多选)一段直导线长为1cm,通有5A的电流,把它置于磁场中的某点时,受到的磁场力为0.1N,则该点的磁感应强度B的值可能为(

)A.1T B.0.5T C.2T D.2.5T解析

当I与B垂直时,由

可解得B=2

T,但题中未说明I与B是否垂直,故B的值也可能大于2

T。答案

CD规律方法

正确理解比值定义法

变式训练1(2021福建龙岩检测)下列关于磁场的说法正确的是(

)A.磁场和电场一样,是客观存在的特殊物质B.磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的C.磁体与磁体之间是直接发生作用的D.磁场只能由磁体产生,电流不能产生磁场解析

磁场和电场都是客观存在的特殊物质,不是人为规定的,A对,B错;磁体与磁体之间是通过磁场发生相互作用的,C错;电流也能产生磁场,D错。答案

A探究二对磁感线的理解【情境探究】图甲表示条形磁铁的磁感线的分布情况,图乙表示通电螺线管的磁感线的分布情况,观察两幅图,请思考:从图中可以看出,通电螺线管的磁感线是闭合的,而条形磁铁的磁感线不闭合,这种判断对吗?要点提示

不对。不管是磁铁的磁场,还是电流的磁场,磁感线都是闭合的。

【知识归纳】1.磁感线的特点(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线,实际并不存在。(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱,密集处磁场强,稀疏处磁场弱。若相切,切点处B→∞,不可能,故磁感线不相切。(3)磁感线为闭合曲线:磁体外部从N极指向S极,磁体内部从S极指向N极。(4)磁感线上任一点的切线方向表示该点的磁场方向,在稳定磁场中,某点磁场方向唯一确定,所以磁感线不能相交。2.磁感线和电场线的区别与联系

比较项磁感线静电场的电场线相同点方向线上各点的切线方向就是该点的磁场方向线上各点的切线方向就是该点的电场方向疏密表示磁场强弱表示电场强弱特点在空间不相交、不相切、不中断除电荷处外,在空间不相交、不相切、不中断不同点闭合曲线始于正电荷或无穷远处,止于负电荷或无穷远处,不闭合的曲线要点笔记

电场线有开始点和终点,而磁感线是闭合曲线,没有起点和终点。

【实例引导】例2(多选)关于磁感线,下列说法中正确的是(

)A.磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致B.磁感线是磁场中客观存在的、肉眼看不见的曲线C.两条磁感线的空隙处不存在磁场,不同磁场形成的磁感线可以相交D.匀强磁场的磁感线是等间距的平行直线解析

磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向,A正确;磁感线是为了形象描述磁场而假想的曲线,可以用实验来模拟,但实际并不存在,B错误;磁感线的疏密反映磁场的强弱,但不表示空隙处不存在磁场,磁场是充满某个区域的;不同磁场源产生的磁场在某一区域叠加,磁感线描绘的是叠加后的合磁场,某处的磁感应强度是唯一的,磁感线不相交,C错误;匀强磁场的强弱和方向处处相同,其磁感线是等间距的平行直线,D正确。答案

AD规律方法

要正确地理解磁感线,并且可以和电场线作类比:比如都是人为引入的带有方向的曲线,可以通过疏密程度反映场的强弱,不能相交等,也有不同点,比如磁感线是闭合的曲线而电场线不闭合。变式训练2(多选)下列关于电场线和磁感线的说法正确的是(

)A.电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线B.磁场中两条磁感线一定不相交,但在复杂电场中的电场线是可以相交的C.电场线是一条不闭合曲线,而磁感线是一条闭合曲线D.电场线越密的地方,电场越强,磁感线越密的地方,磁场也越强解析

电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线,实际不存在,A错误;两种场线的切线方向均表示相应的场方向,两种场线都不会相交,B错误;电场线起始于正电荷或无限远、终止于负电荷或无限远,而磁感线在磁体外部由N极指向S极,在磁体内部由S极指向N极,组成闭合曲线,C正确;电场线越密,表示该处电场越强;磁感线越密,表示该处磁场越强,D正确。答案

CD探究三电流的磁场及安培定则【情境探究】根据安培假说的物理思想:磁场来源于运动电荷。如果用这种思想解释地球磁场的形成,认为地磁场是由于地球的自转所形成。那么由此推断,地球整体应该是带正电还是带负电?要点提示

因在地球的内部地磁场从地球北极指向地球的南极,根据右手螺旋定则可判断出地球表现环形电流的方向应从东到西,而地球是从西向东自转,所以只有地球表面带负电荷才能形成上述电流。综上所述,地球总体应该带负电。【知识归纳】1.常见永磁体的磁场(如图所示)2.三种常见的电流的磁场

【实例引导】例3电路未接通时三个小磁针方向如图所示,试确定电路接通后三个小磁针的转向及最后的指向(小磁针3在通电螺线管内部)。解析

接通电源后,螺线管内部的磁场从左指向右,外部从右指向左,如图所示,故小磁针1逆时针转动,小磁针3顺时针转动,小磁针2基本不动。答案

小磁针1逆时针转动,小磁针3顺时针转动,小磁针2基本不动规律方法

判断磁场方向的四种方法1.磁感线上某点的切线方向即为该点的磁场方向。2.小磁针静止时N极的指向即为该点的磁场方向。3.根据安培定则判断电流的磁场方向。4.磁体外部的磁场方向由N极指向S极,磁体内部的磁场方向由S极指向N极。变式训练3如图所示为磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈,在线圈中心处挂上一个小磁针,且与线圈在同一平面内,则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时(

)A.小磁针N极向里转B.小磁针N极向外转C.小磁针在纸面内向左摆动D.小磁针在纸面内向右摆动解析

由于线圈中电流沿顺时针方向,根据安培定则可以确定,线圈内部轴线上磁感线方向垂直于纸面向里。而小磁针N极受力方向和磁感线方向相同,故小磁针N极向里转。答案

A探究四磁场叠加问题【情境探究】三根完全相同的长直导线互相平行,它们的截面处于一个正方形abcd的三个顶点a、b、c处,导线中通有大小和方向都相同的电流,如图所示,已知每根通电导线在其周围产生的磁场的磁感应强度大小与距该导线的距离成反比,通电导线b在d处所产生的磁场的磁感应强度大小为B,则三根通电导线产生的磁场在d处的合磁感应强度大小为多少?【知识归纳】1.两个以上电流在空间产生磁场时,空间各处的磁感应强度是各电流单独产生磁场时磁感应强度的矢量和。2.求解电流磁场叠加问题时,先用安培定则判断各电流磁场的方向,再用平行四边形定则求磁感应强度的矢量和。【实例引导】例4如图所示,两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2,且I1>I2;a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点,且a、b、c与两导线共面;b点在两导线之间,b、d的连线与导线所在平面垂直。磁感应强度可能为零的点是(

)A.a点 B.b点

C.c点 D.d点解析

两电流在该点的合磁感应强度为0,说明两电流在该点的磁感应强度满足等大反向关系。根据安培定则可知,在两电流的同侧磁感应强度方向相反,则为a或c,又I1>I2,故该点距I1远,距I2近,应为c点,选项C正确;I1(或I2)在d点产生的磁感应强度B1(或B2)的方向与d和导线的连线垂直,如图所示,合磁感应强度不为0,选项D错误。答案

C变式训练4(多选)3条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线组成一等边三角形,在导线中通过的电流均为I,方向如图所示。a、b和c三点分别位于三角形的3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=B2<B3B.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向外,b和c处磁场方向垂直于纸面向里解析

本题考查磁场的叠加,由于通过3条导线的电流大小相等,结合安培定则可判断出3条导线在a、b处产生的合磁感应强度垂直纸面向外,在c处垂直纸面向里,且B1=B2<B3,故选项A、C正确。答案

AC

随堂检测1.下列关于磁场的说法中正确的是(

)A.磁体周围的磁场看不见、摸不着,所以磁场不是客观存在的B.将小磁针放在磁体附近,小磁针会发生偏转是因为受到磁场力的作用C.把磁体放在真空中,磁场就消失了D.当磁体周围撒上铁屑时才能形成磁场,不撒铁屑磁场就消失解析

磁场和电场一样具有物质性,是客观存在的,与有无铁屑及磁体所处环境均无关,故A、C、D错误,B正确。答案

B2.(多选)一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的下方,并与小磁针指向平行,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.向右飞行的正粒子束

B.向左飞行的正粒子束C.向右飞行的负粒子束

D.向左飞行的负粒子束解析

小磁针S极向纸内转,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粒子束或向左飞行的负粒子束。答案

AD3.匀强磁场中长为2cm的通电导线垂直磁场方向,当通过导线的电流为2A时,它受到的磁场力大小为4×10-3N;若电流不变,仅将导线长度减小到1cm,则它受到的磁场力F和该处的磁感应强度B分别是(

)A.2×10-3N,0.1T B.2×10-3N,0.05TC.4×10-3N,0.05T D.4×10-3

N,0.1T答案

A4.如图所示是医生用来取出病人吞下的金属物品的仪器。当仪器顶部接触金属物品时,医生将手控环内推,再拉出整条塑料管。(1)你能说出这种仪器的原理吗?(2)如果病人不慎吞下的是易拉罐拉环,那么可以用这种仪器取出来吗?(3)如果把活动永磁铁换成电磁铁,你认为是不是更实用呢?解析

(1)当仪器顶部接触金属物品时,将手控环内推,其上的活动永磁铁使固铁磁化,磁化后吸引铁磁性金属物品,然后拉出整条塑料管,即可把这种金属物品取出。(2)磁铁只能吸引铁磁性物质,易拉罐拉环一般是铝合金材料的,不是铁磁性物质,所以不能取出。(3)电磁铁的磁性强弱可以随电流的变化而变化,如果是误吞了比较重的铁磁性物体,可通过调节电流的大小使磁性增强,把它取出来,故使用电磁铁会更实用一些。答案

见解析本课结束第2节电磁感应现象及其应用第5章2022内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.知道磁通量,能用电磁感应说明电磁技术的一些应用。(物理观念)2.会通过分析推理进行磁通量的相关计算。(科学思维)3.通过实验了解电磁感应现象,了解产生感应电流的条件。(科学探究)4.能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、磁通量1.磁通量(1)定义:在匀强磁场中,磁感应强度B和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积,称为穿过这个平面的磁通量,简称磁通,用Φ表示。(2)定义式:Φ=BS。(3)单位:韦伯,简称韦,符号为Wb。1Wb=1T·m2。(4)理解:①垂直穿过单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度大小,因此穿过某个面的磁通量可理解为穿过该面的磁感线条数。②在匀强磁场中,如果面积为S的平面与磁场方向不垂直,则穿过S的磁感线条数和穿过S在垂直于磁感线方向上的投影Sn的磁感线条数相等。2.磁通密度:由上式得,这表示磁感应强度等于穿过垂直于磁感线的单位面积的磁通量,因此磁感应强度B又叫磁通密度,单位是Wb/m2。二、电磁感应现象1.探究感应电流产生的条件(1)实验观察①导体棒在磁场中运动实验装置实验操作回路中有无电流

导体棒静止或平行于磁感线运动无导体棒做切割磁感线运动有②磁铁在线圈中运动

实验装置实验操作线圈中有无电流

条形磁铁在线圈中插入或拔出时有条形磁铁在线圈中静止不动无③磁场与导体无相对运动

实验装置实验操作线圈中有无电流

开关S接通或断开有开关S闭合,改变滑动变阻器阻值有开关S一直闭合,且滑动变阻器触头位置不动无(2)归纳结论:尽管通过磁场产生电流的方式各不相同,但穿过闭合电路的磁通量都发生了变化。2.电磁感应闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象称为电磁感应,所产生的电流叫感应电流。3.通过磁场产生感应电流的条件:只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就会产生电流。三、电磁感应的应用1.磁可用来记录声音、影像等数字信息,还可用来记录其他信息。2.无线充电:利用电磁感应制成手机无线充电装置。3.动圈式话筒:话筒是把声音转化为电信号的装置。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)磁感应强度越大,线圈面积越大,则磁通量也越大。(

)解析

穿过闭合回路的磁通量大小取决于磁感应强度、回路所围面积以及两者夹角三个因素,即Φ=BScos

α,若磁感线与线圈平面平行,则磁通量为零。答案

×(2)将一平面置于匀强磁场中的任何位置,穿过该平面的磁通量总相等。(

)解析

磁通量Φ=BScos

α,取决于B、S和α,在B、S不变时,取决于α。答案

×(3)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生。(

)解析

产生感应电流的条件:一是闭合电路,二是磁通量变化。有磁通量而不变化,是不会产生感应电流的。答案

×(4)穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生。(

)解析

磁通量发生变化,而螺线管回路不闭合时,不会产生感应电流。答案

×(5)闭合电路的部分导体在磁场中运动就会产生感应电流。(

)解析

只有闭合电路的部分导体做切割磁感线的运动时,闭合回路中才会产生感应电流。答案

×2.如图所示,有一矩形闭合导体线圈,在范围足够大的匀强磁场中运动,下列图中能产生感应电流的是(

)解析

A图中线圈水平运动,磁通量始终为零不变,故无感应电流产生,选项A错误;B图中线圈水平运动,磁通量不变,故无感应电流产生,选项B错误;C图中线圈绕轴转动,磁通量始终为零不变,故无感应电流产生,选项C错误;D图中线圈绕轴转动,磁通量不断变化,故有感应电流产生,选项D正确。故选D。答案

D课堂篇探究学习探究一磁通量的理解与计算【情境探究】如图所示,一矩形线框从abcd位置移动到a'b'c'd'位置的过程中(线框平行于纸面移动),中间是一条电流向上的通电导线,请思考:(1)当线框靠近通电导线过程中,穿过它的磁通量怎样变化?(2)在移动过程中,当线框的一半恰好通过导线时,穿过线框的磁感线条数有何特点?此时的磁通量是多少?要点提示

(1)线框的面积不变,穿过的磁感线条数增多,磁通量增大。(2)当线框的一半恰好通过导线时,穿过线框垂直纸面向外的磁感线条数与垂直纸面向里的磁感线条数相同。此时的磁通量为零。【知识归纳】1.磁通量的计算(1)公式:Φ=BS。适用条件:①匀强磁场;②磁感线与平面垂直。(2)在匀强磁场B中,若磁感线与平面不垂直,公式Φ=BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。例如图中的S,则有Sn=Scosθ,Φ=BScosθ。2.磁通量的正、负(1)磁通量是标量,但有正、负,当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)若磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁通量为Φ1,反向磁通量为Φ2,则穿过该平面的磁通量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。(B、S相互垂直时)(2)当B变化,S不变时,ΔΦ=ΔB·S(B、S相互垂直时)。(3)B和S同时变化,则ΔΦ=Φ2-Φ1。4.与磁感应强度的联系(1)磁感应强度B主要描述磁场中某点的磁场情况,与位置对应;而磁通量用来描述磁场中某一个给定面上的磁场情况,它与给定面对应。(2)由Φ=BS得,即为磁感应强度的另一定义式,表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向的单位面积的磁通量。5.与磁感线条数的关系磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”,当有不同方向的磁感线同时穿过同一面积时,磁通量指的是合磁场的磁感线穿过其面积的条数,即此时的磁通量为合磁通量。【实例引导】例1如图所示,线圈平面与水平方向夹角θ=60°,磁感线竖直向下,线圈平面面积S=0.4m2,匀强磁场磁感应强度B=0.6T,则:(1)穿过线圈的磁通量Φ为多少?把线圈以cd为轴顺时针转过120°角,则通过线圈磁通量的变化量为多少?(2)若θ=90°,穿过线圈的磁通量为多少?当θ为多大时,穿过线圈的磁通量最大?解析

(1)线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥=Scos

60°=0.4×

m2=0.2

m2穿过线圈的磁通量Φ1=BS⊥=0.6×0.2

Wb=0.12

Wb。线圈以cd为轴顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直,但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反,故此时通过线圈的磁通量Φ2=-BS=-0.6×0.4

Wb=-0.24

Wb。故磁通量的变化量ΔΦ=|Φ2-Φ1|=|-0.24-0.12|

Wb=0.36

Wb。(2)θ=90°时,线圈在垂直磁场方向上的投影面积S⊥=0,据Φ=BS⊥知,此时穿过线圈的磁通量为零。当θ=0°时,线圈平面与磁场垂直,此时S⊥=S穿过线圈的磁通量最大。答案

(1)0.12Wb

0.36Wb

(2)0

θ=0°变式训练1如图所示,半径为R的圆线圈共有n匝,其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场,磁场方向垂直线圈平面,若磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为(

)A.πBR2

B.πBr2

C.nπBR2

D.nπBr2解析

Φ=BS中S是与磁场垂直的有效面积,所以Φ=πBr2。答案

B探究二探究产生感应电流的条件【情境探究】如图所示,原线圈(小螺线管)接电源、开关和滑动变阻器,副线圈(大螺线管)接电流表,按照表中实验操作进行实验,观察有无感应电流产生,完成下表。实验操作实验现象(线圈B中有无电流)分析论证开关闭合瞬间①

线圈B中磁场⑤

时,线圈B中有感应电流;磁场⑥

时,线圈B中无感应电流

开关断开瞬间②

开关保持闭合,滑动变阻器滑片不动③

开关保持闭合,迅速移动滑动变阻器的滑片④

有

有

无有

变化不变【知识归纳】1.产生感应电流的条件的理解(1)不论什么情况,只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件,就必然产生感应电流。(2)只要产生了感应电流,那么电路一定是闭合的,穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。(3)磁通量变化ΔΦ与磁通量Φ意义不同,大小也没有必然的联系。感应电流的产生与Φ无关,只取决于Φ的变化,即与ΔΦ有关。2.穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下四种情况

B不变、S变例:闭合电路的一部分导体切割磁感线时B变、S不变例:线圈与条形磁铁发生相对运动时B和S都变注意:此时可由ΔΦ=Φt-Φ0计算并判断磁通量是否变化B和S大小都不变,但二者之间的夹角变例:线圈在匀强磁场中转动时3.感应电流有无的判断流程

【实例引导】例2在如下所示的各图中,闭合线框中能产生感应电流的是(

)A.甲和乙

B.甲和丙

C.乙和丁

D.丙和丁解析

甲中磁通量周期性变化,乙中磁通量减小,丙中磁通量为0且不变,丁中磁通量始终不变,故能产生感应电流的是甲和乙,A正确。答案

A规律方法

判断是否产生感应电流的技巧(1)电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件,二者缺一不可。(2)磁通量发生变化,其主要内涵体现在“变化”上,磁通量很大,若没有变化,也不会产生感应电流,开始磁通量虽然是零,但是变化的,仍然可以产生感应电流。(3)产生感应电流的实质是其他形式的能转化为电能。变式训练2(多选)如图所示,下列情况能产生感应电流的是(

)A.如图甲所示,导体棒AB顺着磁感线运动B.如图乙所示,条形磁铁插入或拔出线圈时C.如图丙所示,小螺线管A插入大螺线管B中不动,开关S一直接通时D.如图丙所示,小螺线管A插入大螺线管B中不动,开关S一直接通,当改变滑动变阻器的阻值时解析

A中导体棒顺着磁感线运动,穿过闭合电路的磁通量没有发生变化,无感应电流,故选项A错误;B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加,拔出线圈时线圈中的磁通量减少,都有感应电流,故选项B正确;C中开关S一直接通,电路中为恒定电流,螺线管A产生的磁场稳定,螺线管B中的磁通量无变化,线圈中不产生感应电流,故选项C错误;D中开关S接通,滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化,螺线管A的磁场发生变化,螺线管B中磁通量发生变化,线圈中产生感应电流,故选项D正确。答案

BD

随堂检测1.在如图所示磁场中,S1、S2、S3为三个面积相同的相互平行的线圈,穿过S1、S2、S3的磁通量分别为Φ1、Φ2、Φ3且都不为0。下列判断正确的是(

)A.Φ1最大

B.Φ2最大C.Φ3最大

D.Φ1、Φ2、Φ3相等解析

磁通量表示穿过一个闭合电路的磁感线条数的多少,从题图中可看出穿过S1的磁感线条数最多,穿过S3的磁感线条数最少,所以Φ1>Φ2>Φ3。答案

A2.(多选)如图所示,竖直放置的长直导线通有恒定电流,有一矩形线框与导线在同一平面内,在下列情况中线框产生感应电流的是(

)A.导线中的电流变大B.线框向右平动C.线框向下平动D.线框以AB边为轴转动答案

ABD3.(多选)如图所示,处在匀强磁场中的线圈怎样运动或变化,线圈中才能产生感应电流(

)A.把线圈从磁场中拉出B.以线圈的任意直径为轴转动C.用力拉线圈的四周使其面积发生变化D.线圈沿自身所在的平面在磁场区域内做加速运动解析

题中的磁场为有界的匀强磁场,把线圈从磁场中拉出,改变的是磁场中线圈的有效面积,磁通量改变产生感应电流;以线圈的任意直径为轴转动,改变的是线圈平面与磁场方向间的夹角,磁通量改变产生感应电流;线圈面积变化时,磁通量变化,产生感应电流;线圈沿自身所在的平面做加速运动,在离开磁场前,穿过线圈的磁感线条数不发生变化,即磁通量不变,不产生感应电流,选项A、B、C正确,D错误。答案

ABC4.下列物理现象属于电磁感应的是(

)A.通电导线周围产生磁场B.录音机录制声音时使电流信号录入磁带C.磁带经过录音机的磁头时,还原出电流信号D.电流经过导体时导体发热解析

导线通电后能产生磁场,是电流的磁效应现象,不是电磁感应现象,故A错误;录音机使电流信号录入磁带,是电流的磁效应,不是电磁感应现象,故B错误;磁带经过录音机的磁头时,还原出电流信号,线圈在磁场中磁通量变化,导致电路中产生感应电流,是电磁感应现象,故C正确;电流经过导体时导体发热,这是电流的热效应,不是电磁感应现象,故D错误。答案

C本课结束第3节初识电磁波及其应用第4节初识光量子与量子世界第5章2022内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.了解电磁波,知道电磁场的物质性。(物理观念)2.了解电磁波的应用与防护,能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响,能理性讨论电磁污染及其防护的问题,能意识到物理研究与应用会涉及道德与规范问题。(科学态度与责任)3.知道光是一种电磁波,知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征。(物理观念)4.能体会人类对自然界的认识是不断发展的。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、初识电磁波及其应用1.麦克斯韦电磁场理论:英国物理学家麦克斯韦提出,变化的磁场在周围空间激发出一种电场,变化的电场也能够产生磁场。2.电磁场:周期性变化的磁场周围会产生周期性变化的电场,周期性变化的电场周围也会产生周期性变化的磁场。变化的电场和变化的磁场相互联系在一起,就会在空间形成一个统一的,不可分割的电磁场。3.电磁波(1)产生:如图所示,在空间交替变化的电磁场传播出去就形成电磁波。电磁场传播示意图(2)验证:1888年,德国物理学家赫兹通过实验证实了电磁波的存在。(3)特点:传播速度与真空中的光速相同。(4)应用:①收音机、电视机、发报机、手机等通过电磁波实现了声音、图像的传播。②雷达利用发射、接收电磁波检测飞行器、船只等远距离物体的位置。③卫星通信利用地球同步卫星传递微波通信信号。④射电望远镜利用接收宇宙中发射出的电磁波信号来探测宇宙天体。(5)电磁污染及防护①电磁污染:干扰通信系统、电视信号,过量的电磁辐射对人的心脏、血液和眼睛等都有很大的危害。②电磁防护:从物理学的角度看,可以从电磁波源,电磁波的传播途径及受辐射的人三个方面进行防护。例如,减小电磁波的发射功率,通过电缆或光缆传送电磁信号,屏蔽电磁波源,穿防护衣、戴防护头盔和防护眼镜等。二、初识光量子与量子世界1.光的量子化(1)光的微粒说和光的波动说:①牛顿认为,光是从光源射出的具有高速度的粒子流,光的微粒说可以解释光的反射、光的颜色等;②荷兰物理学家惠更斯认为光是一种波,光的波动说可解释干涉、衍射、偏振等现象。(2)光量子假说:爱因斯坦在解释光电效应时受普朗克量子假说的启发提出了光量子假说,认为光的发射、传播和接收都是以一份份光子的形式进行的。后来光量子正式命名为光子。(3)光的本质:光既具有波动特性,又具有粒子特性,即具有波粒二象性。2.初识量子世界(1)普朗克的量子假说:量子假说认为物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍,即E=nε(n=1,2,3,…)。(2)能量子及其能量:①物质辐射(或吸收)的一份最小能量,就是一个能量子。②能量子的能量ε与频率ν成正比,即ε=hν,公式中h是普朗克常量,h=6.626×10-34J·s。(3)量子化和量子:一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,那么该物理量是量子化的,并把这个最小的基本单位称为量子。(4)量子世界的量子化:在宏观领域,量子化通常可以忽略;在微观世界里,量子化则是显著的。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)光是一种电磁波。(

)答案

√(2)稳定的电场产生稳定的磁场。(

)解析

稳定的电场不产生磁场。答案

×(3)电磁波可以在介质中传播,也可以在真空中传播。(

)答案

√(4)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。(

)答案

√2.手机是现代人们最常用的通信工具之一,手机间通话和收发信息是利用(

)A.电磁波传送

B.超声波传送C.光纤传送

D.次声波传送解析

手机相当于一个小型电磁波发射台,又相当于一个接收台,捕捉空中的电磁波,使用户接收到对方送来的信息。选项A正确。答案

A课堂篇探究学习探究一对麦克斯韦电磁场理论的理解【情境探究】如图所示是赫兹实验的装置示意图,请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题?要点提示

实验演示了电磁波的发射和接收,验证了麦克斯韦电磁场理论。

【知识归纳】1.电磁场的产生如果在空间某处有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场,这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。2.对麦克斯韦电磁场理论的理解

要点笔记

变化的磁场周围产生电场,与是否有闭合电路存在无关。

磁生电电生磁恒定的磁场不产生电场恒定的电场不产生磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场【实例引导】例1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析

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,只有选项D正确。答案

D归纳总结理解麦克斯韦的电磁场理论的关键掌握四个关键词:“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”。这些都是对时间来说的,是时间的函数。变式训练1如图所示的四种电场中,哪一种能产生电磁波(

)解析

由麦克斯韦电磁场理论,当空间出现恒定的电场时(如A图),由于它不激发磁场,故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场时(如B、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出电场,故也不会产生电磁波;只有周期性变化的电场(如D图),才会激发出周期性变化的磁场,周期性变化的磁场又激发出周期性变化的电场……如此周而复始,便会形成电磁波。答案

D探究二光量子与量子世界【情境探究】普朗克的能量量子化的观点与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同?要点提示

宏观世界中我们认为能量是连续变化的,普朗克的“能量子”观点则认为能量是一份一份的,每一份是一个最小能量单位,即能量不是连续的。宏观世界中我们认为能量是连续变化的是因为每一个能量子的能量都很小,宏观变化中有大量的能量子,就可以看作是连续的。而研究微观粒子时,单个的能量子能量就显示出不连续性。【知识归纳】1.普朗克量子假说:物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍,即E=nε(n=1,2,3,…)。一份能量就是一个能量子。2.能量子公式:能量子的能量ε与频率ν成正比