(共38张PPT)
第二节 磁感应强度
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一、磁感应强度的方向和大小
1．填一填
(1)物理意义：描述磁场_____和_____的物理量。
(2)小磁针静止时_____所指的方向就是该点磁感应强度的方向，简称_____的方向。
(3)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。
强弱
方向
N极
磁场
①保持通电导线长度不变，改变__________，观察通电导线__________大小来比较磁场力大小。
②保持电流大小不变，改变磁场中___________，通过观察通电导线摆动幅度大小比较磁场力大小。
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_______和___________的乘积成正比。
(4)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_______之比，称为____________。
(5)公式：B＝ 。
(6)单位：国际单位是_______，简称特，国际符号是___,1 T＝1 。
电流大小
摆动幅度
导线长度
电流I
导线长度L
乘积IL
磁感应强度
特斯拉
T
2．判一判
(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。 ( )
(2)磁感应强度的大小与电流成反比，与其受到的磁场力成正比。 ( )
(3)磁感应强度的大小等于通电导线受到的磁场力大小F与电流I和导线长度L的乘积的比值。 ( )
×
×
×
3．选一选
在磁感应强度的定义式B＝ 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
二、匀强磁场 磁通量
1．填一填
(1)匀强磁场：如果磁场中某一区域内磁感应强度的_____和______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_________的平行直线。距离很近的两个_____________之间(除边缘外)的磁场、通电螺线管内__________的磁场，都可近似认为是匀强磁场。
(3)磁通量：在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，_____________与面积S的乘积叫作穿过该平面的磁通量，即Φ＝____。
(4)单位：国际单位制是_____，简称韦，符号是Wb，1 Wb＝______。
(5)磁通密度：B＝ ，表示磁感应强度在数值上等于垂直磁感应强度的___________的磁通量。
大小
方向
间隔相同
平行异名磁极
中间部分
磁感应强度B
BS
韦伯
1 T·m2
单位面积上
2．判一判
(1)磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量。 ( )
(2)磁通量越大，磁感应强度越大。 ( )
(3)穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零。 ( )
×
×
√
3．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。
探究(一) 对磁感应强度的理解
[问题驱动]
条形磁铁放于桌面上，小磁针放于磁铁周围不同位置。
分析回答以下问题：
(1)不同位置的小磁针北极指向是否相同？
提示：小磁针北极指向不同。
(2)以上现象说明了什么？
提示：条形磁铁周围不同位置磁场方向不同，也就是磁感应强度方向不同。
[重难释解]
(1)磁感应强度的定义式：B＝ 。
①公式成立条件：通电导线必须垂直于磁场方向放置，不垂直则公式不成立。
②决定磁感应强度的因素：仅由磁场本身决定，与导线是否受磁场力以及磁场力的大小无关。
③磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短，IL称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。
(2)方向：磁感应强度B是一个矢量，某点磁感应强度的方向不是放在该处的通电导线的受力方向。它的方向可以有以下几种表述方式：
①小磁针静止时N极所指的方向，或小磁针静止时S极所指的反方向。
②小磁针N极受力的方向(不论小磁针是否静止)，或S极受力的反方向。
③磁感应强度的方向就是该点的磁场方向。
(3)大小：磁场在某位置的磁感应强度的大小与方向是客观存在的，与通过导线的电流大小、导线的长短无关。即使不放入载流导线，磁感应强度也照样存在，故不能说“B与F成正比”或“B与IL成反比”。
关于磁感应强度，下列说法正确的是 ( )
A．由B＝ 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(即B＝0)
D．磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定
解析：由定义式B＝ 可知，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，受到放置的角度影响，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一定为零，故C错误；磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，故D正确。
答案：D
[素养训练]
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，图中能正确反映各量间关系的是 ( )
答案：BC
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：导线与磁场方向垂直，则导线受到的磁场力为F＝BIL；若仅将导线中的电流增大为原来的3倍，则磁场力将增大为原来3倍，而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．(2022·广东1月学考)一条长度为0.5 m，电流为20 A的通电直导线，置于匀强磁场中，磁场的方向与导线垂直，导线上受到的磁场力大小为0.1 N，则该磁场的磁感应强度大小为 ( )
A．0.01 T B．0.02 T
C．0.1 T D．0.2 T
探究(二) 磁通量的理解和计算
[问题驱动]
(1)如图，平面S在垂直于磁场方向上的投影面积为S′，若
有n条磁感线通过S′，则通过面积S的磁感线有多少条？
提示：n条。
(2)若磁场增强，即B增大，通过面积S的磁感线条数是否增多？
提示：B增大时，通过面积S的磁感线条数增多。
[重难释解]
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，S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，当以磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值。
(2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2。
3．磁通量的变化量
(1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·Δ S。
(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S。
(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1。但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。
[选自鲁科版新教材“例题”] 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？
[解题指导] 在匀强磁场中，当线圈平面与磁场方向垂直时，可根据磁通量的定义式Φ＝BS计算磁通量；当线圈平面与磁场方向不垂直时，可应用Φ＝BScos α计算磁通量，α为线圈平面与垂直于磁场方向投影面的夹角。
解析：已知S＝0.5 m2，B＝3 T。
因线圈平面与磁场方向垂直，故Φ1＝BS＝3×0.5 Wb＝1.5 Wb，因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
(1)线圈平面与磁场方向垂直时磁通量最大，线圈转动后穿过线圈的磁感线条数减少，磁通量减小。
(2)在匀强磁场中才能应用公式Φ＝BScos α计算磁通量。应用公式时还需要明确公式中各物理量的含义。
[迁移·发散]
在一些问题的讨论中，有时需要知道磁通量的变化量。磁通量的变化量ΔΦ指变化后的磁通量Φ2与变化前的磁通量Φ1之差的绝对值，即ΔΦ＝|Φ2－Φ1|。在上述问题中，穿过线圈的磁通量的变化量是多少？
提示：ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|1.3 Wb－1.5 Wb|＝0.2 Wb。
[素养训练]
1. 如图所示的磁场中垂直磁场放置两个面积相同的闭合线圈S1(左)、
S2(右)，由图可知穿过线圈S1、S2的磁通量大小关系正确的是
( )
A．穿过线圈S1的磁通量比较大
B．穿过线圈S2的磁通量比较大
C．穿过线圈S1、S2的磁通量一样大
D．不能比较
解析：穿过线圈S1的磁感线条数多，故穿过线圈S1的磁通量比较大。
答案：A
2．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CD，已知CD∥AB。当CD竖直向上平移时，
电流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0 D．不为0但保持不变
解析：通电直导线产生稳定的磁场，根据安培定则判断可知：在AB的外侧磁感线向下穿过圆平面，在AB的里侧磁感线向上穿过圆平面，根据对称性可知，穿过圆面积的磁感线的总条数为零，磁通量为零，CD竖直向上平移时，穿过这个圆面的磁通量始终为零，保持不变，故A、B、D错误，C正确。
答案：C
3. 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
[重难释解]
(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：先用安培定则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。
[多选] 如图，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 ( )
答案：AC
[素养训练]
1．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
根长通电直导线，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：如图所示，由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应
强度，可见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
2．[选自鲁科版新教材课后习题]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：a、b、c、d四个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，由安培定则可知，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；由对称性可知，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
一、培养创新意识和创新思维
1．在磁场中放置一条直导线，导线的方向与磁场方向垂直。先后在导线中通入不同的电流，导线所受的力也不一样。如图所示中的图像表现的是导线受力的大小F与通过导线的电流I的关系。A、B各代表一组F、I的数据。在甲、乙、丙、丁四幅图中，正确的是哪一幅或哪几幅？说明道理。
二、注重学以致用和思维建模
2．如图所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器——电流天平，某同学在实验室里，用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度，他测得的数据记录如下所示，请你算出通电螺线管中的磁感应强度B。
已知：CD段导线长度l＝4×10－2 m。
天平平衡时钩码重力G＝4×10－5 N。
通过导线的电流I＝0.5 A。
答案：2.0×10－3 T(共21张PPT)
第五节 量子化现象
核心素养点击
物理
观念 (1)知道热辐射、黑体辐射的概念，知道光是一种电磁波
(2)了解普朗克的能量子假说和爱因斯坦的光子假说
(3)了解原子能级及能级跃迁理论
科学态度与责任 通过对本节的学习，能体会到人类对自然界的认识是不断发展的；认识到物理研究是一种对自然现象进行抽象的创造性工作
一、光是一种电磁波 能量子假说
填一填
(1)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______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、______、干涉和衍射等性质。
(2)能量子。
能量的发射和吸收不是连续的，只能是__________地进行。这个不可再分的最小能量值ε叫作_______。
(3)能量子公式。
ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是一个常量，称为____________。实验测得h＝____________J·s。
赫兹
折射
一份一份
能量子
普朗克常量
6.63×10－34
二、光子假说 光的波粒二象性
填一填
(1)光电效应定义。
光照射在金属上时，有时会有_____从金属表面逸出的现象。
(2)光电子。
光电效应中逸出来的______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______越大，频率低于某一数值时，不论光的强度多大，都不能产生_________。
电子
电子
动能
光电子
(4)爱因斯坦的光子说。
①内容：光不仅在______和______时能量是一份一份的，而且________就是由一个个不可分割的_______组成的，这些光量子称为光子。
②光子能量：公式为ε＝hν，其中ν指光的_____。
③解释：光照射到金属表面上时，能量为___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_____电子脱离金属表面所需的能量，则电子脱离金属表面产生_______，且光的强度越大，______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。
(5)光的波粒二象性。
①光既具有波动性，又具有粒子性的性质称为光的波粒二象性。
②概率波：概率____的地方落下的光子多，形成______；概率____的地方落下的光子少，形成_____。
发射
吸收
光本身
光量子
频率
hv
大于
光电子
光子
大
亮纹
小
暗纹
三、原子结构的玻尔理论
1．填一填
(1)玻尔原子理论的基本假设：电子轨道半径是________的，电子只能在某些_____的轨道上运动；电子在不同轨道上具有不同的_____，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______时，才辐射光子。
(2)局限性：成功地解释了氢原子的________和氢原子光谱的______特征，但是这一理论没有彻底摆脱经典物理学理论的束缚。
2．判一判
(1)普朗克认为带电微粒的能量是量子化的。 ( )
(2)原子处于最低能级时最稳定。 ( )
(3)原子发生能级跃迁时要放出光子。 ( )
量子化
特定
能量
跃迁
稳定性
分立
√
√
×
答案：A
探究(一) 对黑体及黑体辐射的理解
[问题驱动]
用红外线热像仪可以监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你能说出这其中的原理吗？
提示：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。被测者会辐射红外线，辐射强度以及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。人的体温的高低，直接决定了他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。
[重难释解]
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
个带小孔的空腔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。一些发光的物体（如太阳、白炽灯灯丝）也被当作黑体来处理
2．一般物体与黑体的比较
物体 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
3．黑体辐射的实验规律
(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
(2)随着温度的升高。
①各种波长的辐射强度都有增加；
②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图所示。
[多选]在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，这个带小孔的炉
子可看作黑体，由炉子的热辐射特性，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
解析：一般材料的物体辐射能的多少取决于物体的温度(T)、辐射光的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，能够完全吸收入射的任何波长的电磁波而不发生反射，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，正确选项为A、D。
答案：AD
熟悉黑体辐射特点是解决问题的关键。随着温度的升高，各种波长的辐射强度都在增加，当黑体温度升高时，辐射强度极大值向短波方向移动。
[素养训练]
1．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图像中，符合黑体辐射实验规律的是 ( )
解析：根据黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，可知选项A正确。
答案：A
2．下列叙述错误的是 ( )
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
解析：根据热辐射定义知A、D正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般材料的物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体温度有关，B错误，C正确。
答案：B
探究(二) 对能量子的理解与计算
[重难释解]
(1)每个能量子的能量ε＝hν，其中ν是电磁波的频率；光子的能量ε＝hν，其中ν是光的频率。
(2)能量子观点与黑体辐射实验的比较。
普朗克能量子假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。借助于能量子的假说，普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得很好。
(3)对能量量子化的理解。
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。
人眼对绿光最为敏感，正常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
[素养训练]
1．[多选]以下宏观概念中，哪些是“量子化”的 ( )
A．物体的带电荷量 B．物体的质量
C．物体的动量 D．学生的个数
解析：所谓“量子化”应该是不连续的，是一份一份的，故选A、D。
答案：AD
2．[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，能量存在某一个最小值，带电微粒辐射或吸收的能量只能是这个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
3．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用。蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约37 ℃，它发出的最强的热辐射的波长为λmin。根据热辐射理论，λmin与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλmin＝2.90×10－3 m·K。则老鼠发出最强的热辐射的波长为 ( )
A．7.8×10－5 m B．9.4×10－6 m
C．1.16×10－4 m D．9.7×10－8 m
答案：B(共34张PPT)
第六章 | 电磁现象与电磁波
第一节 磁现象与磁场
核心素养点击
物理观念 (1)了解磁现象，知道磁场的性质
(2)了解电流的磁效应
(3)知道磁感线的概念，并能记住几种常见磁场的磁感线分布特点
(4)知道安培分子电流假说的内容，了解地磁场
科学思维 会用安培定则判断电流周围的磁场方向
科学态度与责任 能为我国古代在磁学方面的研究成果及其对人类文明的影响而自豪；能体会磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响
一、磁现象 磁场
1．填一填
(1)磁相互作用：磁体与_____、_____与电流、电流与_____之间，都存在着相互作用，统称为磁相互作用。
(2)磁相互作用是通过另一种媒介______发生的，磁场是__________的物质，磁体和电流周围都存在_____，磁场对置于其中的_____或_____施加作用力。
2．判一判
(1)奥斯特实验说明了电流可以产生磁场。 ( )
(2)单独一个带电体可以只带正电荷，同样单独一个磁体可以只有N极。 ( )
(3)磁场的基本性质是对磁极或电流有力的作用。 ( )
磁体
磁体
电流
磁场
客观存在
磁场
磁体
电流
×
√
√
3．想一想
奥斯特实验：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？
提示：导线通电后发现小磁针转动了。
(2)实验现象说明了什么问题？
提示：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。奥斯特实验发现了电流的磁效应，揭示了电与磁的联系。
二、磁感线
1．填一填
(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_________都与该点的磁场方向一致。
(2)特点：磁感线的疏密程度表示__________，磁场强的地方磁感线____，磁场弱的地方磁感线疏。在磁体或通电螺线管的外部，磁感线从_____ (___极)出发回到_____ (___极)，在内部的磁感线由___极指向___极，形成______的曲线。磁感线______真实存在的，是假想的一种曲线。
2．判一判
(1)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的。 ( )
(2)通电直导线周围磁场的磁感线是闭合的圆环。 ( )
(3)通电螺线管周围的磁场类似于条形磁体周围的磁场。 ( )
切线方向
磁场强弱
密
北极
N
南极
S
S
N
闭合
不是
×
√
√
3．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极指向螺线管的哪端？
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 地磁场
1．填一填
(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__________——分子电流，分子电流使每个物质分子都成为一个微小的______。
(2)安培的假说能很好地解释_____和_____。
(3)地磁场：地球由于本身具有_____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_________，地球磁体的S极位
于地理__________。
(4)磁偏角：地磁极与________并不重合，它们之间的夹角被称为________。
环形电流
磁体
磁化
退磁
磁性
南极附近
北极附近
地理极
磁偏角
2．判一判
(1)除永久性磁铁外，一切磁场都是由运动电荷产生的。 ( )
(2)一般的物体不显磁性是因为物体内的分子电流取向杂乱无章。 ( )
(3)地磁场能使小磁针的两极指向正南正北。 ( )
(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。( )
×
√
×
×
探究(一) 对磁场的理解
[重难释解]
(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。
[特别提醒]
(1)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。
(2)场是物质的另一种存在形式，和实物一样，也是一种客观存在的物质，具有质量、能量等物质的基本属性。
[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
[解题指导]
(1)磁体和电流的周围都存在磁场。
(2)磁场对放入其中的磁体或电流有力的作用。
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
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，也是一种客观存在的物质，具有质量、能量、动量等物质的基本属性。
[素养训练]
1．通电导线使附近的小磁针发生偏转的实验说明了 ( )
A．磁场的存在
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，即电流产生了磁场，故C正确。
答案：C
2．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，不撒铁屑磁场就消失
解析：理解磁场的物质形态时应与电场类比，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，都是客观存在的物质形态。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、电流和运动电荷有力的作用，因此我们说磁场是和我们常见的桌子、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B正确，A、C、D错误。
答案：B
3．(2021·广东高考)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直
导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。 若中心
直导线通入电流I1，四根平行直导线均通入电流I2，I1 I2，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是 ( )
解析：因I1 I2，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；由教材中“观察与思考”可知“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧的直导线I2要受到I1吸引的力，形成凹形，正方形上下两边的直导线I2要受到I1排斥的力，形成凸形，故变形后的形状如选项C所示。
答案：C
探究(二) 常见磁场及安培定则的应用
[问题驱动]
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？
提示：乙的看法正确。因“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”只适用于磁体外部的作用情况，而小磁针静止时N极的指向与磁场方向相同在任何情况下都适用。
[重难释解]
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，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。
(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。
(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。
(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
项目 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
直线
电流
以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱
环形
电流
内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏
通电螺线管
内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极
续表
[特别提醒]
(1)磁场是分布在立体空间的。
(2)利用安培定则不仅可以判断磁场的方向，还可以根据磁场的方向判断电流的方向。
(3)应用安培定则判定直线电流时，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电流时，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，应用安培定则判断时，拇指所指的一端为它的N极。
(2023·广东1月学考)图是电磁式充气泵的结构示意图。当电流从电磁铁的线圈a端流入时，小磁铁被吸引而向下运动，实现充气，则此时( )
A．电磁铁上端是N极，小磁铁下端是N极
B．电磁铁上端是N极，小磁铁下端是S极
C．电磁铁上端是S极，小磁铁下端是N极
D．电磁铁上端是S极，小磁铁下端是S极
[解析] 当电流从电磁铁的接线柱a流入时，从上向下看，电流是顺时针方向，由右手螺旋定则可得，电磁铁下端为N极，上端为S极，由同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引可得，小磁铁被吸引向下运动，所以小磁铁下端为N极。故选C。
[答案] C
[解题指导]
(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。
[素养训练]
1. 通电螺线管磁场分布如图所示。图中A、B、C、D四个位置各点磁场方向与图中小磁针所在位置的磁场方向一致的是 ( )
A．A位置 B．B位置
C．C位置 D．D位置
解析：由题图可知，小磁针N极所指的方向水平向右，而A点磁场方向斜向左上；B点的磁场方向水平向右；C点的磁场方向斜向左下；D点的磁场方向斜向左上，可知图中A、B、C、D四个位置各点磁场方向与图中小磁针所在位置的磁场方向一致的是B位置。故选B。
答案：B
2．[多选]如图所示是云层之间闪电的模拟图，图中A、B是位于
北、南方向带有电荷的两块阴雨云，在放电的过程中，两云
的尖端之间形成了一个放电通道，发现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：由于小磁针N极转向纸里，可知该点磁场方向向里，又根据安培定则，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
3．当导线中分别通以图示方向的电流，小磁针静止时北极指向读者的是 ( )
解析：通电直导线电流从左向右，根据右手螺旋定则，则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时北极背离读者，故A错误；通电直导线电流竖直向上，根据右手螺旋定则，磁场的方向为逆时针(从上向下看)，因此小磁针静止时北极背离读者，故B错误；环形导线的电流方向如题图C所示，根据右手螺旋定则，则有小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时北极指向读者，故C正确；根据右手螺旋定则，结合电流的方向，则通电螺线管的内部磁场方向由右向左，则小磁针静止时北极指向左，故D错误。
答案：C
一、培养创新意识和创新思维
地磁场[选自鲁科版新教材“科学书屋”]
地球本身是一个大磁体，它的N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近(图1)。在地磁两极，磁针竖直指向地面；在赤道上，磁针水平指示南北。磁针指示南北是一种近似的说法，小磁针的指向与地理正南正北方向之间的夹角称为磁偏角。对于地球磁性的成因，目前仍没有确定的说法，部分科学家认为是由地核中熔化了的金属(铁和镍)的环流引起的。
地磁场对人类的生产生活都有重要意义。根据地磁场出现的异常情况，可发现未知的矿藏或者特殊的地质构造。地磁场能使来自太阳的高速带电粒子流偏转，成为地球生命的“保护伞”。
科学家还根据对地球火山岩石的精确测定，发现地磁场强度和方向发生过多次变化(图2)。
[讨论与交流] 假如地磁场是由地球表面带电荷引起的，试分析地球表面电荷的电性。
提示：负电荷。因地球表面带有电荷，地球自转时产生环形电流，根据右手螺旋定则可知地球表面环形电流方向自东向西，而地球自转方向自西向东，故地球表面电荷为负电荷。
[针对训练]
指南针是我国古代的四大发明之一。司南是春秋战国时期发明的
一种指南针，如图所示。它由青铜盘和磁勺组成，磁勺放置在青
铜盘的中心，可以自由转动。由于受地磁场作用，司南的磁勺尾
静止时指向南方。下列说法中正确的是 ( )
A．磁勺能够指示方向，是利用了地磁场对磁勺的作用
B．磁勺的指向不会受到附近磁铁的干扰
C．磁勺的指向不会受到附近铁块的干扰
D．磁勺的N极位于司南的磁勺尾部
解析：司南能够指示南北，是由于地球具有磁场，地磁场是南北指向，故A正确；司南的指向会受到附近磁铁和铁块的干扰，故B、C错误；由于司南的磁勺尾静止时指向南方，所以磁勺的S极位于司南的磁勺尾部，故D错误。
答案：A
二、注重学以致用和思维建模
1．[多选]如图为一种用电磁原理制作的充气泵的结构示意图，其工作原理类似打点计时器。当电流从电磁铁的接线处a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是 ( )
A．小磁铁的下端为N极
B．小磁铁的下端为S极
C．电磁铁的上端为N极
D．电磁铁的上端为S极
解析：由安培定则知电磁铁的上端为S极，下端为N极，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引的规律可知，小磁铁的下端为N极，B、C错误，A、D正确。
答案：AD
2．关于月球上的物理现象和规律，同学们提出了很多问题和猜想，其中有关月球有无磁场，同学们提出了自己的猜想和检验猜想的实验方案：
(1)取一小磁针用细线悬挂在月球表面附近，如果它静止时始终指向某一方向，则可表明月球周围存在磁场。
(2)小磁针静止时，它的N极指向就是“月磁”的北极。你认为这个实验方案中有没有需要改进或改正的地方，如有请改进或改正。
解析：有需要改正的地方，小磁针静止时，它的N极指向就是“月磁”的南极；有需改进的地方，即应在不同的地点多做几次实验，观察小磁针是否总是指向某一个方向。
答案：见解析(共23张PPT)
第四节 电磁波及其应用
核心素养点击
物理观念 (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电磁场的物质性
(3)知道电磁波在电视广播、雷达、移动电话中的应用
科学思维 理解电磁波的形成和传播
科学态度与责任 能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响，具有学习和研究物理的好奇心与求知欲
一、电磁场与电磁波 电磁场的物质性
1．填一填
(1)电磁场与电磁波。
英国物理学家__________在研究了法拉第电磁感应现象之后，提出了电磁场理论：变化的磁场产生______，变化的电场产生______，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_________。变化的电磁场在空间中的传播形成了________。
麦克斯韦
电场
磁场
电磁场
电磁波
(2)电磁场的物质性。
①微波炉利用________来加热食物，这说明电磁场具有_____。
②俄国物理学家列别捷夫测量出光对被照射的物体有压力，用实验证明了由电磁场理论预言的光压。这表明电磁场具有___________________的属性。
③电磁场虽然没有__________，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__________。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______作用。
电磁波
能量
与其他物质相互作用
静止质量
运动质量
压力
2．判一判
(1)稳定的电场产生稳定的磁场。 ( )
(2)周期性变化的磁场产生周期性变化的电场。 ( )
(3)电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播。 ( )
3．选一选
建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是 ( )
A．法拉第 B．奥斯特
C．赫兹 D．麦克斯韦
解析：麦克斯韦建立了电磁场理论并且预言了电磁波的存在，选项D正确。
答案：D
×
√
√
二、电视广播 雷达 移动电话
填一填
(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_____、_____的仪器，主要由发射机、_______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_______实现信号的发射与接收的。每台手机都是一个小型________发射台，将用户的声音或数字信息转变为_________发射到空中，同时它又相当于一个________，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方发射来的信息。
测距
定位
接收机
电磁波
电磁波
高频信号
收音机
探究(一) 对麦克斯韦电磁场理论的理解
[重难释解]
1．对麦克斯韦电磁场理论的理解
(1)恒定的电场不产生磁场，恒定的磁场不产生电场。
(2)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。
(3)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。
(4)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。
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；均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的电场产生变化的磁场，故C错误；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故D正确。
答案：D
[素养训练]
1．下列有关电磁场理论说法正确的是 ( )
A．法拉第预言了电磁波的存在，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性
B．变化的磁场一定产生变化的电场
C．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场
D．赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦的电磁场理论
解析：麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过一系列实验，证明了麦克斯韦的电磁场理论，并揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，A错误，D正确；均匀变化的磁场产生恒定的电场，B错误；均匀变化的电场产生恒定的磁场，C错误。
答案：D
2．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：根据麦克斯韦理论，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。只有变化的电场才能在周围产生磁场，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，静止磁体周围只有稳定的磁场，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
3．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应是 ( )
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
探究(二) 对电磁波的理解
[问题驱动]
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？
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。
[重难释解]
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。
波长为0.6 μm的红光，从10 m外的交通信号灯传到你的眼睛，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
[素养训练]
1．关于电磁波，下列说法正确的是 ( )
A．所有电磁波的频率相同
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：电磁波的频率不一定相同，选项A错误；电磁波既能在真空中传播，也能在介质中传播，选项B错误；不同频率的电磁波在不同的介质中的传播速度不一定相同，选项C错误；电磁波在真空中的传播速度是3×108 m/s，选项D正确。
答案：D
2．关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是 ( )
A．变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场，两者互相联系，统称为电磁场
B．电磁场从发生区域由近及远地传播形成电磁波
C．电磁波是一种物质，可在真空中传播。所以，平时说真空没有实物粒子，但不等于什么都没有，还有“场”这种特殊物质
D．电磁波可在真空中传播，也可在介质中传播
解析：根据麦克斯韦电磁场理论，非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生的是稳定的磁场，所以A项错误。
答案：A
3．[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：要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，A错误；电磁波是物质波，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
探究(三) 电磁波的不同应用
[重难释解]
不同电磁波的特性及应用
电磁波种类 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 热作用强 感光性强 化学作用荧光效应 穿透力强 穿透力最强
用途 通信广播、导航 加热、遥测遥感、红外摄像、红外制导 照明、照相等 杀菌消毒、治疗皮肤病等 检查、探测、透视、治疗 探测、治疗
下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象。请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。
(1)X光机，________。
(2)紫外线灯，________。
(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好。这里的“神灯”是利用________。
A．光的全反射
B．紫外线具有很强的荧光作用
C．紫外线具有杀菌消毒作用
D．X射线的很强的穿透力
E．红外线具有显著的热作用
解析：(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此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的伤害的X射线，故选D。
(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而非荧光作用，故选C。
(3)“神灯”又称红外线灯，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E。
答案：(1)D (2)C (3)E
[素养训练]
1．(2023·广东1月学考)航天员刘洋在太空授课，信号从中国空间站发至地面接收站，利用的是( )
A．无线电波 B．红外线 C．X射线
解析：电磁波可以在真空中传播，故太空中的信息是通过无线电波把信息传递到地面指挥中心，无线电波属于电磁波。故选A。
答案：A
2．[多选]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射线有很高的穿透本领，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(共34张PPT)
第三节 电磁感应现象
核心素养点击
物理观念 了解电磁感应现象，知道感应电流产生的条件
科学探究 通过探究感应电流产生的条件的实验，知道电磁感应现象及其产生的条件
科学态度
与责任 (1)了解法拉第发现电磁感应现象的重大意义
(2)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和科学方法
一、电磁感应现象的发现
填一填
(1)电磁感应。
法拉第把他发现的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__________。
(2)发现电磁感应现象的意义。
①使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了_______作为一门统一学科的诞生。
②使人们找到了_______的条件，开辟了人类的电气化时代。
感应电流
电磁学
磁生电
二、产生感应电流的条件
1．填一填
(1)探究导体棒在磁场中运动过程是否产生电流(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 ____ 闭合回路包围的面积_____时，回路中有感应电流；包围的面积_____时，回路中无感应电流
导体棒切割磁感线运动 ____
无
有
变化
不变
(2)探究磁铁在通电螺线管中运动过程是否产生电流(如图所示)：
实验操作 实验现象
(有无电流) 实验结论
N(或S)极插入螺线管 _____ 螺线管中的磁场_____时，螺线管中有感应电流；螺线管中的磁场_____时，螺线管中无感应电流
N(或S)极停在螺线管中 _____
N(或S)极从螺线管中抽出 _____
有
无
有
变化
不变
(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 ____ 线圈B中磁场______时，线圈B中有感应电流；线圈B中磁场_____时，线圈B中无感应电流
开关断开瞬间 ____
开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动 ____
开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片 ____
有
有
无
有
变化
不变
(4)感应电流产生的条件：只要穿过闭合回路的________发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。
2．判一判
(1)穿过闭合线圈的磁通量发生变化，一定能产生感应电流。 ( )
(2)闭合线圈做切割磁感线运动，一定能产生感应电流。 ( )
(3)闭合线圈和磁场发生相对运动，不一定能产生感应电流。 ( )
磁通量
√
×
√
3．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
填一填
(1)汽车防抱死制动系统(ABS)。
①ABS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。
②ABS系统的组成：由轮速________、电子控制模块和电磁阀组成。其中___________是利用电磁感应现象测量车轮转速的。
(2)无线充电技术：又称为__________感应充电，是利用供电设备直接将_____传送给用电器的技术。具有_____、耐用、方便等特点，还可应用于_________。
传感器
轮速传感器
非接触式
电能
安全
生物医疗
探究(一) 实验：探究感应电流产生的条件
[重难释解]
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)产生感应电流的条件可以归纳为两个：一个是电路本身的属性，即电路必须是闭合的；另一个是穿过电路的磁通量必须发生变化。
3．理解导体棒切割磁感线的方法
(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割。如图所示，甲、乙两图中，导体都切割磁感线，而图丙中，导体没有切割磁感线。
(2)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。
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________(选填“有”或“无”)感应电流。
(4)在产生感应电流的实验中，将________能转化为电能，生活中的________机就是根据上述原理工作的。
解析：(1)实验时，通过观察电流表的指针是否偏转，来确定电路中是否产生感应电流。
(2)甲电路是闭合电路，电流表的指针发生偏转，说明电路中产生了感应电流。丙电路是断开的，电流表的指针没有偏转，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。另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动，甲实验导体在磁场中做切割磁感线运动，乙实验导体在磁场中运动不切割磁感线，由此比较可以确定要选用甲图和乙图。
(3)在甲图中，电路是闭合的，若AB棒不动，磁体运动，利用运动和静止的相对性可以确定，AB棒也做切割磁感线运动，具备了感应电流产生的两个条件，所以电路中有感应电流产生。
(4)电磁感应现象中，消耗了机械能，得到了电能，利用电磁感应现象制成了发电机。
答案：(1)电流表指针是否偏转 (2)闭合 甲和乙
(3)有 (4)机械 发电
[素养训练]
1．[多选]下图均为闭合线框在磁场中运动，请判断能产生感应电流的情况 ( )
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，A、B没有磁通量的变化，所以没有感应电流，C、D是闭合回路，同时磁通量发生变化，所以产生感应电流。
答案：CD
2．如图是某兴趣小组研究磁生电现象所需的器材。
请你协助该小组完成如下工作，用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路，将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路，并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量，使副线圈回路产生感应电流的三种方式：
①__________________________________________________________________；
②__________________________________________________________________；
③__________________________________________________________________。
解析：实物连接如图所示；使副线圈回路产生感应电流的方式有：①将原线圈A插入副线圈B中，合上(或断开)开关瞬间；②合上开关后，将原线圈A插入副线圈B中或从副线圈B中抽出；③合上开关，将原线圈A插入副线圈B后，移动滑动变阻器的滑片。
答案：见解析
探究(二) 感应电流有无的判断
[问题驱动]
如图，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？
提示：线圈中磁通量增大，有感应电流。
(2)乙图中，通电导线中的电流减小时，线框中有无感应电流？
提示：线框中磁通量减小，有感应电流。
[重难释解]
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时。
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时或者磁场是由通电螺线管产生而螺线管中的电流变化时。
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时。
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
如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，初始位置线框
与磁感线平行，则在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是
( )
A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动
B．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动
C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
解析：四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，按A、B、D三种情况线框运动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流，C中线框转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确。
答案：C
判断产生感应电流的条件应注意的问题
(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。
[素养训练]
1. 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)
解析：线圈扩张，穿过线圈中磁通量变大，线圈中会产生感应电流，故A项正确；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项错误；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项错误；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项错误。
答案：A
2．(2023·广东1月学考)某小组用图所示电路研究电磁感应现象。开关闭合后，下列情形中，不会使电流表指针发生偏转的是( )
A．线圈P静止于线圈Q中
B．移动滑动变阻器的滑片
C．将线圈P从线圈Q中抽出
解析：线圈P静止于线圈Q中，穿过Q的磁通量不发生变化，没有电流经过电流表，电流表指针不发生偏转，故A正确；移动滑动变阻器的滑片，穿过Q的磁通量发生变化，有电流经过电流表，电流表指针发生偏转，故B错误；将线圈P从线圈Q中抽出，穿过Q的磁通量发生变化，有电流经过电流表，电流表指针发生偏转，故C错误。
答案：A
3. [多选]如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁
场方向与导轨平面垂直。导轨上有两条可沿导轨自由移动的
金属棒ab、cd，与导轨接触良好。这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，则两金属棒的运动情况可能是 ( )
A．v1＞v2 B．v1＜v2
C．v1＝v2 D．无法确定
解析：只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流。故选项A、B正确。
答案：AB
4．法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。如图所示，他把两
个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用导
线连通，导线下面平行放置一个小磁针，实验中可能观察到的现象是 ( )
A．用一节电池作电源小磁针不偏转，用十节电池作电源小磁针会偏转
B．线圈B匝数较少时小磁针不偏转，线圈B匝数足够多时小磁针会偏转
C．线圈A和电池连接瞬间，小磁针会偏转
D．线圈A和电池断开瞬间，小磁针不偏转
解析：根据“磁生电”即电磁感应现象的产生条件，只有线圈B中磁通量变化时才能在线圈B中产生感应电流，因此无论线圈B匝数多少，无论线圈A中电池多少，通过线圈B中的磁通量不变时都不能在线圈B中产生感应电流，选项A、B错误；只有在线圈A和电池连接或断开的瞬间，线圈B中才能产生感应电流，电流产生磁场，使导线下面平行放置的小磁针发生偏转，选项C正确、D错误。
答案：C
一、培养创新意识和创新思维
1．[选自鲁科版新教材课后习题] 如图所示，电吉他的弦是磁性
物质。当弦振动时，线圈产生感应电流，感应电流输送到放大
器、喇叭，把声音播放出来。请解释电吉他是如何产生感应电
流的。弦能否改用尼龙材料？
提示：当磁性物质制作的弦振动，会造成穿过线圈的磁通量发生变化，线圈有感应电流产生。若将弦改用尼龙材料，因尼龙材料无磁性，当弦振动时线圈中就不会产生感应电流。
2．[选自鲁科版新教材课后习题]把两个线圈绕在同一个铁环上，如图所示，一个线圈A连接电池与开关，另一个线圈B闭合并在其中一段直导线附近放置小磁针。开关闭合瞬间，磁针偏转了一下，随即复原；开关断开瞬间，磁针反向偏转，随即复原。磁针偏转的原因是什么？请作出解释。
提示：当开关闭合时，A线圈中的电流增大，磁通量增大，B线圈的磁通量也增大，B线圈中产生感应电流，小磁针发生偏转，待电路稳定后，A线圈中的磁通量不变，B线圈中感应电流为零，磁针随即复原；当开关断开时，A线圈的磁通量减小，B线圈中的磁通量也减小，B中产生了相反方向的感应电流，因此，小磁针反向偏转，最后感应电流减为零，小磁针随即复原。
二、注重学以致用和思维建模
3．[多选]纯电动汽车是一种节能环保的交通工具，它的制动能量回收系统通过能量回收再利用，可提高汽车对能量的利用效率。制动能量回收原理是利用线圈在磁场中转动，将车辆制动时的部分动能转化为其他形式的能存储起来。关于制动能量回收，下列说法中正确的是 ( )
A．制动能量回收利用了电磁感应现象
B．制动能量回收利用了电流的热效应
C．制动能量回收时，将车辆制动时的部分动能转化为内能
D．制动能量回收时，将车辆制动时的部分动能转化为电能
解析：汽车在刹车过程中，动能减小，减小的动能一部分以电能的形式存储，因此制动能量回收一定利用了电磁感应现象，将车辆的部分动能转化为电能，选项A、D正确，B、C错误。
答案：AD
4．(多选)如图，安装在公路上的测速装置：路面下方间隔一定距离埋设两个通电线圈，线圈与检测抓拍装置相连，车辆从线圈上面通过时，线圈中会产生脉冲感应电流，检测装置根据两线圈产生的脉冲信号的时间差Δt计算出车速，对超速车辆进行抓拍。下列说法正确的是 ( )
A．时间差Δt越短，则车速越大
B．时间差Δt越长，则车速越大
C．汽车匀速通过线圈，闭合电路不会产生感应电流
D．汽车匀速通过线圈，闭合电路仍会产生感应电流
解析：车速越大时，汽车经过两个线圈间的距离所用的时间越短，即两线圈产生的脉冲信号的时间差Δt越短，A正确，B错误；汽车通过通电线圈上方时，汽车底盘的金属部件通过通电线圈所产生的磁场，金属部件中的磁通量发生变化，在金属部件中产生感应电流，金属部件中的感应电流产生磁场，此磁场随汽车运动，则穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，所以汽车无论是匀速还是变速经过线圈，闭合电路中都会产生感应电流，故C错误，D正确。
答案：AD (共9张PPT)
第六章 电磁现象与电磁波
一、主干知识成体系
二、迁移交汇辨析清
(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．电场线和磁感线的显著区别
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。
[典例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，在条形磁铁外部，磁感线由N极到S极；在条形磁铁内部由S极到N极，故A错误。
答案：CD
(二)安培定则的应用和磁场的叠加
1．安培定则的“因”和“果”
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。
磁场 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
[典例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。根据安培定则可判断出左右两根导线在a处产生的磁场方向相反，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＜B3，故选项A、C正确，B、D错误。
答案：AC
(三)探究电磁感应现象
[典例3] 为观察电磁感应现象，某同学将电流表、线圈A和B、电池组、滑动变阻器、开关接成如图所示的实验电路。
(1)该同学将线圈B放置在线圈A中，闭合、断开开关时，电流表指针都没有偏转，其原因是________。
A．开关的位置接错
B．电流表的正、负接线柱上导线接反
C．线圈B的两个接线柱上导线接反
D．蓄电池的正、负极接反
(2)电路连接的错误改正后，通过实验得出产生感应电流的条件是________。
解析：(1)该同学将线圈B放置在线圈A中，再闭合、断开开关，磁通量不变，无感应电流，故电流表指针不偏转；应改为开关闭合后，再将线圈B放置在线圈A中；或者将开关接在B线圈所在回路中，故A正确。
(2)通过实验得出产生感应电流的条件是：当闭合电路磁通量发生变化时会产生感应电流。
答案：(1)A (2)闭合电路磁通量发生变化
