(共38张PPT)
第一节 磁现象与磁场
第六章
2022
内容索引
01
02
课前篇 自主预习
课堂篇 探究学习
学习目标
1.了解磁现象,知道磁场的本质.(物理观念)
2.知道磁感线的定义,记住几种特殊磁场的磁感线分布.(物理观念)
3.会用安培定则判断电流的磁场方向.(科学思维)
4.知道安培分子电流假说的内容,了解地磁场.(物理观念)
思维导图
课前篇 自主预习
【必备知识】
一、磁现象 磁场
1.磁相互作用:磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间,都存在着相互作用,统称为磁相互作用.
2.磁相互作用是通过磁场发生的,磁场是客观存在的物质,磁体和电流周围都存在磁场,磁场对置于其中的其他磁体或电流施加作用力.
想一想南北方向的直导线放置在小磁针上方,给直导线通电.观察实验现象.
(1)导线通电后观察到什么现象
(2)实验现象说明了什么问题
提示 (1)导线通电后发现小磁针转动了.
(2)实验现象说明了通电导线周围存在磁场,磁场对小磁针有力的作用.
二、磁感线
1.定义:在磁场中画出一些有方向的曲线,在这些曲线上,每一点的切线方向都与该点的磁场方向一致.
2.特点:磁感线的疏密程度表示磁场强弱,磁场越强的地方磁感线越密,磁场越弱的地方磁感线越疏.在磁体或通电螺线管的外部,磁感线从北极(N极)出发回到南极(S极),在内部的磁感线由S极指向N极,形成闭合的曲线.磁感线不是真实存在的,是假想出来的一种曲线.
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.
三、安培分子电流假说
1.分子电流假说:在原子、分子等物质微粒的内部都存在一种环形电流——分子电流,分子电流使每个物质分子都成为一个微小的磁体.
2.安培的假说能很好地解释磁化和去磁.
四、地磁场
1.地磁场:地球由于本身具有磁性而在周围形成的磁场叫作地磁场.地球磁体的N极位于地理南极附近,地球磁体的S极位于地理北极附近.
2.磁偏角:地磁极与地理极并不重合,它们之间的夹角被称为磁偏角.
【自我检测】
1.判断正误,判断结果为错误的小题请说明原因.
(1)电流可以产生磁场.( )
答案 √
(2)磁场的基本性质是对置于其中的其他磁体或电流有力的作用.( )
答案 √
(3)磁感线可以用细铁屑来显示,因而是真实存在的.( )
解析 磁感线实际不存在.
答案 ×
(4)地理的南北极与地磁的南北极并不重合,地磁的北极在地理北极附近.( )
解析 地磁的北极在地理南极附近.
答案 ×
2.如图所示,水平直导线ab通有向右的电流I后,置于导线正下方原来静止的小磁针的S极将( )
A.向纸外偏转
B.向纸内偏转
C.在纸面内顺时针转过180°
D.不动
解析 通电直导线在其下方产生垂直纸面向里的磁场,在磁场力的作用下,小磁针N极向纸内偏转、S极向纸外偏转,A项正确.
答案 A
课堂篇 探究学习
探究一
对磁场的理解
【问题情境】
指南针是我国古代四大发明之一,它对促进人类航海事业的发展产生了巨大的影响,你知道指南针为什么指南吗
要点提示 地球是个大磁体,它对指南针有力的作用.
【知识归纳】
1.磁场的存在:磁体的周围、电流的周围都存在磁场.
2.磁场的客观性:磁场虽然看不见、摸不着,不是由分子、原子组成的,但却是客观存在的.场和实物是物质存在的两种形式.
3.磁场的基本性质:对放入其中的磁体或电流有力的作用.磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的.
4.磁场的方向性:有方向.处在磁场中能够自由转动的小磁针,静止时N极的指向,即小磁针N极的受力方向就是该处的磁场方向.
要点笔记磁体和电流周围的磁场是同一种性质的场,具有相同的特点和基本性质.
【典例剖析】
例1(多选)关于磁铁、电流间的相互作用,下列说法正确的是( )
A.甲图中,电流不产生磁场,电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的
B.乙图中,磁体对通电导线的力是通过磁体的磁场发生的
C.丙图中,电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的
D.丙图中,电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的
解析 甲图中,电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的;乙图中,磁体对通电导线力的作用是通过磁体的磁场发生的;丙图中,电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的.综上所述,选项B、C正确.
答案 BC
变式训练 1下列关于磁场的说法正确的是( )
A.磁场和电场都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
常见磁场及安培定则的应用
【问题情境】
如图所示的通电螺线管内部有一小磁针,关于其内部小磁针静止时N极的指向,甲认为“螺线管的右端相当于N极,故小磁针静止时右端为S极”,乙认为“由于螺线管内部磁感线方向由左向右,小磁针静止时N极指向与磁场方向相同,故右端是N极”,你认为谁的看法正确
要点提示 乙的看法正确.小磁针静止时N极的指向与磁场方向相同.
【知识归纳】
1.磁感线的特点
磁感线是描述磁场的工具,是理想模型
(1)磁感线是为了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,密集的地方磁场强,稀疏的地方磁场弱.
(3)磁感线在磁体外部从N极指向S极,在磁体内部从S极指向N极.
(4)磁感线不相交.
(5)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向.
2.常见永磁体的磁场
3.三种常见的电流的磁场
比较项 直线电流 环形电流 通电螺线管
说明 磁感线是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 磁感线越向外越稀疏 内部可视为匀强磁场,方向由S极指向N极,外部类似条形磁铁,由N极指向S极
要点笔记(1)磁场是分布在立体空间的.
(2)也可以根据磁场的方向判断电流的方向.
(3)判定直线电流时,四指所指的方向是导线之外磁场的方向;判定环形电流和通电螺线管时,拇指的指向是线圈轴线上磁场的方向.
(4)环形电流相当于小磁针,通电螺线管相当于条形磁铁.
【典例剖析】
例2(多选)如图所示,螺线管中通有电流,如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针,其中a在螺线管内部,则( )
A.放在a处的小磁针的N极向左
B.放在b处的小磁针的N极向右
C.放在c处的小磁针的S极向右
D.放在a处的小磁针的N极向右
解析 通电螺线管的磁场如图所示,右端为N极,左端为S极,在a点磁场方向向右,则小磁针在a点时,N极向右,A项错误,D项正确;在b点磁场方向向右,则小磁针在b点时,N极向右,B项正确;在c点,磁场方向向右,则小磁针在c点时,N极向右,S极向左,C项错误.
答案 BD
规律方法 (1)通电螺线管的磁场分布与条形磁铁相似.
(2)小磁针的N极受力的方向即为磁场的方向.
变式训练 2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 开关闭合后,环形电流中存在顺时针方向的电流,环内磁场方向向里,环外磁场方向向外.磁场的方向就是小磁针静止时N极的指向,所以小磁针b向里偏转,小磁针a、c向外偏转.
答案 D
随堂训练
1.通电导线使附近的小磁针发生偏转的实验说明了( )
A.磁场可以产生电流
B.磁场的方向性
C.电流可以产生磁场
D.磁体间有相互作用
解析 通电导线使附近的小磁针发生偏转的实验说明电流周围存在磁场,即电流可以产生磁场,故C正确.
答案 C
2.对磁感线的认识,下列说法正确的是( )
A.磁感线总是从磁体的N极出发,终止于磁体的S极
B.磁感线上某点的切线方向与放在该点小磁针S极的受力方向相同
C.磁感线的疏密可以反映磁场的相对强弱
D.磁感线是磁场中客观存在的线
解析 磁感线在磁体的外部是从N极到S极,在磁体内部是从S极到N极,形成闭合曲线,A错误;磁感线上某点的切线方向与放在该点小磁针N极的受力方向相同,B错误;磁感线是人们假想出来的,现实中不存在,磁感线越密,磁场越强,磁感线越疏,磁场越弱,C正确,D错误.
答案 C
3.下列四幅图为电流产生的磁场分布图,其中正确的是( )
A.①③
B.②③
C.①④
D.②④
解析 根据直线电流产生的磁场方向,可知①正确,②错误.③和④为环形电流,让弯曲的四指指向电流的方向,可判断出③正确,④错误.故A正确.
答案 A
4.(多选)如图所示是云层之间闪电的模拟图,图中A、B是带有电荷的两块阴雨云模型,在放电的过程中,两模型之间形成了一个放电通道,位于通道正上方的小磁针N极转向纸里,S极转向纸外,则关于A、B的带电情况,下列说法正确的是( )
A.带同种电荷 B.带异种电荷
C.B带正电荷 D.A带正电荷
解析 由小磁针N极转向纸里,可知该点磁场方向向里,所以A、B间存在由A向B的电流,由此可知A带正电荷,B带负电荷,选项B、D正确.
答案 BD
5.为了解释地球的磁性,科学家假设:地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的.在下列四个图中,正确表示假设中环形电流方向的是( )
解析 地磁场的磁感线是从地理的南极附近出来,进入地理的北极附近,可知B正确,A、C、D错误.
答案 B(共36张PPT)
第五节 量子化现象
第六章
2022
内容索引
01
02
课前篇 自主预习
课堂篇 探究学习
学习目标
1.知道光子假说及对光电效应的解释.(物理观念)
2.知道光的波粒二象性.(物理观念)
3.知道玻尔理论.(物理观念)
思维导图
课前篇 自主预习
【必备知识】
一、光是一种电磁波
光与电磁波的物理本质是一致的,光是一种电磁波,它通过电场和磁场的相互激发可以在真空中传播.物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在,并且证明了电磁波和光一样具有反射、折射、干涉和衍射等性质.
二、能量子假说
1.能量子
能量的发射和吸收不是连续的,而是一份一份地进行.每一份的能量等于hν,称为能量子.
2.能量子公式
ε=hν,ν是电磁波的频率,h是一个常量,叫作普朗克常量.实验测得h=6.63×10-34 J·s.
三、光子假说
1.光电效应定义
当光照射在金属上时,有时会有电子从金属表面逸出的现象.
2.光电子
光电效应中逸出的电子被称为光电子.
3.光电效应的实验规律
用不同频率的光去照射阴极时,发现光的频率越高,光电子动能越大,频率低于某一数值时,不论光的强度多大,都不能产生光电子.
4.爱因斯坦的光子说
(1)内容
当光和物质相互作用时,光的能量不是连续的,而是一份一份光量子.这些光量子后来被称为光子,光子的能量与它的频率成正比.
(2)光子能量
公式为ε=hν,其中ν指光的频率.
(3)解释:当光照射到金属表面上时,能量为 hν 的光子被电子所吸收.电子把这些能量中的一部分用来脱离金属表面,另一部分是电子离开金属表面时的动能.如果光子的能量大于电子脱离金属表面所需的能量,则电子脱离金属表面产生光电子,且光的强度越大,光子的数量越多,则产生的光电子也越多.否则,无论光的强度多大,都无法产生光电子.
四、光的波粒二象性
1.我们把光的这种既具有波动性,又具有粒子性的性质称为光的波粒二象性.
2.概率波:概率大的地方落下的光子多,形成亮纹;概率小的地方落下的光子少,形成暗纹.
五、原子结构的玻尔理论
1.氢原子中电子轨道量子化假说:电子轨道半径是量子化的,电子只能在某些特定的轨道上运动;电子在不同的轨道上具有不同的能量,这些量子化的能量值称为能级;只有当电子在不同轨道之间跃迁时,才辐射光子.
2.局限性:成功解释了氢原子的稳定性和氢原子光谱的分立特征,但是这一理论由于没有彻底挣脱经典物理学理论的束缚,其本身仍存在不可克服的缺点.
【自我检测】
1.判断正误,判断结果为错误的小题请说明原因.
(1)普朗克认为能量是量子化的.( )
答案 √
(2)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 √
(3)玻尔理论能成功地解释氢原子光谱.( )
答案 √
(4)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关.( )
解析 能否发生光电效应与光的强弱无关.
答案 ×
(5)入射光若能使某金属发生光电效应,则入射光的强度越大,照射出的光电子越多.( )
答案 √
2.已知某种单色光的波长为λ,在真空中光速为c,普朗克常量为h,则电磁波辐射的能量子ε的值为( )
答案 A
课堂篇 探究学习
探究一
对光电效应现象的理解
【问题情境】
当我们走到有自动门的处所时,传感器探测到我们的到来,门就会自动打开.这种传感器可以对光进行响应,当光的强度变化时,传感器产生的电流大小将发生改变,你知道其中的道理吗
要点提示 这种传感器代表了光电效应的一种应用,光照在金属上时电子从金属中逸出,光的强度变化,电流大小改变.
【知识归纳】
1.光子与光电子
光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,其本质是电子,光照射金属是因,产生光电子是果.
2.光子的能量与入射光的强度
光子的能量为ε=hν(ν为光子的频率),其大小由光的频率决定.入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量.
要点笔记能否发生光电效应与光的强度无关,但发生光电效应后,光电子的数量与光的强度有关.
【典例剖析】
例1(多选)一束绿光照射某金属发生了光电效应,已知紫光的频率大于绿光,则下列说法正确的是( )
A.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子数增加
B.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子数减少
C.若改用紫光照射,则不会发生光电效应
D.若改用紫光照射,则依然会发生光电效应
解析 光电效应的规律表明,入射光的频率决定着是否发生光电效应,当能发生光电效应时,照射光的强度增加,会使单位时间内逸出的光电子数增加,又知紫光频率高于绿光,故正确的选项有A、D.
答案 AD
变式训练 1某单色光照射某金属时不能发生光电效应,则下述措施中可能使该金属发生光电效应的是( )
A.延长光照时间
B.增大光的强度
C.换用频率较高的光照射
D.换用频率较低的光照射
解析 光照射金属时能否发生光电效应,取决于入射光的频率,与入射光的强度和照射时间无关,所以选项C正确.
答案 C
探究二
光的波粒二象性
【问题情境】
光的本性到底是什么呢 你是如何理解的
要点提示 光具有波粒二象性.光既具有粒子性又具有波动性,粒子性和波动性都是光的属性.
【知识归纳】
【典例剖析】
例2有关光的本性,下列说法正确的是( )
A.波动性和粒子性是不相容的
B.光有时只有波动性,有时只有粒子性
C.大量光子才具有波动性,少量光子只具有粒子性
D.光既具有波动性,又具有粒子性,无法只用其中一种去说明光的一切行为
解析 光既具有波动性,又具有粒子性,波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现,是同一客体的两个不同侧面、不同属性,我们无法用其中的一种去说明光的一切行为,只有选项D正确.
答案 D
规律方法 (1)光既有波动性又有粒子性.
(2)光表现为波动性时,只是光的波动性显著,粒子性不显著而已.
(3)光表现为粒子性时,只是光的粒子性显著,波动性不显著而已.
变式训练 2(多选)对光的认识,下列说法中正确的是( )
A.光可以表现出粒子性
B.光的波动性是光的一种本质属性
C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了
D.光表现出粒子性时,就不具有波动性了
解析 光可以表现出粒子性,也可以表现出波动性,光的波动性与粒子性都是光的本质属性,光的波动性表现明显时仍具有粒子性,粒子性表现明显时仍具有波动性,故正确的选项有A、B.
答案 AB
探究三
玻尔理论的主要物理思想
【问题情境】
电子在核外运动时轨道是以螺旋线的形式慢慢改变的吗
要点提示 不是.
【知识归纳】
1.轨道量子化
电子轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值.
2.能量量子化
电子在特定的轨道上运动时,尽管是变速运动,但它并不释放能量,原子是稳定的,电子在不同的轨道上具有不同的能量,原子中这些具有确定能量的稳定状态称为定态.
3.跃迁
电子从一个轨道到另一个轨道,不是以螺旋线的形式慢慢改变半径大小的,而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上.这种现象叫作电子的跃迁.原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,高能级
Em 低能级En.
【典例剖析】
例3一个氢原子中的电子从一个高能级的轨道直接跃迁至另一低能级的轨道,则在此过程中( )
A.原子要辐射某一频率的电子
B.原子要吸收某一频率的电子
C.原子要吸收某一频率的光子
D.原子要辐射某一频率的光子
解析 因为是从高能级向低能级跃迁,所以应辐射光子,故D正确.
答案 D
规律方法 解决玻尔理论问题的关键
(1)电子绕核做圆周运动时,不向外辐射能量.
(2)原子辐射的能量与电子绕核运动无关,只由跃迁前后的两个能级差决定.
变式训练 3(多选)根据玻尔理论,以下说法正确的是( )
A.电子绕核运动有加速度,就要向外辐射电磁波
B.处于定态的原子,其电子做变速运动,但它并不向外辐射能量
C.原子内电子的特定轨道是不连续的
D.原子能级跃迁时,放出或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差
解析 根据玻尔理论,电子绕核运动有加速度,但并不向外辐射能量,也不会向外辐射电磁波,故选项A错误,选项B正确;根据玻尔理论,电子绕核运动的特定轨道是不连续的,选项C正确;原子在发生能级跃迁时,要放出或吸收一定频率的光子,光子能量取决于两个轨道的能量差,故选项D正确.
答案 BCD
随堂训练
1.(多选)关于对普朗克能量子假说的认识,下列说法正确的是( )
A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假说与现实世界相矛盾,因而是错误的
解析 普朗克能量子假说认为,带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍,故A错误,B正确;能量子与电磁波的频率成正比,故C正确;能量子假说反映的是微观世界的特征,不同于宏观世界,并不是与现实世界相矛盾,故D错误.
答案 BC
2.硅光电池利用光电效应将光能转化为电能.若有N个频率为ν的光子打在硅光电池极板上,这些光子的总能量为(h为普朗克常量)( )
A.hν B. Nhν
C.Nhν D.2Nhν
解析 光子能量与频率有关,一个光子能量为ε=hν,N个光子能量为Nhν,故C正确.
答案 C
3.下列关于光电效应现象的表述中,错误的是( )
A.光电效应是指照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象
B.入射光的频率低于某一数值时不能发生光电效应
C.入射光的强度太弱时不能发生光电效应
D.光电效应几乎是瞬时发生的
解析 光电效应是指照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象,选项A正确,不符合题意;当入射光的频率低于某一数值时不能发生光电效应,选项B正确,不符合题意;能否发生光电效应与入射光的强度无关,只与光的频率有关,选项C错误,符合题意;光电效应几乎是瞬时发生的,不需要时间积累,选项D正确,不符合题意.
答案 C
4.人眼对绿光最为敏感,某研究表明,人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时,只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉.普朗克常量为6.63×10-34 J·s,光速为3.0×108 m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )
A.2.3×10-18 W
B.3.8×10-19 W
C.7.0×10-10 W
D.1.2×10-18 W
答案 A(共33张PPT)
第四节 电磁波及其应用
第六章
2022
内容索引
01
02
课前篇 自主预习
课堂篇 探究学习
学习目标
1.了解麦克斯韦电磁场理论,通过观察演示实验了解电磁波的形成和传播.(科学探究)
2.了解电磁场的物质性.(物理观念)
3.了解电视广播、雷达、移动电话的工作原理,认识科学与社会的关系.(科学态度与责任)
思维导图
课前篇 自主预习
【必备知识】
一、电磁场与电磁波
变化的电场会产生磁场,变化的磁场也会产生电场,变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,称为电磁场.变化的电磁场在空间中的传播形成了电磁波.
二、电磁场的物质性
1.微波炉利用电磁波来加热食物,这说明电磁场具有能量.
2.电磁场具有与其他物质相互作用的属性.
3.电磁场虽然没有静止质量,但爱因斯坦提出的质能关系,揭示出电磁场因具有能量而具有运动质量.光压现象也说明电磁场是有质量的,因为有质量的物质才能对其他物体表现出压力作用.
三、电磁波的技术应用
1.电视广播:利用电磁波将电视信号先传送给地球同步通信卫星,然后由通信卫星将信号转发回地面,大大增加了信号的覆盖面积.
2.雷达:雷达是利用电磁波进行测距、定位的仪器,主要由发射机、接收机和显示器等部分组成.
3.移动电话:无线电话、无线对讲机、移动电话均是通过电磁波实现信号的发射与接收的.每台手机都是一个小型电磁波发射台,它将用户的声音或数字信息转变为高频信号发射到空中;同时它又相当于一个收音机,捕捉空中的电磁波,使用户接收到对方发射来的信息.
【自我检测】
1.判断正误,判断结果为错误的小题请说明原因.
(1)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 ×
(2)周期性变化的磁场产生周期性变化的电场.( )
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)有电流即产生磁场.( )
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
【问题情境】
为什么在乘坐飞机时要关闭手机(或使用飞行模式)呢
要点提示 每个处于工作状态的手机都是一个无线电台,而飞机是靠电磁波导航的,所以在飞机上使用手机,就会干扰正常的电磁波导航信号,影响飞机的正常飞行.
【知识归纳】
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
电生磁 磁生电
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
振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场
2.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.
【典例剖析】
例1关于电磁场的理论,下列说法正确的是( )
A.变化的电场周围产生的磁场一定是变化的
B.变化的磁场周围产生的电场一定是变化的
C.均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的
D.振荡电场周围产生的磁场也是振荡的
解析 非均匀变化的电场产生变化的磁场,而均匀变化的电场产生稳定的磁场,所以变化的电场周围一定产生磁场,变化的磁场周围一定产生电场,但不一定变化,故A、B错误;均匀变化的磁场产生稳定的电场,故C错误;振荡电场产生振荡磁场,故D正确.
答案 D
变式训练 1有关电磁场理论的下列说法中,正确的是( )
A.任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场
B.任何电场都要在周围空间产生磁场
C.任何变化的电场都要在周围空间产生磁场
D.电场和磁场总是相互联系着,形成一个不可分离的统一体,即电磁场
解析 均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的,故A错误.只有变化的电场才在周围产生磁场,并不是任何电场都会在周围空间产生磁场,故B错误,C正确.电场和磁场并不总是相互联系着的,例如,静止电荷周围只有静电场,只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体,即电磁场,故D错误.
答案 C
探究二
对电磁波的理解
【问题情境】
为了避免雷达发现战机的行踪,人们研制了隐形飞机.我们用肉眼能不能看到隐形飞机 为什么
要点提示 能看到.隐形飞机不反射敌方雷达的探测波,对雷达“隐形”,但可以反射可见光,肉眼能直接看到.
【知识归纳】
1.电磁波的特点
(1)电磁场中有能量,电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.
(2)只有变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波.
(3)电磁波可以在真空中传播,因为电磁波本身就是一种物质——场物质.
(4)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=3.0×108 m/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.
2.波长、频率与波速之间的关系
(1)波速=波长×频率,即v=λf.
(2)频率由波源决定,与介质无关,波长、波速的大小与介质有关.所以同一电磁波在不同介质中传播时,频率不变,波速、波长发生改变.
(3)不同频率的电磁波在同一介质中传播时,传播速度不同.
【典例剖析】
例2波长为0.6 μm的红光,从10 m外的交通信号灯传到眼睛,大约需要多长时间 它的频率是多少 (c=3×108 m/s)
答案 3.33×10-8 s 5×1014 Hz
变式训练 2关于电磁波,下列说法正确的是( )
A.所有电磁波的频率都相同
B.电磁波只能在真空中传播
C.电磁波在任何介质中的传播速度都相同
D.电磁波在真空中的传播速度是3×108 m/s
解析 根据电磁波的特点可知,选项D正确.
答案 D
探究三
电磁波的应用
【问题情境】
我们周围哪些设备是利用电磁波工作的
要点提示 电视、手机、微波炉等.
【知识归纳】
不同电磁波的特性及应用
电磁波种类 特性 用途
无线电波 波动性强 通信广播、导航等
红外线 热效应强 加热、红外摄像、红外制导等
可见光 人眼可见 照明、照相等
紫外线 能量高 杀菌消毒等
X射线 穿透力强 检查、探测、透视、治疗等
γ射线 穿透力最强 探测、治疗等
要点笔记波长短、频率大的电磁波穿透力强;
波长长、频率小的电磁波穿透力弱.
【典例剖析】
例3下面列出了一些医疗器械和物理现象.请将相应的字母填写在空格上.
(1)X光机是利用 .
(2)紫外线灯是利用 .
(3)用“理疗灯”照射伤口,可使伤口愈合得较快.“理疗灯”是利用 .
A.光的全反射
B.紫外线具有杀菌消毒的作用
C.X射线有很强的穿透力
D.红外线具有显著的热效应
解析 (1)X光机是用来透视人的体内器官的,需要具有较强穿透力的电磁波,但又不能对人体造成太大的伤害,因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线,故选C.
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的,因此它应用的是紫外线的杀菌作用,故选B.
(3)“理疗灯”是红外线灯,主要是用于促进局部血液循环,它利用的是红外线的热效应,使人体局部受热,血液循环加快,故选D.
答案 (1)C (2)B (3)D
变式训练 3(多选)有关电磁波的特性和应用,下列说法正确的是( )
A.红外线和X射线都有很强的穿透本领,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为γ射线,可以摧毁病变的细胞
D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光
解析 X射线有很强的穿透本领,医学上常用于透视人体,红外线不能,A错误;过强的紫外线照射对人的皮肤有害,B错误;电磁波中频率最大的为γ射线,可以摧毁病变的细胞,C正确;紫外线和X射线都可以使感光底片感光,D正确.
答案 CD
随堂训练
1.如图所示是某一固定面的磁通量的变化图像,在它周围空间产生的电场中的某一点场强E( )
A.逐渐增强
B.逐渐减弱
C.不变
D.无法确定
解析 由题图可知磁通量Φ随时间t均匀变化,而Φ=BS,所以磁场是均匀变化的,根据麦克斯韦电磁场理论可知C正确.
答案 C
2.(多选)下列关于电磁波的说法中正确的是( )
A.只要电场和磁场发生变化,就能产生电磁波
B.电磁波的传播需要介质
C.停止发射电磁波,发射出去的电磁波仍能独立存在
D.电磁波具有能量,电磁波的传播是伴随着能量向外传递的
解析 要想产生电磁波,变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须也是变化的,A错误;电磁波的传播可以不需要介质而在真空中传播,B错误;电磁波可以脱离“波源”而独立存在,C正确;电磁波具有能量,电磁波传播的过程,也就是能量传播的过程,D正确.
答案 CD
3.红外线、紫外线、无线电波、可见光、γ射线、X射线按波长由大到小的排列顺序是( )
A.无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线
B.红外线、可见光、紫外线、无线电波、γ射线、X射线
C.γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波
D.紫外线、红外线、γ射线、X射线、无线电波、可见光
解析 无线电波波长最大,γ射线波长最小,所以正确的顺序为A.
答案 A(共35张PPT)
第三节 电磁感应现象
第六章
2022
内容索引
01
02
课前篇 自主预习
课堂篇 探究学习
学习目标
1.了解电磁感应现象和感应电流.(物理观念)
2.通过探究感应电流产生的条件的实验,知道电磁感应现象产生的条件.(科学探究)
3.了解电磁感应现象发现的历史过程,体会科学家探索自然规律的科学态度.(科学态度与责任)
思维导图
课前篇 自主预习
【必备知识】
一、电磁感应现象的发现
由磁生电的现象叫作电磁感应现象,由电磁感应现象产生的电流叫作感应电流.
二、产生感应电流的条件
1.探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图所示):
实验操作 实验现象 (有无电流) 实验结论
导体棒平行磁感线运动 无 闭合回路包围的面积变化时,回路中有感应电流;包围的面积不变时,回路中无感应电流
导体棒切割磁感线运动 有
2.探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图所示):
实验操作 实验现象(有无电流) 实验结论
N(或S)极插入线圈 有 线圈中的磁场变化时,线圈中有感应电流;线圈中的磁场不变时,线圈中无感应电流
N(或S)极停在线圈中 无
N(或S)极从线圈中抽出 有
3.模拟法拉第的实验(如图所示):
实验操作 实验现象(线圈B中有无电流) 实验结论
开关闭合瞬间 有 线圈B中磁场变化时,线圈B中有感应电流;线圈B中磁场不变时,线圈B中无感应电流
开关断开瞬间 有
开关保持闭合,滑动变阻器滑片不动 无
开关保持闭合,迅速移动滑动变阻器的滑片 有
4.感应电流产生的条件:只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就有感应电流产生.
想一想如图所示的实验装置中,开关由断开到闭合的瞬间,电流表指针是否摆动 开关闭合后电路不变,电流表指针是否摆动 迅速调节滑动变阻器的滑片,电流表指针是否摆动
提示 开关由断开到闭合瞬间,线圈A中电流从无到有,电流产生磁场,穿过B的磁通量增大,B中产生感应电流,电流表指针摆动,开关闭合后电路不变,穿过B的磁通量不变,B中无感应电流,电流表指针不摆动.迅速调节滑动变阻器的滑片,A中电流发生变化,穿过B的磁通量变化,B中产生感应电流,电流表指针摆动.
三、电磁感应的应用
1.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来测量车轮的转速.
2.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.
【自我检测】
1.判断正误,判断结果为错误的小题请说明原因.
(1)闭合线圈做切割磁感线运动,一定能产生感应电流.( )
解析 线圈切割磁感线时,穿过回路的磁通量不一定变化.
答案 ×
(2)闭合线圈和磁场发生相对运动,不一定能产生感应电流.( )
答案 √
(3)穿过闭合回路的磁通量发生变化,一定产生感应电流.( )
答案 √
(4)线框不闭合,即使穿过线框的磁通量变化,线框中也没有感应电流.( )
答案 √
2.关于产生感应电流的条件,下列说法中正确的是( )
A.只要闭合电路在磁场中运动,闭合电路中就一定有感应电流
B.只要闭合电路中有磁通量,闭合电路中就有感应电流
C.只要导体做切割磁感线运动,就有感应电流产生
D.只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流
解析 穿过闭合电路的磁通量发生变化时,会产生感应电流,D正确.
答案 D
3.(多选)如图所示,线圈M和线圈P绕在同一铁芯上,则( )
A.闭合开关S的瞬间,线圈P中没有感应电流
B.闭合开关S的瞬间,线圈P中有感应电流
C.断开开关S的瞬间,线圈P中没有感应电流
D.断开开关S的瞬间,线圈P中有感应电流
解析 闭合开关S的瞬间,线圈M中有电流通过,电流产生磁场,穿过线圈P的磁通量增大,线圈P中产生感应电流;断开开关S的瞬间,线圈M中电流消失,电流产生的磁场消失,穿过线圈P的磁通量减小,线圈P中产生感应电流.
答案 BD
课堂篇 探究学习
探究一
探究感应电流产生的条件
【问题情境】
如图所示,有一个导体框,导体棒ab可在导体框上移动,导体框平面与匀强磁场方向垂直.当导体棒ab向右运动时,闭合回路中是否有感应电流产生 当导体棒ab相对导体框静止,整体向右移动时,回路中是否有感应电流产生
要点提示 穿过回路的面积变化,磁通量发生变化,有感应电流产生.整体向右移动时穿过回路中的磁通量没有变化,没有感应电流产生.
【知识归纳】
1.产生感应电流的必要条件
(1)电路必须是闭合电路.
(2)穿过回路的磁通量发生变化.
2.对产生感应电流条件的理解
(1)不论用什么方法,只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流产生.
(2)在闭合电路中有磁通量但不变化,即使磁场很强,磁通量很大,也不会产生感应电流.
3.对导体棒切割磁感线的理解
即使导体“切割”了磁感线,也不一定能产生感应电流.如图所示,对于图甲,尽管导体“切割”了磁感线(匀强磁场),但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化,没有感应电流;对于图乙,导体框的一部分导体“切割”了磁感线,穿过线框的磁感线条数越来越少,线框中有感应电流;对于图丙,闭合导体回路在非匀强磁场中运动,切割了磁感线,同时穿过线框的磁感线条数减少,线框中有感应电流.
【典例剖析】
例1如图所示,矩形线框在磁场中做各种运动,能够产生感应电流的是( )
解析 感应电流产生条件为:①磁通量发生变化;②闭合回路.A、C、D中穿过矩形线框的磁通量都不变,故不产生感应电流.
答案 B
变式训练 1如图所示,线圈两端接在电流表上组成闭合电路.在下列情况中,电流表指针不发生偏转的是( )
A.线圈不动,磁铁插入线圈
B.线圈不动,磁铁从线圈中拔出
C.磁铁不动,线圈上、下移动
D.磁铁插在线圈内不动
解析 产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化,线圈和电流表已经组成了闭合回路,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就会产生感应电流,电流表指针就偏转.在选项A、B、C三种情况下,穿过线圈的磁通量发生变化,产生感应电流;而当磁铁插在线圈中不动时,线圈中虽然有磁通量,但磁通量不变化,不产生感应电流.
答案 D
探究二
感应电流有无的判断
【问题情境】
如图所示,甲图中磁铁下方有一个闭合线圈,乙图中通电导线右侧有一个闭合线框.
(1)甲图中,线圈不动,磁铁向下靠近线圈时,线圈中有无感应电流
(2)乙图中,通电导线中的电流减小时,线框中有无感应电流
要点提示 (1)线圈中磁通量增大,有感应电流.
(2)线框中磁通量减小,有感应电流.
【知识归纳】
判断有无感应电流的基本步骤
(1)明确所研究的电路是否为闭合电路.
(2)分析最初状态穿过电路的磁通量情况.
(3)根据相关量变化的情况分析穿过闭合电路的磁通量是否发生变化,常见的情况有以下几种:
①磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化,例如闭合电路的一部分导体切割磁感线.
②线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化,例如线圈与磁体之间发生相对运动或者磁场是由通电螺线管产生而螺线管中的电流变化.
③磁感应强度B和线圈面积S同时发生变化,此时可由ΔΦ=Φ1-Φ0计算并判断磁通量是否发生变化.
④线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间的夹角发生变化,例如线圈在磁场中转动.
【典例剖析】
例2如图所示,矩形线框abcd由静止开始运动,若要使线框中产生感应电流且磁通量逐渐变大,则线框的运动情况应该是( )
A.向右平动(ad边还没有进入磁场)
B.向上平动(ab边还没有离开磁场)
C.以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)
D.以ab边为轴转动(转角不超过90°)
解析 选项A和D所描述的情况,线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A情况下S增大,D情况下S变小),穿过线框的磁通量均改变,由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流.而选项B、C所描述的情况中,线框中的磁通量均不改变,不会产生感应电流.D中磁通量的大小变小.
答案 A
规律方法 判断有无感应电流应注意的问题
(1)磁通量有变化,但回路没闭合,不产生感应电流.
(2)闭合回路切割磁感线,但磁通量没变,不产生感应电流.
(3)初末位置磁通量相同,但过程中闭合回路磁通量有变化,产生感应电流.
(4)线圈有正反两面,磁感线穿过的方向不同,磁通量不同,产生感应电流.
变式训练 2如图所示,条形磁铁以速度v向螺线管靠近,下面几种说法中正确的是( )
A.螺线管中不会产生感应电流
B.螺线管中会产生感应电流
C.只有磁铁速度足够大时,螺线管中才能产生感应电流
D.只有在磁铁的磁性足够强时,螺线管中才会产生感应电流
解析 螺线管所在的回路是闭合的,当条形磁铁向螺线管靠近时,穿过闭合回路的磁通量发生变化,产生感应电流.故B正确.
答案 B
随堂训练
1.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,使滑动变阻器的滑片P匀速移动
C.通电时,使滑动变阻器的滑片P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,使滑动变阻器的滑片P滑动时,滑动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的磁通量变化,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
2.如图所示,一有边界的匀强磁场,宽度为d,将一边长为l的正方形导线框以速度v匀速通过磁场区域,若d>l,从线框刚刚进入磁场开始计时,线框完全离开磁场后停止计时,则线框中不产生感应电流的时间应等于( )
解析 从线框完全进入磁场后至线框刚刚出磁场时,通过线框的磁通量不发生变化,线框中不会产生感应电流,则线框中不产生感应电流的时间为
,C正确.
答案 C
3.如图所示,两直导线中通以相同的电流I,矩形线圈位于两导线之间的实线位置Ⅰ,穿过线圈的磁通量为Φ.已知虚线位置Ⅱ与实线位置Ⅰ关于右边的直导线对称,虚线位置Ⅲ与两直导线的距离相等,虚线位置Ⅳ和虚线位置Ⅴ关于左边直导线对称,且与左边直导线的距离和实线位置Ⅰ与右边直导线的距离相等.现将线圈由实线位置移到图示各个虚线位置,则( )
A.将线圈由实线位置Ⅰ移到图示虚线位置Ⅱ时,磁通量大小不变
B.将线圈由实线位置Ⅰ移到图示虚线位置Ⅲ时,磁通量变化量的大小为Φ
C.将线圈由实线位置Ⅰ移到图示虚线位置Ⅳ时,磁通量变化量的大小为零
D.将线圈由实线位置Ⅰ移到图示虚线位置Ⅴ时,磁通量大小不变
解析 两电流在位置Ⅰ与位置Ⅱ的合磁感应强度大小不同,将线圈由实线位置Ⅰ移到图示虚线位置Ⅱ时,磁通量大小发生变化,故A错误;虚线位置Ⅲ在两导线之间且距离两直导线的距离相等,磁通量为零,将线圈由实线位置Ⅰ移到题图示虚线位置Ⅲ时,磁通量变化量的大小为Φ,故B正确;题图示虚线位置Ⅳ的磁场方向垂直纸面向里,而实线位置Ⅰ的磁场方向垂直纸面向外,两个位置磁通量大小相等,所以将线圈由实线位置Ⅰ移到题图示虚线位置Ⅳ时,磁通量变化量的大小为2Φ,故C错误;两电流在位置Ⅰ与位置Ⅴ的合磁感应强度大小不同,将线圈由实线位置Ⅰ移到题图示虚线位置Ⅴ时,磁通量大小发生变化,故D错误.
答案 B(共45张PPT)
第二节 磁感应强度
第六章
2022
内容索引
01
02
课前篇 自主预习
课堂篇 探究学习
学习目标
1.认识磁感应强度的概念及物理意义.(物理观念)
2.理解磁感应强度的方向、大小、定义式和单位.(物理观念)
3.进一步体会通过比值定义法定义物理量.(科学思维)
4.知道匀强磁场、磁通量的概念.(物理观念)
思维导图
课前篇 自主预习
【必备知识】
一、磁感应强度的方向
1.磁感应强度:描述磁场的强弱和方向的物理量.
2.小磁针静止时 N极 所指的方向就是该点磁感应强度的方向,简称为磁场的方向.
二、磁感应强度的大小
1.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)保持电流大小不变,改变磁场中导线的长度,通过观察通电导线摆动辐度的大小比较磁场力的大小.
(2)保持磁场中导线的长度不变,改变电流大小,观察通电导线摆动幅度的大小来比较磁场力的大小.
(3)实验结论:当通电导线与磁场方向垂直时,它在同一磁场中所受磁场作用力F的大小,与 电流I 和 导线长度L 的乘积IL成正比.
2.磁感应强度的大小
当通电导线与磁场垂直时,通电导线所受磁场的作用力F与电流I和导线长度L的 乘积IL 之比称为磁感应强度.
4.单位:国际单位是特斯拉,简称特,符号是T.
三、匀强磁场
1.匀强磁场:如果磁场中某一区域内磁感应强度的大小和方向处处相同,则该区域的磁场叫作匀强磁场.
2.磁感线特点:匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线.距离很近的两个平行异名磁极之间(除边缘外)的磁场、通电螺线管内中间部分的磁场都可近似认为是匀强磁场.
四、磁通量
1.定义:在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,设磁场磁感应强度为B,平面面积为S,磁感应强度B 与面积S的乘积叫作穿过该平面的磁通量,即Φ= BS .
2.单位:国际单位是韦伯,简称韦,符号是Wb.
3.磁通密度: ,表示磁感应强度B在数值上等于垂直磁感应强度的
单位面积上的磁通量.
想一想磁通量可以形象地理解为“穿过磁场中某一面积的磁感线条数”,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.
则穿过哪个线圈的磁通量最大
提示 由于S1、S2、S3面积相同,由图可知穿过S1的磁感线条数最多,故穿过S1的磁通量最大.
【自我检测】
1.判断正误,判断结果为错误的小题请说明原因.
(1)通电导线在磁场中受到的磁场力为零,则说明该处的磁感应强度为零.( )
解析 磁感应强度与磁场力无关.
答案 ×
(2)电流为I,长度为L的通电导线放入磁感应强度为B的磁场中受力的大小一定是F=ILB.( )
解析 磁场力与B、I、L和导线与磁场的夹角都有关.
答案 ×
(3)磁场中某处的磁感应强度大小与有无小磁针无关,与有无通电导线也无关.( )
答案 √
(4)在匀强磁场中面积越大,磁通量一定越大.( )
解析 面积大,其在垂直磁场方向上的投影不一定大.
答案 ×
(5)磁通量不仅有大小而且有方向,所以是矢量.( )
解析 磁通量是标量.
答案 ×
2.在磁感应强度的定义式 中,有关各物理量间的关系,下列说法正确的是( )
A.B由F、I和L决定 B.F由B、I和L决定
C.I由B、F和L决定 D.L由B、F和I决定
解析 磁感应强度是磁场中某点的固有性质,与放入什么样的导线无关;电流是由导线的电阻和导线两端的电压决定的;而导线长度更是与磁场没有关系,在放入磁场前就确定了;由受力大小F=BIL知,F由B、I、L三项共同决定,故B正确.
答案 B
3.在匀强磁场中,垂直磁场方向放一个面积为3.0×10-2 cm2的线框,若穿过线框所围面积的磁通量为1.5×10-3 Wb,则磁场的磁感应强度大小为( )
A.4.5×10-5 T
B.4.5×10-9 T
C.5.0×102 T
D.5.0×10-2 T
解析 线框的面积S=3.0×10-2 cm2,穿过线框的磁通量Φ=1.5×10-3 Wb,磁场与线框垂直,由Φ=BS得 =5.0×102 T,故选C.
答案 C
课堂篇 探究学习
探究一
对磁感应强度的理解
【问题情境】
磁场对通电导体有力的作用,该力的方向是否为磁场方向 “一个电流元垂直放入磁场中的某点,磁感应强度与电流元受到的磁场力成正比,与电流元成反比.”这种说法是否正确,为什么
要点提示 不是磁场方向;这种说法不正确,磁感应强度的大小是由磁场本身决定的,不随电流元大小及电流元所受磁场力的大小的变化而变化.
【知识归纳】
1.公式 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 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.通电导线所受磁场力的方向不是磁场磁感应强度的方向.
4.磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场,这时L应非常短,IL称作“电流元”,相当于静电场中的“点电荷”.
【典例剖析】
例1关于磁感应强度,下列说法正确的是( )
A.由 可知,B与F成正比,与IL成反比
B.通电导线放在磁场中某点,该点就有磁感应强度,如果将通电导线拿走,该点的磁感应强度就变为零
C.通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场,通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场
D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定
解析 磁感应强度是属于比值定义的,B与F、IL均没有关系,故A错误;通电导线放在磁场中的某点,就有可能受到磁场力,如果将通电导线拿走,该点的磁感应强度仍存在,故B错误;同一条通电导线放在磁场中某处所受的磁场力不一定相同,受到放置的角度限制,若导线平行磁场方向放置在磁场中,即使此处的磁感应强度不为零,通电导线在该处所受磁场力也为零,故C错误;磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定,其大小和方向是确定的,故D正确.
答案 D
规律方法 正确理解比值定义法
变式训练 1(多选)把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中,下列选项中能正确反映各量间关系的是( )
解析 磁感应强度的大小和方向由磁场自身决定,不随F或IL的变化而变化,故B正确,D错误;当导线垂直于磁场放置时,有 ,即F=ILB,所以B不变的情况下F与IL成正比,故A错误,C正确.
答案 BC
探究二
磁通量的理解和计算
【问题情境】
若通过某环面的磁通量等于零,则该处一定无磁场,这种说法对吗
要点提示 不对.磁通量除与磁感应强度、面积有关外,还与环面和磁场夹角有关,当环面与磁场平行时,磁通量为零,但仍能存在磁场.
【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磁场与平面垂直.
(2)若磁场与平面不垂直,面积应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积,Φ=BScos θ式中Scos θ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的磁通量为正值,则磁感线从此面穿出时为负值.
(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不一定等于ΔB·ΔS.
【典例剖析】
例2面积为0.5 m2的矩形线圈处于磁感应强度为3 T的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,穿过该线圈的磁通量是多少 如果转动线圈使线圈平面与磁场方向夹角为60°(如图),穿过该线圈的磁通量又是多少
解析 已知S=0.5 m2,B=3 T.
因线圈平面与磁场方向垂直,
所以Φ1=BS=3×0.5 Wb=1.5 Wb
线圈平面与磁场方向夹角为60°,即与垂直于磁场方向投影面的夹角为30°,
所以Φ2=BScos α=3×0.5×cos 30° Wb=1.3 Wb
当线圈平面与磁场方向垂直时,穿过该线圈的磁通量是1.5 Wb;当线圈平面与磁场方向夹角为60°时,穿过该线圈的磁通量是1.3 Wb.
答案 1.5 Wb 1.3 Wb
规律方法 磁通量大小的分析与判断
(1)定量计算
通过公式Φ=BS来定量计算,计算磁通量时应注意的问题:
①明确磁场是否为匀强磁场,知道磁感应强度的大小.
②平面的面积S应为磁感线通过的有效面积.当平面S与磁场方向不垂直时,应明确所研究的平面与磁感应强度方向的夹角,准确找出垂直面积.
③线圈的磁通量及其变化与线圈匝数无关,即磁通量的大小不受线圈匝数的影响.
(2)定性判断
磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”,当有不同方向的磁场同时穿过同一面积时,磁通量为各磁场穿过该面积磁通量的代数和.
变式训练 2如图所示,两个同心放置的平面金属圆环,条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直,则通过两圆环的磁通量Φa、Φb间的关系是( )
A.Φa>Φb
B.Φa<Φb
C.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净条数,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
探究三
磁感应强度的叠加
【问题情境】
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到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.合磁场的计算方法: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的步骤:先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.
【典例剖析】
例3(多选)如图所示,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电流方向向左,L2中的电流方向向上;L1的正上方有a、b两点,它们相对于L2对称.整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为B0,方向垂直于纸面向外.已知a、b两点的磁感应强度大小分别为 B0和 B0,方向也垂直于纸面向外.则( )
解析 外磁场、电流的磁场方向如图所示,由题意知
答案 AC
变式训练 3如图所示,两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流.a、O、b在M、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到O点的距离均相等.下列说法正确的是( )
A.O点处的磁感应强度为零
B.a、b两点处的磁感应强度大小相等、方向相反
C.c、d两点处的磁感应强度大小相等、方向相同
D.a、c两点处的磁感应强度方向不同
解析 各点的磁感应强度均为M、N两长直导线在各点的磁感应强度的叠加,分析可知,M、N在O点处磁感应强度的方向相同,合磁感应强度竖直向下,不为零,A错误;a、b两点处的磁感应强度大小和方向均相同,c、d两点处的磁感应强度大小和方向均相同,B错误,C正确;a、c两点处的磁感应强度均垂直于ab连线竖直向下,方向相同,D错误.
答案 C
随堂训练
1.如图所示,半径为R的圆形线圈共有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 磁通量与线圈匝数无关,且磁感线穿过的面积为πr2,而并非πR2,故B正确.
答案 B
2.将通电直导线置于匀强磁场中,导线与磁场方向垂直.若仅将导线中的电流增大为原来的3倍,则该匀强磁场的磁感应强度( )
A.减小为原来的
B.保持不变
C.增大为原来的3倍
D.增大为原来的9倍
解析 磁场的磁感应强度只与磁场本身有关,与电流大小无关,则该磁场的磁感应强度保持不变,故B正确,A、C、D错误.
答案 B
3.有一小段通电直导线,长为1 cm,通过的电流为5 A,把它置于磁场中某点,受到的磁场力为0.1 N,则该点的磁感应强度可能为( )
A.B=1.5 T
B.B=1 T
C.B=2.5 T
D.以上情况都有可能
解析 磁感应强度的定义式中的电流是垂直于磁场方向的,如果通电导线是垂直于磁场方向放置的,此时所受磁场力最大,F=0.1 N,则该点的磁感应强度为 =2 T;如果通电导线不是垂直于磁场方向放置的,则受到的磁场力小于垂直放置时受到的磁场力,而此时受到的磁场力为0.1 N,由定义式可知,磁感应强度B将大于2 T,故选项C正确.
答案 C
4.在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根通电直导线,电流的方向垂直于纸面向里.如图所示,a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中( )
A.b、d两点的磁感应强度相同
B.a、b两点的磁感应强度相同
C.c点的磁感应强度的值最小
D.b点的磁感应强度的值最大
解析 由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度,可得b、d两点的磁感应强度大小相等,但方向不同,A项错误;a点的磁感应强度最大,c点的磁感应强度最小,B、D项错误,C项正确.
答案 C(共14张PPT)
本章整合
第六章
2022
内容索引
01
02
知识网络 体系构建
重点题型 归纳整合
知识网络 体系构建
电磁现象与电磁波
强弱
方向
电磁现象与电磁波
磁场
电场
重点题型 归纳整合
一、电场线与磁感线的比较
1.相似之处
(1)电场线和磁感线都是为了形象地描述场而引入的假想的曲线,实际上并不存在.
(2)电场线和磁感线都是用来描述场的强弱和方向的,电场线和磁感线的切线方向分别表示了电场和磁场的方向.
(3)电场线和磁感线都不能相交.因为如果相交,在相交点就会出现两个切线方向,与电场和磁场中某一确定点的场的方向是唯一的相矛盾.
2.显著区别
电场线起始于正电荷或无穷远,终止于无穷远或负电荷,是非闭合的曲线,而磁感线是闭合的曲线.
例1(多选)关于电场线和磁感线的概念,以下说法正确的是( )
A.电场线和磁感线都是不闭合的曲线
B.沿着磁感线的方向,磁场越来越弱
C.任意两条电场线或磁感线都不能相交
D.电场线和磁感线的疏密都表示场的强弱
解析 电场线和磁感线都是为了形象描述场而引入的模型,由于曲线的切线方向表示场的方向,所以不可能相交,其疏密都反映场的强弱,所以B错误,C、D正确;电场线不闭合,而磁感线是闭合的,故A错误.
答案 CD
变式训练 1下列选项为磁场的磁感线,依图分析磁场中a点的磁感应强度与b点的磁感应强度大小相同的是( )
解析 磁感线的疏密可表示磁感应强度的大小,从题图中可以知道,只有D选项中a、b两点处磁感线的疏密相同.
答案 D
二、磁场的产生与叠加
1.电流方向与磁场方向
分类 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2(多选)三条在同一平面(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三个顶角的平分线上,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=B2B.B1=B2=B3
C.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 a、b、c三处的磁感应强度是三根导线所产生的磁感应强度的叠加.可判断出左右两根导线在a处产生的磁场方向相反,又因为距离相等,所以磁感应强度大小相等,所以左右两根导线在a处产生的磁感应强度的矢量和为零,a处的磁感应强度等于下面那根导线在该处产生的磁感应强度,所以a处的磁感应强度方向垂直于纸面向外,同理可知b处的磁感应强度等于右面的导线在该处产生的磁感应强度,所以b处的磁感应强度方向也垂直纸面向外,三根导线在c处产生的磁场方向均垂直于纸面向里,所以合磁感应强度方向垂直于纸面向里,且B1=B2答案 AC
变式训练 2如图所示,在磁感应强度为B=1 T的匀强磁场中(水平向右),固定一根与磁场方向垂直的通电直导线OO',在导线外,以导线截面的中心为圆心的圆周上有a、b、c、d四个点.已知c点的磁感应强度为 T,方向斜向右上方,并与磁感应强度B的方向的夹角为45°,则下列说法正确的是( )
A.直导线中的电流方向垂直纸面向里
B.a点的磁感应强度与c点的相同
C.d点的磁感应强度为零
D.b点的磁感应强度为零
解析 c点的磁感应强度为 T,方向斜向右上方,并与B的夹角为45°,说明通电导线在c点产生的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度大小相等,也是1 T,方向向上,可知,直导线中的电流方向垂直纸面向外,故A错误.通电导线在a点产生的磁感应强度大小为1 T,方向竖直向下,根据平行四边形定则可知,a点磁感应强度为 T,方向与水平方向成45°斜向右下方,与c点的磁感应强度的方向不同,故B错误.电流的方向向外,则电流在d点产生的磁场的方向向右,大小为1 T,所以d点的磁感应强度大小为2 T,方向向右,故C错误.通电导线在b点的磁感应强度方向水平向左,则b点磁感应强度为0,故D正确.
答案 D
