专题10 电磁感应与电磁波初步（讲义）（原卷版）

3/3专题10电磁感应与电磁波初步目录目录学考要求速览必备知识梳理高频考点精讲考点一、磁场磁感线考点二、磁感应强度磁通量考点三、电磁感应考点四、电磁波能量量子化实战能力训练一、电磁感应电磁感应现象：了解电磁感应现象，知道当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就会产生感应电流。产生感应电流的条件：理解产生感应电流的条件，包括穿过闭合电路的磁通量发生变化，以及闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动。电磁感应现象的应用：了解电磁感应现象的应用，如发电机、变压器、电磁炉等都是根据电磁感应原理制造的。二、电磁波初步电磁场与电磁波：了解麦克斯韦的电磁场理论，知道变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场相互联系形成电磁场。理解周期性变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播形成电磁波，电磁波是横波，其传播不需要介质，在真空中不同频率的电磁波传播速度都等于光速。电磁波的发现：了解麦克斯韦对电磁波的预言以及赫兹对电磁波的证实，体会科学理论对实践的指导作用。电磁波谱：知道电磁波谱的概念，了解按电磁波的波长从长到短分布依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，以及它们的一些主要特点和应用。知识点1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。2．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，如图甲所示。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，如图乙所示。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，如图丙所示。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。知识点2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)。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。2．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。知识点3电磁感应现象及应用一、划时代的发现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2．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。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。知识点4电磁波的发现及应用一、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。知识点5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。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。3．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。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。考点精讲讲练考点一、磁场磁感线例1、通电长直导线周围的磁场可用磁感线描述，下列磁感线描述正确的是（）A． B．C． D．例2、某一区域的磁感线分布如图所示，M、N两点在同一条磁感线上，下列说法正确的是（

）A．M点的磁感应强度小于N点的磁感应强度B．两条磁感线之间的区域磁感应强度为0C．M点的切线方向就是该点的磁场方向D．M、N两点的磁场方向相同练习1、如图所示，a、c是通电螺线管轴线上的两点，b、d是通电螺线管中垂线上关于轴线对称的两点。下列说法正确的是（）A．a点磁感应强度最小B．c点磁感应强度最大C．b、d两点磁感应强度方向相反D．a、c两点磁感应强度方向相反练习2、我们赖以生存的地球是一个巨大的磁体，其磁场类似于条形磁铁的磁场。地磁北（N）极处于地理南极附近，地磁南（S）极处于地理北极附近。在地磁场中的不同位置摆放a、b、c、d四个小磁针，小磁针黑体部分为N极，如图所示。当小磁针静止时，N极指向正确的是（）A．a B．b C．c D．d考点二、磁感应强度磁通量例3、边长为L的正方形区域内部有磁感应强度为B的匀强磁场，将边长为2L的n匝正方形线框置于磁场外围，如图所示，则穿过线框的磁通量为（）A．BL2 B．nBL2 C．例4、在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面面积为S，则通过该平面的磁通量为（）A．BS B．B2S C．BS2 D．B2S2练习3、如图所示，匀强磁场方向沿x轴的正方向，且线段MN=DC，线段NC=EF=MD=NE=CF，通过面积SMNCD、SNEFC、SMEFD的磁通量分别为Φ1、ΦA．Φ1=Φ2 B．Φ1=Φ练习4、如图所示，正方形线框abcd位于纸面内，边长为L，线框的对称轴OO'恰好位于图示匀强磁场的右边界上，磁场磁感应强度为B。若线框由图示绕OOA．0 B．12BL2 C．考点三、电磁感应例5、如图所示，在匀强磁场中有一个闭合的金属线圈，下列哪种方式可使线圈中产生感应电流（）A．在磁场内垂直于磁场方向左右平移线圈 B．在磁场内垂直于磁场方向上下平移线圈C．在磁场内沿磁场方向平移线圈 D．在磁场内绕线圈某一边转动例6、如图所示，垂直于纸面的匀强磁场局限在虚线框内，一闭合导线框平面始终与磁场垂直，导线框在以下运动过程中可产生感应电流的是（）A．从位置1直线运动到位置2B．从位置1直线运动到位置3C．从位置3直线运动到位置4练习5、用图示装置探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件，实验时蹄形磁体保持静止，导体棒处在竖直向下的磁场中。下列操作中能使灵敏电流计的指针发生偏转的是（）A．磁铁不动，导体棒水平向左运动B．导体棒不动，磁铁竖直向上运动C．磁铁与导体棒一起向上运动D．磁铁与导体棒一起向右运动练习6、如图所示是研究电磁感应的实验电路图，下列操作中能够让电流计的指针偏转的是（）A．开关闭合后，将小螺线管A从大螺线管B中拔出B．开关断开后，将小螺线管A插入大螺线管B中C．开关闭合后，将小螺线管A保持在大螺线管B中不动D．开关断开后，将小螺线管A从大螺线管B中拔出考点四、电磁波能量量子化例7、下列说法中正确的是（）A．紫外验钞机是利用紫外线的荧光作用B．阳光可以晒黑皮肤，主要是阳光中红外线的作用C．常用的电视机遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机D．微波炉利用红外线的热效应快速加热食物例8、英国物理学家麦克斯韦推算出一个出人意料的结果：电磁波的速度等于光速！电磁波在空气中的传播速度近似等于3×108mA．1.52m B．3.01m C．2.56m D．1.09m练习7、在物理学发展的过程中，有许多伟大的科学家做出了突出贡献，下列叙述符合事实的是（）A．奥斯特首先发现了电磁感应现象B．麦克斯韦建立了电磁场理论，预言并通过实验证实了电磁波的存在C．法拉第提出了分子电流假说，成功揭示了磁现象来源于运动电荷这一本质D．普朗克把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的观念练习8、对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是（）A．温度低于0℃的物体不会辐射电磁波B．黑体不会辐射电磁波C．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律D．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍决定闭合电路中是否产生感应电流的是穿过这一电路的（）A．磁场 B．磁通量大小 C．磁通量是否变化 D．磁场方向在匀强磁场中，一根长为0.4m的通电直导线与磁场方向垂直，当导线中的电流为10A时，所受的磁场力为0.04N，该磁场磁感应强度的大小为（

）A．0.01T B．0.1T C．0.4T D．1T在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个面积为S的线圈与磁场垂直放置，穿过该线圈的磁通量为（）A．0 B．0.5BS C．BS D．2BS如图所示，在磁铁靠近闭合线圈的过程中，下列说法正确的是（）A．磁通量变小B．磁通量变大C．磁铁匀速靠近，不会产生感应电流D．磁铁加速靠近，不会产生感应电流如图所示，空间固定一根条形磁体，一个圆环从a位置移动到b位置，穿过圆环的磁通量（）A．始终为0 B．增大C．减小 D．先增大后减小如图所示，一矩形线框置于磁感应强度为B的匀强磁场中，线框平面与磁场方向平行，若线框的面积为S，当以线框上边为轴转过90°时通过线框的磁通量为（）A．0 B．BS C．3S2B 许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步，下列说法中正确的是（）A．安培发现了电流的磁效应B．伽利略以实验的方式，直接得到自由落体的规律C．开普勒首先总结了导体的电阻与其长度和横截面积的关系D．牛顿把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来，建立了万有引力定律如图所示，匀强磁场区域宽度为l，使一边长为d(d>l)的矩形线框以恒定速度v向右通过磁场区域，该过程中没有感应电流的时间为（

）A．dv B．2dv C．d−lv如图为条形磁铁周围的磁场分布，a、b、c、d四个点中磁场最强的点是（

）A．a点 B．b点 C．c点 D．d点在长直的塑料管的末端有铜制N匝线圈，用电流传感器连接线圈并连接好计算机。当强磁体从图中位置静止释放，则下列说法正确的是（）A．强磁铁下落的整个过程中始终不会出现感应电流B．强磁铁从P处进入会产生感应电流C．强磁铁从Q处离开不会产生感应电流D．强磁铁下落离开塑料管的过程中，机械能守恒指南针的广泛使用，促进了人们对地球磁场的认识。关于地磁场的下列说法正确的是（）A．地球赤道处无磁场 B．地球两极附近磁场最弱C．地理两极与地磁两极重合 D．指南针能够指向南北是因为地磁场的存在如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场中，有一面积为