专题02+电磁感应初步+动量守恒定律（期末知识）高二物理上学期粤教版

专题02电磁感应初步动量守恒定律考点要求课标要求电磁感应初步1能列举磁现象在生产生活中的应用。了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。关注与磁相关的现代技术发展。2通过实验，认识磁场。了解磁感应强度，会用磁感线描述磁场。体会物理模型在探索自然规律中的作用。3知道磁通量。通过实验，了解电磁感应现象，了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。4通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。5通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。6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。动量1理解冲量和动量。通过理论推导和实验，理解动量定理和动量守恒定律，能用其解释生产生活中的有关现象。知道动量守恒定律的普适性。2通过实验，了解弹性碰撞和非弹性碰撞的特点。定量分析一维碰撞问题并能解释生产生活中的弹性碰撞和非弹性碰撞现象。3体会用守恒定律分析物理问题的方法，体会自然界的和谐与统一。电磁感应及动量是必考内容。主要包括以磁场、磁感应强度、电磁感应现象、动量定理、动量守恒定律等基础知识。因此在备考中，应熟记相关知识，熟悉基础知识的应用。本专题中相关考点考查的频率都比较高。本专题考查题型有：选择题、实验题和解答题等。判断电路中是否产生感应电流的思路“五步法”解决多物体多过程问题应用动量定理定性分析有关现象的方法根据动量定理FΔt＝p′－p＝Δp可知：①Δp一定，Δt短则F大，Δt长则F小；②F一定，Δt短则Δp小，Δt长则Δp大；③Δt一定，F小则Δp小，F大则Δp大。流体类问题模型特点及求解思路流体及其特点通常液体流、气体流等被广义地视为“流体”，特点是质量具有连续性，题目中通常给出密度ρ作为已知条件分析步骤1建立“柱体”模型，沿流速v的方向选取一段柱形流体，其横截面积为S2用微元法研究，作用时间Δt内的一段柱形流体的长度Δl＝vΔt，对应的质量为Δm＝ρV＝ρSΔl＝ρSvΔt3建立方程，应用动量定理研究这段柱形流体磁场1．磁场(1)来源：磁体周围和电流周围都存在磁场，一切电和磁相互作用都是通过磁场来实现的。(2)方向：物理学中规定，在磁场中某一点小磁针静止时N极所受磁力的方向，就是该点磁场的方向。(3)磁场是客观存在的：磁场与电场类似，都是客观存在的物质。2．对磁场性质的理解基本性质对放入其中的磁体或通电导体产生力的作用客观性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(比喻)磁体与磁体之间、磁体与通电导线之间、通电导线与通电导线之间通过磁场发生相互作用方向性自由小磁针静止时，N极的指向即为该处的磁场方向，或小磁针N极的受力方向即为该处磁场方向3．电场与磁场的比较比较项目电场磁场不同点产生电荷磁体、通电导线、运动电荷基本性质对放入其中的电荷有静电力的作用对放入其中的磁极、通电导线、运动电荷有磁场力的作用相同点磁场和电场都是不依赖于人的感觉而客观存在的特殊物质，具有能量注意：所有与磁现象有关的相互作用，都是通过磁场发生的，可与电荷间的相互作用相类比，如图所示。磁感线1．磁感线(1)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。(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱。提醒：(1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的一簇有方向的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。(2)没有磁感线的地方，并不表示就没有磁场的存在；通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线。2．常见永磁体的磁场3．磁感线的特点(1)磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地方表示磁场越弱。(2)磁提醒上每一点的切线方向就是该点的磁场方向。(3)磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，在磁体外部由N极到S极，在磁体内部由S极到N极。(4)磁感线在空间不能相交，不能相切，也不能中断。4．磁感线与电场线的比较比较项目磁感线电场线相同点意义为了形象地描述磁场的方向和强弱而假想的线为了形象地描述电场的方向和强弱而假想的线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(磁体内部S→N，外部N→S)始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处，不闭合的曲线安培定则1．三种常见的电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管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2．对安培定则的理解环形电流磁场方向的判定方法是直线电流磁场方向判定方法的延伸和归纳，只需把环形电流等分为无数段直线电流。同理，通电螺线管的磁场亦是如此。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)保持磁场中导线长度不变，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：通电直导线与磁场方向垂直时，它受力的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(1)定义：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。(2)公式：B＝FIl(3)单位：国际单位是特斯拉，简称特，国际符号是T，1T＝1NA4．对磁感应强度的理解(1)B＝FIl是磁感应强度的定义式，用比值法定义的，B与F、I、l(2)导线在磁场中的放置方向不同，所受磁场力也不相同。当通电导线与磁场方向平行时，通电导线受力为零，所以我们不能根据通电导线受力为零来判定磁感应强度B的大小为零。(3)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”。5．磁感应强度B的方向通电导线所受磁场力的方向不是磁感应强度方向。(1)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。(2)小磁针静止时N极所指的方向。(3)小磁针N极受力的方向。6．磁感应强度与电场强度的比较项目磁感应强度B电场强度E物理意义描述磁场的性质描述电场的性质定义式共同点都是用比值的形式定义的特点B＝FIl，通电导线与B垂直，B与F、I、l无关E与F、qE＝F标矢性矢量方向小磁针N极受力的方向正电荷受力的方向匀强磁场与磁通量1．匀强磁场(1)定义：如果磁场中各点的磁感应强度的大小相等、方向相同，这个磁场叫作匀强磁场。(2)特点：磁感线是间隔相等的平行直线。(3)实例：①距离很近的两个平行放置的异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，可以认为是匀强磁场，如图所示。②两个平行放置较近的线圈通电时，其中间区域的磁场近似为匀强磁场，如图所示。2．磁通量的计算(1)匀强磁场中磁场与平面垂直，Φ＝BS。(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。(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1。但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。电磁感应1．电磁感应(1)电磁感应现象：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导体电路闭合；②闭合回路中磁通量变化。(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：Φ4.电磁感应现象的应用电磁感应现象在生产生活中的应用非常广泛，如磁悬浮列车、发电机、变压器、手机的无线充电技术、感应焊接、电感器、电磁炉、电视、手机和收音机等的信号收发、感应磁卡的信号传输等。下面以其中几个应用为例具体说明。应用实例原理图说明发电机线框在磁场中匀速转动，穿过线框的磁通量周期性变化，产生大小、方向周期性变化的电流话筒声音使膜片振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永久磁体的磁场中切割磁感线，从而形成微弱的电流，再经过放大电路将输入信号放大后输出金属探测器探测器中有一个通有大小和方向都变化的电流的发射线圈，当发射线圈周围有金属物时，金属物中会产生环状电流，环状电流的磁场反过来影响接收线圈中的电流，使探测器报警电磁炉陶瓷板下面的线圈接入大小和方向都变化的电流以后，会形成变化的磁场，铁锅、不锈钢锅的底部在变化的磁场中产生环状的感应电流，让锅底快速发热，实现对食物的加热电磁场电磁波1．麦克斯韦电磁场理论要点(1)变化的磁场在线圈中产生电场。这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。线圈只不过是用来显示电场的存在，变化的磁场同样在周围空间产生电场，跟闭合电路是否存在无关。(2)变化的电场产生磁场。变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。2．对麦克斯韦电磁场理论中“变化”的理解如何变化电场磁场恒定恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化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非均匀变化非均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场非均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场周期性变化周期性变化的电场产生同频率周期性变化的磁场周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场电磁波谱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，就是电磁波谱。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、短波可以用于广播及其他信号的传输。(2)微波可以用于卫星通信、电视等的信号传输。(3)红外线可以用来加热理疗。(4)可见光让我们看见这个世界，也可以用于通信。(5)紫外线可以消毒。(6)X射线可以用于诊断病情。(7)γ射线可以摧毁病变的细胞。6．电磁波是一种物质，而且具有能量。7．应用：生活中常用微波炉来加热食物，食物增加的能量是微波给它的。8．人们可以通过接入互联网的手机看电影、聊天、购物等，这些信息都是通过电磁波来传递的。9．电磁波的传输：可以通过有线传播，也可实现无线传播。热辐射1．热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波。这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。(2)特点：当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。2．黑体(1)定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。(2)特点：①黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波。②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。一般材料的物体，辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关。3．对黑体的理解黑体不一定是黑的，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。4．一般物体与黑体的比较项目热辐射特点吸收、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5．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。能量子1．普朗克的假设：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。2．能量子：不可再分的最小能量值ε叫作能量子。3．能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.626×10-34J·s。4．光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被叫作光子。动量及动量的变化量1．动量(1)定义：物体的质量和速度的乘积。(2)公式：p＝mv。(3)单位：千克米每秒，符号：kg·m/s。(4)矢量性：方向与速度的方向相同，运算遵守平行四边形定则。2．动量的变化量(1)动量的变化量公式：Δp＝p2－p1＝mv2－mv1＝mΔv。(2)矢量性：其方向与Δv的方向相同。(3)特例：如果物体在一条直线上运动，分析计算Δp以及判断Δp的方向时，可选定一个正方向，将矢量运算转化为代数运算。3．动量的性质(1)瞬时性：通常说物体的动量是物体在某一时刻或某一位置的动量，动量的大小可用p＝mv表示。(2)矢量性：动量的方向与物体的瞬时速度的方向相同。(3)相对性：因物体的速度与参考系的选取有关，故物体的动量也与参考系的选取有关。2．动量的变化量(1)动量的变化量是过程量，分析计算时，要明确是物体在哪一个过程的动量变化。(2)Δp＝p′－p是矢量式，Δp、p′、p间遵循平行四边形定则，如图所示。(3)Δp的计算①当p′、p在同一直线上时，可规定正方向，将矢量运算转化为代数运算；②当p′、p不在同一直线上时，应依据平行四边形定则运算。3．动量和动能的比较比较项动量动能物理意义描述机械运动状态的物理量定义式p＝mvEk＝12mv标矢性矢量标量换算关系p＝2mEk，E动量定理1．内容物体在一过程中所受力的冲量等于它在这个过程始末的动量变化量。2．公式I＝p′－p＝mv′－mv。3．牛顿第二定律的另一种表述物体所受合力等于物体动量的变化率，即F＝mv'4．对动量定理的理解(1)物理意义：合外力的冲量是动量变化的原因。(2)矢量性：合外力的冲量方向与物体动量变化量方向相同。(3)相等性：物体在时间Δt内所受合外力的冲量等于物体在这段时间Δt内动量的变化量。(4)独立性：某方向的冲量只改变该方向上物体的动量。(5)适用范围。①动量定理不仅适用于恒力，而且适用于随时间而变化的力。②对于变力，动量定理中的力F应理解为变力在作用时间内的平均值。③不仅适用于单个物体，而且也适用于物体系统。5．动量定理的应用(1)用动量定理解释现象。①物体的动量变化一定，力的作用时间越短，力就越大；力的作用时间越长，力就越小。②作用力一定，此时力的作用时间越长，物体的动量变化越大；力的作用时间越短，物体的动量变化越小。(2)应用I＝Δp求变力的冲量。(3)应用Δp＝F·Δt求恒力作用下的曲线运动中物体动量的变化量。动量守恒定律1．系统的内力与外力(1)系统：由两个(或多个)相互作用的物体构成的整体叫作一个力学系统，简称系统。(2)内力：系统中物体间的作用力。(3)外力：系统以外的物体施加给系统内物体的力。2．动量守恒定律(1)内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。(2)适用条件：系统不受外力或所受外力的矢量和为0。3．动量守恒定律的普适性动量守恒定律的适用范围：(1)低速、宏观物体系统领域。(2)高速(接近光速)、微观(小到分子、原子的尺度)领域。4．对系统“总动量保持不变”的理解(1)系统在整个过程中任意两个时刻的总动量都相等，不仅仅是初、末两个状态的总动量相等。(2)系统的总动量保持不变，但系统内每个物体的动量可能都在不断变化。(3)系统的总动量指系统内各物体动量的矢量和，总动量不变指的是系统的总动量的大小和方向都不变。5．动量守恒定律的成立条件(1)系统不受外力或所受合外力为0。(2)系统受外力作用，合外力也不为0，但合外力远远小于内力。这种情况严格地说只是动量近似守恒，但却是最常见的情况。(3)系统所受到的合外力不为0，但在某一方向上合外力为0，或在某一方向上外力远远小于内力，则系统在该方向上动量守恒。6．动量守恒定律不同表达式的含义(1)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′(或p＝p′)：表示相互作用的两个物体组成的系统，作用前的总动量等于作用后的总动量。(2)Δp1＝－Δp2：表示相互作用的两个物体组成的系统，其中一个物体的动量变化量与另一个物体的动量变化量一定大小相等、方向相反。(3)Δp＝0：表示系统总动量的变化量为零。弹性碰撞和非弹性碰撞1．碰撞的特点时间特点作用时间极短，相对物体运动的全过程可忽略受力特点在相互作用过程中，相互作用力先是急剧增大，然后急剧减小动量特点系统所受外力远小于内力，可认为系统的总动量守恒位移特点可忽略物体的位移，认为物体在碰撞前后在同一位置能量特点碰撞前的总动能总是大于或等于碰撞后的总动能，即碰撞后动能不会增加2．碰撞的分类(1)弹性碰撞：系统动量守恒，机械能守恒。(2)非弹性碰撞：系统动量守恒，机械能减少，损失的机械能转化为内能。(3)完全非弹性碰撞：系统动量守恒，碰撞后合为一体或具有相同的速度，机械能损失最大。3．碰撞问题遵循的“三个原则”(1)动量守恒：p1＋p2＝p1′＋p2′。(2)动能不增加：Ek1＋Ek2≥Ek1′＋Ek2′。(3)速度要合理①4．碰撞合理性的判断思路(1)对一个给定的碰撞，首先要看动量是否守恒，其次看总动能是否增加，同时注意碰前、碰后合理的速度关系。(2)要灵活运用Ek＝p22m或p＝2mEk，Ek＝12p反冲现象1．反冲运动的特点(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。(2)在反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理。(3)在反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总机械能增加。2．处理反冲运动应注意的问题(1)速度的方向。对于原来静止的整体，抛出部分与剩余部分的运动方向必然相反。在列动量守恒方程时，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向的速度应取负值。(2)相对速度问题。在反冲运动中，有时遇到的速度是两物体的相对速度。此类问题中应先将相对速度转换成对地的速度后，再列动量守恒定律方程。(3)变质量问题。如在火箭的运动过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象，取相互作用的这个过程来进行研究。动量守恒定律的验证1．实验原理质量分别为m1和m2的两小球A、B发生正碰，若碰撞前球A的速度为v1，球B静止，碰撞后的速度分别为v1′和v2′，根据动量守恒定律，应有：m1v1＝m1v1′＋m2v2′．可采用“探究平抛运动的特点”实验中测量平抛初速度的方法，设计实验装置如图所示．让入射球从同一位置静止释放，测出不发生碰撞时入射球飞出