(共59张PPT)
第十三章 电磁感应与电磁波初步
1．磁场 磁感线
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道丹麦物理学家奥斯特通过实验发现了电与磁的联系。
2．知道磁场的概念，知道一切磁作用力都是通过磁场发生的。
3．知道磁感线的定义和特点，了解几种常见的磁场的磁感线分布。
4．学会用安培定则判断电流的磁感线方向。
物理观念 1.了解磁现象在人类生活中的作用，理解科学技术在社会发展中的作用。2.知道磁场的概念和磁场的方向。3.理解磁感线的概念，会用磁感线描述电流的磁场。4.了解地球的磁场，知道磁偏角的概念
科学思维 1.了解我国航海事业的发展及指南针在航海中的作用。2.了解磁现象在现代生活中的应用，培养学生热爱科学的精神
课前预习反馈
电和磁的联系
知识点 1
1．磁极：自然界中的磁体总是存在着两个________。
2．磁极间的相互作用：同名磁极相互________，异名磁极相互________。
3．电流的磁效应：1820年丹麦物理学家奥斯特通过通电导线使小磁针________的实验发现了电流的__________，揭示了电与磁的联系。
『判一判』
(1)自然界中存在单磁极子。( )
(2)奥斯特实验说明了电流可以产生磁场。( )
(3)要使奥斯特实验明显，通电导线要南北放置。( )
磁极
排斥
吸引
偏转
磁效应
×
√
√
磁场
知识点 2
1．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________发生的。
2．基本性质：磁场对磁极或____________有力的作用。
3．通电导线间的相互作用力特点：同向通电导线相互________，异向通电导线相互________。
4．磁场尽管看不见、摸不着，但它与________类似，都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。
磁场
通电导体
吸引
排斥
电场
『判一判』
(4)磁场看不见，摸不着，因此磁场是人们假想的，实际并不存在。( )
(5)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。( )
×
×
『选一选』
(2023·重庆市巫山大昌中学校高二期末)如图所示，把一条导线平行地放在磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，
磁针会发生偏转。首先观察到这个实验现象的物
理学家是( )
A．奥斯特 B．法拉第
C．赫兹 D．牛顿
解析：当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转，说明电流产生了磁场，这是电流的磁效应，首先观察到这个实验现象的物理学家是奥斯特。故A正确，B、C、D错误。
A
『想一想』
下图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)如果小孩不慎吞下的是易拉罐拉环或一个回形针，哪种物体可以用这种仪器取出来？
(3)如果把活动永磁体换成电磁铁，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)由于磁铁只能吸引铁磁性物体，而易拉罐环是铝合金材料的，不是铁磁性物质，因此不能取出；而回形针是铁磁性物体，可以用此仪器取出。
(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金属，可通过调节电流大小使磁性增强，把它取出来。故使用电磁铁应更实用一些。
磁感线
知识点 3
1．磁场方向规定：物理学中把小磁针静止时________所指的方向规定为该点磁场的方向。
2．定义：用来形象地描述磁场的一些曲线，使曲线上每一点的________方向都跟该点磁场的方向________。
3．特点
(1)磁感线是闭合曲线。
(2)磁感线的疏密程度表示磁场________，磁场强的地方磁感线________，磁场弱的地方磁感线________。
N极
切线
一致
强弱
较密
较疏
『判一判』
(6)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。( )
(7)磁感线所指的方向就是磁场的方向。( )
×
√
安培定则
知识点 4
1．通电直导线周围磁场
用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟________的方向一致，______________所指的方向就是磁感线的环绕方向。(如图所示)
电流
弯曲的四指
2．环形电流产生的磁场
让右手弯曲的四指和____________的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是______________________的磁感线的方向。(如图所示)
环形电流
环形导线中心轴线上
3．通电螺线管产生的磁场
用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟________的方向一致，大拇指所指的方向就是____________________的方向。(如图所示)
电流
螺线管内部磁感线
『判一判』
(8)通电直导线周围磁场的磁感线是闭合的圆环。( )
(9)通电螺线管周围的磁场类似于条形磁体周围的磁场。( )
√
√
课内互动探究
探究?
对磁场的理解
要点提炼,
1.磁场的性质
基本性质 对放入其中的磁体或电流产生磁力作用
客观性质 磁场虽然不是由分子、原子组成，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
特殊性质 磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同，不是以微粒形式存在，而是以一种场的形式存在
磁场的 方向性 磁场是具有方向的。所谓磁场的方向就是小磁针在磁场中其N极受力的方向，即小磁针静止时其北极所指的方向。
2.电流的磁效应
(1)电现象与磁现象的联系：
①磁体总存在着两个磁极，自然界中存在两种电荷。
②同种电荷相互排斥，同名磁极相互排斥；异种电荷相互吸引，异名磁极相互吸引。
(2)奥斯特的实验：
①实验装置如图所示。
②实验现象：当给导线通电时，与导线平行放置
的小磁针发生转动。
③注意事项：为了排除地磁场的影响，使实验现象明显，导线应沿南北方向水平放置在小磁针的正上方。
④实验结论：电流具有磁效应，即电流可以产生磁场。
⑤实验意义：电流磁效应的发现，首次揭示了电与磁之间的联系，揭开了人类对电磁现象研究的新纪元。
自然界有两种基本的物质形态：实物和场。
(1)实物即具体的、有形的物质形态，由物质粒子组成。
(2)场是物质的另一种存在形态，和实物一样也是一种客观存在物，具有质量、能量、动量等物质的基本属性。
典例剖析
下列关于磁场的说法正确的是( )
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．当磁体周围撒上细铁屑时才能形成磁场，不撒细铁屑磁场就消失
思路引导：理解磁场的物质性时应与电场类比，磁场与电场一样，都是场物质，磁场看不见、摸不着，但不会因人的主观意志而存在或消失。
典题 1
B
解析：磁场是磁体、电流或运动电荷周围存在的一种特殊物质。说它“特殊”，是因为它和我们常见的以分子、原子、离子组成的物质不同，它不是以微粒形式存在，而是以一种“场”的形式存在；说它是“物质”，是因为它和我们常见的一些实物一样，能对放在其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用。因此我们说磁场和我们常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质。虽然它看不见、摸不着，但可以通过它的基本性质反映出来。故选项B正确。
(多选)如图所示，关于磁体、导线间的相互作用，下列说法正确的是( )
对点训练
BC
A．甲图中，电流不产生磁场，导线对小磁针的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的作用是通过磁体的磁场发生的
C．丙图中导线间的相互作用是通过电流的磁场发生的
D．丙图中导线间的相互作用是通过电荷的电场发生的
解析：甲图中，电流产生磁场，导线对小磁针的力的作用是通过电流的磁场发生的，故A项错误；乙图中，磁体对通电导线的力的作用是通过磁体的磁场发生的，故B项正确；丙图中，导线间的相互作用是通过电流的磁场发生的，故C项正确，D项错误。
探究?
磁感线的特点及安培定则的应用
要点提炼
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。磁感线在某点的切线方向表示磁场的方向。
(3)磁感线的方向在磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。即磁感线是闭合的曲线，它不相交，不相切，也不中断。
2．常见永磁体的磁场(如图)
3．安培定则(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，外部磁感线越向外越稀疏 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
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 4.磁感线与电场线的比较
两种线 比较内容 磁感线 电场线
不同点 闭合曲线 不闭合，起始于正电荷或无限远，终止于负电荷或无限远
相 似 点 引入目的 为形象描述场而引入的假想线，实际不存在 疏密 场的强弱 切线方向 场的方向 是否相交 不能相交(电场中无电荷空间不相交) (1)在没画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在。
(2)若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加，磁感线描述的是叠加后的磁场的磁感线分布情况，不能认为该区域有多条磁感线相交。
典例剖析
(多选)关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是( )
A．磁极与磁极之间、磁极与电流之间都可以通过磁场发生相互作用
B．磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，其上每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时N极所指的方向一致
C．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止
D．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的
典题 2
AB
思路引导：用磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它是一种理想化模型，并不是真实存在的。由于磁体的N极和S极是密不可分的，所以磁感线总是闭合的曲线。
解析：磁场是一种特殊物质，磁极、电流间发生的作用都是通过磁场发生的，选项A正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的线，不是真实存在的，选项D错误；磁感线的切线方向表示磁场的方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，选项B正确；磁感线是闭合曲线，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，选项C错误。
(多选)(2023·江苏扬州中学高二上期中)下列所示各图中，小磁针的指向正确的是( )
思路引导：应用安培定则判断直线电流的磁场时，四指指的是磁场的方向；判断环形电流和通电螺线管的磁场时，拇指指的是轴线上磁场的方向。如果已知小磁针的指向，那么小磁针N极所指的方向就是磁场的方向。
典题 3
ABD
解析：由安培定则可知，螺线管右侧为S极，左侧为N极，则处在螺线管内部小磁针的N极应向左，故A正确；地磁场在外部的方向从地球的南极附近指向北极附近，结合小磁针静止时N极指向为磁场的方向，因此赤道处小磁针N极指向地球的北极，故B正确；根据安培定则，垂直纸面向里的直线电流产生的磁感线是顺时针方向，所以图中小磁针的N极应该指向下方，故C错误；U形磁铁，小磁针处的磁场从N极指向S极，则小磁针N极向右，故D正确。
关于磁场和磁感线，下列说法中正确的是( )
A．磁场看不见、摸不到，但在磁体周围确实存在着磁场；而磁感线是一种假想曲线，是不存在的
B．磁场对放入其中的磁体产生力的作用，当其中没放入磁体时，则无力的作用，也就不存在磁场
C．在磁场中画出的磁感线处存在磁场，在磁感线间的空白处不存在磁场
D．磁体周围的磁感线是从磁体N极出来，回到S极，所以磁体内部不存在磁场，也画不出来
对点训练
A
解析：磁场是客观存在的物质，磁感线是假想曲线，故A正确；磁体周围的磁场中，无论是否放有其他磁体，这个磁场都是客观存在的，故B错误；磁感线描述的是磁场的分布情况，它的疏密程度反映着磁场的强弱，密集处磁场强，稀疏处磁场弱，并不是说有磁感线通过的地方就有磁场，没有磁感线通过的地方就没有磁场，故C错误；磁感线是闭合曲线，磁体外部有磁场，能画出磁感线，磁体内部也有磁场，也能画出相应的磁感线，故D错误。
(2023·江苏镇江高二阶段检测)如图，两根平行通电长直导线固定，左边导线中通有垂直纸面向里、大小为I1的恒定电流，两导线连线(水平)的延长线处，一可自由转动的小磁针静止时N极方向平行于纸面向下、忽略地磁场的影响。关于右边导线中的电流I2，下列判断正确的是( )
A．I2B．I2>I1，方向垂直纸面向外
C．I2D．I2>I1，方向垂直纸面向里
对点训练
B
解析：小磁针静止时N极方向平行于纸面向下，说明该处的磁场方向向下，因I1在该处形成的磁场方向向上，则I2在该处形成的磁场方向向下，且比I1在该处的磁场要强，所以合磁场方向向下，由安培定则可知I2方向垂直纸面向外且I2>I1，A、C、D错误，B正确。
核心素养提升
安培分子电流假说
1．安培分子电流假说的内容
在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流——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(如图所示)。
2．安培的假说对有关磁现象的解释
(1)磁化现象：一根软铁棒，在未被磁化时，内部各分子电流的取向杂乱无章，它们的磁场互相抵消，对外不显磁性，当软铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流取向大致相同，两端对外界显示出较强的磁作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了。
(2)磁体的消磁：磁体在高温或猛烈撞击下，即在激烈的热运动或震动的影响下，分子电流取向又变得杂乱无章，磁体磁性消失。
3．磁现象的本质
安培的分子电流假说揭示了磁场的起源，它使我们认识到磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的。
关于磁现象的电本质，下列说法中正确的是( )
A．磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁
B．不管是磁体的磁场还是电流的磁场，都起源于电荷的运动
C．永久磁铁的磁性不是由运动电荷产生的
D．根据安培的假说可知，磁体内分子电流总是存在的，因此，任何磁体都不会失去磁性
解析：磁与电是紧密联系的，但“磁生电”“电生磁”都有一定的条件，运动的电荷产生磁场，但一个静止的点电荷的周围就没有磁场，分子电流假说揭示了磁现象的电本质，磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由运动电荷产生的，磁体内部只有当分子电流取向大体一致时，才显示出磁性，当分子电流取向不一致时，就没有磁性。故选B。
案例
B
课堂达标检测
一、电和磁的联系
1．1820年4月的一天，奥斯特在上课时，无意中让通电导线靠近小磁针，突然发现小磁针偏转。这个现象并没有引起在场其他人的注意，而奥斯特却是个有心人，他非常兴奋，紧紧抓住这个现象，接连三个月深入地研究，反复做了几十次实验。如图所示，关于奥斯特的实验，下列操作中一定能够观察到小磁针偏转的是( )
B
A．通电导线AB东西方向放置，小磁针放在导线正下方，闭合开关
B．通电导线AB南北方向放置，小磁针放在导线正下方，闭合开关
C．通电导线AB东西方向放置，小磁针放在导线正下方，改变电流方向
D．通电导线AB南北方向放置，小磁针放在AB延长线的B端外侧，改变电流大小
解析：奥斯特发现电流周围存在磁场，对小磁针有力的作用，但地磁场也对小磁针有力的作用(指向南北)，所以为了避免地磁场的影响，应将通电导线南北方向放置，在通电导线下方或上方产生的磁场方向是东西方向，小磁针放在导线的下方或上方，若偏转说明是通电导线的磁场引起的，故B正确。
二、磁场、磁感线
2.(2023·河南豫西名校高二上学期期中)磁性水雷是用一个可以绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后就变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，如图所示，其依据是( )
A．磁体的吸铁性
B．磁极间的相互作用规律
C．电荷间的相互作用规律
D．磁场对电流的作用原理
B
解析：磁性水雷中的小磁针静止时，一端指南，一端指北，水雷不会爆炸，军舰被地磁场磁化后就变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，由磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引知，就会使水雷中的小磁针发生转动，而触发水雷发生爆炸。故B正确，A、C、D错误。
3．(多选)下列关于磁感线和电场线的描述中正确的是( )
A．磁感线和电场线分别是用来描述磁场和电场的强弱和方向的真实曲线
B．磁感线是闭合的曲线，电场线则是不闭合的
C．磁感线或电场线上每一点的切线方向跟该点的磁场方向或电场方向相同
D．铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线
BC
解析：磁感线和电场线都是用来形象描述电场和磁场的强弱和方向的假想线，A错误；磁感线是闭合的曲线，电场线是起始于正电荷或无限远处、终止于无限远处或负电荷的非闭合曲线，B正确；磁感线或电场线上每一点的切线方向跟该点磁场方向或电场方向相同，C正确；磁感线是为形象描述磁场而画出的一簇簇曲线，不是真实存在的，铁屑的分布曲线只能显示磁场的分布，并不是磁感线，D错误。
三、安培定则，安培分子电流假说
4．当导线中分别通以图示方向的电流，小磁针静止时N极垂直纸面指向外的是( )
A
解析：由安培定则可知，选项A中导线下方磁场的方向垂直纸面向外，故小磁针静止时N极会垂直纸面指向外，A正确；同理可知B选项中螺线管内部磁场向左，故小磁针静止时N极指向左，B错误；C选项中小磁针处磁场的方向垂直纸面向里，故小磁针静止时N极垂直纸面指向里，C错误；D选项中环形电流内部磁场的方向垂直纸面向里，故小磁针静止时N极垂直纸面指向里，D错误。
5．如图所示是铁棒甲与铁棒乙内部各分子电流取向的示意图，甲棒内部各分子电流取向是杂乱无章的，乙棒内部各分子电流取向大致相同，则下列说法中正确的是( )
A．两棒均显磁性
B．两棒均不显磁性
C．甲棒不显磁性，乙棒显磁性
D．甲棒显磁性，乙棒不显磁性
C
解析：根据安培分子电流假说可知，在物质内部，存在着一种环形电流——分子电流，使每个物质微粒都成为微小的磁体，微粒的两侧相当于两个磁极。通常情况下未被磁化的铁棒内部的分子电流取向是杂乱无章的，它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁性。当铁棒受到外界磁场作用后，分子电流的取向大致相同，宏观显示出磁性。故甲棒不显磁性，乙棒显磁性，C选项正确。(共42张PPT)
第十三章 电磁感应与电磁波初步
章 末 小 结
方法归纳提炼
进考场练真题
知识网络构建
知识网络构建
方法归纳提炼
一、电与磁的联系
1．电场与磁场的比较
比较项目 电场 磁场
不同点 产生 电荷周围 磁体、电流、运动电荷周围
基本 性质 对放入其中的电荷有电场力的作用 对放入其中的磁体、电流有磁场力的作用
作用 特点 对放入其中的磁体无力的作用 对放入其中的静止电荷无力的作用
相同点 磁场和电场都是不依赖于人的意志而客观存在的特殊物质，都具有能量 2.电场强度和磁感应强度的比较
概念 比较内容 磁感应强度B 电场强度E
方 向 共同点 矢量，都遵从矢量合成法则 不同点 小磁针N极的受力方向，表示磁场方向 放入该点正电荷的受力方向，表示电场方向
(多选)下列说法中正确的是( )
A．电荷在电场中某处不受电场力的作用，则该处的电场强度一定为零
B．一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度一定为零
C．把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱
D．把一小段通电导线放在磁场中某处，它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱
典题 1
AC
思路引导：正确理解电场强度与磁感应强度的物理意义是解题关键。
解析：电荷在电场中某处不受电场力的作用，则该处的电场强度一定为零，选项A正确；但一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度不一定为零，因为如果通电导线与磁场平行放置，则作用力为零，选项B错误；把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱，选项C正确；把一小段通电导线垂直放在磁场中某处，它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱，选项D错误。
二、感应电流的产生条件
1．产生感应电流的条件
(1)电路闭合；
(2)穿过回路的磁通量发生变化。
2．磁通量的变化
计算磁通量的变化量时，首先要明确引起磁通量变化的原因，然后再进行计算，通常有以下几种情况：
类型 磁通量的 变化量 举例
Φ 变 的 四 种 情 况 B不变，S变 ΔΦ＝B·ΔS
例：闭合回路的一部分导线切割磁感线时
B变，S不变 ΔΦ＝ΔB·S
例：线圈与磁体之间发生相对运动时
类型 磁通量的 变化量 举例
Φ 变 的 四 种 情 况 B和S都变 ΔΦ＝B2S2－B1S1 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，但两者之间的夹角变 ΔΦ＝BS(cos θ2－cos θ1)
例：线圈在磁场中转动时
3.判断电路中是否存在感应电流的思路
(2023·甘肃凉州区第三中学高二期中)为了探究电磁感应现象的产生条件，图中给出了必备的实验仪器：
典题 2
(1)请你用笔画线代替导线，将实验电路连接完整；
(2)正确连接实验电路后，在闭合开关时灵敏电流计的指针_______偏转(选填“发生”或“不发生”)；开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片，灵敏电流计的指针_______偏转(选填“发生”或“不发生”)；断开开关时灵敏电流计的指针_______偏转(选填“发生”或“不发生”)。
发生
发生
发生
答案： (1)
解析：(1)把灵敏电流计与大线圈组成串联电路，电源、开关、滑动变阻器、小线圈组成串联电路，电路连接图如图所示。
(2)在闭合开关时，小线圈中的电流从无到有发生变化，磁场从无到有发生变化，则穿过大线圈的磁通量变化，灵敏电流表指针发生偏转；开关闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片时，小线圈中的电流发生变化，磁场发生变化，则穿过大线圈的磁通量也变化，灵敏电流表指针发生偏转；断开开关时，小线圈中电流减小，则穿过大线圈的磁通量减小，则会产生感应电动势，形成感应电流，灵敏电流表指针发生偏转。
注意，光在不同的介质中的传播速度不同，当已知光在真空中的波长λ时，要用c＝λν求其频率，其中c是光在真空中的传播速度；当已知光在某介质中的波长为λ介时，要用v＝λ介ν求其频率，其中v是光在介质中的传播速度。因为c>v，故λ>λ介，而频率ν是不变的。常见的问题求解方法有：
(2022·全国高二课时练习)能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10–18 J，已知可见光的平均波长约为600 nm，普朗克常量为6.63×10–34 J·s，则进入人眼的光子数至少为( )
A．1个 B．3个
C．30个 D．300个
典题 3
B
进考场练真题
一、高考真题探析
(多选)(2021·福建高考)如图，四条相互平行的细长直导线垂直坐标系xOy平面，导线与坐标平面的交点为a、b、c、d四点。已知a、b、c、d为正方形的四个顶点，正方形中心位于坐标原点O，e为cd的中点且在y轴上；四条导线中的电流大小相等，其中过a点的导线的电流方向垂直坐标平面向里，其余导线电流方向垂直坐标平面向外。则( )
典题
BD
A．O点的磁感应强度为0
B．O点的磁感应强度方向由O指向c
C．e点的磁感应强度方向沿y轴正方向
D．e点的磁感应强度方向沿y轴负方向
解析：由题知，四条导线中的电流大小相等，且到O点的距离相等，故四条导线在O点的磁感应强度大小相等，根据右手螺旋定则可知，四条导线中在O点产生的磁感应强度方向，如图所示
由图可知，Bb与Bc相互抵消，Ba与Bd合成，根据平行四边形定则，可知O点的磁感应强度方向由O指向c，其大小不为零，故A错误，B正确；由题知，四条导线中的电流大小相等，a、b到e点的距离相等，故a、b在e点的磁感应强度大小相等，c、d到e点的距离相等，故c、d在e点的磁感应强度大小相等，根据右手螺旋定则可知，四条导线中在O点产生的磁感应强度方向，如图所示
由图可知Bc与Bd大小相等，方向相反，互相抵消；而Bb与Ba大小相等，方向如图所示，根据平行四边形定则，可知两个磁感应强度的合磁感应强度沿y轴负方向，故C错误，D正确。故选BD。
二、临场真题练兵
1．(2021·天津高考)科学研究方法对物理学的发展意义深远，实验法、归纳法、演绎法、类比法、理想实验法等对揭示物理现象的本质十分重要。下列哪个成果是运用理想实验法得到的( )
A．牛顿发现“万有引力定律”
B．库仑发现“库仑定律”
C．法拉第发现“电磁感应现象”
D．伽利略发现“力不是维持物体运动的原因”
D
解析：牛顿发现“万有引力定律”；库仑发现“库仑定律”；法拉第发现“电磁感应现象”，这些都是建立在大量的实验的基础上直接得出的结论；而伽利略发现“力不是维持物体运动的原因”，是在实验的基础上经过抽象推理得出的结论，即运用了理想实验法。故选D。
2．(2021·全国甲卷)两足够长直导线均折成直角，按图示方式放置在同一平面内，EO与O′Q在一条直线上， PO′与OF在一条直线上，两导线相互绝缘，通有相等的电流I，电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时，所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B，则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为( )
A．B、0 B．0、2B
C．2B、2B D．B、B
B
解析：两直角导线可以等效为如图所示的两直导线，由安培定则可知，两直导线分别在M处的磁感应强度方向为垂直纸面向里、垂直纸面向外，故M处的磁感应强度为零；两直导线在N处的磁感应强度方向均垂直纸面向里，故N处的磁感应强度为2B；综上分析B正确。故选B。
3．(2021·浙江高考)如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是( )
A．电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场
B．螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场
C．螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场
D．磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场
B
解析：根据螺线管内部的磁感线分布可知，在螺线管的内部，越接近于中心位置，磁感线分布越均匀，越接近两端，磁感线越不均匀，可知螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场。故选B。
4．(多选)(2022·福建高考)奥斯特利用如图所示实验装置研究电流的磁效应。一个可自由转动的小磁针放在白金丝导线正下方，导线两端与一伏打电池相连。接通电源瞬间，小磁针发生了明显偏转。奥斯特采用控制变量法，继续研究了导线直径、导线材料、电池电动势以及小磁针位置等因素对小磁针偏转情况的影响。他能得到的实验结果有( )
AB
A．减小白金丝直径，小磁针仍能偏转
B．用铜导线替换白金丝，小磁针仍能偏转
C．减小电源电动势，小磁针一定不能偏转
D．小磁针的偏转情况与其放置位置无关
解析：减小导线直径，仍存在电流，其产生的磁场仍能使小磁针偏转，选项A正确；白金导线换成铜导线，仍存在电流，产生的磁场仍能使小磁针偏转，选项B正确；减小伏打电池电动势，只要导线中有电流，小磁针还是会发生偏转，选项C错误；通电导线产生的磁场与地磁场叠加后，其空间磁场方向与位置有关，当小磁针在不同位置时其偏转情况不同，选项D错误。故选AB。
5．(多选)(2022·全国乙卷)安装适当的软件后，利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图，在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量，每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知( )
BC
测量序号 Bx/μT By/μT Bz/μT
1 0 21 －45
2 0 －20 －46
3 21 0 －45
4 －21 0 －45
A ．测量地点位于南半球
B．当地的地磁场大小约为50 μT
C．第2次测量时y轴正向指向南方
D．第3次测量时y轴正向指向东方
解析：如图所示(共52张PPT)
第十三章 电磁感应与电磁波初步
3．电磁感应现象及应用
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．了解电磁感应现象的发现历程。
2．理解感应电流的产生条件，会判断回路中是否有感应电流。
3．了解电磁感应现象的应用。
物理观念 1.知道什么是电磁感应现象。2.理解探究感应电流产生条件的实验，并理解感应电流产生的条件。3.掌握运用感应电流的产生条件判断感应电流能否产生。
科学思维 理解从电生磁到磁生电的科学探究方法。
科学态度 与责任 1.通过实验探究产生感应电流的条件。2.知道电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。
课前预习反馈
划时代的发现
知识点 1
1．“电生磁”的发现
1820年 ，丹麦物理学家__________发现了电流的磁效应。
2．法拉第的探索：法拉第提出了“由磁产生电”的设想，并为此进行了长达10年的探索，从中领悟到，“磁生电”是一种在变化、________的过程中才能出现的效应。
3．电磁感应：“__________”的现象。
4．感应电流：____________现象中产生的电流。
奥斯特
运动
磁生电
电磁感应
『判一判』
(1)只有很强的磁场才能产生感应电流。( )
(2)法拉第发现电磁感应现象是只有在变化、运动的过程中才出现的现象。( )
(3)奥斯特首先发现了电磁感应现象。 ( )
×
√
×
产生感应电流的条件
知识点 2
1．实验装置
2．探究记录
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 ______
开关闭合时，滑动变阻器不变 ______
开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片 ______
有
无
有
3.探究结果
当穿过闭合导体回路的__________发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。
『判一判』
(4)有电流就可以产生磁场。( )
(5)有磁场就可以产生电流。 ( )
(6)穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中就一定产生感应电流。 ( )
磁通量
√
×
√
『选一选』
如图所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef。已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，ef中的电流I产生的磁场穿过圆面积的磁通量将( )
A．逐渐增大
B．逐渐减小
C．始终为零
D．不为零，但保持不变
C
解析：利用安培定则判断直线电流产生的磁场，考虑到磁场具有对称性，可以知道，穿入线圈的磁感线的条数与穿出线圈的磁感线条数是相等的，故选C。
『想一想』
在学校的操场上，把一条大约10 m长电线的两端连在一个灵敏电流表的两个接线柱上，形成闭合电路，两个同学迅速摇动这条电线(如图所示)，可以发电吗？简述你的理由。
你认为这两个同学沿哪个方向站立时，发电的可能性比较大？试一试。
解析：我们知道，闭合电路的部分导体切割磁感线时，闭合电路中有感应电流产生，摇绳发电的实质是，闭合电路的部分导体切割地磁场的磁感线，故绳运动方向与地磁场平行时无感应电流，而运动方向与地磁场垂直时，产生的感应电流最大，地磁场是南北方向的，故摇绳的两位同学沿东西方向站立时，发电的可能性最大。
电磁感应现象的应用
知识点 3
1．__________是根据电磁感应原理制造的，它开辟了人类社会的电气化时代。
2．生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据_________制造的。
发电机
电磁感应
课内互动探究
探究?
感应电流的产生条件
要点提炼
1.常见的产生感应电流的三种情况
2．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：
典例剖析
(多选)关于感应电流的产生，下列说法中正确的是( )
A．只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流
B．若构成闭合回路的导线做切割磁感线运动，回路中不一定有感应电流
C．若闭合回路的一部分导体不做切割磁感线运动，该回路中一定没有感应电流
D．当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，该回路中一定有感应电流
典题 1
BD
解析：线圈产生感应电流的条件为穿过线圈的磁通量发生变化且线圈为闭合回路，A错误；闭合回路整体在匀强磁场中做切割磁感线运动，而穿过闭合回路的磁通量没有变化，则闭合回路中仍然没有感应电流，B正确；闭合回路的一部分导体不做切割磁感线运动，但磁感应强度变化，则穿过闭合回路的磁感线的条数发生变化，穿过闭合回路的磁通量发生变化，该回路中也能产生感应电流，C错误；根据感应电流产生的条件可知，当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，该回路中一定有感应电流，D正确。
(多选)(2022·辽宁沈阳市郊联体高二上月考)下图中能产生感应电流的是( )
对点训练
BD
解析：要使线圈中产生感应电流，则回路要闭合且穿过闭合回路的磁通量要发生变化。选项A中因为线圈不闭合，不能产生感应电流，故A错误；选项B中两导体棒向左右两侧运动，闭合回路面积增大，且穿过闭合回路的磁通量增大，故产生感应电流，故B正确；选项C中通电直导线在线圈的正上方，根据安培定则可知，穿过线圈的磁通量始终是零，增大电流不能在线圈中产生感应电流，故C错误；选项D中线框向右运动，穿过闭合线框的磁通量减小，所以产生感应电流，故D正确。
探究?
电磁感应现象中的能量转化和应用
要点提炼
1.电磁感应现象中的能量转化
当在闭合电路中产生感应电流时，电流做功，消耗电能，根据能量守恒定律可知，有其他形式的能转化为电能。
(1)导体做切割磁感线运动，在电路中产生感应电流，该导体的机械能转化为电能。
(2)如图所示，线圈Ⅰ中有变化的电流通过时，在铁芯中产生变化的磁场，这个变化的磁场通过线圈Ⅱ时在其闭合回路中产生了感应电流。这个过程中，线圈Ⅰ中的电能转化成了铁芯中的磁场能，然后在线圈Ⅱ中又把铁芯里的磁场能转化成了电能，此处的转化并不像导线导电一样直接，而是一个间接的转移，磁场仅起到了能量传输的作用。
2．电磁感应现象的应用
生产中广泛使用的变压器、发电机等是根据电磁感应制造的。生活中很多电器的工作原理都应用到电磁感应现象，如动圈式话筒、电视机、手机、录音机、电磁炉等。下面对动圈式话筒和电磁炉的工作原理进行简单分析。
(1)动圈式话筒：话筒是把声音信号转变为电信号的装置，动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的音圈也随着一起振动，音圈在永久磁体的磁场里振动，其中就会产生感应电流，感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。
(2)电磁炉：电磁炉的炉面一般是耐热陶瓷板，陶瓷板下面的铜线制线圈接入大小和方向都变化的电流以后，产生变化的磁场，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，对食物进行加热。
典例剖析
(多选)如图所示，两根光滑平行金属导轨倾斜放置并固定，顶端接有阻值为R的定值电阻，整个装置处于垂直导轨平面的匀强磁场中，金属杆ab在导轨上匀速向下滑行，金属杆与导轨接触良好，导轨和金属杆的电阻不计。杆ab下滑的过程中，下列说法正确的是( )
A．杆ab的重力势能不断减小
B．杆ab的动能不断增加
C．电阻R上产生的热量不断增加
D．电阻R上消耗的电功率保持不变
典题 2
ACD
解析：金属杆ab向下滑行，高度不断下降，重力势能不断减小，A正确；杆ab做匀速运动，速度不变，动能不变，B错误；杆ab匀速下滑，其重力势能转化为电路的电能，通过电阻R转化为内能，可知电阻R上产生的热量不断增加，C正确；设导轨与竖直面的夹角为θ，金属杆质量为m，速度为v，电阻R上消耗的电功率等于重力做功的功率P＝mgvcos θ，保持不变，D正确。
(多选)(2023·辽宁大连三十八中高二上月考)如图所示，闭合小金属环从高为h的光滑曲面右端无初速度向下运动，又沿曲面的左端上升，整个装置处于磁感应强度方向垂直于曲面向外的磁场中，则( )
对点训练
BD
A．若是匀强磁场，则穿过环的磁通量不变，且在左侧能到达的最大高度小于h
B．若是匀强磁场，则穿过环的磁通量不变，且在左侧能到达的最大高度等于h
C．若是非匀强磁场，则穿过环的磁通量改变，且在左侧能到达的最大高度大于h
D．若是非匀强磁场，则穿过环的磁通量改变，且在左侧能到达的最大高度小于h
解析：若是匀强磁场，环在运动的过程中，通过环的磁通量不变，没有感应电流，且在运动过程中只有重力做功，支持力不做功，机械能守恒，所以环在左侧能到达的最大高度等于h，A错误，B正确；若是非匀强磁场，环在运动过程中，通过环的磁通量发生变化，产生感应电流，此时有机械能转化为电能，机械能减小，所以环在左侧能到达的最大高度小于h，C错误，D正确。
核心素养提升
导体切割磁感线产生感应电流应注意的几个问题
1．导体切割磁感线，不是在导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化。
2．在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：
(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没“割断”，就不能说切割。如下图所示，(a)、(b)两图中，导体是真“切割”，而(c)图中，导体没有切割磁感线。
(2)即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流。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，闭合导体在非匀强磁场中运动，切割了磁感线，穿过线框的磁感线条数减少，线框中有感应电流。
(3)即使是闭合回路的部分导体做切割磁感线的运动，也不能保证一定存在感应电流。
如图丁所示，线框abcd的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部分切割，但穿过闭合回路的磁通量没有变化，所以在线框中没有感应电流。
如图所示，一有界匀强磁场的宽度为d0，一个边长为l的正方形导线框abcd以速度v匀速通过磁场区域。若d0＞l，线框平面与磁场方向垂直且有两条边与磁场边界平行，则线框穿过磁场的过程中，线框中不产生感应电流的时间应等于( )
案例
C
课堂达标检测
一、划时代的发现
1．(2023·湖南湘潭高二期末)物理学在发展完善的过程中，不同年代的物理学家对物理现象进行观察、思考和研究，在实验论证、逻辑推理、演绎论证等基础上建构了现在比较完善的体系。下列关于物理学重大历史事件描述合理的是( )
A．19世纪30年代，库仑提出一种观点。认为在电荷的周围存在着由它产生的电场，电荷之间通过电场相互作用
B．为解释磁体产生磁场，伏特提出了分子电流假说。认为在物质内部，存在着一种环形电流——分子电流。分子电流使每一个物质微粒都成为微小的磁体，它两侧相当于两个磁极
C
C．1831年，法拉第在一次科学报告会上当众表演了一个实验，一个铜盘的轴和铜盘的边缘分别连在“电流表”的两端。他摇动手柄使铜盘在磁极之间旋转，“电流表”的指针随之摆动。这是根据电磁感应现象制造的最早的圆盘发电机
D．1820年，特斯拉在一次讲课中，偶然地把导线放置在一个指南针的上方，通电时指南针转动了。这就是电流的磁效应，奥斯将首次揭示了电与磁的联系
解析：19世纪30年代，法拉第提出一种观点，认为在电荷的周围存在着由它产生的电场。电荷之间通过电场相互作用，故A错误；为解释磁体产生磁场，安培提出了分子电流假说。认为在物质内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每一个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极，故B错误；1820年，奥斯特在一次讲课中偶然地把导线放置在一个指南针的上方，通电时指南针转动了。这就是电流的磁效应，奥斯特首次揭示了电与磁的联系，故D错误；C项描述符合历史史实，C正确。
2．(2023·西安市庆安高级中学高二期中)小赵同学到图书馆凭磁卡借还书时，将磁卡以一定的速度通过装有线圈的检测头，检测头的线圈中产生感应电动势和感应电流，从而传输了被记录的信号。该情景说明现代生活、生产中广泛应用了电磁感应。电磁感应的首次发现者为( )
A．密立根 B．法拉第
C．洛伦兹 D．爱因斯坦
解析：法拉第在1831年首次发现了电磁感应现象。故选B。
B
二、产生感应电流的条件
3．(多选)(2023·福建漳州高二期末)某同学采用如图所示装置来“研究电磁感应现象”，将A线圈插入B线圈后，下列说法正确的是( )
AC
A．开关闭合与断开瞬间，电流表的指针会偏转
B．开关闭合后，保持A线圈不动，则穿过B线圈的磁通量为零
C．开关闭合后，将A线圈拔出B线圈的过程中，电流表的指针会偏转
D．开关闭合后，移动滑动变阻器滑片的过程中，穿过B线圈的磁通量不变
解析：开关的闭合与断开过程，穿过B线圈的磁通量都要发生变化，产生感应电流，则电流表的指针会偏转，故A正确；开关闭合后，A线圈产生磁场，保持A线圈不动，则穿过B线圈的磁通量不为零，故B错误；开关闭合后，将A线圈拔出B线圈的过程中，穿过B线圈的磁通量减小，电流表的指针会偏转，故C正确；开关闭合后，移动滑动变阻器滑片的过程中，回路电流变化，磁场变化，穿过B线圈的磁通量变化，故D错误。故选AC。
4．(2022·辽宁辽河油田第二高级中学高二上月考)如图所示，一金属圆线圈和一条形磁铁的中轴线在同一竖直平面内，下列情况中能使线圈中产生感应电流的是( )
A．将磁铁竖直向下平移
B．将磁铁水平向右平移
C．将磁铁在图示的平面内，N极向上、S极向
下转动
D．将磁铁的N极转向纸外，S极转向纸内
D
解析：题图中位置时，从N极到S极的磁感线与线圈的平面平行，磁通量为零，将磁铁竖直向下平移、水平向右平移及在图示平面内向上、向下转动，这三种情况磁感线仍然与线圈平面平行，磁通量没有发生变化，A、B、C错误；当N极转向纸外，S极转向纸内时，有磁感线穿过闭合线圈，磁通量发生了变化，满足产生感应电流的条件，线圈中会产生感应电流，D正确。
三、电磁感应现象的应用
5．(2023·河北唐山高二期中)图中的手机正在进行无线充电。充电底座接入的交变电流激发变化的磁场，使手机内产生感应电流，从而实现无线充电。这种充电方式利用的原理是( )
A．静电屏蔽 B．电荷守恒
C．电磁感应 D．尖端放电
解析：充电底座接入的交变电流激发变化的磁场，使手机中的受电线圈感应出电流，故手机无线充电的原理是电磁感应，故选C。
C(共49张PPT)
第十三章 电磁感应与电磁波初步
4．电磁波的发现及应用
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．了解麦克斯韦电磁场理论的内容。
2．知道电磁波的形成及赫兹的实验结论。
3．知道电磁波在真空中传播速度及波长、频率和波速的关系。
4．了解电磁波谱的组成及各种电磁波的特点、应用。
5．了解电磁波的能量及电磁波通信。
物理观念 1.知道麦克斯韦电磁场理论，理解麦克斯韦电磁理论的两个要点。2.了解电磁波的形成。掌握波长、频率和波速的关系。3.了解电磁波的特点，知道电磁场的物质性。
科学思维 1.了解电磁波的发现对人类文明的影响，体会科学家研究物理问题的思维方法。2.了解麦克斯韦电磁场理论在物理学发展史上的意义。3.了解麦克斯韦和赫兹在物理学发展中的贡献。4.通过实例认识电磁波谱，了解电磁波的组成，知道它们各自的特点及重要应用。
课前预习反馈
电磁场
知识点 1
1．麦克斯韦的电磁场理论：变化的________产生电场，变化的________产生磁场。
2．电磁场：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__________。
『判一判』
(1)电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场。( )
(2)周期性变化的磁场产生周期性变化的电场。( )
磁场
电场
电磁场
×
√
电磁波
知识点 2
1．麦克斯韦推断：周期性变化的电场在空间引起__________变化的磁场，这个变化的磁场又引起新的________的电场。
2．麦克斯韦预言：__________变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成__________。
3．机械波的传播离不开________，电磁波可以在________中传播。
4．光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种________振动，电磁波的速度等于________。
5．赫兹的贡献：1886年德国科学家赫兹通过实验捕捉到了__________，证实了麦克斯韦的__________理论。
周期性
变化
周期性
电磁波
介质
真空
电磁
光速
电磁波
电磁场
『判一判』
(3)电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播。( )
(4)光是一种电磁波。 ( )
(5)电磁波的传播速度一定为3×108 m/s。 ( )
√
√
×
『选一选』
(2023·云南砚山县第一中学高二阶段练习)手机通信是靠电磁波传播信息的。从理论上预言电磁波存在和第一次用实验证实电磁波存在的物理学家分别是( )
A．安培 法拉第
B．麦克斯韦 法拉第
C．法拉第 赫兹
D．麦克斯韦 赫兹
解析：从理论上预言电磁波存在的物理学家是麦克斯韦，第一次用实验证实电磁波存在的物理学家是赫兹，故选D。
D
『想一想』 “为了您和他人的安全，请您不要在飞机上使用手机和手提电脑。”这句提醒警示语是乘坐飞机的旅客都听过的语言，因为有些空难事故就是由于某位乘客在飞行的飞机中使用手机造成的。如图所示是飞机上的警示标志。1999年广州白云机场飞机降落时，机上有四位旅客同时使用了手机，使飞机降落偏离了8度，险些造成事故；2015年4月27日下午一位旅客在飞往乌鲁木齐的途中使用手机，被处以五百元的治安罚款。请问为什么在飞机上不能使用手机和手提电脑呢(包括游戏机)
答案：由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机产生电磁干扰，而飞机上导航系统是非常复杂的，抗干扰能力不是很强，所以如果飞机上的乘客使用了手机，对飞机产生电磁干扰，那么后果将十分可怕。所以，在飞机上不要使用手机和手提电脑。
电磁波谱
知识点 3
1．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝_______。
2．电磁波在真空中的速度：c＝_______ m/s。
3．电磁波谱：按电磁波的________或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。
λf
3×108
波长
4．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，________可以用于卫星通信、电视等的信号传播。
(2)红外线可以用于________理疗，可见光可以用于通信。
(3)紫外线可以________，X射线片可以用于诊断病情，__________可以摧毁病变的细胞。
微波
加热
消毒
γ射线
电磁波的能量
知识点 4
1．光是一种电磁波——传播着的__________，光具有能量。
2．电磁波具有能量，电磁波是一种________。
电磁场
物质
电磁波通信
知识点 5
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________的信息通信网络。
2．信息通信都是通过__________来传递的。
3．电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以________传播。
『判一判』
(6)电磁波具有能量可用于对物体加热，也可以携带信息，用于信息通信。( )
统一
电磁波
无线
√
课内互动探究
探究?
麦克斯韦电磁场理论
要点提炼
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解
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
(多选)下列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
典题 1
AB
解析：变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流产生，若无闭合回路，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；形成电磁场的关键是必须有交替产生的变化的电场和变化的磁场，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。
(2022·云南峨山彝族自治县第一中学高二开学考试)下列关于麦克斯韦的电磁场理论说法正确的是( )
A．变化的磁场产生的电场一定是变化的
B．不均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生不均匀变化的电场
C．稳定的磁场产生不稳定的电场
D．周期性变化的磁场在周围空间产生的变化电场
对点训练
D
解析：均匀变化的磁场产生稳定的电场，选项A错误；不均匀变化的电场不一定产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，选项B错误；稳定的磁场不产生电场，选项C错误；周期性变化的磁场在周围空间产生的同频率变化电场，选项D正确。
探究?
对电磁波的理解
要点提炼
1.电磁波的特点
(1)电磁场中储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。
(2)只有周期性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，所以传播时不再需要其他介质。
(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
波速＝波长×频率，即v＝λf。
(1)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，在介质中的速度都比在真空中速度小。
(2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。
(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：v＝c。
典例剖析
(多选)电磁波与声波比较，下列叙述中正确的是( )
A．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质
B．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大
C．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大
D．电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定，与频率无关
典题 2
ABC
思路引导：(1)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中，不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。
(2)不同频率的电磁波，在同一种介质中传播，其速度是不同的，频率越高，波速越小。
(多选)各磁场的磁感应强度B随时间t变化的情况如图所示，其中能产生持续电磁波的是( )
对点训练
BD
解析：根据麦克斯韦的电磁场理论，恒定的磁场不能产生电场，更不能产生电磁波，故A错误；根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的磁场可以产生周期性变化的电场，周期性变化的电场又可以产生周期性变化的磁场，因而可以产生持续的电磁波，故B、D正确；均匀变化的磁场产生恒定的电场，而恒定的电场不能再产生磁场，因此不能产生持续的电磁波，故C错误。
探究?
电磁波谱及其应用
要点提炼
1.电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序把他们排列成谱。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射线)、γ射线等合起来，便构成了范围非常广阔的电磁波谱。
2．各种不同的电磁波既有共性，又有个性
(1)共性：它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，都满足公式v＝fλ，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s，它们的传播都不需要介质，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)个性：不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性。
3．电磁波谱及其应用
波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
特性 波动 性强 热作用 产生 视觉 荧光 效 应 穿透能力强 穿透
能力
强
应用 通讯 广播、 导航 等 加热 理疗 照明 照相 杀菌消 毒、医 疗等 工业探 伤、医 学透视 工业探
伤、医
学治疗
典例剖析
(多选)对于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．各种电磁波有明显的频率和波长区域界限
B．γ射线的频率一定大于X射线的频率
C．X射线的波长有可能等于紫外线波长
D．可见光波长一定比无线电波的短
解析：X射线和γ射线、X射线和紫外线有一部分频率重叠，界限不明显，故A、B错误，C正确；可见光波长一定比无线电波波长短，故D正确。
典题 3
CD
(多选)下列关于电磁波的说法正确的是( )
A．微波炉加热食物说明电磁波具有能量
B．固定电话通过电磁波传递信息
C．电磁波的传播需要介质
D．移动电话(手机)既能接收电磁波，也能发射电磁波
解析：微波炉加热食物过程中，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，食物增加的能量是微波给它的，可见电磁波具有能量，故A正确；固定电话是通过电流传递信息的，故B错误；电磁波的传播不需要介质，故C错误；移动电话(手机)既能接收电磁波，也能发射电磁波，故D正确。故选AD。
对点训练
AD
核心素养提升
某高速公路自动测速仪装置如图1所示，雷达向汽车驶来方向发射不连续的电磁波，每次发射时间约为百万分之一秒，两次发射时间间隔为t。当雷达向汽车发射无线电波时，在指示器荧光屏上呈现出一个尖波形；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现第二个尖形波。根据两个波的距离，可以计算出汽车距雷达的距离，根据自动打下的纸带如图2所示，可求出该汽车的车速，请根据给出的t1、t2、t、c求出汽车车速表达式。
案例
课堂达标检测
一、电磁场
1．麦克斯韦电磁场理论告诉我们( )
A．任何电场周围都要产生磁场
B．任何变化的电场都要在周围空间产生变化的磁场
C．任何变化的电场都要在周围空间产生恒定的磁场
D．周期性变化的电场要在周围空间产生周期性变化的磁场
解析：由麦克斯韦电磁场理论可知，变化的电场在周围空间产生磁场，均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，非均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场，周期性变化的电场在周围空间产生周期性变化的磁场，故D正确，A、B、C错误。
D
二、电磁波
2．(多选)梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子将在空中产生电磁波，该电磁波( )
A．是横波
B．是电荷运动产生的
C．不能在真空中传播
D．只能沿着梳子摇动的方向传播
E．在空气中的传播速度约为3×108 m/s
ABE
解析：电磁波是横波，A正确；梳子带电后摇动梳子，电荷发生移动形成变化的电流，变化的电流产生变化的磁场形成电磁波，B正确；电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，C错误；电磁波产生后，可以在任意方向传播，D错误；电磁波在空气中的传播速度约等于光在真空中的传播速度，约为3×108 m/s，E正确。
3．(2023·天津南开高二期末)现代生活中人类与电磁波结下了不解之缘，关于电磁波下列陈述中符合事实的是( )
A．麦克斯韦首先用实验证实了电磁波的存在
B．在真空中电磁波的传播速度小于真空中的光速
C．空间有变化的电场(或磁场)存在，不一定能形成电磁波
D．把手机放在抽成真空的玻璃盒中，拨打该手机号码，手机由于接收不到电磁波信号而无法接通
C
解析：麦克斯韦首先预言电磁波，而赫兹用实验证实了电磁波的存在，A错误；在真空中电磁波的传播速度等于真空中的光速，B错误；只有周期性变化的电场才能形成电磁波，均匀变化的电场只能产生恒定的磁场，将不能再产生电磁波，C正确；电磁波在真空中也能传播，把手机放在抽成真空的玻璃盒中，手机能接收到电磁波的信号，D错误。
三、电磁波谱
4．(2022·安徽省蚌埠市第五中学高二下学期检测)按频率由小到大，电磁波谱的排列顺序是( )
A．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线
B．无线电波、可见光、红外线、紫外线、X射线、γ射线
C．γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波
D．红外线、无线电波、可见光、紫外线、γ射线、X射线
解析：根据电磁波谱，按频率由小到大，排列顺序正确的是选项A。
A
5.(多选)(2023·福建厦门高二上期末)体温检测是疫情防控的第一道防线。同学进入校园时常用如图所示的额温枪进行测温，其原理是通过传感器接受红外线测得体温。关于红外线的说法正确的是( )
A．红外线具有荧光效应
B．红外线的波长大于紫外线的波长
C．红外线的频率大于X射线的频率
D．红外线穿透能力比γ射线弱
BD
解析：红外线不具有荧光效应，紫外线才具有荧光效应，故A错误；根据电磁波谱可知，红外线的波长大于紫外线的波长，红外线的频率小于X光的频率，故B正确，C错误；频率越大穿透能力越强，所以红外线穿透能力比γ射线弱，故D正确。故选BD。
6．(2023·浙江绍兴高二期末)我国已初步建成了全球最大规模的5G移动网络。5G网络使用的通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，4G网络使用的通信频率在0.3 GHz～3.0 GHz间的特高频段，5G网络比4G网络拥有更大的带宽和更快的传输速率。下列说法正确的是( )
A．5G信号比4G信号的波长更长
B．5G信号是纵波，4G信号是横波
C．5G信号传播不需要介质，4G信号传播需要介质
D．相同时间内5G信号比4G信号传递的信息量更大
D
解析：5G信号比4G信号的频率更大，则波长更短，选项A错误；电磁波是横波，即5G信号和4G信号都是横波，选项B错误；电磁波传播不需要介质，即5G信号和4G信号传播都不需要介质，选项C错误；相同时间内5G信号比4G信号传递的信息量更大，选项D正确。(共43张PPT)
第十三章 电磁感应与电磁波初步
5．能量量子化
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道热辐射、黑体辐射的概念。
2．了解普朗克的能量子假设和爱因斯坦的光子假设。
3．了解原子能级及能级跃迁规律。
物理观念 1.了解黑体辐射和能量子的概念。2.了解黑体辐射的实验规律。3.知道能量子。4.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。
科学思维 1.了解黑体辐射、一般辐射的特点。2.理解能量量子化、轨道量子化，初步了解量子理论。
课前预习反馈
热辐射
知识点 1
1．热辐射的概念：物体具有的与________有关的辐射电磁波的方式。
2．热辐射规律：物体在室温时，热辐射的主要成分是波长________的电磁波，当温度升高时，热辐射中波长较______的成分越来越强。
3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的__________而不发生________的物体。
4．黑体辐射规律：黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波，而且辐射电磁波的强度按________的分布只与它的________有关。
温度
较长
短
电磁波
反射
波长
温度
『判一判』
(1)只有高温的物体才会热辐射。( )
(2)热辐射的辐射强度按波长的分布情况随温度的变化而有所不同。 ( )
(3)黑体就是指黑色的物体。 ( )
×
√
×
『选一选』
(2023·宁夏永宁县回民高级中学高二阶段练习)下列有关黑体和黑体辐射的说法错误的是( )
A．黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射
B．黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光)
C．黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释
D．黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释
C
解析：黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，故A正确不符合题意；根据辐射规律可知，黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光)，故B正确不符合题意；黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释，故C错误符合题意D正确不符合题意。
『想一想』
很多地方用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗？
答案：根据热辐射规律可知，人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度。通过监测被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。
能量子
知识点 2
1．定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________倍。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
2．能量子的大小：ε＝________，其中______是电磁波的频率，h是一个常量，称为普朗克常量。
3．普朗克认为微观粒子的能量是__________的，是不连续(分立)的。
4．爱因斯坦的光子说：光是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________，这些能量子被叫作________。
整数
hν
ν
量子化
hν
光子
『判一判』
(4)普朗克认为微观粒子的能量是量子化的。( )
(5)根据普朗克理论可知，光不是一种波。 ( )
√
×
能级
知识点 3
1．定义：原子的能量是__________的，这些__________的能量值叫作能级。
2．原子的稳定性：原子处于能量最低的状态时最稳定，原子处于能量较高的状态时不稳定，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出________。
3．能级跃迁规律：原子从高能级态向低能级态跃迁时放出的光子的能量________前后两个能级之差。
4．原子的发射光谱的特征：原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，因此，原子的发射光谱只有一些________的亮线。
量子化
量子化
光子
等于
分立
『判一判』
(6)原子处于最低能级时最稳定。( )
(7)原子发生能级跃迁时要放出光子。 ( )
√
×
课内互动探究
探究?
热辐射
要点提炼,
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。太阳、白炽灯中光的发射就属于热辐射。
(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
2．对黑体的理解
绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个带有小孔的空腔就成了一个绝对黑体。
3．一般物体与黑体的比较
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光波长等因素有关
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
典例剖析
下列说法正确的是( )
A．只有温度高的物体才会有热辐射
B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量
C．黑体可以看起来很是明亮，是因为黑体可以反射电磁波
D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关
典题 1
D
解析：任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，故A错误；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叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故B、C错误；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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，故D正确。
(多选)以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是( )
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
对点训练
BC
解析：物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，故A错误；黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，则辐射强度的极大值也就越大。当铁块呈现黑色时，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，故B正确；当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，故C正确；太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是由于大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，故D错误。故选BC。
探究?
能量子和能级
要点提炼
1.能量子
物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是hν的整数倍，hν称为一个能量子，其中ν是谐振子的振动频率，h是一个常数，称为普朗克常量。
h＝6.63×10－34 J·s
2．量子化现象
在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象。
3．能级
(1)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。
(2)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一能级“飞跃”到另一能级，而不可能停留在不符合这些能级的任何一个中间状态。
(3)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
典例剖析
(2023·江苏宿迁高二上期中)由中国健康发展研究中心发布的《国民视觉健康报告》白皮书显示，我国学生的近视患病率在逐年增加。课业负担重、沉迷电子产品已成为影响青少年视力的两大“杀手”。现代医学采用激光“焊接”视网膜技术来治疗近视，所用激光的波长λ＝660 nm。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光在真空中传播速度c＝3×108 m/s，则该激光中每个光子的能量为( )
A．3.0×10－19 J B．1.6×10－19 J
C．1.0×10－19 J D．1.0×10－18 J
典题 2
A
下列说法正确的是( )
A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C．原子从高能级向低能级跃迁时吸收光子，且吸收光子的能量等于前后两个能级之差
D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的光谱只有一些分立的亮线
解析：原子的能量是量子化的，原子从高能级会自发地向低能级跃迁，向外放出光子，光子的能量hν＝E初－E末，由于能级的分立性，放出的光子的能量也是分立的，故选D。
对点训练
D
核心素养提升
黑体与黑体辐射的实验规律
1．黑体一定是黑色的吗？
(1)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；有些可看成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。
(2)黑体是一种理想模型，绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。这个带小孔的空腔可近似成一个绝对黑体。
2．黑体辐射的实验规律
(1)任何温度下黑体都会同时辐射各种波长的电磁波；
(2)随着温度的升高，黑体辐射不同波长的电磁波的强度都有所增加；
(3)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是( )
A．T1>T2
B．T1C．温度越高，该温度下辐射强度最大的
电磁波的波长越长
D．温度越高，辐射强度的极大值就越大
案例
AD
解析：随温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，所以T1>T2，故A正确，B错误；随温度升高，黑体辐射强度的极大值增大并向波长较短的方向移动，故C错误，D正确。
课堂达标检测
一、热辐射
1．(多选) 2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性。下列与热辐射相关的说法正确的是( )
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C．黑体的热辐射实质上是电磁辐射
D．爱因斯坦在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
AC
解析：由热辐射的定义可知，我们周围的一切物体都在辐射电磁波，故A正确；一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，故B错误；普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故C正确，D错误。
2．(2023·河南栾川县第一高级中学高二阶段练习)关于黑体与黑体辐射，下列说法正确的是( )
A．一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关
B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，所以看起来是黑色的
C．随着温度的升高，黑体辐射电磁波的辐射强度将会增加
D．黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C
解析：一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，也与材料的种类及表面情况有关，A错误；黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，但有些黑体有较强的辐射，看起来不是黑的，B错误；随着温度的升高，黑体辐射电磁波的辐射强度将会增加，C正确；黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，D错误。
二、能量子、能级
3．(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．能量子是最小的能量值
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
BC
解析：由普朗克能量子假说可知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，最小能量值叫作能量子，由ε＝hν可知，能量子与电磁波的频率成正比，能量子假说能很好地解释黑体辐射的实验规律，也为原子物理学的研究提供了重要的思维方式和理论依据，并不与现实世界相矛盾，B、C正确。
4．(2023·吉林省实验中学高二下学期期末)一盏灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长6.0×10－7 m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)( )
A．2×1015 B．2×1016
C．2×1017 D．2×1023
C(共48张PPT)
第十三章 电磁感应与电磁波初步
2．磁感应强度 磁通量
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道磁感应强度的定义及物理意义。
2．理解磁感应强度的方向、大小、定义式和单位。
3．知道匀强磁场的概念及特点。
4．知道磁通量的概念，会计算磁通量的大小。
物理观念 1.理解磁感应强度B的定义式和物理意义。2.知道磁感应强度的单位，知道用磁感线的疏密程度可以形象地描述磁感应强度的大小。3.理解磁通量的概念。
科学思维 通过磁感应强度的定义，掌握用比值定义物理量的方法。
课前预习反馈
磁感应强度
知识点 1
1．电流元：在物理学中，把很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的________叫作电流元。
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。
乘积
(1)保持磁场中导线长度不变，改变____________，观察直导线____________大小来比较磁场力大小。
(2)保持电流大小不变，改变磁场中____________，通过观察直导线____________大小比较磁场力大小。
(3)实验结论：通电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________，又与导线中的电流I成________。
电流大小
摆动角度
导线长度
摆动角度
正比
正比
3．磁感应强度
表征磁场强弱的物理量。大小等于在磁场中________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________Il的比值。
4．定义式：B＝________。
5．单位
在国际单位制中，磁感应强度的单位是__________，简称特，国际
符号是T,1 T＝_______。
垂直
乘积
特斯拉
×
√
×
『选一选』
(2023·甘肃凉州区第三中学高二期中)有一段直导线长1 cm，并通以5 A的电流，把它垂直放于磁场中的某点时，受到的磁场力为0.1 N，则该点的磁感应强度的值为( )
A．1 T B．2 T
C．2.5 T D．5 T
B
『想一想』
电场强度是利用电荷在电场中会受到电场力的作用这一特性定义的。小磁体放在磁场中，它的两极也会受到磁场的力的作用，为什么没有利用磁极受力这一特性来定义磁感应强度呢？
解析：因为小磁体在磁场中N极和S极都受到磁场力的作用，最终小磁体所受合力为0而达到平衡，由于无法单独测量N极或S极的受力，所以不能从磁极受力这一特性来定义磁感应强度。
匀强磁场
知识点 2
1．定义
磁感应强度的________、________处处相同的磁场。
2．磁感线特点
匀强磁场的磁感线是一些__________________直线。
大小
方向
间隔相同的平行
磁通量
知识点 3
1．定义
匀强磁场磁感应强度B和与磁场方向________的平面面积S的乘积，即Φ＝________。
2．拓展：磁场与平面不垂直时，这个面在垂直于磁场方向的____________与磁感应强度的乘积表示磁通量。
3．单位：国际单位制中，磁通量的单位是________，简称韦，符号是Wb,1 Wb＝___________。
垂直
BS
投影面积S′
韦伯
1 T·m2
单位面积
『判一判』
(4)某平面与磁场平行时，通过它的磁通量为零。( )
(5)磁通量是矢量，其正、负表示磁通量的方向。( )
√
×
课内互动探究
探究?
对磁感应强度的理解
2．磁感应强度的决定因素
磁感应强度反映磁场本身的特性，其值决定于磁场。其值与放入的检验电流、导线长度、摆放方向、检验电流是否受到磁场力及检验电流是否存在等均无关系。
3．磁感应强度的方向
①小磁针静止时N极指向——磁感应强度方向。②无论小磁针是否处于静止状态，其N极受力方向是确定的——即磁感应强度方向。
典例剖析
(2023·辽宁阜新第二高级中学高二上月考)关于磁感应强度，下列说法正确的是( )
A．磁感应强度的方向就是置于该点的小磁针S极受力的方向
B．磁感应强度的方向就是置于该点的电流元所受的磁场力的方向
D．某电流元放在磁场中不受磁场力，该处磁感应强度不一定为零
典题 1
D
(多选)在测定磁场中某点的磁感应强度B与在该点垂直磁场放置的电流元受力F时，得到图中的几个关系图像(I为电流元中的电流)，其中正确的是( )
解析：磁场中某点的磁感应强度大小B由磁场本身决定，与电流元中电流I无关；根据F＝BIl可知，在磁场中某点F与I成正比，故A、D正确。
对点训练
AD
探究?
对磁通量的理解
要点提炼
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。
如果磁场B不与我们研究的对象垂直，
例如图中的S，则有
S⊥＝Scos θ
Φ＝BScos θ
式中Scos θ即为面积S在垂直于磁感线方向上的投影，我们称为“有效面积。”
2．磁通量的正负
磁通量不是矢量而是标量，但有正、负之分，其正、负表示与规定的平面的正面相同还是相反。磁通量的意义可以用磁感线的条数形象地说明，如果从正面穿过平面S的磁通量大小为Φ，从反面穿过平面S的磁通量大小为Φ′，那么Φ－Φ′的大小可以理解为：与相反方向穿过平面S的磁感线相抵消之后剩余的磁感线的条数。
3．磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1
由公式Φ＝BScos θ可知，改变磁通量的基本方法有三种：①改变磁感应强度B的大小；②改变处在磁场中闭合回路的面积S的大小；③改变B与S之间的夹角大小。
(1)穿过某一面积的磁通量是由穿过该面的磁感线条数的多少决定，与匝数无关。
(2)当平面转过180°时，磁通量的变化量的大小ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS，而不是ΔΦ＝0。
典例剖析
(2023·云南梁河一中高二下开学考)(多选)如图所示，线框面积为S，线框平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则下列说法正确的是( )
A．如图所示位置时穿过线框的磁通量等于BS
B．若从初始位置绕OO′转过90°，则磁通量的变化量为－BS
C．若线框从初始位置翻转180°，则磁通量的变化量为零
D．若使线框绕OO′转过60°，磁通量仍为BS
典题 2
AB
解析：线框在如题图所示位置时磁通量等于BS，选项A正确；若从初始位置绕OO′转过90°，则磁通量的变化量ΔΦ＝0－BS＝－BS，选项B正确；若线框从初始位置翻转180°，则磁通量的变化量为ΔΦ′＝－BS－BS＝－2BS，选项C错误；若使线框绕OO′转过60°，磁通量为Φ＝BScos 60°＝0.5BS，选项D错误。
某区域存在如图所示的磁场，其中小圆面积为S1，内有垂直纸面向外的磁场，磁感应强度的大小为B1，大圆面积为S2，大圆与小圆之间有垂直纸面向里的磁场，磁感应强度的大小为B2，已知B2>B1，S2>2S1，则该区域内磁通量Φ的大小等于( )
A．(B1＋B2)S2
B．(B2－B1)S2
C．B2S2－B1S1
D．B2S2－(B1＋B2)S1
对点训练
D
解析：设穿过该区域向外的磁通量为正值，则有Φ1＝B1S1，而穿过该区域向里的磁通量为Φ2＝－B2(S2－S1)，则该区域内的磁通量Φ＝Φ1＋Φ2＝B1S1－B2(S2－S1)＝－[B2S2－(B1＋B2)S1]，又因为B2>B1，S2>2S1，则B2S2－(B1＋B2)S1>0，Φ<0，则该区域内磁通量Φ的大小为B2S2－(B1＋B2)S1，方向垂直纸面向里，故D正确，A、B、C错误。
核心素养提升
地球的磁场
1．地磁场：地球周围存在着的磁场，叫作地磁场。指南针静止时能够指南北，就是受到了地磁场的作用。
2．磁偏角：地磁两极与地球的地理两极并不重合，如图所示，因此磁针并非准确地指南或指北，其间有一个夹角，这就是地磁偏角，简称磁偏角。
3．地磁场的特点：地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有四个。
(1)在地球两极附近磁场最强，赤道处磁场最弱。
(2)地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近。
(3)地磁场的方向在南半球斜向上，在北半球斜向下，与地球表面并不平行。
(4)在赤道平面(地磁场的中性面)上，距离地球表面相等的各点，磁场的强弱程度相同，且方向水平。
(2023·安徽滁州高二下月考)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了“方家(术士)以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”。地球周围地磁场的磁感线分布如图所示，结合上述材料，下列说法正确的是( )
案例
B
A．在地磁场的作用下，小磁针静止时指南的磁极叫北极，指北的磁极叫南极
B．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
C．形成地磁场的原因可能是带正电的地球自转引起的
D．由于地磁场的影响，在奥斯特发现电流磁效应的实验中，通电导线应相对水平地面竖直放置
解析：根据磁极间的相互作用可知，在地面上放置一个小磁针，静止时小磁针的南极指向地磁场的北极，即指向地理南极，所以小磁针静止时指南的磁极叫南极，指北的磁极叫北极，故A错误；地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，有一定的夹角，为地磁偏角，故B正确；地磁场的N极在地理南极附近，由安培定则可知，形成地磁场的原因可能是带负电的地球自转，故C错误；由于地磁场的影响，在奥斯特发现电流磁效应的实验中，通电导线应相对水平地面水平放置，且导线的方向沿南北方向，故D错误。
课堂达标检测
一、磁感应强度
1．(多选)(2022·重庆市青木关中学校高二阶段练习)下列关于磁感应强度的说法正确的是( )
A．一小段通电导体放在磁场A处，受到的磁场力比B处的大，说明A处的磁感应强度比B处的磁感应强度大
B．一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度可能不为零
D．小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向
BD
2．(多选)(2022·河南省创新发展联盟高二下学期联考)有一小段通电导线，长0.1 m，通过导线的电流为5 A，把它放入磁场中某一位置，受到的磁场力是1 N，则该处磁感应强度的大小可能为( )
A．0.8 T B．2 T
C．1.8 T D．2.2 T
BD
3．如图所示是条形磁铁的磁感线分布图，下列说法正确的是( )
A．左端为条形磁铁的N极
B．c处没有磁感线，所以磁感应强度为零
C．a处的磁感应强度大于b处的磁感应强度
D．磁感线起始于条形磁铁的N极，终止于条形磁铁的S极
C
解析：在条形磁铁的外部，磁感线起始于条形磁铁的N极，终止于条形磁铁的S极，在条形磁铁的内部，磁感线起始于条形磁铁的S极，终止于条形磁铁的N极，所以左端为条形磁铁的S极，故A、D错误；c处的磁感线只是没有画出，并不是没有磁感线，所以该处磁感应强度不为零，故B错误；因为磁感线越密集的地方，磁感应强度越大，则a处的磁感应强度大于b处的磁感应强度，故C正确。
二、磁通量
4．(2023·贵州高二学业考试)如图所示，线圈平面与条形磁铁的轴线垂直，现保持条形磁铁不动，使线圈由A位置沿轴线移动到B位置，在此过程中，穿过线圈的磁通量将( )
A．增大 B．减小
C．不变 D．先增大，后减小
B
解析：依题意，根据条形磁铁空间磁场的分布特点可知，线圈由A位置沿轴线移动到B位置，在此过程中，穿过线圈的磁感线条数减少，则磁通量将减小，故选B。
5．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S＝πr2，由Φ＝BS得Φ＝πBr2，故B项正确。
B
三、磁场叠加
6．(2023·安徽铜陵一中月考)如图所示，三条长直导线都通有垂直于纸面向外的电流，且I1＝I2＝I3，则距三导线等距的A点的磁场方向为( )
A．向上 B．向右
C．向左 D．向下
解析：由安培定则知电流I2和I3在A点产生的磁场方向相反，距离又相等，所以I2，I3的合磁感应强度为零，I1在A点的磁场方向水平向右，选项B正确。
B
A．0.2 B．0.5
C．5 D．15
AC
