必修3 第13章 电磁感应和电磁波初步 知识问答式 学案（附章末测试）（有解析）

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第十三章 电磁感应和电磁波初步
问题1、什么是磁场？磁场的方向怎么确定？奥斯特的实验有什么意义？电和磁有什么联系？　
答：①磁体周围具有磁场，磁体能够通过磁场吸引周围矿物质的性质叫磁性。同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．
②．磁场的方向：物理学规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指方向就是该点磁场的方向．
③．奥斯特实验：把导线与小磁针平行放置，导线通电后小磁针发生偏转的现象。
实验意义：奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场，首次揭示了电与磁的联系．
④磁场与通电导线关系：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，是通过磁场发生的，磁场是磁体或电流周围一种看不见、摸不着的客观存在的物质．．
问题.2什么是磁感线？有什么作用？怎么用磁感线表示磁场的强弱与方向？磁感线与电场线有什么区别？
答:磁感线为了描述磁场的大小和方向，在磁场中画出一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致，这样的曲线就叫作磁感线．
磁感线的特点：①在磁体外部，磁感线从N极发出，进入S极；在磁体内部由S极回到N极．
②磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向与过该点的磁感线的切线方向一致．③磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．④磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的线，并不真实存在．
问题3．通电导线的磁场怎么判断？什么是安培定则？
类型 直线电流 螺线管 环形电流
定培定则
练习1如图6所示，a、b是直线电流的磁场截面图，c、d是环形电流的磁场截面图，e、f是螺线管电流的磁场的截面图．试在各图中补画出电流方向或磁感线方向．
练习1解析　根据安培定则，可以确定题图a中电流方向垂直纸面向里，题图b中电流方向从下向上，题图c中电流方向沿逆时针方向，题图d中磁感线方向从上向下，题图e中磁感线方向向左，题图f中磁感线方向向右．
问题4.什么是磁感应强度和磁通量？有什么意义和计算方法？
答： (1)磁感应强度是表示磁场强度的物理量，它的定义式：B＝F/LI (条件B⊥I磁场要垂直于导线)。
(2)磁场的方向：小磁针静止时N极的指向。
问题5.什么是磁感应强度？什么是电流元？
答：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)．定义：一段通电直导线垂直放在磁场中所受的力与导线中的电流和导线的长度的乘积的比值，叫作磁感应强度．
3)．定义式：B＝. 4)单位：特斯拉，简称特，符号为T. 5)．磁感应强度是表征磁场强弱的物理量．
6)．磁感应强度是矢量，它的方向就是该处小磁针静止时N极所指的方向．
7）当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的磁场等于各个磁体(或电流)在该点产生磁场的矢量和．磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则．
问题6、什么是匀强磁场？有什么特点？
答1．概念：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：匀强磁场的磁感线是间隔相等的平行直线．
练习 2、磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，通过它的电流是2.5 A，导线长1 cm，它受到的磁场力为5.0×10－2 N．求：(1)这个位置的磁感应强度大小；(2)当把通电导线中的电流增大到5 A时，这一位置的磁感应强度大小．
练习2、答案　(1)2 T　(2)2 T 解析　(1)由磁感应强度的定义式得B＝＝ T＝2 T.
(2)磁感应强度B是由磁场本身决定的，和导线的长度l、电流I的大小无关，所以该位置的磁感应强度大小还是2 T.
练习3如图6，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零，如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为(　　)
图6 A．0 B.B0 C.B0 D．2B0
练习3答案　C解析　如图甲所示， P、Q中的电流在a点产生的磁感应强度大小相等，设为B1，由几何关系可知，B1＝B0.如果让P中的电流反向、其他条件不变，如图乙所示，由几何关系可知，a点处磁感应强度的大小B＝＝B0 ，故选项C正确，A、B、D错误．
问题7什么是磁通量？
答1．定义：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．即Φ＝BS.
2．拓展：磁场与平面不垂直时，这个面在垂直于磁场方向的投影面积S′与磁感应强度B的乘积表示磁通量．
3．单位：国际单位是韦伯，简称韦，符号是Wb,1 Wb＝1 T·m2.
4．引申：B＝，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．
问题8、什么是划时代的发现？电和磁之间有什么的关系？
答：1．“电生磁”的发现：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应．
2．“磁生电”的发现：1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象．
3．电磁感应现象：法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流．
问题9.产生感应电流的条件是什么？怎么通过实验获得结论的？
答1．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
丙
探究一：如图1甲实验中，让导体棒在磁场中保持相对静止时或者平行于磁场运动时，无论磁场多强，闭合回路中都没有电流，当导体ab做切割磁感线运动时，闭合回路中有电流产生．
探究二：如图乙，当线圈A的电流不变时，线圈B所在的回路中没有电流产生；当线圈A的电流变化时，线圈B所在回路中就有了电流．
探究三：.如图丙所示，条形磁体A沿竖直方向插入线圈B的过程中，电流表G的指针 偏转；若条形磁体A在线圈B中保持不动，电流表G的指针不偏转．
问题10:电磁感应现象有哪些应用？
答：生产、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．
练习4如图9为研究电磁感应现象的实验装置．下列情况下电流表指针不会偏转(　)
A．闭合开关的瞬间 B．闭合开关后，电路中电流稳定时
C．闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片时 D．闭合开关后，把线圈A从线圈B中拉出时
练习4答案　B 解析　电流表指针不偏转，说明电流表与B线圈组成的电路中无电流，根据感应电流产生的条件，只需要分析B线圈中磁通量是否变化即可．闭合开关时，电路中的电流从无到有，A中的磁场从无到有，故穿过B的磁通量发生变化，电流表中有电流流过；当电路中电流稳定时，穿过B的磁通量不再发生变化，电流表中无电流流过；移动滑动变阻器的滑片时，会造成A中电流大小变化，能引起B的磁通量变化，电流表中有电流流过；把线圈A从线圈B中拉出时，穿过B的磁通量减少，电流表中有电流流过．故只有选项B符合要求．
点评：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，就必然会产生感应电流；
反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，且穿过该电路的磁通量也一定发生了变化．
问题11.磁通量的变化怎么计算？
答：磁通量的变化大致可分为以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化．如图3(a)所示．
面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图(b)所示．
(3)磁感应强度B和面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图(c)所示．
图4 图5
练习5如图4所示，一环形线圈沿条形磁体的轴线，从磁体N极的左侧A点运动到磁体S极的右侧B点，A、B两点关于磁体的中心对称，则在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将(　　)
A．先增大，后减小 B．先减小，后增大 C．先增大，后减小、再增大，再减小 D．先减小，后增大、再减小，再增大
练习5答案　A
练习6　如图5所示，通电直导线右边有一个矩形线框，线框平面与直导线共面，若使线框逐渐远离(平动)通电导线，则穿过线框的磁通量将(　　) A．逐渐增大 B．逐渐减小 C．保持不变 D．不能确定
练习6答案　B 解析　线框远离导线时，穿过线框的磁感应强度减小，线框的面积不变，所以穿过线框的磁通量减小．
练习7　(多选)如图11所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质圆形闭合线圈A中产生感应电流的是(　　)
A．开关S闭合的瞬间 B．开关S闭合后，电路中电流稳定时
C．开关S闭合后，滑动变阻器滑片滑动的瞬间 D．开关S断开的瞬间
练习7答案　ACD
练习8　在选项图所示的条件下，闭合矩形线圈能产生感应电流的是(磁场范围足够大)(　　)
练习8答案　D 解析　A项图中，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项图中，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错误；C项图中，尽管线圈在转动，B始终垂直于S，且B与S都不变，所以Φ＝BS始终不变，则线圈中无感应电流，C错误；D项图中，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正确．
问题12什么是电磁场？电场和磁场之间有什么产生关系？
答1．麦克斯韦电磁场理论
(1)变化的磁场产生电场：①在变化的磁场中放入一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场．②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样会在空间产生电场．
(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，即变化的电场产生磁场．
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
练习9(多选)关于电磁场理论的叙述正确的是(　　)
A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
练习9答案　AB 解析　变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合电路时，电路中有电流，若无闭合电路，电场仍然存在，A正确；周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，B正确；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，C错误；只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，D错误．
问题13.什么电磁场
答:变化的电场和磁场互相联系相互影响发生变化，所形成的不可分割的统一体叫电磁场。
问题14.什么是电磁波？
答：1．产生：周期性变化的电场和周期性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．特点(1)电磁波可以在真空中传播．(2)电磁波的传播速度等于光速．(3)光在本质上是一种电磁波．即光是以波动形式传播的一种电磁振动．
问题15什么是电磁波谱、电磁波的能量和电磁波通信？
答：1．电磁波谱：(1)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．
(2)电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf.(3)电磁波在真空中的速度c＝3×108 m/s.
(4)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
(5)各种电磁波的特性：①无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输．②红外线：用来加热理疗等．
③可见光：照亮自然界，也可用于通信．④紫外线：用于消毒．⑤X射线：用于诊断病情．⑥γ射线：可以摧毁病变的细胞．
2．电磁波的能量：(1)光是一种电磁波，光具有能量．(2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质．
3．电磁波的形成:周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波．
4．电磁波的特点:(1)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相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．如图2.
图2
(2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s.
(3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程．
(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)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质．
3．电磁波的波速:对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf.
练习10.电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为(　　)
A．2.70 m B．270 m C．3.00 m D．3.33 m
答案　D解析　根据c＝λf可得，λ＝ m≈3.33 m.
问题16.什么是电磁波谱？有什么特点？
答1．电磁波谱：电磁波按波长由大到小排列顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．它们共同构成了范围广阔的电磁波谱．
名称 特性 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
主要应用 通信、广播 红外探测器、红外体温计 引起视觉 灭菌、消毒、防伪 透视、安检 治病、金属探伤
真空中的速度 c＝3×108 m/s
频率 小→大
针对训练2　(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　)
A．X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变 B．γ射线是波长最短的电磁波
C．紫外线的频率比紫光低 D．在电磁波谱中，穿透能力最强的是X射线
答案　AB解析　X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，选项A正确；γ射线是波长最短的电磁波，选项B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，紫外线的频率比紫光高，在电磁波谱中γ射线的穿透能力最强，选项C、D错误．
第13章 磁场 电磁感应 电磁波 物理作业
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题(共40分)
1．(本题5分)了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。以下不符合事实的一项是（　　）
A．关系式最初是焦耳用实验直接得到的 B．库仑总结出了点电荷间相互作用的规律
C．法拉第提出了电场的观点，采用了用电场线这个简洁的方法描述电场 D．安培通过实验测定了元电荷e的数值
2．(本题5分)一台电动机的额定电压是220V，规定电流是5A，线圈电阻为0.5 ，则此电动机正常工作时每秒产生的热量为（　　）
A．25J B．12.5J C．110J D．1100J
3．(本题5分)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是（　　）
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 C．在非纯电阻电路中，
B．适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路 D．焦耳热适用于任何电路
4．(本题5分)某同学在测电源的电动势和内阻时，根据实验记录数据画出如图所示的U-I图像，下列关于这个图像的说法中正确的是（　　）
A．可得待测电源的电动势，即E=0.40 V B．由横轴截距得短路电流，即I短 =0.4 A
C．根据，计算出待测电源内阻为3.5 Ω D．当U=1.20 V时，I′=0.2 A
4题 5题 6题7题
5．(本题5分)如图所示，R1、R2为定值电阻，C为电容器，闭合开关S，在滑动变阻器R的滑片向下滑动过程中（　　）
A．电阻R2中有向下的电流 B．电阻R1两端的电压减小
C．通过滑动变阻器R的电流变小 D．电容器C极板所带电荷量变小
6．(本题5分)如图所示的电路中，电阻R = 2Ω，断开S后，电压表的读数为6V；闭合S后，电压表的读数为2V，电压表为理想电表，则电源的内阻r为（ ）
A．1Ω B．2Ω C．3Ω D．4Ω
7．(本题5分)如图所示，图线是某一电源的曲线，图线是一定值电阻曲线。若将该电源与该定值电阻连成闭合电路（己知该电源的内阻=2.0Ω），则说法正确的是（　　）
A．该定值电阻为8Ω B．该电源的电动势为10V
C．将2只这种电阻串联作为外电阻，电源输出功率最大 D．将3 只这种电阻并联作为外电阻，电源输出功率最大
8．(本题5分)关于能源的利用和节约，下列说法正确的是（　　）
A．根据能量守恒定律知，能源的利用率应该是100%
B．由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源的意义不大
C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关
D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉
二、实验题(共6分)
9．(本题6分)物理实验研究小组为较准确地测量空调遥控器使用过后的电池组（两节干电池）的电动势和内阻，采用了如下的实验测量方式，可使用的器材有：
A．电流表G：测量范围为，内阻为；B．电流表A：测量范围为，内阻为；
C．定值电阻R：电阻为；D．定值电阻：电R2阻为；E.滑动变阻器R：电阻变化范围为；
F.开关一个、导线若干。
（1）为了把电流表G改装成合适的电压表，应选择的定值电阻为___________（填正确选项前的字母）。（2）将改装后的电流表G和电流表A接入电路，为了让测量更准确，应选择的电路是___________（填“甲”或“乙”）。
（3）若选择正确的定值电阻R和电路图进行实验，得到电流表G和A的几组数据，并根据数据绘出了的关系图像如图丙所示（、I分别对应电流表G和A的示数），由此可知，干电池的电动势为___________V，内阻为___________。（结果保留两位有效数字）
三、解答题(共54分)
10．(本题27分)如图所示，电流表读数为0.75A，电压表读数为2V，R3=4Ω，若电阻R2发生断路，则两电表的读数分别变为0.8A和3.2V。求：（1）R1的阻值；（2）电源的电动势和内电阻分别为多大？（电流表、电压表均为理想电表）
11．(本题27分)如图所示电路，已知电源的电动势为6V，内阻忽略不计，，，，平行板电容器的电容为，求：
（1）开关闭合后，电容器的电量；
（2）开关断开后，通过电阻的电量。
第13章 磁场 电磁感应 电磁波参考答案
1．D【详解】A．关系式（焦耳定律）最初是焦耳用实验直接得到的，故A正确；B．库仑总结出了点电荷间相互作用的规律，即库仑定律，故B正确；C．法拉第提出了电场的观点，采用了用电场线这个简洁的方法描述电场，故C正确；D．密立根通过实验测定了元电荷e的数值，故D错误。故选D。
2．B电动机正常工作时线圈电阻生热所以每秒产生的热量为，ACD错误，B正确。故选B。
3．A【详解】A．电功率越大，表示电流做功越快，但是电路中产生的焦耳热量的多少还与做功的时间的长短和是否是纯电阻电路有关， A错误；B．适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路，B正确；C．在非纯电阻电路中，总功率大于热功率，，C正确；D．焦耳热适用于任何电路，D正确；本题选择错误的，
4．D【详解】A．由公式可知图像的纵截距即电动势E=1.40 V故A错误；B．电源短路时，路端电压U=0，当I=0.4 A时，U=1.00 V，故0.4A不是短路电流，I短≠0.4 A，故B错误；C．电源的内阻等于图像斜率的绝对值 故C错误；
D．由图像可知，当U=1.20 V时，由几何关系可知 I′=0.2 A，故D正确。
5．D【详解】BC．闭合开关S，在滑动变阻器R的滑片向下滑动过程中，滑动变阻器接入电路的阻值变小，则电路总电流变大，即通过电阻R1的电流变大，电阻R1两端的电压变大，故BC错误；AD．根据串联分压规律可知滑动变阻器R两端的电压变小，所以电容器C两端电压变小，根据可知电容器C极板所带电荷量变小，即电容器将放电，根据电路连接方式可知电容器上极板带正电，所以电阻R2中有向上的电流，故D正确，A错误。故选D。
6．D断开S后，电压表的读数为6V，则电源电动势E = 6V闭合S后，电压表的读数为2V，根据串联电路分压原理，则电源的内阻r = 4Ω故选D。
7．D【详解】A．由题意及图中数据可知该定值电阻为故A错误；B．由闭合电路欧姆定律得故B错误；CD．由题意可得由数学知识可知，当外电阻等于内电阻时，电源输出功率最大。将2只这种电阻串联作为外电阻，外电阻的阻值为12Ω，3只并联时外电路总电阻2Ω，故3只并联时，电源输出功率最大，故C错误，D正确。故选D。
8．D
9． C 乙 2.6 3.8【详解】（1）[1]根据题意，由于两节旧干电池的电动势约为3V，则需将电流表G改装成电压表，则需要串联一个大电阻，由欧姆定律可得，串联后总电阻则需要串联的电阻为
（2）[2]由于电流表的内阻已知，为了减小实验误差，故选乙。
（3）[3]根据题意，由闭合电路欧姆定律可得整理得由图像可得解得当，时，代入 解得
10．（1）4Ω；（2）4V，1Ω【详解】（1）若电阻R2发生断路，R3相当于导线的作用，由欧姆定律可得
（2） 根据闭合电路欧姆定律得U′=E-I′r不断路时，R2、R3串联后和R1并联总电流I0=I23+I
根据闭合电路欧姆定律有IR1=E-I0r解得E=4V，r=1Ω
11．（1）；（2）【详解】（1）、并联的电阻值则，电容器的电压
电容器的电量
（2）开关断开后，电容器通过、放电，而、并联，则有通过、的电量之比
而解得:通过电阻的电量