第十二章综合提升
知识网络构建
核心素养提升
情境1 潮汐发电——科学思维
例1潮汐能是海水周期性涨落运动中所具有的能量，是一种可再生能源．现建立一个简化模型，某发电站大坝内储水水库的有效面积为S＝4×106m2，涨潮时，当大坝外侧海平面高度为h＝4m时(以海水流入前的水库水面为参考系)，打开大坝下面通道的闸门海水流入，此过程中通道处的水轮机利用水流的动能发电，直至大坝内外水面等高，关闭闸门．等到完全退潮后，开闸放水，再次发电，直至大坝内外水面再次相同，关闭闸门，等待下一次涨潮发电(此时的水库水面高度即为涨潮前的水库水面高度)．由于海洋很大，大坝外的海平面高度在海水流入、流出水库过程中几乎不变，潮水一天涨落两次，海水的势能有25%转化为电能，则这个发电站一天的发电量约为( )
A．4.0×1010JB．1.5×1010J
C．3.0×1011JD．1.5×1011J
情境2 新能源汽车——科学态度与责任
例2新能源汽车的研发和使用是近几年的热门话题，下面是某品牌新能源汽车介绍中的一段文字：“将近6m的超长车身设计，使得整车车顶集成的太阳能芯片面积达到了6m2左右，极富流线型的整车造型，使整车风阻大幅下降，全车采用铝合金框架并结合碳纤维车身，整车质量仅700kg，这一轻量化设计使整车能耗极低，汽车发动机最大输出功率达30kW，性能十足．”
(1)某次测试中，在水平地面上汽车所受摩擦力阻力约为车和驾驶员总重的0.08，试估算50kg的工程师驾驶这种汽车在实验路段上行驶的最高车速．
(2)为进一步测试这种汽车的性能，在厂区内坡度为θ(sinθ＝0.02)的实验路段上沿坡道向上行驶，该工程师在上述实验路段上从静止开始以1m/s2的加速度沿坡道向上做匀加速直线运动，求此过程能维持的最长时间．
情境3 测量质量的仪器——科学探究
例3[2023·山东济宁高一联考]半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值会随压力变化而改变．某实验小组想测量某一薄膜压力传感器在不同压力下的阻值RN，其阻值约几十千欧．现有以下器材．
压力传感器；
电源：电动势6V
电流表A：量程0～250μA，内阻约50Ω；
电压表V：量程0～3V，内阻约20kΩ；
滑动变阻器R：阻值范围0～100Ω；
开关S，导线若干．
(1)为了提高测量的准确性，应该选以下________电路图进行测量，使用该电路得到的测量值______(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值．
(2)通过多次实验测得其阻值RN随压力F变化的关系图像如图甲所示．该小组利用该压力传感器设计了如图乙所示的自动分拣装置，可以将质量大于0.16kg的物体和小于0.16kg的物体进行分拣，图中RN为压力传感器，R′为滑动变阻器，电源电动势为6V(内阻不计)．分拣时质量不同的物体通过传送带运送到托盘上，OB为一个可绕O转动的杠杆，下端有弹簧，当控制电路两端电压U≥2V时，杠杆OB水平，物体水平进入通道1；当控制电路两端电压U＜2V时，控制电路控制杠杆的B端下移，物体下滑进入通道2，从而实现分拣功能．根据以上原理可知，R′接入电路的阻值为________kΩ(重力加速度大小取10m/s2，结果保留三位有效数字)，质量为0.2kg的物体将进入________(选填“通道1”或“通道2”)．
第十二章综合提升
核心素养提升
[例1] 解析：根据题意可得电能为E电＝Ep×25%＝4×106×4×4×1.0×103×10×2×25%J＝3.2×1011J，故日发电量约为3.0×1011J，C正确．
答案：C
[例2] 解析：(1)当达到最大速度时牵引力F＝kmg
根据P＝Fvm
可得最大速度vm＝
代入数据得vm＝m/s＝50m/s
(2)在斜面上匀加速过程F－mgsinθ－kmg＝ma，P＝Fv，v＝at
联立解得t＝20s
答案：(1)50m/s (2)20s
[例3] 解析：(1)题中待测电阻是大电阻，且其阻值远大于滑动变阻器的最大阻值，故滑动变阻器应采用分压式接法、电流表采用内接法，故选A.由欧姆定律可知，电路中因为电流表分压，导致电压表读数大于RN两端电压，故RN测量值大于真实值．
(2)质量为0.16kg的物体对RN的压力为FN＝mg＝1.6N，由题图甲可知，此时RN＝28.0kΩ，由闭合电路欧姆定律有E＝U＋IRN，且R′＝，联立解得R′＝14.0kΩ.由题图甲可知，压力变大，RN阻值变小，电路中电流变大，R′两端电压变大，大于2V，故质量为0.2kg的物体将进入通道1.
答案：(1)A 大于 (2)14.0 通道11．磁场 磁感线
核心素养定位 物理观念 会应用安培定则判断通电直导线和通电螺线管周围的磁场方向．
科学思维 (1)知道磁场的基本特性，知道磁感线，知道几种常见磁场磁感线的空间分布情况，体会如何使用形象化的手段描述物理现象． (2)了解安培分子电流假说．
科学态度与责任 了解磁现象，了解电和磁的联系，了解电流磁效应的发现过程，体会探索自然奥秘的艰难与克服困难带来的成就感．
一、电和磁的联系
电生磁实验
1．奥斯特实验：把导线放置在一个指南针的上方，通电时磁针________了．
2．意义：发现了电流的________，首次揭示了________的联系．
二、磁场和磁感线
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，是通过________发生的．
2．磁感线可类比电场线
(1)磁感线及其作用
在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一个点的________方向都跟这点________的方向一致，这样的曲线叫作磁感线．利用磁感线可以形象地描述磁场． 实际上不存在
(2)实验模拟
在条形磁体上方放置一块玻璃板，在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，可以模拟出磁感线的形状，原因是细铁屑在磁场里________成了“小磁针”．轻敲玻璃板，细铁屑就会有________地排列起来．
三、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________方向一致，弯曲的四指所指的方向就是________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________的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上________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____________方向一致，拇指所指的方向就是螺线管________磁场的方向，或拇指指向螺线管的________极，如图丙所示．
【情境思考】
电磁铁在日常生产生活中有广泛应用，如电磁起重机里面的电磁铁可以吸起几吨重的钢材，请根据本节知识作出判断．
(1)电磁铁是根据电流的磁效应制成的．( )
(2)增大通过电磁铁的电流强度，电磁铁可以吸起更重的钢材．( )
(3)如果改变通过电磁铁的电流方向，电磁铁将不能吸起钢材．( )
拓展 1 电现象和磁现象的相似性
电现象 磁现象
自然界中存在正电荷和负电荷 磁体上存在S极和N极
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引
拓展2
任何一个磁体都有两个磁极，无论怎样分割磁体，磁极总是成对出现，不存在磁单极子．即使极细小的磁针也是同时存在N极、S极的．
3 安培定则中的“因果”关系
(1)在判定直线电流的磁场的方向时，拇指指“原因”——电流方向，四指指“结果”——磁场绕向．
(2)在判定环形电流磁场方向时，四指指“原因”——电流方向，拇指指“结果”——环内沿中心轴线的磁感线方向．
4
磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力来推动的列车，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行．由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，减少了摩擦力，行走时不同于其他列车需要接触地面，只受来自空气的阻力，高速磁悬浮列车的速度可达每小时400公里以上，中低速磁悬浮则多数在每小时100～200公里．
目标一 磁场和磁感线
【导思】——————————————————○
如图甲、乙、丙三种情况，它们是电流与磁体、电流与电流间相互作用的情境．
(1)图甲中的小磁针为什么会发生偏转？
(2)图乙中的通电导线为什么会运动？
(3)图丙中通电导线之间的相互作用是怎样发生的？
【归纳】——————————————————○
一、磁场
1．磁场的存在
(1)磁体的周围．
(2)电流的周围．
2．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．
3．磁场的方向性：磁场中小磁针N极的受力方向或静止时N极的指向就是该处的磁场方向．
4．磁场的客观性：磁场虽然看不见、摸不着，但却是客观存在的物质．场和实物是物质存在的两种形式．
二、磁感线
1．磁感线的特点
(1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的有方向的曲线．
(2)磁感线的疏密反映磁场的强弱，越密的地方表示磁场越强，越疏的地方表示磁场越弱．
(3)磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向．
(4)磁感线的方向：在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极．
(5)磁感线是闭合曲线，不相交，不相切，也不中断．
2．磁感线与电场线的比较
两种线 磁感线 电场线
相似点 引入目的 形象描述场面引入的假想线，实际不存在
疏密 场的强弱
切线方向 场的方向
相交 不能相交(电场中无电荷空间不相交)
不同点 闭合曲线 不闭合，起始于正电荷(或无穷远)，终止于无穷远(或负电荷)
3.常见永磁体的磁场
【典例】——————————————————○
例1 下列关于磁场的说法中正确的是( )
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．当磁体周围撒上铁屑时才能形成磁场，不撒铁屑磁场就会消失
例2 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
[训练1] 中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也．”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图．结合上述材料，下列说法不正确的是( )
A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
[训练2] 磁场中某区域的磁感线如图所示，则下列说法正确的是( )
A．a处磁场比b处磁场强
B．b处磁场和a处磁场强度一样
C．小磁针N极在a处受力比b处受力大
D．小磁针N极在a处受力比b处受力小
目标二 安培定则及其应用
【归纳】——————————————————○
常见的三种电流磁感线分布
【典例】——————————————————○
例3 电流的磁效应揭示了电与磁的关系．下面四幅图中描述磁场方向与电流方向之间的关系，其中磁感线分布正确的是( )
例4 如图所示，直导线AB、螺线管E、电磁铁D三者相距较远，其磁场互不影响．当开关S闭合后，则小磁针北极N(灰色一端)指示磁场方向正确的是( )
A．a B．bC．c D．d
思维提升
利用安培定则判定电流的磁场方向需注意的问题
(1)利用安培定则判断通电直导线的磁场方向时，大拇指指的是电流方向，四指指的方向为磁感线的环绕方向．
(2)利用安培定则判断通电螺线管和环形电流的磁场方向时，四指指的是电流方向，大拇指指的方向是磁场方向．
[训练3] 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外、大小为I1的恒定电流，两导线连线(水平)的中点处，一可自由转动的小磁针静止时N极指向平行于纸面向下．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．I2＜I1，方向垂直纸面向外
B．I2＞I1，方向垂直纸面向外
C．I2＜I1，方向垂直纸面向里
D．I2＞I1，方向垂直纸面向里
[训练4] 如图所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是( )
A．a、b、c的N极都向纸里转
B．b的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转
C．b、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转
D．b的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转
[训练5] [2023·浙江金华模拟]有一种磁悬浮地球仪，其原理如图所示，底座是线圈，地球仪是磁铁，通电时能让地球仪悬浮在空中．下列说法正确的是( )
A．线圈的两端应该接交流电源
B．线圈的a端点须连接直流电源的正极
C．线圈的a端点须连接直流电源的负极
D．地球仪根据异名磁极互相排斥的原理工作
1．(多选)关于磁感线，下列说法中正确的是( )
A．磁感线的疏密程度反映磁场的强弱
B．磁感线是磁场中实际存在的线
C．两条磁感线不可能相交
D．磁感线总是不闭合的
2.如图所示，表示蹄形磁铁周围的磁感线，磁场中有a、b两点，下列说法正确的是( )
A．a、b两处的磁场强弱相等
B．a、b两处的磁场强弱不等，b点较强
C．蹄形磁铁的磁感线起始于蹄形磁铁的N极，终止于蹄形磁铁的S极
D．a处没有磁感线，所以该处没有磁场
3.一小磁针放置在某磁场(未标出方向)中，静止时的指向如图所示，下列分析正确的是( )
A．N极指向该点磁场方向
B．S极指向该点磁场方向
C．该磁场是匀强磁场
D．a点的磁场方向水平向右
4．M1与M2为两根未被磁化的铁棒，现将它们分别放置于如图所示的位置，则被通电螺线管产生的磁场磁化后( )
A．M1的左端为N极，M2的右端为N极
B．M1和M2的右端均为N极
C．M1的右端为N极，M2的左端为N极
D．M1和M2的左端均为N极
5.在宇宙环境中，地磁场保护着地球，地质记录表明，自地球在46亿年前形成以来，已经有过数百次地磁反转，也就是说，地球的磁场在“反极性”(地磁场方向与现在的方向相反)和“正极性”(地磁场方向与现在的方向相同)之间不断变换．物理学家的研究认为，地球的磁极反转在未来仍可能会发生．下列关于地磁反转期间的说法正确的是( )
A．对依靠磁场进行导航的物种不会有影响
B．若地磁场处于最弱的状态时，就不会对地球生物的生存有影响
C．太阳辐射的高能粒子直接轰击地球的大气层，可能引发一些疾病
D．地球磁场的反转可能是瞬间发生，而不是一个缓慢、渐进的过程
6.安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似，提出了“分子电流”假说．他认为，在物质内部存在着一种环形电流——分子电流(分子电流实际上是由原子内部电子绕核运动形成的，如图所示)，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．下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的选项图中正确的是( )
1．磁场 磁感线
导学 掌握必备知识
一、
1．转动
2．磁效应 电与磁
二、
1．磁场
2．(1)切线 磁场 (2)磁化 规则
三、
1．电流 磁感线
2．环形电流 磁场
3．螺线管电流 轴线上 N
情境思考
答案：(1)√ (2)√ (3)×
共研 突破关键能力
目标一
提示：题图甲中小磁针发生偏转、题图乙中通电导线运动、题图丙中通电导线之间吸引或者排斥一定都是受到了力的作用；磁体对磁体有力的作用、电流对磁体有力的作用、磁体对电流有力的作用、电流对电流也有力的作用，这些作用是通过磁场发生的．
[例1] 解析：磁场看不见、摸不着，但不会因主观意识而存在或消失，磁场与电场一样，都是物质．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实物一样，能对放在其中的磁体、通电导体和运动电荷有力的作用．因此我们说磁场是一种客观存在的物质．
答案：B
[例2] 解析：通电螺线管匝数越多，管道越长，其内部的磁场越接近匀强磁场，与电流大小无关，与如何画磁感线无关；螺线管直径越大，其中心磁场会比较弱，不能看作匀强磁场．B正确．
答案：B
[训练1] 解析：地球为一巨大的磁体，地磁场的南、北极在地理上的北极和南极附近，两极并不重合；且地球内部也存在磁场，只有赤道上空磁场的方向才与地面平行；射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的速度方向与地磁场方向不会平行，一定受到地磁场力的作用，故只有C项说法不正确．
答案：C
[训练2] 解析：根据磁感线越密的地方，磁感应强度越大，所以a处的磁感应强度小于b处的磁感应强度，故A、B错误；小磁针在磁感应强度大的地方受到的力大，所以小磁针N极在a处受力比b处受力小，故C错误，D正确．
答案：D
目标二
[例3] 解析：根据安培定则可知，因电流方向竖直向上，导线右侧磁场方向垂直纸面向里，而左侧则是垂直纸面向外，故A正确；根据安培定则可知，因电流方向从右旋转到左，则螺线管内部磁场方向由左向右，因此左端是S极，右端是N极，故B错误；根据安培定则可知，因环形电流顶端处垂直纸面向里，则环形导线内部磁场方向从右向左，故C错误；因电流方向竖直向下，依据安培定则可知，磁场方向应该是顺时针方向(俯视)，故D错误．
答案：A
[例4] 解析：根据安培定则可判断出电流的磁场方向，再根据小磁针静止时N极所指的方向为磁场的方向可知C正确．
答案：C
[训练3] 解析：小磁针静止时N极指向平行于纸面向下，说明该处的磁场方向向下，因I1在该处产生的磁场方向向上，则I2在该处产生的磁场方向向下，且大于I1在该处产生的磁场，由安培定则可知I2方向垂直纸面向外，且I2＞I1.
答案：B
[训练4] 解析：由于圆环带负电荷，故当圆环沿顺时针方向转动时，等效电流的方向为逆时针．由安培定则可判断环内磁场方向垂直纸面向外，环外磁场方向垂直纸面向内，磁场中某点的磁场方向即是放在该点的小磁针静止时N极的指向，所以b的N极向纸外转，a、c的N极向纸里转．
答案：B
[训练5] 解析：线圈的两端应该接直流电源，若接交流电源，则会产生一上一下的效果，而无法悬浮，A错误；由题意，通电线圈上端应为S极，根据右手螺旋定则可知，线圈的a端点须连接直流电源的正极，B正确，C错误；地球仪根据同名磁极互相排斥的原理工作，D错误．
答案：B
精练 落实学科素养
1．解析：磁感线的疏密程度反映磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强，故A正确；磁感线是磁场中不存在的线，是假设出来描述磁场的，故B错误；如果两条磁感线相交，那么交点的磁场就有两个方向，不符合实际，所以两条磁感线不可能相交，故C正确；磁感线总是闭合的，故D错误．
答案：AC
2．解析：由于磁感线较密处磁场较强，由题图可知b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，故b处磁场较强，故A错误，B正确；磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，故C错误；在没画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在，故D错误．
答案：B
3．解析：小磁针静止时的N极指向为该点的磁场方向，也为磁感线上某点的切线方向，故A正确，B、D错误；匀强磁场中的磁感线为等间距的平行线，故C错误．
答案：A
4．解析：根据安培定则先画出通电螺线管的磁感线，M1和M2被磁化后的N极和所在位置磁感线方向一致，故M1的左端为N极，M2的右端为N极，A正确．
答案：A
5．解析：地磁反转期间，对依靠磁场进行导航的物种会有影响，A错误；地磁场能使太阳辐射的高能带电粒子发生偏转，对地球的生物有一定的保护作用，若地磁场处于最弱的状态时，就会对地球生物的生存有影响，B错误；当太阳辐射的高能粒子直接轰击地球的大气层时，可能引发一些疾病，C正确；地球磁场的反转不可能是瞬间发生，而是一个缓慢、渐进的过程，D错误．
答案：C
6．解析：绕核运动的电子带负电，则环形电流方向与其运动方向相反，根据安培定则可知其左侧为N极，故选B.
答案：B2．磁感应强度 磁通量
核 心 素 养 定 位 物理观念 知道磁感应强度的定义，知道其方向、大小、定义式和单位．会用磁感应强度的定义式进行有关的计算．
科学思维 知道匀强磁场的特点．知道磁通量，会计算匀强磁场中通过某一面积的磁通量．
科学探究 在实验基础上类比电场强度，定义描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度，并进一步体会微元法和利用物理量之比定义物理量的方法．
科学态度与责任 了解我国古代对指南针的使用情况，激发学生的民族自豪感．
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．定义：一段通电直导线________放在磁场中所受的力与导线中的电流和导线的长度的________的比值，叫作磁感应强度．
3．定义式：B＝.
4．单位：________，简称________，符号为________．
5．磁感应强度是表征磁场________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________所指的方向．
二、匀强磁场
1．定义：如果磁场中各点的磁感应强度的________、________，这个磁场叫作匀强磁场．类比匀强电场
2．特例
(1)距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，可以认为是匀强磁场．
(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．
3．匀强磁场的磁感线：匀强磁场的磁感线用一些间隔________的平行直线表示．
三、磁通量
1．定义：匀强磁场中____________和与磁场方向________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____________与磁感应强度B的乘积表示磁通量．
3．单位：国际单位是________，简称韦，符号是Wb，1 Wb＝________．
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．
【情境思考】
我们可以利用如图所示装置进行“探究影响通电导线受力的因素”的实验，判断以下问题．
(1)导体棒接在2、3间和接在1、4间时受到的磁场力一样大．( )
(2)同时改变磁场方向和电流流向，导体棒受到的磁场力反向．( )
(3)只改变磁场方向或电流方向，导体棒受到的磁场力反向．( )
拓展1
为表征电场的强弱和方向，引入了新物理量——电场强度E；同样，为表征磁场的强弱和方向，引入了新物理量——磁感应强度B.(注意，不能称为磁场强度，磁场强度是另一个物理量)
拓展2 一些磁场的磁感应强度/T
人体器官内的磁场 10－13～10－9
地磁场在地面附近的平均值 5×10－5
我国研制的作为α磁谱仪核心部件的大型永磁体中心的磁场 0.134 6
电动机或变压器铁芯中的磁场 0.8～1.7
核磁共振的磁场 3
中子星表面的磁场 106～108
原子核表面的磁场 约1012
拓展 3 磁场与平面不垂直时的磁通量
如果磁感应强度B不与我们研究的平面垂直，例如图中的S，那么我们用这个面在垂直于磁感应强度B的方向的投影面积S′与B的乘积表示磁通量．
目标一 磁感应强度的理解
【导思】——————————————————○
甲、乙两图均能描述磁场．
(1)甲、乙两图在描述磁场方面有什么不同？
(2)图乙能通过通电导线受力的大小来判断磁场的强弱吗？通过怎样的实验来验证这些猜想？
(3)通电导线受的力越大，就能说导线处的磁场越强吗？为什么？
【归纳】——————————————————○
1．磁感应强度的定义式B＝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”．
2．磁感应强度是反映磁场强弱的物理量，它是用比值定义法定义的物理量，由磁场自身决定，与是否放入电流元、放入的电流元是否受力及受力大小无关．
3．在定义式B＝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．
4．磁感应强度B是一个矢量，它的方向可以有以下几种表述方式．
(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．
【典例】——————————————————○
例1 下列有关磁感应强度的说法中正确的是( )
A．磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量
B．若有一小段通电导线在磁场某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零
C．若有一小段长为l、通以电流为I的导线，在磁场中某处受到的磁场力为F，则该处磁感应强度的大小一定是
D．由定义式B＝可知，电流I越大，导线l越长，某点的磁感应强度就越小
例2 匀强磁场中长2 cm的通电导线垂直磁场方向，当通过导线的电流为2 A时，它受到的磁场力大小为4×10－3 N：
(1)求磁感应强度B的大小；
(2)若导线长不变，电流增大为5 A，求它受到的磁场力F和该处的磁感应强度B大小．
[训练1] 关于磁感应强度B、电流I、导线长度l和电流所受磁场力F的关系，下列说法正确的是( )
A．在B＝0的地方，F一定等于零
B．在F＝0的地方，B一定等于零
C．若B＝1 T，I＝1 A，l＝1 m，则F一定等于1 N
D．若l＝1 m，I＝1 A，F＝1 N，则B一定等于1 T
[训练2] (多选)把一小段通电直导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中，图中能正确反映各量间关系的是( )
目标二 磁感应强度的叠加
【归纳】——————————————————○
磁感应强度是矢量，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．
【典例】——————————————————○
例3[2023·上海奉贤统考一模]如图，a、b、c分别位于等腰直角三角形的三个顶点，在a、b处各有一通电长直导线垂直穿过纸面，电流方向如图所示，大小均为I.若其中一根长直导线在c处的磁感应强度大小为B，忽略其他因素影响，则c处的磁感应强度( )
A．大小为B，方向向上
B．大小为2B，方向向左
C．大小为B，方向向下
D．大小为2B，方向向右
思维提升
磁场叠加问题的解题思路
(1)应用安培定则判断各电流在某点分别产生的磁感应强度的方向(过该点磁感线的切线方向，即与点和导线的连线垂直)．
(2)根据平行四边形定则，利用合成法或正交分解法进行合成，求得合磁感应强度．
[训练3] 如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1 T的匀强磁场中，以导线为中心，R为半径的圆周上有a、b、c、d四个点，已知c点的实际磁感应强度为0，则下列说法中正确的是( )
A．直导线中电流方向垂直纸面向里
B．a点的磁感应强度大小为 T，方向向右
C．b点的磁感应强度大小为 T，方向斜向下，与B成45°角
D．d点的磁感应强度为0
[训练4] 如图甲所示，一个条形磁铁P固定在水平桌面上，以P的右端点为原点，中轴线为x轴建立一维坐标系．一个灵敏的小磁针Q放置在x轴上不同位置，设Q与x轴之间的夹角为θ.实验测得sin θ与x之间的关系如图乙所示．已知该处地磁场方向水平，磁感应强度大小为B0.下列说法正确的是( )
A．P的右端为S极
B．P的中轴线与地磁场方向平行
C．P在x0处产生的磁感应强度大小为B0
D．x0处合磁场的磁感应强度大小为2B0
目标三 磁通量
【导思】——————————————————○
如图所示，一矩形线框从abcd位置移动到a′b′c′d′位置的过程中(线框平行于纸面移动)，中间是一条电流向上的通电导线．
(1)导线的左边磁场的方向向哪？右边呢？
(2)在移动过程中，当线框的一半恰好通过导线时，穿过线框的磁感线条数有何特点？
【归纳】——————————————————○
1．磁通量的计算
(1)公式：Φ＝BS.
适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直．
(2)若磁感线与平面不垂直，则Φ＝BS cos θ.其中S cos θ为面积S在垂直于磁感线方向上的投影面积S1，如图所示．
2．磁通量的正、负
(1)磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时磁通量为负值．
(2)若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.(B、S相互垂直时)
(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S.(B、S相互垂直时)
(3)B和S同时变化，ΔΦ＝Φ2－Φ1.
4．磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示．若有磁感线沿相反方向穿过同一平面，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)．
【典例】——————————————————○
例4 关于磁通量的概念，以下说法中正确的是( )
A．磁感应强度越大，线圈面积越大，穿过闭合回路的磁通量不一定大
B．磁感应强度不变，线圈面积不变，则磁通量就不变
C．穿过线圈的磁通量为零，说明磁感应强度一定为零
D．磁通量发生变化，不是磁场发生变化引起的就是线圈面积变化引起的
例5[2023·云南高二联考]如图所示，闭合矩形导体框在水平向右的匀强磁场中绕竖直方向的对称轴OO′匀速转动．已知匀强磁场的磁感应强度大小为B，导体框的面积为S.导体框从图示位置开始转动并计时，则下列说法正确的是( )
A．0时刻穿过导体框的磁通量为0
B．导体框从图示位置转过30°，穿过导体框的磁通量为BS
C．导体框从图示位置转过60°，穿过导体框的磁通量为BS
D．导体框从图示位置转过180°，穿过导体框的磁通量为BS
[训练5] [2023·河北邢台高二期中](多选)如图所示，两根直导线，通以相同的电流后平行放置于水平桌面上，一矩形线圈abcd从A位置运动到对称的B位置过程中，下列说法正确的是( )
A．在B位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下
B．在A位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下
C．从A到B穿过线圈的磁通量先减小再增大
D．从A到B穿过线圈的磁通量一直增大
[训练6] 有一U形曲面，其尺寸如图所示，U形曲面开口竖直向上，现将U形曲面放入磁感应强度大小为B＝2 T的匀强磁场中．
(1)当磁场方向竖直向下时，穿过该曲面的磁通量是多少？
(2)当磁场方向水平向右时，穿过该曲面的磁通量是多少？
1．下列关于磁感应强度方向的说法中，正确的是( )
A．某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受力的方向
B．小磁针S极在磁场中受力的方向就是该处磁感应强度的方向
C．垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向
D．磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
2．[2023·河南南阳高二联考]把长20 cm的直导线全部放入匀强磁场中，当直导线中通过的电流为0.6 A时，该直导线受到的磁场力大小为6.0×10－3 N，则该匀强磁场的磁感应强度大小可能为( )
A．6.0×10－2 T B．4.5×10－2 T
C．3.0×10－2 T D．1.5×10－2 T
3．[2023·山东枣庄高二期中]如图所示，面积为S、匝数为N的闭合线圈abcd水平放置，与匀强磁场B的夹角θ＝45°.现将线圈以ab边为轴顺时针转动90°，则线圈磁通量变化量的大小为( )
A．0 B．BSC．BS D．NBS
4.科考队进入某一磁矿区域后，发现指南针原来指向正北的N极逆时针转过30°(如图所示)．设该位置地磁场磁感应强度水平分量为B，则磁矿所产生的磁感应强度水平分量最小时的值为( )
A． B．BC．2B D．
5．(多选)如图所示，三角形线框ABC与长直导线MN彼此绝缘，AB∥MN，且线框被导线分成面积相等的两部分，则下列说法正确的是( )
A．穿过三角形线框的磁通量一定为零
B．穿过三角形线框的磁通量一定不为零
C．穿过三角形线框的磁通量可能为零
D．导线MN向左移动少许，穿过三角形线框的磁通量可能为零
2．磁感应强度 磁通量
导学 掌握必备知识
一、
2．垂直磁场方向 乘积
4．特斯拉 特 T
5．强弱
6．N极
二、
1．大小相等 方向相同
3．相等
三、
1．磁感应强度B 垂直
2．投影面积S′
3．韦伯 1 T·m2
情境思考
答案：(1)× (2)× (3)√
共研 突破关键能力
目标一
提示：(1)题图甲只能显示小磁针处的磁场方向，不能显示大小；题图乙则能定量显示通电导线处的磁场强弱．
(2)能．应用控制变量法，保持电流和导线长度不变，由导线受力的大小可以判断磁场的强弱．
(3)不能．通电导线受的力不仅与磁场强弱有关，还与通电电流的大小及导线在磁场中的长度有关．
[例1] 解析：磁感应强度是用来描述磁场强弱的物理量，故A正确；若通电导线的放置方向与磁场方向平行，也不受磁场力的作用，故B错误；根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线”，故C错误；在磁场场源稳定的情况下，磁场中各点的磁感应强度(包括大小和方向)都是确定的，与电流I、导线长度l无关，故D错误．
答案：A
[例2] 解析：(1)该处的磁感应强度B＝＝ T＝0.1 T.
(2)若导线长不变，电流增大为5 A，磁感应强度B不变，仍为0.1 T，磁场力为F＝I′lB＝0.1×5×0.02 N＝0.01 N.
答案：(1)0.1 T (2)0.01 N 0.1 T
[训练1] 解析：应用公式B＝或F＝IlB时要注意导线必须垂直于磁场方向放置，故A正确．
答案：A
[训练2] 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B＝，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
目标二
[例3] 解析：根据安培定则可得导线a、b的电流在c处的磁场方向，作出合磁场如图．
根据几何关系可知合磁场方向向下，大小B合＝B.故C正确．
答案：C
[训练3] 解析：因c点的磁感应强度为0，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、方向相反，即得到通电导线在c点产生的磁感应强度方向水平向左，根据安培定则判断可知，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处的磁感应强度方向水平向右，则a点磁感应强度大小为2 T，方向与B的方向相同，故B错误；通电直导线在b点产生的磁感应强度大小为1 T，由安培定则可知，通电导线在b处的磁感应强度方向竖直向下，根据平行四边形定则可知，b点磁感应强度大小为 T，方向与B的方向成45°角斜向下，故C正确；通电导线在d处的磁感应强度方向竖直向上，则d点磁感应强度大小为 T，方向与B的方向成45°角斜向上，不为零，故D错误．
答案：C
[训练4] 解析：当x趋向于无穷大时，小磁针N极所指的方向为地磁场的方向，所以根据题图可知，x趋向于无穷大时，sin θ趋向于1，则θ趋向于90°，即小磁针的方向与x轴垂直，所以x轴正方向向东．由题图可知，当x非常小时，小磁针的N极沿x方向，背离O点，所以O点处的磁极是N极，故A错误；由以上分析可知，P的中轴线沿东西方向，与地磁场方向垂直，故B错误；由题图乙可知，x0处sin θ＝，则θ＝45°，P在x0处产生的磁感应强度大小为BP，tan 45°＝，所以BP＝B0，故C正确；x0处合磁场的磁感应强度大小为B＝＝B0，故D错误．
答案：C
目标三
提示：(1)导线左边的磁场方向垂直纸面向外，右边的磁场方向垂直纸面向里．
(2)当线框的一半恰好通过导线时，穿过线框垂直纸面向外的磁感线条数与垂直纸面向里的磁感线条数相同．
[例4] 解析：根据磁通量的定义可知，磁通量的大小与磁感应强度的大小、线圈面积、磁感应强度和线圈平面之间的夹角都有关系，故A正确，B错误；磁通量的定义式是Φ＝BS⊥，其中B⊥是磁感应强度在垂直线圈平面的方向上的分量，S⊥是线圈平面在垂直磁感线的平面上的投影面积，因此，穿过线圈的磁通量为零，可以说明B⊥＝0或者S⊥＝0，不能说明磁感应强度一定为零以及线圈面积一定为零，故C错误；磁通量变化不仅与B、S有关，还与它们的夹角有关，故D错误．
答案：A
[例5] 解析：0时刻导体框与磁场方向平行，穿过导体框的磁通量为0，故A正确；导体框从题图所示位置转过30°，穿过导体框的磁通量为Φ＝BS sin 30°＝BS，故B错误；导体框从图示位置转过60°，穿过导体框的磁通量为Φ＝BS sin 60°＝BS，故C错误；导体框从图示位置转过180°，导体框和磁场平行，穿过导体框的磁通量为0，故D错误．
答案：A
[训练5] 解析：根据安培定则，可知左侧导线在右侧的磁感线方向向下，右侧导线在左侧的磁感线方向向上，可知，在两根导线之间中线位置的磁感应强度为0，两导线之间的区域，中线左侧磁场方向向下，中线右侧磁场方向向上．在B位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向上，在A位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下，故A错误，B正确；从左往右，磁感应强度先减小后增大，则从A到B穿过线圈的磁通量先减小再增大，故C正确，D错误．
答案：BC
[训练6] 解析：(1)当磁场方向竖直向下时，曲面在垂直磁场方向的投影面积为S1＝0.1×0.1 m2＝0.01 m2，此时穿过曲面的磁通量为Φ1＝BS1＝2×0.01 Wb＝0.02 Wb.
(2)当磁场方向水平向右时，曲面在垂直磁场方向的投影面积为S2＝0.1×0.2 m2＝0.02 m2，
若规定从外表面穿入而从内表面穿出的磁通量为正值，
则穿过曲面左半部分的磁通量为
Φ′2＝BS2＝2×0.02 Wb＝0.04 Wb
穿过曲面右半部分的磁通量为Φ″2＝－BS2＝－0.04 Wb
穿过整个曲面的磁通量为Φ2＝Φ′2＋Φ″2＝0.
答案：(1)0.02 Wb (2)0
精练 落实学科素养
1．解析：某处磁感应强度的方向与一小段通电导体放在该处时所受力的方向垂直，故A错误；小磁针N极在磁场中受力的方向就是该处磁感应强度的方向，故B错误；垂直于磁场放置的通电导线的受力方向与磁感应强度的方向垂直，故C错误；磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向，故D正确．
答案：D
2．解析：若磁场的方向与电流方向垂直，则B＝＝ T＝5.0×10－2 T，若磁场的方向与电流方向不垂直，则磁感应强度应大于5.0×10－2 T．故选A.
答案：A
3．解析：两次情况下磁感线穿过线圈的面积不同，设初位置时穿过线圈的磁通量为正，则初位置时Φ1＝(B sin θ)S＝BS
转过90°，到达末位置时Φ2＝(－B cos θ)S＝－BS
初、末位置磁通量的变化量的大小为|ΔΦ|＝│Φ2－Φ1│＝BS，故C正确．
答案：C
4．解析：
如图所示，磁矿所产生的磁场使原来指向正北的N极逆时针转过30°，根据三角形定则可知，磁矿所产生的磁感应强度水平分量最小时方向与图中虚线垂直，则大小为B sin 30°＝B.故A正确．
答案：A
5．解析：根据安培定则可知，穿过右侧的磁场向里，穿过左侧的磁场向外，但通电导线MN周围越远处的磁感应强度越小，所以穿过左侧的磁通量大于穿过右侧的磁通量，则穿过线框的磁通量不为零；向左移动少许，可能使两侧的磁通量等大而反向，合磁通量为零．故选B、D.
答案：BD3．电磁感应现象及应用
核 心 素 养 定 位 物理观念 进一步认识磁通量的概念，能结合实例对磁通量的变化进行定性的判断和定量计算．
科学思维 通过模仿法拉第的实验，归纳得出产生感应电流的条件．学会通过现象分析归纳事物本质特征的科学思维方法，认识实验观察能力和逻辑思维能力在科学探究过程中的主要作用．
科学探究 经历感应电流产生条件的探究活动，提高分析论证能力．
科学态度与责任 (1)了解电磁感应现象曲折的发现过程，学习法拉第坚持理想、不畏艰辛、勇于探索的科学精神． (2)了解电磁感应现象发现的重大历史意义和电磁感应现象的广泛应用，体会科学、技术对人类文明的推动作用．
一、划时代的发现
1．“电生磁”的发现：1820年，________发现了电流的磁效应．
2．“磁生电”的发现：1831年，________发现了电磁感应现象．
3．电磁感应：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________．
二、产生感应电流的条件
1．实验：探究感应电流产生的条件
探究一：如图甲实验中，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________电流，当导体ab做____________运动时，闭合回路中有电流产生．
探究二：如图乙，线圈A与线圈B保持相对静止．当线圈A的电流不变时，线圈B所在的回路中________电流产生；当线圈A的电流________时，线圈B所在回路中就有了电流．
2．产生感应电流的条件：当穿过闭合导体回路的________________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
生产、生活中广泛使用的变压器、________等也是根据电磁感应制造的．
【情境思考】
如图所示，手机无线充电器的出现极大地方便了人们的出行，人们出行时不用为中途手机断电而烦恼，也不用再携带笨重的充电宝．判断以下问题．
(1)手机无线充电器是根据电流的磁效应原理制成的．( )
(2)手机无线充电器是根据电磁感应原理制成的．( )
(3)和有线充电相比，手机无线充电的效率更高．( )
拓展 1 奥斯特“电生磁”实验
奥斯特偶然在直导线附近放置了一枚小磁针，当导线中有电流通过时，磁针发生了偏转(如图)．这表明通电导线周围和永磁体周围一样也存在磁场．
拓展 2 法拉第心系“磁生电”
英国的法拉第认为：电和磁是一对和谐对称的自然现象
依据：磁化和静电感应现象．
猜想：磁铁可以感应出电流．
信念：一定要转磁为电．
拓展 3 法拉第“磁生电”实验
法拉第试图用恒定电流产生的磁场来观察在某个电路中是否产生电流，多次失败后，终于发现了“磁生电”现象：把两个线圈绕在同一个铁环上，一个线圈接到电源上，另一个线圈接入“电流表”，在给一个线圈通电或断电的瞬间，另一个线圈中出现了电流．“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的现象．
目标一 电流的磁效应和电磁感应现象
【导思】——————————————————○
电磁起重机能吸起成吨重的钢材，是生活中常见的大型机械；磁悬浮列车能达到六百千米的时速，是一种新型的交通工具．
(1)电磁起重机和磁悬浮列车各是应用什么原理制成的呢？
(2)还有哪些物体应用了和它们同样的原理呢？请举例说明．
【归纳】——————————————————○
1．“动电生磁”与“动磁生电”
“动电生磁” “动磁生电”
含义 运动电荷周围产生磁场 线圈内的磁通量发生变化而在闭合线圈内产生了感应电流
“动”的含义 电荷相对磁场运动 变化的意思
提醒：“动电生磁”与“动磁生电”都反映了电流和磁场的关系．
2．法拉第的概括
法拉第把引起感应电流的原因概括为五类
(1)变化的电流；
(2)变化的磁场；
(3)运动的恒定电流；
(4)运动的磁铁；
(5)在磁场中运动的导体．
【典例】——————————————————○
例1 如图所示是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情景．当探测线圈靠近金属物体时，在金属物体中就会产生电流，如果能检测出这种变化，就可以判定探测线圈附近有金属物体了．下列选项能反映出金属探测器工作原理的是( )
[训练1] [2023·山东潍坊月考](多选)下列说法正确的是( )
A．发现电磁感应现象的科学家是奥斯特，发现电流磁效应的科学家是法拉第
B．奥斯特的思维和实践没有突破当时人类对电和磁认识的局限性
C．产生感应电流的原因都与变化或运动有关
D．电磁感应现象的发现使人们找到了“磁生电”的方法，开辟了人类的电气化时代
目标二 产生感应电流的条件
【导思】——————————————————○
某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流计、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路．当他接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转．
(1)为什么当该学生接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转？
(2)如何改进电路才能使该学生接通、断开开关时，电流计的指针有偏转？
【归纳】——————————————————○
1．磁通量变化的三种情况
(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化，如图甲所示．
(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化，如图乙所示．
(3)磁感应强度B和有效面积S都发生变化，如图丙所示．
2．磁通量变化的磁感线判断法
判断穿过闭合导体回路的磁通量是否变化时，可充分利用磁感线来进行定性判断，即通过观察穿过闭合导体回路的磁感线的条数是否变化来判断某过程中磁通量是否变化．
提醒：在判断回路中是否有感应电流产生时应首先判断所研究回路是否为闭合导体回路．
【典例】——————————————————○
例2[2023·山西大同高二检测] (多选)如图所示，N、S两极间的磁场可视为匀强磁场，将一矩形闭合金属线框垂直于磁场方向放置在该磁场中．下列情况线框中能出现感应电流的是( )
A．线框绕图中竖直轴aa′旋转
B．线框绕图中水平轴bb′旋转
C．线框沿图中水平轴bb′向右平移直至线圈穿出磁场
D．线框沿竖直方向向下平移
教你解决问题
程序 内容
提取 信息 ①绕图中竖直轴aa′旋转 ②绕图中水平轴bb′旋转，沿图中水平轴bb′向右平移直至线圈穿出磁场 ③沿竖直方向向下平移
转化 情境 ①通过线框平面的磁通量不变 ②通过线框平面的磁通量发生变化 ③通过线框平面的磁通量不变
选择 规律 当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，回路中产生感应电流
思维提升
判断是否产生感应电流的技巧
(1)电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可．
(2)磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大，若没有变化，也不会产生感应电流．若开始时磁通量虽然是零，但是磁通量是变化的，仍然可以产生感应电流．
[训练2] 如图所示，匀强磁场中有一个闭合的弹簧线圈，线圈的平面垂直于磁感线．下列哪种过程中线圈会产生感应电流( )
A．线圈扩张
B．线圈自下向上运动
C．线圈自上向下运动
D．线圈自左向右运动(未穿出磁场)
[训练3] 1825年，瑞士科学家科拉顿试图用磁铁在线圈中获得电流．他用一个线圈与一检流计连成一闭合回路，为了使磁铁不致于影响检流计中的小磁针，用很长的导线连接线圈与放在隔壁房间里的电流计．科拉顿首先在一边用磁铁棒在线圈中插入与拔出，然后跑到隔壁房间里去观察检流计，遗憾地错过了电磁感应现象的发现．关于科拉顿实验的说法正确的是( )
A．实验过程没有感应电流的产生
B．观察到电流计指针没有偏转是因为墙壁把磁场隔离了
C．观察到电流计指针没有偏转是因为线圈电阻太大
D．将磁铁插入线圈后跑去隔离房间观察电流计，错过了感应电流产生的时机
[训练4] 如图所示，一有限范围的匀强磁场，宽为d.一个边长为L的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域．若d>L，则线框穿过磁场区域的过程中，线框中产生感应电流的时间为( )
A． B．C． D．
1.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的磁通量发生变化的是( )
A．将磁铁竖直向上平移
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
2．金属线框在下列四种情况中能产生感应电流的是( )
A．图甲中线框在匀强磁场中加速运动，线框平面始终和磁场方向平行
B．图乙中线框和通电长直导线都在竖直平面内，线框以直导线为轴转动
C．图丙中线框abcd与匀强磁场方向垂直，且一半在磁场内，另一半在磁场外，线框从图示位置开始以cd边为轴转动，转动角度小于60°
D．图丁中条形磁铁竖直向下穿过水平放置的线框
3．如图中金属圆环均带有绝缘外皮，A项中直导线与圆环在同一平面内，B项中直导线与环面垂直，C项中直导线在圆环水平直径正上方且与直径平行，D项中直导线与圆环接触且与圆环直径重合，当电流增大时，环中有感应电流的是( )
4.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
5．(多选)在如图所示的条件下，闭合矩形线圈中能产生感应电流的是( )
6．探究产生感应电流条件的实验步骤如图甲、乙、丙所示．
(1)本实验中，我们通过观察________________________来判断电路中是否有感应电流；
(2)通过比较图甲和图丙可知，产生感应电流的一个条件是电路要________________________，通过比较图________可知，产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动；
(3)若图甲中AB棒不动，磁铁左右水平运动，电路中________(选填“有”或“无”)感应电流．
3．电磁感应现象及应用
导学 掌握必备知识
一、
1．奥斯特
2．法拉第
3．感应电流
二、
1．没有 切割磁感线 没有 变化
2．磁通量发生变化
三、
电磁炉
情境思考
答案：(1)× (2)√ (3)×
共研 突破关键能力
目标一
提示：
(1)前者应用了电流的磁效应，后者应用了电磁感应原理．
(2)应用电流磁效应原理的还有电动机、电磁继电器、扬声器等；应用电磁感应原理的还有发电机、变压器、磁场计等．
[例1] 解析：探测器靠近金属物体时，相当于闭合电路的部分导体在切割磁感线，从而产生了电流．选项B是导体棒切割磁感线，选项C是通电导体在磁场中受力运动，选项A、D是电流的磁效应．故B正确．
答案：B
[训练1] 解析：奥斯特发现了电流的磁效应，他的思维和实践突破了人类对电与磁认识的局限性，发现电磁感应现象的科学家是法拉第，故A、B错误．产生感应电流的原因都与变化或运动有关；电磁感应现象的发现，宣告了电磁学的诞生，开辟了人类的电气化时代，故C、D正确．
答案：CD
目标二
提示：(1)由于开关位置接错，导致该学生接通、断开开关时，线圈B所在回路的磁通量均不发生变化，因此电流计的指针都没有偏转．
(2)应将开关改接到线圈A所在的回路中．
[例2] 解析：由于线框平面开始垂直于磁场方向，磁通量最大，线框绕图中竖直轴aa′旋转时，线框平面始终垂直于磁场方向，磁通量不变，故不会出现感应电流，故A错误；线框沿图中水平轴bb′旋转或向右平移直至线圈穿出磁场的过程中，通过线框平面的磁通量都会发生变化，故会出现感应电流，故B、C正确；将线框沿竖直方向向上平移或线框沿竖直方向向下平移，线框平面始终垂直于磁场方向，磁通量不变，故不会出现感应电流，故D错误．
答案：BC
[训练2] 解析：线圈扩张，线圈中磁通量变大，线圈中会产生感应电流，故A正确；线圈自下向上运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故B错误；线圈自上向下运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故C错误；在未穿出磁场的前提下，线圈自左向右运动，线圈中磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，故D错误．
答案：A
[训练3] 解析：将磁铁插入线圈过程中，通过线圈的磁通量发生变化，线圈中有感应电流产生，但磁铁插入后静止不动时，线圈磁通量不再变化，此时线圈中没有感应电流，故当科拉顿跑去隔离房间时，已错过了感应电流产生的时机．
答案：D
[训练4] 解析：在线框进入和穿出磁场的过程中，穿过线框的磁通量分别增大和减小，闭合线框中有感应电流产生；整个线框在磁场中运动时，线框中无感应电流产生，所以，线框中有感应电流的时间为，故C正确．
答案：C
精练 落实学科素养
1．解析：在题图所示状态下，线圈与磁场方向平行，穿过圆线圈的磁通量为零，而选项A、B、C中的做法不会引起线圈中磁通量的变化，只有选项D中的做法可使线圈中的磁通量发生变化，故D正确．
答案：D
2．解析：保持线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中平行于磁场运动，磁通量一直为零，磁通量不变，没有感应电流产生，故A错误；线框和通电长直导线都在竖直平面内，线框以直导线为轴转动，磁通量不变，没有感应电流产生，故B错误；线框从图示位置开始以cd边为轴转动，转动角度小于60°，磁通量没有发生变化，没有感应电流产生，故C错误；条形磁铁竖直向下穿过水平放置的线框的过程中，穿过线框的磁通量先增加后减少，磁通量发生了变化，所以能产生感应电流，故D正确．
答案：D
3．解析：题图A中电流变化，线圈中磁通量变化，线圈中有感应电流，故A正确；题图B中线圈平面与电流产生的磁感线平行，因此回路中磁通量始终为零，没有感应电流，故B错误；题图C、D中线圈回路中磁通量均为零，故都没有感应电流，故C、D错误．
答案：A
4．解析：条形磁铁以速度v向螺线管靠近时，穿过螺线管的磁通量会增大，螺线管中有感应电流产生．
答案：B
5．解析：线圈平面与磁感线平行，无感应电流产生，故A错误；随着线圈的转动，B与S都不变，B又垂直于S，所以Φ＝BS始终不变，故B错误；题图所示状态，Φ＝0，转过90°时，Φ＝BS，会产生感应电流，故C正确；螺线管内通入交变电流，电流大小、方向都在变化，因此磁场强弱、方向也在变化，所以穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，故D正确．
答案：CD
6．解析：
(1)实验时，通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来确定电路中是否产生感应电流．
(2)题图甲所示电路是闭合电路，灵敏电流计的指针发生偏转，说明电路中产生了感应电流；题图丙所示电路是断开的，灵敏电流计的指针没有偏转，说明电路中没有产生感应电流．由此可知，产生感应电流的一个条件是电路要闭合．要得出产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动，这两次实验就要一次实验导体在磁场中做切割磁感线运动，一次实验导体在磁场中不做切割磁感线运动，由此比较可以确定要选用题图甲和题图乙．
(3)在题图甲中，电路是闭合的，若导体不动，磁铁运动，利用运动和静止的相对性可以确定，导体也做切割磁感线运动，具备了感应电流产生的两个条件，所以电路中有电流产生．
答案：(1)灵敏电流计的指针是否偏转 (2)闭合
甲和乙 (3)有4．电磁波的发现及应用
核 心 素 养 定 位 物理观念 了解电磁波是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息．
科学思维 (1)体验赫兹证明麦克斯韦预言电磁波存在的实验过程和实验方法，领会物理理论和实验的相互结合对科学发展的巨大作用． (2)了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用．知道可见光是电磁波谱家族中的一个频段．
科学态度与责任 了解人类发现电磁波的历史，知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波的发现做出的贡献，领会在电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法和科学精神．
一、电磁场
1．麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点：变化的磁场产生了电场；______的电场产生磁场． B变化时的电磁感应现象
2．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________.
二、电磁波
1．产生：________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．
麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在．
2．特点
(1)电磁波________在真空中传播．
光的传播不需要介质，但光在介质中也能传播，如在水中、玻璃中传播．
(2)电磁波在真空中的速度等于________．
(3)光在本质上是一种电磁波．即光是以________形式传播的一种电磁振动．
三、电磁波谱 电磁波的能量 电磁波通信
1．电磁波谱
(1)概念：按电磁波的________或________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＝________．
(3)电磁波在真空中的速度c＝________．
(4)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：________、红外线、________、________、X射线、γ射线．
(5)各种电磁波的特性
①无线电波：用于________、卫星通信、________等的信号传输．
②红外线：用来________等．
③可见光：照亮自然界，也可用于________．
④紫外线：用于________．
⑤X射线：用于诊断病情．
⑥γ射线：可以摧毁________________．
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________，电磁波是一种物质．
【情境思考】
赫兹的实验，如图所示．
实验现象：当感应线圈的两个金属球间有电火花跳过时，导线环的两个金属小球间也跳过电火花．
判断以下问题．
(1)赫兹实验证明了电磁波的存在．( )
(2)电磁波不需要介质就可在真空中传播．( )
(3)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s.( )
(4)麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在．( )
(5)电磁波是带有能量的，在介质中传播时能把部分能量传递给介质．( )
拓展1
波的衍射是波绕过障碍物继续传播的现象．当障碍物或孔的尺寸比波长更小或与波长相差不多时，发生明显的衍射现象(在选择性必修第一册中学习)．
如图所示是水波的衍射，图甲中孔的尺寸比水波的波长小，发生了明显的衍射现象．
拓展 2 X射线(X ray)和γ射线(γ ray)的应用
“CT”是“计算机辅助X射线断层摄影”的简称．X射线以不同角度照射人体，计算机对其投影进行分析，给出类似于生理切片一样的人体组织照片．医生可以从中看出是否发生了病变．
在工业上，利用X射线检查金属零件内部的缺陷．机场、车站等地进行安全检查时，X射线能轻而易举地窥见箱内的物品．
波长最短的电磁辐射是γ射线，它具有很高的能量．γ射线能破坏生命物质．把这个特点应用在医学上，可以摧毁病变的细胞，用来治疗某些癌症．γ射线的穿透能力很强，可用于探测金属部件内部的缺陷．
目标一 麦克斯韦电磁场理论的理解
【归纳】——————————————————○
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】——————————————————○
例1 (多选)关于电磁场理论，下列说法中正确的是( )
A．变化的电场周围产生的磁场一定是变化的
B．变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的
C．均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的
D．周期性变化的电场在周围空间产生同样频率的周期性变化的磁场
思维提升
理解麦克斯韦的电磁场理论的关键
掌握四个关键词，“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”，这些都是对时间来说的，是时间的函数．
[训练1] 根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )
A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场
B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
[训练2] (多选)根据麦克斯韦的电磁场理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场)，正确的是( )
目标二 电磁波
【归纳】——————————————————○
1．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．
2．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．电磁波是横波．
(2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播的速度等于光速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.
【典例】——————————————————○
例2 2022年6月5日，中央电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱交会对接进行了直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站．下列关于电磁波和声波的说法正确的是( )
A．电磁波是横波，声波是纵波
B．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播
C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在
D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度
[训练3] 关于电磁波，下列说法不正确的是( )
A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波
C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度方向、磁感应强度方向均垂直
D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
[训练4] 使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是Hz～7.8×1014 Hz，则蓝牙通信的电磁波( )
A．是蓝光
B．波长比手机通信的电磁波波长短
C．在真空中的传播速度大小为340 m/s
D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小
目标三 电磁波谱及电磁波的应用
【归纳】——————————————————○
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．
2．不同电磁波的特性和用途
种类 波长范围 特性 应用
无线电波 大于1 mm 波动能力强 通信、广播、射电望远镜
红外线 760～106 nm 热作用强 烘干、红外遥感、测温、夜视仪
可见光 400～760 nm 感光性强 照明、照相
紫外线 10～400 nm 化学作用、 荧光作用 消毒、荧光效应、促使人体合成维生素D
X射线 0.001～10 nm 较强的 穿透能力 透视人体、检查金属零件的质量
γ射线 小于10－3 nm 穿透能 力最强 医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷
【典例】——————————————————○
例3 下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是( )
A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体
B．过强的紫外线照射人体，有利于人的皮肤健康
C．电磁波中频率最高的为γ射线，可用于消毒
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
例4 (多选)关于电磁波的应用，下列说法正确的是( )
A．红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最短
B．银行的验钞机和家用电器的遥控器发出的光都是紫外线
C．微波可用于广播及其他信号的传播
D．X射线可以用于诊断病情，γ射线可以摧毁病变的细胞
[训练5] 电磁波在生活中有着广泛的应用，不同波长的电磁波具有不同的特性，因此也有不同的应用．下列器件与其所应用的电磁波对应关系不正确的是( )
A．雷达——无线电波
B．手机——X射线
C．紫外消毒柜——紫外线
D．遥控器——红外线
[训练6] 验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光，电视机、空调的遥控器发出的光能控制电视机、空调的工作状态．对于它们发出的光，以下判断正确的是( )
A．它们发出的都是红外线
B．它们发出的都是紫外线
C．验钞机发出的是红外线，遥控器发出的是紫外线
D．验钞机发出的是紫外线，遥控器发出的是红外线
[训练7] 间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标．这种照相机能拍到晚上行驶的汽车，即使汽车不开灯行驶，也瞒不过它．这种遥感照相机敏感的电磁波属于( )
A．可见光波段 B．红外波段
C．紫外波段 D．X射线波段
1．5G是“第五代移动通信技术”的简称，目前世界各国正大力发展5G网络，5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G及以下网络(通信频率在0.3 GHz～3.0 GHz 的特高频段)拥有更大的带宽和更快的传输速率.5G网络的传输速率(指单位时间传输的数据量大小)可达20 Gbps.关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是( )
A．在真空中的传播速度更快
B．在真空中的波长更长
C．在真空中的波长与4G网络使用的无线电波相同
D．频率更高，相同时间传递的信息量更大
2．在电磁波谱中，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射线的波长一定大于可见光的波长
D．可见光的波长一定比无线电波的波长短
3．隐形飞机的原理是在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击．根据你所学的物理知识，判断下列说法正确的是( )
A．运用隐蔽色涂层，无论距你多近的距离，你也不能看到它
B．使用吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现
C．使用吸收雷达电磁波涂层后，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感应电流
D．主要是对发动机、喷气尾管等因为高温容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施，使其不易被对方发现和攻击
4．航天员在太空授课的画面通过电磁波传输到地面接收站，下列关于电磁波的说法正确的是( )
A．发射前为使电磁波携带信号需对其进行解调
B．电磁波传播过程能量不会损失
C．电磁波在传播时遇到导体，导体中会产生感应电流
D．不同波长的电磁波，在真空中的传播速度大小不同
5.如图所示，共享单车打通了公共交通的“最后一公里”，方便了居民出行．共享单车上的定位技术，可以给单车精准定位．单车在被骑行过程中车内电池自行充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电．用户仅需用手机上的客户端软件(APP)扫描二维码，即可自动开锁，骑行时手机APP上能实时显示单车的位置，骑行到指定的停车区域时才可以顺利还车，还车关锁后APP就显示计时、计价、里程等信息．根据以上信息，下列说法正确的是( )
A．单车是利用电磁感应原理实现充电的
B．单车和手机之间是利用声波传递信息的
C．单车某个时刻的位置是主要借助用户手机确定的
D．由手机APP上的显示信息，可求出骑行的平均速度
6．回答以下关于微波炉的问题．
(1)微波是频率为300 MHz～30 000 MHz的无线电波，微波炉的工作频率多选用915 MHz或2 450 MHz.从同样使用微波的其他设备角度考虑，为什么微波炉要选用这样的频率？
(2)微波炉门上一般都安装有安全联锁开关，它能确保炉门打开时，微波炉不能工作，炉门关上时，微波炉才能工作，并且微波炉的玻璃门也要安装网状金属片．请分析这样设计的原因．
(3)为什么不能将金属器皿或镶有金银花边的碗碟放进微波炉中使用？
(4)为什么不能将盒装的牛奶放进微波炉加热？
4．电磁波的发现及应用
导学 掌握必备知识
一、
1．变化
2．电磁场
二、
1．周期性 周期性
2．(1)可以 (2)光速 (3)波动
三、
1．(1)波长 频率 (2)λf (3)3×108 m/s (4)无线电波 可见光 紫外线 (5)①广播 电视 ②加热理疗 ③通信 ④消毒 ⑥病变的细胞
2．(2)能量
情境思考
答案：(1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)√
共研 突破关键能力
目标一
[例1] 解析：根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场产生磁场，但产生的磁场不一定是变化的，如均匀变化的电场产生稳定的磁场，故A错误，B正确；均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，故C错误；周期性变化的电场在周围空间产生同样频率的周期性变化的磁场，故D正确．
答案：BD
[训练1] 解析：根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，故D正确．
答案：D
[训练2] 解析：选项A中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，下图是与其不对应的；选项B中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B正确；选项C中的上图是周期性变化的磁场，它能产生同频率周期性变化的电场，且相位相差，C正确；选项D中的上图是周期性变化的电场，在其周围空间产生周期性变化的磁场，但是下图中的图像与上图相比较，相位相差π，故D错误．B、C正确．
答案：BC
目标二
[例2] 解析：电磁波的传播方向和振动方向垂直，是横波，声波的振动方向和传播方向平行则是纵波，故A正确；电磁波的传播不依赖介质，声波是机械波只能在介质中传播，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故C错误；航天员讲话时画面能与声音同步，但电磁波的速度为光速，声波的传播速度为340 m/s，两者差距很大，故D错误．
答案：A
[训练3] 解析：电磁波在真空中的传播速度均相同，与电磁波的频率无关，故A正确；周期性变化的电场和磁场可以相互激发，由近及远的传播形成电磁波，故B正确；电磁波是横波，每一处的电场强度和磁场强度总是相互垂直的，且与波的传播方向垂直，故C正确；利用电磁波传递信号可以实现无线通信，电磁波也能通过电缆、光缆传输，故D错误．
答案：D
[训练4] 解析：由题意可得，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，故不可能是蓝光，故A错误；由图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，由c＝λf可知，频率越大，波长越短，故蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短，故B正确；在真空中电磁波的传播速度大小均为c＝3×108 m/s，故C、D错误．故选B.
答案：B
目标三
[例3] 解析：X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红外线不能，故A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，故B错误；电磁波中频率最高的为γ射线，可以摧毁病变的细胞，故C错误；紫外线和X射线都可以使感光底片感光，故D正确．
答案：D
[例4] 解析：红外线、X射线、γ射线中红外线的频率最小，波长最长，故A错误；银行的验钞机发出的光是紫外线，家用电器的遥控器发出的光是红外线，故B错误；微波不但能加热物体，而且能传播信息，故可以用于通信、广播及其他信号的传输，故C正确；X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，γ射线有极强的穿透能力和很高的能量，可以摧毁病变的细胞，故D正确．
答案：CD
[训练5] 解析：雷达是利用了无线电波中微波来测距的，故A正确；手机采用的是无线电波，X射线对人体有很大的辐射，不能用于通信；故B错误；紫外线具有很强的消毒作用，故C正确；红外线可以用于遥控器，故D正确．
答案：B
[训练6] 解析：紫外线有较强的荧光作用，能使荧光物质发出荧光，故验钞机发出的是紫外线；红外线波长较长，容易发生衍射，故能很方便地遥控家用电器，A、B、C错误，D正确．
答案：D
[训练7] 解析：所有的物体都能发出红外线，热的物体的红外辐射比冷的物体的强，间谍卫星上装的遥感照相机，实际上是红外探测器，它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射，这是红外摄影的基础．再者，红外线波长比其他波(如可见光、紫外线、X射线)的长，有较好地穿透云雾的能力．故选B.
答案：B
精练 落实学科素养
1．解析：无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，其速度与频率没有关系，故A错误；由c＝λf知，频率变大，波长变短，故B、C错误；无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越大，故D正确．
答案：D
2．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；可见光的波长一定比X射线的波长长，比无线电波的波长短，故C错误，D正确．
答案：D
3．解析：雷达向外发射电磁波，当电磁波遇到飞机时就要发生反射，雷达通过接收反射回来的电磁波，就可以测定飞机的位置，飞机运用隐蔽色涂层后还要反射电磁波，故A错误；使用吸收雷达电磁波的材料，可以减少电磁波的反射，故B正确；使用吸收雷达电磁波涂层后，机翼为导体，根据电磁感应知识可知，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上仍会产生感应电流，故C错误；发动机、喷气尾管等采取隔热、降温等措施后仍会反射电磁波，故D错误．
答案：B
4．解析：声音、图像信号的频率很低，不能直接发射出去，只有高频电磁波才能向外发射，所以要用高频携带着低频才能向外发射出去，而把低频信号加到高频电磁波上去的过程叫调制，故A错误；电磁波传输过程能量是会衰减的，会被介质吸收一部分，故B错误；金属等导体在电磁波的激励下能产生感应电流，电磁波在传播时遇到导体，导体中会产生感应电流，故C正确；不同波长的电磁波，在真空中的传播速度大小相同，都等于光速，故D错误．
答案：C
5．解析：单车在被骑行过程中车内电池自行充电，是通过安装在轮轴处的发电机实现的，所以单车是利用电磁感应原理实现充电的，故A正确；单车和手机之间是利用电磁波传递信息的，故B错误；由题意可知单车某个时刻的位置主要是借助单车上的定位系统确定的，故C错误；由手机APP上的显示信息，可知时间和里程(即路程)，而无法得知位移，所以只能求出骑行的平均速率，不能求出平均速度，故D错误．
答案：A
6．解析：
(1)使用微波是因为微波能使周围的物体发热，雷达和其他通信系统使用的是微波这种无线电波，微波炉使用915 MHz或2 450 MHz这两种频率的微波主要是为了不干扰雷达和其他通信系统．
(2)电磁波具有能量，对人体有伤害，微波炉门上要安装“安全联锁开关”，它能确保炉门打开时，微波炉不能工作，炉门关上时，微波炉才能工作，并且微波炉的玻璃门也要安装网状金属片，目的是防止电磁波从炉门处泄漏，对人体或其他物体造成伤害．
(3)微波炉是利用电磁波来加热食物的．微波炉中不能使用金属容器，因为微波能在金属中产生大量的热量，会损坏微波炉和器皿．
(4)对于盒装牛奶，盒子的内壁有铝箔，由于金属能屏蔽电磁波，所以电磁波无法达到盒内的牛奶中．
答案：见解析5．能量量子化
核 心 素 养 定 位 物理观念 通过生活实例，体会电磁波的辐射，初步形成热辐射的物理观念．
科学思维 利用普朗克假设和能量子的得出过程，培养学生的科学思维．
科学探究 通过对氢原子光谱的分析，探究出跃迁过程的特点．
科学态度 与责任 知道量子理论对现代社会的引领作用及其在现代技术中的重要作用．
一、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________有关，所以叫作热辐射．任何物体在任何温度下均发生热辐射
2．辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同．
3．除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波．常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致．
4．黑体：如果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________．黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的________有关． 是一个理想化模型
二、能量子
1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的________，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．
2．大小：ε＝________，其中h≈6.63×10－34 J·s.
3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成的，能量大小为________，光的能量子称为________．
三、能级
1．定义：原子量子化的能量值．
2．原子处于能量最低的状态时最________，由高能级向低能级跃迁时放出________．
3．原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之________.
4．原子光谱的谱线是一些分立的亮线．
【情境思考】
如图所示为我国首颗量子通信卫星“墨子号”．“墨子号”的成功发射使我国在量子通信技术领域走在了世界前列．判断下列问题．
(1)量子通信的理论基础是普朗克的能量量子化假设．( )
(2)该理论的提出背景是经典电磁理论解释不了黑体辐射实验的实验规律．( )
(3)黑体就是黑色的物体，所以它不向外辐射电磁波．( )
(4)黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的．( )
拓展1
拓展 2
普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射．
拓展3
普朗克为了得出与实验相符的黑体辐射公式，做了多种尝试后才提出了能量子假设，然后根据能量子假设提出了与实验相吻合的黑体辐射的强度按波长分布的公式．普朗克大胆地破除了“能量连续变化”的传统观念，揭示了微观粒子的能量是分立的，成为物理学新思想的奠基者之一．
目标一 热辐射和黑体辐射
【归纳】——————————————————○
1．对黑体的理解
(1)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，这个小孔就成了一个绝对黑体．
(2)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．
2．一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】——————————————————○
例1 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
例2 (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，由小孔的热辐射特性，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．T1＜T2
C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
[训练1] (多选)关于对黑体的认识，下列说法正确的是( )
A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
目标二 能量子的理解
【归纳】——————————————————○
1．物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态．
2．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】——————————————————○
例3 关于对能量子的认识，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反比
D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
例4“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成．若在结两端加恒定电压U，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U成正比，即ν＝kU.已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关．你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法．在下列选项中，推理判断比例系数k的值可能为( )
A． B．C．2he D．
思维提升
有关能量子问题的解题技巧
(1)熟练掌握能量子的计算公式：ε＝hν＝.
(2)把握宏观能量E＝Pt与微观能量子的关系：E＝nε.
(3)正确建立模型．
[训练2] 下列宏观概念中，是量子化的为( )
A．物体的质量
B．弹簧振子的能量
C．汽车的个数
D．卫星绕地球运行的轨道
[训练3] 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，光在真空中的传播速度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
目标三 能级
【归纳】——————————————————○
1．能级：微观世界的能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级．
2．原子处于能量最低的状态是最稳定的．
3．原子获得能量有可能跃迁到较高的能量状态，这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁．
4．原子从高能级向低能级跃迁放出的光子的能量等于前后两个能级之差，原子从低能级跃迁到高能级吸收光子的能量也等于前后两个能级之差．
5．由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，原子的发射光谱只有一些分立的亮线．
【典例】——————————————————○
例5 (多选)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放出光子，且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，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线
[训练4] 下列叙述正确的是( )
A．原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差
B．原子处于能级最高的状态时是最稳定的
C．气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击只会跃迁到较低的能量状态
D．原子的发射光谱是一些连续的亮线
1．(多选)下列叙述正确的是( )
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．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
2．(多选)对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是( )
A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C．吸收的能量可以是连续的
D．辐射和吸收的能量是量子化的
3．很多地方用红外线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．关于其中原理，下列说法正确的是( )
A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关
C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强
D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强
4．一个氢原子从较高能级跃迁到较低能级，该氢原子( )
A．放出光子，能量增加
B．放出光子，能量减少
C．吸收光子，能量增加
D．吸收光子，能量减少
5．两束强度相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在相同物体上的光子数与第二束光在相同时间内打在物体表面上的光子数之比为4∶5，则这两束光的光子能量和波长之比为( )
A．4∶5 4∶5 B．5∶4 4∶5
C．5∶4 5∶4 D．4∶5 5∶4
6．光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400～700 nm.400 nm、700 nm电磁波辐射的能量子的值各是多少？(结果均保留三位有效数字)
5．能量量子化
导学 掌握必备知识
一、
1．温度
4．黑体 温度
二、
1．整数倍
2．hν
3．hν 光子
三、
2．稳定 光子
3．差
情境思考
答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)×
共研 突破关键能力
目标一
[例1] 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．
答案：D
[例2] 解析：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关．实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．从题图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，故A、D正确．
答案：AD
[训练1] 解析：黑体能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射，这样的物体称为黑体，但不一定是黑色的，故A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料种类及表面状况无关，故B正确，C错误；如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，就相当于吸收了所有电磁波，因此空腔成了一个黑体，故D正确．
答案：BD
目标二
[例3] 解析：由普朗克能量子假说可知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；最小能量值ε＝hν，ε与ν成正比，故C错误；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不与现实世界相矛盾，故D错误．
答案：B
[例4] 解析：根据物理单位知识，表达式及变形式两侧单位是一致的．本题中涉及的物理量ν、U、e、h及与其有联系的能量表达式E＝hν ①，E＝Ue ②，由①②得h的单位与的单位相同，即h单位可用V·C·s表示，题中ν＝kU，即k＝ ③，单位可用表示，选项B中单位等效于＝，故B正确，A、C、D错误．
答案：B
[训练2] 解析：汽车的个数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的．其他三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的．
答案：C
[训练3] 解析：由ε＝hν＝，代入数据可得每个光子的能量ε＝3.0×10－19 J，故A正确．
答案：A
目标三
[例5] 解析：原子的能量是量子化的，原子从高能级向低能级跃迁时向外放出光子．光子的能量hν＝E初－E末，由于原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线．故C、D正确．
答案：CD
[训练4] 解析：原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级，原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，故A正确；通常情况下，原子处于能级最低的状态，这是最稳定的，故B错误；气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态，这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁放出光子，故C错误；由于原子的能级是分立的，所以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分立的亮线，故D错误．
答案：A
精练 落实学科素养
1．解析：根据热辐射定义知，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，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、表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，故B错误，C正确；根据黑体定义知D正确．
答案：ACD
2．解析：根据普朗克能量子假说，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，能量的辐射、吸收要一份份地进行，故选A、B、D.
答案：ABD
3．解析：根据辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；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．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可知道这个人的体温，故C正确，A、B、D错误．
答案：C
4．解析：由原子的能级跃迁规律知，氢原子从高能级跃迁到低能级时，辐射一定频率的光子，氢原子能量减少，光子的能量由这两个能级的能量差决定．故选B.
答案：B
5．解析：由E＝nε知，能量相同时n与ε成反比，所以光子能量比为5∶4.又根据ε＝hν＝h，所以波长之比为4∶5.
答案：B
6．解析：根据公式ν＝和ε＝hν可知
400 nm电磁波辐射的能量子ε1＝h＝6.63×10－34× J≈4.97×10－19 J.
700 nm电磁波辐射的能量子ε2＝h＝6.63×10－34× J≈2.84×10－19 J.
答案：4.97×10－19 J 2.84×10－19 J第十三章核心素养综合评价
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．)
1．下列说法正确的是( )
A．沿电场线方向，电势一定是降低的
B．电场线和磁感线都是客观存在的闭合曲线
C．由B＝可知，F越大，通电导线所在处的磁感应强度一定越大
D．磁场中某点磁场强度的方向与放入磁场中的通电直导线所受安培力的方向相同
2．下列选项对公式认识正确的是( )
A．公式E＝k是电场强度的定义式
B．P＝I2R可用来计算电动机正常工作时线圈电阻的发热功率
C．由公式R＝可知导体的电阻与加在导体两端的电压成正比，与通过导体的电流成反比
D．由公式B＝可知，磁场中某一点的磁感应强度由公式中的电流I的大小来决定
3．关于磁通量，下列说法中正确的是( )
A．面积一定的线圈放在匀强磁场中时，穿过线圈平面的磁通量是一定的
B．穿过线圈平面的磁通量越小，则该磁场的磁感应强度也越小
C．穿过线圈平面的磁通量为零，则线圈所在处的磁感应强度一定为零
D．穿过线圈平面的磁通量为零，线圈所在处的磁感应强度可能很大
4．某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止．该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱．下列说法正确的是( )
A．未接导线时，在表针晃动过程中，表内线圈中产生了感应电动势
B．未接导线时，在表针晃动过程中，表内线圈中产生了感应电流
C．接上导线后，表针晃动减弱，这是因为表内线圈没有产生感应电动势
D．接上导线后，表针晃动减弱，这是因为表内线圈没有产生感应电流
5．现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、灵敏电流计及开关连接，如图所示．在闭合开关、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，灵敏电流计指针向右偏转．由此可推断滑动变阻器的滑动端P向左减速滑动时，灵敏电流计的指针( )
A．向左偏转
B．静止在中央
C．向右偏转
D．偏转情况由两线圈的绕线方向决定
6．[2023·河南新乡高二期末]如图所示，匀强磁场方向垂直于纸面向外，磁感应强度为B0，无限长直导线MN垂直于磁场方向处在该磁场中．a、b两点位于纸面内且连线与直导线垂直，b点到直导线距离是a点到直导线距离的2倍．已知无限长通电直导线产生的磁场中某点的磁感应强度大小与电流大小成正比，与到直导线的距离成反比．当直导线中通有方向M→N的电流I时，a点磁感应强度大小是B0，则此时b点的磁感应强度大小是( )
A.B0B．B0
C．B0D．B0
7．[2023·湖北随州高二期中]如图所示，在矩形空间abcd内有水平方向的匀强磁场，矩形的ab边和cd边水平，两边相距为l，高为h(hA．金属框下落过程中
B．金属框的AB边在磁场中运动的过程中
C．从金属框AB边出磁场到金属框完全离开磁场的过程中
D．在金属框穿过磁场过程中
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)
8．关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．做变速运动的电荷会在空间产生电磁波
B．周期性变化的电场和磁场可以相互“激发”，形成电磁波
C．在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大
D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
9．如图所示，某一匀强磁场的磁感应强度为B，方向沿z轴正方向，其中AB＝a，BE＝b，EF＝c，∠CDF＝30°，下列说法正确的是( )
A．穿过ABCD面和穿过ADFE面的磁通量都为Bac
B．穿过BCFE面的磁通量为0
C.若将ADFE面绕AD边顺时针转过150°角，其磁通量变化量大小为Bbc
D．若将BCFE面绕BC边转过180°角，其磁通量变化量大小为2Bbc
10．[2023·河南驻马店高二期末]下列给出了与感应电流产生条件相关的四幅情景图，其中判断正确的是( )
A．图甲中金属圆形线圈水平放置在通电直导线的正下方，增大直导线电流，圆线圈中有感应电流
B．图乙中长方形金属线圈在匀强磁场中垂直磁场向右加速运动时，线圈中有感应电流
C．图丙中的闭合导线框以OO′为轴在磁场中旋转，可以产生感应电流
D．图丁中金属杆在力F作用下向右运动过程中，若磁场减弱，回路不一定会产生感应电流
三、非选择题(本题共5小题，共54分．按题目要求作答．计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位．)
11．(6分)如图所示，在“探究感应电流产生的条件”的实验中，电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电表及开关已部分连接．
(1)请使用两根导线(用笔画线)，将电路补充完整．
(2)此实验中使用的电表是________．
A．电流表
B．倍率适宜的欧姆表
(3)正确选择电表和连接电路后，开始实验探究，下列说法正确的是________．
A．开关闭合后，线圈A插入线圈B或从线圈B中拔出，都会引起电表指针偏转
B．线圈A插入线圈B后，开关闭合和断开的瞬间电表指针均不会偏转
C．线圈A插入线圈B中，开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电表指针静止在中央零刻度
D．线圈A插入线圈B中，开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电表指针才能偏转
12．(8分)在“探究楞次定律”的实验中，某同学用试触法判断电流计指针偏转方向与电流方向的关系时，将电池的负极与电流计的A接线柱连接，连接B接线柱的导线试触电池正极，发现指针指在如图甲中的b位置．
(1)现将电流计的两接线柱与图乙中线圈的两个接线柱连接(A与C连接，B与D连接)，将磁铁从线圈中拔出，线圈中原磁通量的方向为________(选填“向上”或“向下”)，线圈中的原磁通量________(选填“增大”或“减小”)，你所看到的指针________(选填“不偏转”“向a位置偏转”或“向b位置偏转”).
(2)若将电流计的A、B接线柱分别与图丙中线圈的E、F接线柱连接，将磁铁从线圈中抽出时，电流计指针指示位置如图甲中a所示，则磁铁的Q端是________(选填“N”或“S”)极．
(3)如图丁，将实验中的条形磁铁放在水平桌面上，条形磁铁的轴线过金属圆环的圆心，从靠近条形磁铁的正上方，由静止释放该金属圆环，在圆环下落过程中，圆环始终保持水平．下列判断正确的是________．
A．桌面受到的压力始终大于磁铁的重力
B．桌面受到的压力始终小于磁铁的重力
C．圆环的加速度始终小于g
D．圆环的加速度有可能等于g
13．(14分)“天宫一号”是中国第一个空间实验室，“天宫一号”空间应用系统开展了太阳与地磁活动指数的中期预测等研究，其成果已成功应用于中国首次载人交会对接任务的空间环境预报．如图所示，太阳电池帆板可以为空间飞行提供动力和能源，假设“天宫一号”正绕地球做匀速圆周运动，运动方向与太阳帆板两端M、N的连线垂直，太阳帆板的面积S＝38m2，在图示位置地磁场与太阳帆板垂直，磁感应强度B＝1.0×10－5T，太阳帆板和空间站都是通电性能良好的导体．
(1)在太阳帆板上将一个灵敏电流计与M、N相连构成闭合电路，试判断电流计指针能否偏转，并说明理由．
(2)如果在图示位置太阳帆板绕MN连线转过30°角，则穿过线圈的磁通量是多少？
14．(14分)如图所示，金属框架MON与导体棒DE构成回路，处在匀强磁场中且与磁场垂直．
(1)若B＝0.1T，DE从O点出发，向右以1m/s的速度匀速运动4s时，回路的磁通量的变化量是多少？
(2)在图中，若回路面积从S0＝8m2变成St＝18m2，B从B0＝0.1T变到Bt＝0.8T，则回路中的磁通量变化量是多少？
15．(12分)
已知通电的长直导线在周围空间某位置产生磁场的磁感应强度大小为B＝k，其中I为电流强度，r为该位置到长直导线的距离，k为常数．如图所示，现有通电的两根长直导线分别固定在正方体abcd efgh的两条边dh和hg上，彼此绝缘，电流方向分别由d流向h、由h流向g，dh中电流是hg中电流大小的一半，dh中的电流在c点产生的磁感应强度为B.不计导线的粗细，求a、e两点的磁感应强度的大小．
第十三章核心素养综合评价
1．解析：根据电势与电场线的关系可知，沿电场线方向电势逐渐降低，故A正确；电场线和磁感线都不是真实存在的，是为了形象的描述电场和磁场画出的，电场线是不闭合曲线，磁感线是闭合曲线，故B错误；磁感应强度只与磁场本身有关，与电流元和电流元的受力无关，故C错误；磁场中通电直导线所受安培力的方向与磁场强度方向垂直，故D错误．故选A.
答案：A
2．解析：公式E＝k，是真空中点电荷周围的场强决定式，故A错误；公式P＝I2R，是由焦耳定律推导出来的，适用于任何电路计算热功率，故B正确；公式R＝，利用的是比值定义法，与电压、电流无关，故C错误；公式B＝，利用的是比值定义法，磁感应强度与电流元及所受的磁场力无关，由磁场本身的性质决定，故D错误．
答案：B
3．解析：穿过线圈的磁通量Φ＝BScosθ，其中θ是线圈平面与垂直磁场方向之间的夹角．在同一个磁场中，线圈平面方向不同时，穿过线圈的磁通量不同；当线圈平面与磁场平行时，无论磁感应强度多大，穿过线圈的磁通量一定为零；当线圈平面与磁场垂直时，穿过线圈平面的磁通量最大．故选D.
答案：D
4．解析：未接导线时，在表针晃动过程中，表内线圈切割磁感线，会产生感应电动势，但由于未接导线，无法构成闭合回路，不会产生感应电流，故A正确，B错误；接上导线后，构成闭合回路，会产生感应电流，表针晃动减弱是因为受到安培力产生了阻尼作用，故C、D错误．
答案：A
5．解析：滑动变阻器的滑动端P向左加速或减速滑动时，电阻都增大，电流都减小，A线圈产生的磁场磁感应强度都减小，通过B线圈的磁通量都减小，由楞次定律可知两次产生的感应电流方向相同，所以灵敏电流计的指针都向右偏转．故C正确，A、B、D错误．
答案：C
6．解析：根据右手螺旋定则可知，通电直导线MN在a点产生的磁场的方向垂直纸面向里，在b点产生的磁场方向垂直纸面向外．a点有垂直纸面向外的匀强磁场B0，还有电流产生的垂直纸面向里的磁场，电流产生的磁感应强度方向和原磁感应强度方向相反，叠加后大小为B0，大于垂直纸面向外的磁场的磁感应强度，可知电流在a点产生的磁感应强度的大小为B0.由题意可知，导线MN在b点产生的磁场的磁感应强度的大小为B0，方向向外，根据磁场的叠加可知，b点磁感应强度的大小为B0＋B0＝B0.故选A.
答案：A
7．解析：金属框下落过程中若在磁场外，金属框中没有感应电流，故A错误；由于h答案：C
8．解析：做变速运动的电荷会在空间产生电磁波，A正确；周期性变化的电场和磁场可以相互“激发”形成电磁波，B正确；在真空中，所有电磁波的传播速度都是光速c，C错误；电磁波可以在介质中传播，所以可以通过光缆进行有线传输，也可以无线传输，D错误．
答案：AB
9．解析：磁场方向与ABCD面平行，则穿过ABCD面的磁通量为0，根据Φ＝BS可得，穿过ADFE面的磁通量为Bbc，所以A错误；根据Φ＝BS可知，穿过BCFE面的磁通量为Bbc，所以B错误；若将ADFE面绕AD边顺时针转过150°角，则磁通量的变化量大小为ΔΦ＝Bbc－0＝Bbc，所以C正确；将BCFE面绕BC边转过180°角时，其磁通量为Φ′＝－Bbc，则磁通量的变化量大小为ΔΦ＝Φ′－Φ＝－2Bbc，所以D正确．
答案：CD
10．解析：题图甲中金属圆形线圈水平放置在通电直导线的正下方，增大直导线电流，金属圆形线圈的磁通量一直为零，保持不变，线圈中没有感应电流，A错误；题图乙中长方形金属线圈在匀强磁场中垂直磁场向右加速运动时，金属线圈的磁通量保持不变，线圈中没有感应电流，B错误；题图丙中的闭合导线框以OO′为轴在磁场中旋转，闭合导线框的磁通量在周期性发生变化，闭合导线框中产生感应电流，C正确；题图丁中金属杆在力F作用下向右运动过程中，若磁场减弱，可知回路的面积变大，磁感应强度减小，回路的磁通量可能保持不变，故回路可能不会产生感应电流，D正确．
答案：CD
11．解析：(1)线圈A、电池组、开关、滑动变阻器串联，构成闭合回路；线圈B、电表串联构成闭合回路．
(2)本实验要使用电流表来检测电路中是否有电流产生，A正确．
(3)只要线圈B中磁通量发生变化，电流表指针就会偏转，开关闭合，线圈A插入线圈B或者从线圈B中拔出，线圈A插入线圈B后闭合或者断开开关瞬间，都会使电流表指针偏转，A正确，B错误；线圈A插入线圈B中，开关闭合，滑动变阻器的滑片匀速滑动或者变速滑动，电流表指针都会偏转，C、D错误．
答案：(1)如图所示 (2)A (3)A
12．解析：(1)将磁铁N极从线圈中拔出，线圈中原磁通量的方向向下，线圈中的原磁通量减小，根据楞次定律，可知D端为感应电动势的正极．A与C连接，B与D连接，电流从B流入，指针向b位置偏转．
(2)指针向a位置偏转，则电流从A流入，E为感应电动势的正极，根据安培定则可知，感应电流的磁场向上，根据楞次定律可知，磁铁的Q端是S极．
(3)金属圆环下落的过程中，条形磁铁的磁场阻碍圆环的下落，圆环的加速度小于重力加速度，桌面受到的压力应大于磁铁的重力．但是，当圆环运动到条形磁铁中间时，磁通量的变化率为零，圆环所受安培力为零，圆环的加速度等于重力加速度，桌面受到的压力等于磁铁的重力．D正确．
答案：(1)向下 减少 向b位置偏转 (2)S (3) D
13．解析：(1)电流计的指针不偏转，因为穿过闭合回路的磁通量不变，不产生感应电流；
(2)根据Φ＝BScos30°，解得Φ≈3.3×10－4Wb.
答案：(1)见解析 (2)3.3×10－4Wb
14．解析：(1)棒向右以1m/s的速度匀速运动4s时，位移为
x＝vt＝1×4m＝4m
由于∠MON＝45°，此时回路的面积为
S＝x2＝×42m2＝8m2
回路的磁通量的变化量为
ΔΦ1＝Φ－0＝BS＝0.8Wb.
(2)回路面积从S0＝8m2变到St＝18m2，B从B0＝0.1T变到Bt＝0.8T时的磁通量为
Φ2＝BtSt＝0.8×18Wb＝14.4Wb
故回路中的磁通量的变化量为
ΔΦ2＝Φ2－Φ＝(14.4－0.8) Wb＝13.6Wb
答案：(1)0.8Wb (2)13.6Wb
15.
解析：设正方体的边长为L，则dc＝da＝L，de＝ha＝＝L.
dh中的电流在c点产生的磁场的磁感应强度为B＝k，dh中的电流在a点产生的磁场的磁感应强度为B1＝k＝B，方向由a指向b，如图所示．hg中的电流在a点产生的磁场的磁感应强度为B2＝k＝B，方向垂直ha，如图所示．
由图可知B1和B2垂直，a点的磁感应强度大小为Ba＝＝＝B，
dh中的电流在e点产生的磁场的磁感应强度为B3＝k＝B，方向由e指向f，如图所示．
hg中的电流在e点产生磁场的磁感应强度为B4＝k＝2B，方向由e指向a，如图所示．
由图可知B3和B4垂直，e点的磁感应强度大小为Be＝＝＝B.
答案：B B第十三章综合提升
知识网络构建
核心素养提升
情境1 “磁星”——物理观念
例1 宇宙中“破坏力”最强的天体“磁星”，危险程度不亚于黑洞，其磁感应强度相当于地球磁场的1 000万亿倍．下列有关“磁星”的磁场说法正确的是( )
A．“磁星”表面的磁场如此强大，故而磁感线非常密集，导致磁感线可能相交
B．“磁星”表面各点的磁场方向可以用磁感线在该点的切线方向表示
C．磁场只存在于“磁星”外部，而“磁星”内部不存在磁场
D．若在“磁星”表面选一闭合区域，则闭合区域中的磁通量不可能为零
情境2 巴克球——物理观念
例2[2023·浙江金华高二调研]
如图所示为一款国内外流行的儿童磁性玩具——巴克球，借助巴克球的磁场特性，可以组合出众多的造型．下列关于巴克球的磁场特性说法正确的是( )
A．巴克球是一种磁单极子，其磁场从球心向四周辐射
B．巴克球的球心是磁体的N极，球面是磁体的S极
C．巴克球的球心是磁体的S极，球面是磁体的N极
D．巴克球周围的磁场类似于地磁场，磁体的N、S极在球体的两端
情境3 安检——科学态度与责任
例3 如图是机场、火车站、高考考场的安检人员手持金属探测器检查的情境．当探测线圈靠近金属物体时，在金属物体中就会产生感应电流，如果能检测出这种变化，就可以判定探测线圈附近有金属物体了．能反映出金属探测器工作原理的是哪个电路？
情境4 5G通信基站——科学态度与责任
例4 通信设备的电磁辐射量越小，对人们健康的影响越小．通信基站辐射的测量标准是测量位置距离基站辐射区域中心10 m，手机辐射的测量标准是测量位置距离手机30 cm.美国4G基站要求接收到的辐射量小于等于600 μW/cm2.某款手机距离人体30 cm时，人体接收到的待机辐射约为17 μW/cm2，通话辐射约为93 μW/cm2.我国某5G通信基站正常工作时的辐射功率是40 W，若此类电磁辐射可视为球面波，下列说法正确的是( )
A．在距离我国某5G通信基站辐射区域中心10 m位置处，接收到的辐射量大约是318 μW/cm2
B．在距离我国某5G通信基站辐射区域中心10 m位置处，接收到的辐射量大约是3.18 μW/cm2
C．我国5G通信基站接收到的辐射量大于美国4G通信基站的安全标准
D．长时间使用手机对人体的电磁辐射远低于我国5G通信基站对人体的正常电磁辐射
第十三章综合提升
核心素养提升
[例1] 解析：磁场中某点不能有两个磁场方向，所以磁感线不能相交，故A错误；磁感线某点处的切线方向为该点的磁场方向，故B正确；磁感线为闭合曲线，所以在“磁星”内部仍然存在磁场，故C错误；若所选择的区域平行于磁感线，或从某侧进入与从同一侧穿出的磁感线数量相同，这两种情况下闭合区域的磁通量依然为零，故D错误．
答案：B
[例2] 解析：目前还没有磁单极子存在的证据，所以巴克球不是磁单极子，故A错误；巴克球之间有相互的引力和斥力，所以巴克球周围的磁场类似于地磁场，磁体的N、S极在球体的两端，故B、C错误，D正确．
答案：D
[例3] 解析：探测器能产生变化的磁场，变化的磁场靠近金属物体时，金属物体内部产生感应电流，感应电流的磁场又对探测器产生作用，引起探测器发出声响，其工作原理是电磁感应现象．图②、③是电磁感应现象，图①、④是电流的磁效应，则②、③正确．
答案：见解析
[例4] 解析：
建立模型如图所示，单位时间辐射源以球状辐射出能量，所以在距离辐射区域中心10 m位置处，接收到的辐射量大约是＝ W/m2≈0.031 8 W/m2＝3.18 μW/cm2，远小于美国4G通信基站的安全标准，故A、C错误，B正确．因为17 μW/cm2>3.18 μW/cm2，所以长时间使用手机对人体的电磁辐射远高于我国5G通信基站对人体的正常电磁辐射，故D错误．
答案：B
